淮南鑒定材料課件

2023/9/171向參加鑒定會(huì)的各位專家致敬

淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司2003年8月30日2023/8/61向參加鑒定會(huì)的各位專家致敬淮南礦業(yè)（集團(tuán)2023/9/172極易離層破碎型煤巷

預(yù)應(yīng)力控制技術(shù)及工程應(yīng)用研究

淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合肥煤炭研究所沈陽煤炭科學(xué)研究所2002年10月

2023/8/62極易離層破碎型煤巷

預(yù)應(yīng)力控制技術(shù)及工程應(yīng)2023/9/173匯報(bào)提綱

立項(xiàng)背景主要技術(shù)成果工業(yè)性試驗(yàn)和推廣應(yīng)用情況對(duì)礦區(qū)發(fā)展的推動(dòng)作用2023/8/63匯報(bào)提綱立項(xiàng)背景2023/9/174落后的煤巷支護(hù)狀況淮南礦區(qū)儲(chǔ)量十分豐富，-1000m水平以上已查明儲(chǔ)量153.25億噸；主采煤層賦存穩(wěn)定，適宜綜采綜放機(jī)械化開采；以瓦斯綜合治理成套技術(shù)為中心的安全保障技術(shù)和以機(jī)械化采煤為中心的主導(dǎo)技術(shù)取得重大突破，采煤工作面已具備年產(chǎn)200萬噸以上的綜合生產(chǎn)能力，新井發(fā)展迅速。煤巷支護(hù)問題突顯，成為實(shí)現(xiàn)礦井綜合生產(chǎn)能力的瓶頸，很多工作面產(chǎn)量主要受制于兩巷維護(hù)。1.立項(xiàng)背景

2023/8/64落后的煤巷支護(hù)狀況1.立項(xiàng)背景2023/9/175表1.1淮南礦區(qū)錨桿支護(hù)進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)(2000年前)序號(hào)錨桿總進(jìn)尺/m煤巷錨桿總進(jìn)尺/m錨桿支護(hù)率/%煤巷錨桿支護(hù)率/%199319117300710.91.82199430142588716.42.04199537993957421.14.061996456441600726.612.021997424931850026.214.511998356981390027.514.811999426581520026.514.712023/8/65表1.1淮南礦區(qū)錨桿支護(hù)進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)(2023/9/1761980年以前，煤巷半煤巖巷嘗試金屬錨桿支護(hù)；1981~1992年，在Ⅱ、Ⅲ類頂板順槽中試驗(yàn)和推廣普通錨網(wǎng)支護(hù)；1993~2000年，跟蹤全國(guó)煤巷螺紋鋼樹脂錨桿成套支護(hù)技術(shù)進(jìn)展，并在Ⅳ、Ⅴ類巷道中攻關(guān)，但支護(hù)效果差，安全可靠性沒有保障。1996年在潘一礦1672(3)綜采工作面上風(fēng)巷進(jìn)行螺紋鋼高強(qiáng)樹脂錨桿支護(hù)試驗(yàn)；1997年在潘三1531(3)下順槽進(jìn)一步開展螺紋鋼高強(qiáng)樹脂錨桿支護(hù)試驗(yàn)；艱難的支護(hù)改革歷程2023/8/661980年以前，煤巷半煤巖巷嘗試金屬錨桿支2023/9/177主要原因煤巷支護(hù)的基礎(chǔ)條件惡劣1)巖性差，膠結(jié)程度低，強(qiáng)度小；2)煤層頂板結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，層理發(fā)育；3)煤體松軟，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；4)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈；5)采深大。頂板離層傾向顯著，圍巖穩(wěn)定性差安全可靠性要求更高因此，必須圍繞極易離層破碎型煤巷的穩(wěn)定性控制技術(shù)開展研究，創(chuàng)新支護(hù)技術(shù)2023/8/67主要原因煤巷支護(hù)的基礎(chǔ)條件惡劣2023/9/1782.主要技術(shù)成果

基本支護(hù)條件和圍巖分類研究針對(duì)頂板離層破壞的預(yù)應(yīng)力控制理論厚層復(fù)合頂板留小煤柱沿空掘巷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析有效控制頂板離層的預(yù)拉力支護(hù)體系典型條件的工業(yè)性試驗(yàn)及推廣應(yīng)用2023/8/682.主要技術(shù)成果基本支護(hù)條件和圍巖分類2023/9/1792.1基本支護(hù)條件和分類研究通過圍巖物理力學(xué)性能和地應(yīng)力測(cè)試進(jìn)一步量化煤巷條件選取敏感指標(biāo)開展分類，能夠直觀體現(xiàn)頂板的穩(wěn)定性程度2023/8/692.1基本支護(hù)條件和分類研究通過圍巖物理2023/9/17101）物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試測(cè)試點(diǎn)：謝橋礦、潘三礦試樣數(shù)：15塊測(cè)試單位：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)巖層控制中心實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)1)巖性很差，煤系地層為第四系深厚沖積層覆蓋，成巖較晚，煤系地層上覆巖體膠結(jié)壓密不好，礦物成分X衍射定量分析測(cè)試結(jié)果表明，新區(qū)典型泥巖皆為粉砂質(zhì)高嶺石泥巖，抗拉強(qiáng)度僅有1.57～3.2MPa，易風(fēng)化，遇水泥化并具有一定的膨脹性，膨脹率在5%左右，膨脹力達(dá)到0.38～0.51MPa；2)頂板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，賦含煤線、軟弱夾層，取芯困難，巖石質(zhì)量指標(biāo)指數(shù)RQD僅為25～30%；3)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層理紊亂，硬度0.73～0.82，并含有多層硬度小于0.5的軟弱薄層，嚴(yán)重制約了煤層的穩(wěn)定性，頂煤自穩(wěn)時(shí)間很短。2023/8/6101）物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試測(cè)試點(diǎn)：謝橋礦、潘三2023/9/1711基本支護(hù)條件和分類研究

測(cè)量原理：空心包體類三維應(yīng)力測(cè)量原理和鉆孔應(yīng)力解除技術(shù)測(cè)量點(diǎn)：潘三礦－650水平東翼1542(3)工作面運(yùn)輸巷與切眼交叉處潘三礦－650水平西翼1452(3)工作面運(yùn)輸巷謝橋礦-650水平1151(3)運(yùn)輸巷代表了由強(qiáng)到弱的3個(gè)典型應(yīng)力區(qū)域地應(yīng)力測(cè)試結(jié)論1)采深大，自重應(yīng)力強(qiáng)烈；2)構(gòu)造應(yīng)力分布不均衡，3)圍巖應(yīng)力方向與大地坐標(biāo)系及巷道方位都呈空間分布。2)地應(yīng)力測(cè)量2023/8/611基本支護(hù)條件和分類研究

測(cè)量原理：空心包2023/9/17121452(3)測(cè)點(diǎn)地應(yīng)力解除過程實(shí)測(cè)曲線1452(3)運(yùn)順測(cè)點(diǎn)巖芯實(shí)測(cè)所得最大主應(yīng)力σ1為18.75MPa，與鉛垂方向成54°夾角，和東西向夾38.41°角，南北向夾角78.167°。從實(shí)測(cè)看該處應(yīng)力水平較高，水平面上的最大應(yīng)力σmax與1452(3)運(yùn)輸順槽斜交，對(duì)巷道形成水平剪力，且σmax和σmin相差較大。2023/8/6121452(3)測(cè)點(diǎn)地應(yīng)力解除過程實(shí)測(cè)曲2023/9/1713圖2.7 1542(3)運(yùn)輸巷測(cè)點(diǎn)巖芯

圖2.8地應(yīng)力解除過程實(shí)測(cè)曲線最大主應(yīng)力σ1與鉛垂方向成46o夾角，東西向夾65°角，南北向夾126°角。其值為16.41MPa，σ2和σ3相差較大，剪應(yīng)力比較突出。σv的估算值為17MPa左右，而計(jì)算所得的垂直方向的應(yīng)力分量為11.89MPa，二者相差較大，說明該區(qū)域內(nèi)存在構(gòu)造應(yīng)力。2023/8/613圖2.7 1542(3)運(yùn)輸巷測(cè)點(diǎn)巖芯2023/9/1714地應(yīng)力解除過程實(shí)測(cè)曲線1151(3)運(yùn)順測(cè)點(diǎn)巖芯實(shí)物

最大主應(yīng)力σ112.07MPa，與鉛垂方向成36o夾角，σ2和σ3相差不大。采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地應(yīng)力以自重應(yīng)力為主，剪應(yīng)力較小。水平面上的最大主應(yīng)力與運(yùn)輸順槽接近平行，有利于巷道圍巖支護(hù)。2023/8/614地應(yīng)力解除過程實(shí)測(cè)曲線1151(3)運(yùn)2023/9/1715表2.11 主應(yīng)力大小與方向測(cè)點(diǎn)編號(hào)測(cè)點(diǎn)位置距地表深度(m)主應(yīng)力大小(MPa)主應(yīng)力方向夾角度(°)P1/P2/P3V(垂直)W(東西)N(南北)1潘三1542(3)運(yùn)輸巷680.02916.40946.89665.006126.549.486131.8088.394138.160.195107.3425.05272.4972潘三1452(3)運(yùn)輸巷704.87618.7554.09438.40978.1677.403113.9959.754139.660.733134.4768.67552.1253謝橋1151(3)運(yùn)輸巷665.86812.07474.06536.0358.65410.60984.51658.978148.395.99216.90106.4793.6822023/8/615表2.11 主應(yīng)力大小與方向測(cè)點(diǎn)位置距地2023/9/1716表1.3 巷道頂板穩(wěn)定性類別的基本劃分類別特征描述參考型指標(biāo)Ⅰ完整型巖層完整層理不發(fā)育層厚一般超過1.0m；無煤線賦存；完整的砂巖、砂質(zhì)頁巖或砂質(zhì)泥巖；空頂自穩(wěn)時(shí)間2小時(shí)以上，循環(huán)進(jìn)尺一般允許2.0m左右Ⅱ較完整型層理不太發(fā)育，但有誘發(fā)帽頂?shù)牧严叮话銢]有煤線；裂隙較發(fā)育的砂巖或較完整的砂質(zhì)頁巖或砂質(zhì)泥巖；空頂自穩(wěn)時(shí)間1小時(shí)左右，循環(huán)進(jìn)尺一般要求1.0m左右Ⅲ較破碎型層理發(fā)育，有煤線賦存，自穩(wěn)時(shí)間短最大完整層厚一般不超過0.7m，裂隙較發(fā)育的砂質(zhì)頁巖或砂質(zhì)泥巖；空頂自穩(wěn)時(shí)間0.5小時(shí)左右，循環(huán)進(jìn)尺一般要求1.0m以內(nèi)Ⅳ破碎型松散破碎，裂隙非常發(fā)育，或煤層頂板裂隙非常發(fā)育的砂質(zhì)頁巖或砂質(zhì)泥巖，或厚層煤體；偽頂厚，空頂自穩(wěn)時(shí)間很短，隨掘隨冒注：頂板特征描述主要針對(duì)4~5m范圍內(nèi)巖層。2023/8/616表1.3 巷道頂板穩(wěn)定性類別的基本劃分類2023/9/1717基本支護(hù)條件和分類研究表1.5 巷道圍巖構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)弱的劃分類別參考指標(biāo)a強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)k＞5b弱構(gòu)造應(yīng)力區(qū)2＜k≤5c非構(gòu)造應(yīng)力區(qū)k＜2K：實(shí)測(cè)水平應(yīng)力與自重計(jì)算水平應(yīng)力之比2023/8/617基本支護(hù)條件和分類研究表1.5 巷道圍巖2023/9/1718表1.6 淮南礦區(qū)煤巷圍巖分類類別參考指標(biāo)第一類穩(wěn)定型Ⅰ、Ⅱ類頂板，b類或c類應(yīng)力區(qū)第二類破碎型Ⅲ、Ⅳ類頂板，b類或c類應(yīng)力區(qū)第三類離層型Ⅰ、Ⅱ類頂板，a類應(yīng)力區(qū)第四類離層破碎型Ⅲ、Ⅳ類頂板，a類應(yīng)力區(qū)2023/8/618表1.6 淮南礦區(qū)煤巷圍巖分類類別參考指2023/9/17192.2預(yù)應(yīng)力支護(hù)理論分析高強(qiáng)錨桿支護(hù)的技術(shù)問題提出錨桿支護(hù)技術(shù)的方向考慮水平應(yīng)力和預(yù)拉力兩因素提出層狀頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論2023/8/6192.2預(yù)應(yīng)力支護(hù)理論分析高強(qiáng)錨桿支護(hù)的技2023/9/1720預(yù)應(yīng)力支護(hù)思想的提出安全問題：如何控制錨固區(qū)內(nèi)外的離層經(jīng)濟(jì)問題：如何發(fā)揮高強(qiáng)支護(hù)體系的效能高強(qiáng)錨桿支護(hù)體系：兩高兩低

高強(qiáng)度、高粘結(jié)力、低初錨力（工作阻力）、低可靠性預(yù)拉力支護(hù)體系：四高一大

高強(qiáng)度、高粘結(jié)力、高預(yù)拉力（工作阻力）、高可靠性、大間排距2023/8/620預(yù)應(yīng)力支護(hù)思想的提出安全問題：如何控制錨2023/9/1721巷道掘進(jìn)方向最大水平應(yīng)力應(yīng)力集中區(qū)充分重視水平應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響2023/8/621巷道掘進(jìn)方向最大水平應(yīng)力應(yīng)力集中區(qū)充分重2023/9/1722水平應(yīng)力水平應(yīng)力垂直應(yīng)力水平應(yīng)力水平應(yīng)力垂直應(yīng)力預(yù)拉力支護(hù)和高強(qiáng)錨桿支護(hù)的比較

2023/8/622水平應(yīng)力水平應(yīng)力垂直應(yīng)力水平應(yīng)力水平應(yīng)力2023/9/1723層狀頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論主要內(nèi)容水平應(yīng)力是造成頂板弱面剪切破壞進(jìn)而發(fā)生離層的主要原因；當(dāng)水平應(yīng)力超過頂板巖石弱面強(qiáng)度時(shí)，將不可避免地破壞頂板（剪切破壞和拉破壞），誘導(dǎo)層狀頂板離層。預(yù)拉力是能否有效加固頂板弱面，進(jìn)而控制離層的關(guān)鍵因素；當(dāng)頂板支護(hù)預(yù)拉力達(dá)到一定水平時(shí)，可以消除頂板中部產(chǎn)生的拉應(yīng)力區(qū)，促使頂板形成壓力自撐結(jié)構(gòu)，即產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)效應(yīng)。當(dāng)頂板整體性好時(shí)，形成預(yù)應(yīng)力板，可以采用大間排距支護(hù)；當(dāng)頂板破碎時(shí)，形成預(yù)應(yīng)力梁，應(yīng)采用小間排距支護(hù)；2023/8/623層狀頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論主要內(nèi)容水平應(yīng)力是2023/9/1724

2023/8/6242023/9/1725層狀頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論的指導(dǎo)作用在技術(shù)源頭上為徹底解決頂板的垮冒提供可能性和方向?yàn)殡x層型、離層破碎型頂板穩(wěn)定性控制提供理論指導(dǎo)重視以實(shí)現(xiàn)高預(yù)拉力為目的的支護(hù)結(jié)構(gòu)研究為施工安裝機(jī)械設(shè)備的開發(fā)提出方向支護(hù)設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)應(yīng)以預(yù)拉力和頂板離層為中心開展。2023/8/625層狀頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論的指導(dǎo)作用在技術(shù)源2023/9/17262.3三種新型預(yù)拉力支護(hù)手段高性能（預(yù)拉力）錨桿支護(hù)鋼絞線預(yù)拉力桁架支護(hù)M型鋼帶和小孔徑預(yù)拉力短錨索一起構(gòu)成了預(yù)拉力支護(hù)體系2023/8/6262.3三種新型預(yù)拉力支護(hù)手段高性能（預(yù)2023/9/1727高性能（預(yù)拉力）錨桿桿體性能優(yōu)良整體強(qiáng)度和幾何尺寸匹配鉆機(jī)連續(xù)一體化安裝直觀顯現(xiàn)施工安裝質(zhì)量易于實(shí)現(xiàn)預(yù)拉力2023/8/627高性能（預(yù)拉力）錨桿桿體性能優(yōu)良2023/9/17282023/8/6282023/9/17292023/8/6292023/9/17302023/8/6302023/9/1731與普通高強(qiáng)錨桿的比較對(duì)比項(xiàng)目普通錨桿預(yù)拉力等強(qiáng)錨桿錨桿破斷力100％120％錨桿可延伸量10mm大于200mm材料成本100％83％錨桿井下斷裂有很少國(guó)際相關(guān)技術(shù)有無機(jī)械安裝性能無有安全標(biāo)志無有

2023/8/631與普通高強(qiáng)錨桿的比較對(duì)比項(xiàng)目預(yù)拉力鋼絞線桁架–

有效阻止頂板垮冒頂板受壓區(qū)頂板受壓區(qū)預(yù)拉力鋼絞線桁架–有效阻止頂板垮冒頂板受壓區(qū)頂板受壓區(qū)2023/9/1733留頂煤時(shí)的桁架使用情況（M型鋼帶作基礎(chǔ)）2023/8/633留頂煤時(shí)的桁架使用情況（M型鋼帶作基礎(chǔ)）2023/9/1734M型鋼帶適應(yīng)破碎不平整煤巷頂板條件；

抗撕裂，和新型錨桿配套使用效果好。2023/8/634M型鋼帶適應(yīng)破碎不平整煤巷頂板條件；

抗2023/9/17352023/8/6352023/9/1736綜采(放)留小煤柱沿空掘巷穩(wěn)定性分析沿空掘巷的大小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析煤柱的穩(wěn)定及變形控制技術(shù)2023/8/636綜采(放)留小煤柱沿空掘巷穩(wěn)定性分析沿空2023/9/1737留小煤柱沿空掘巷圍巖大小結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析大結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上區(qū)段回采時(shí)側(cè)向采空上覆關(guān)鍵層斷裂成弧三角板，形成關(guān)鍵塊體；該結(jié)構(gòu)不受巷道掘進(jìn)的影響，能夠自穩(wěn)；本工作面回采超前階段承載結(jié)構(gòu)不會(huì)失效，為使用錨桿類支護(hù)提供了基礎(chǔ)。小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定圍巖變形的劇烈時(shí)期為一個(gè)關(guān)鍵塊體的長(zhǎng)度，即基本頂巖層的周期來壓步距；取決于對(duì)兩幫煤體的有效加固，特別是對(duì)其形狀的有效控制。采用新型預(yù)拉力錨帶網(wǎng)及鋼絞線預(yù)拉力桁架等組合支護(hù)手段，可以保持圍巖錨固結(jié)構(gòu)的整體性能；2023/8/637留小煤柱沿空掘巷圍巖大小結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析2023/9/1738煤柱穩(wěn)定性的影響因素主要考慮煤層力學(xué)參數(shù)、煤柱寬度、錨桿支護(hù)強(qiáng)度等。煤柱寬度對(duì)應(yīng)力分布影響較大。隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度增大，煤柱淺部應(yīng)力增大，軟煤煤柱淺部應(yīng)力增加幅度大于中硬煤。錨桿支護(hù)強(qiáng)度提高對(duì)軟煤煤柱表面位移控制作用顯著大于對(duì)中硬煤煤柱的控制作用。變形控制技術(shù)合理確定煤柱尺寸高預(yù)拉力支護(hù)技術(shù)控制窄煤柱淺表變形高強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)提高承載力預(yù)留變形量，適應(yīng)大結(jié)構(gòu)下沉考慮大變形過程中的錨固力衰減或失效現(xiàn)象，二次加強(qiáng)錨固窄煤柱穩(wěn)定性及變形控制2023/8/638煤柱穩(wěn)定性的影響因素主要考慮煤層力學(xué)參數(shù)2023/9/1739工業(yè)性試驗(yàn)形成3項(xiàng)成熟技術(shù)1.謝橋礦8槽煤巷新型預(yù)拉力錨桿支護(hù)工業(yè)性試驗(yàn)2.謝橋礦13槽綜放煤巷預(yù)拉力錨桿桁架組合支護(hù)工業(yè)性試驗(yàn)3.潘三礦13槽綜采煤巷組合預(yù)拉力錨索(桁)架支護(hù)工業(yè)性試驗(yàn)4.潘三礦1211(3)沿空掘巷組合錨桿支護(hù)工業(yè)性試驗(yàn)5.潘一煤礦11槽煤層皮帶機(jī)運(yùn)輸下山錨桿支護(hù)工業(yè)