1、1极困难条件巷道支护新对策 对接长锚杆支护新技术1、困难条件下巷道变形破坏特征几种典型困难条件巷道 深井巷道、软岩巷道、受多次采动巷道及小煤柱回采巷道巷道变形破坏特征 正常使用期间巷道变形破坏严重，支护难度极大;巷道顶板下沉量一般在300mm以上，甚至可以达到1500mm；围岩塑形区破坏深度高达3-5m；导致的危害 锚索等支护构件破断失效严重，甚至高达65%以上；极易发生局部冒顶甚至大规模跨落，严重影响矿井的安全生产。锚索破断2、主要原因：支护理论与技术上存在误区 支护理论误区 认为不断提高锚杆锚索强度和初锚力，就可以大幅度减小围岩变形和破坏，甚至形成刚性梁，杜绝巷道变形 支护技术误区 大量增
2、加锚索数量、增大锚索直径 每米巷道顶板锚索数量可达5根甚至7根，锚索直径从开始的15.24mm增加到目前普遍使用的22mm，有的甚至达到28mm。巷道维护现状 巷道围岩变形控制效果并不理想，锚索大量破断失效现象依然存在，巷道冒顶事故时有发生。锚索破断3、困难条件巷道支护新对策（1）加深对巷道变形破坏机理的认识 巷道主要处于“给定变形”与“给定破坏”状态 当前支护强度对其可控量很小（仅能控制20%左右）不能过分强调支护强度与初锚力形成刚性梁的作用“给定变形”的理论基础原岩应力、围岩条件、支护强度与围岩变形之间的关系曲线表明，在巷道围岩力学性质和应力环境一定时，随着支护强度的不断增高，围岩变形量的
3、减小极为有限，相当一部分围岩变形为“给定变形”。“给定变形”与“给定破坏”的现场验证原始：每米4根长2.2m、直径20mm锚杆，2根长6.5m、直径17.8的锚索补强：不补强、4根对接长锚杆补强支护、3根22锚索补强支护支护强度：0.272MPa、0.424MPa和0.548MPa，每种巷道长度100m8 1 3 0 5 采 空 区8 1 3 0 6 一 号 回 风 顺 槽8 1 3 0 6 二 号 回 风 顺 槽11 0 0 m(A)25m12m234567891 01 11 21 31 41 51 0 0 m(C)顶板下沉与支护强度的关系“给定变形”与“给定破坏”3种支护巷道顶板下沉量均在
4、2201320mm之间，与支护强度大小相关性不大3根22锚索补强支护、4根对接长锚杆补强支护、不进行补强支护处于“给定变形”和“给定破坏”状态，目前支护技术水平下很难控制不能过分强调支护强度与初锚力形成刚性梁的作用顶板处于“给定破坏”状态 顶板由局部变形破坏逐步扩大完整完整顶板顶板局部局部破碎破碎顶板相对下沉630mm、绝对下沉960mm顶板处于“给定破坏”状态3、困难条件巷道支护新对策（2）用对接长锚杆等“柔性支护”取代锚索“刚性支护”锚索高刚性支护试图限制变形与破坏，但限制不住 在顶板下沉大于300mm的困难条件巷道，用具有高延伸量的对接长锚杆适应围岩变形，并持续提供较高支护阻力防止松动围
5、岩冒落引发冒顶。20锚杆183kN,延伸685mm；15.24锚索210kN,延伸135mm；20锚索320kN,延伸125mm；锚索破断与顶板下沉的关系测区二号回风顺槽测区一号回风顺槽最大下沉量/mm锚索破断统计最大下沉量/mm锚索破断统计17.8锚索22锚索17.8锚索22锚索213512.5%1109410%6052870%211000%11973280%31321025%9172665%420300%8852870%521125%5031640%1220%6123615%00%5122460%813.3%7301615%00%12013280%1016.7%8335820%00%611
6、3075%813.3%9201615%11.7%11133075%711.7%104051435%23.3%锚索失效的主要形式与原因分析1、锚固端失效被拉出；2、锚索延伸率过低被各个击破断裂；3、锚索尾部局部顶板应力过于集中造成碎裂漏顶；4、锚杆长度小于松散垮漏体高度，不能锚固到稳定岩层。锚索破断后巷道冒顶摒弃使用锚索高刚性支护限制变形的方法转而使用具有高延伸量的对接长锚杆适应围岩变形持续提供较高支护阻力防止松动围岩冒落引发冒顶400-600mm对接长锚杆与锚索破断率对比当顶板下沉量200mm时，锚索破断率到达10%，而长锚杆破断率仅1%，相差10倍当顶板下沉量大于600mm时，锚索破断率达到
7、75%，而长锚杆破断率为3%，相差20倍多在大变形巷道中，对接长锚杆能适应围岩大变形，克服锚索延伸率低、围岩变形后易破断失效的缺点，消除冒顶隐患。测区测区二号回风顺槽二号回风顺槽测区测区一号回风顺槽一号回风顺槽最大下沉量/mm锚索破断统计最大下沉量/mm锚索破断统计17.8锚索20长锚杆（5m）17.8锚索20长锚杆（5m）5061845%00%1110325%00%5122255%11.25%12155615%00%8733075%11.25%13307615%00%6112870%00%144011640%00%12213075%33.75%15231410%11.25%对接长锚杆的优点
8、锚固构件与围岩的作用力协调持续具有较高的强度，有效控制围岩变形不产生过大应力集中，不造成围岩的破碎，不从钻孔中拉出。锚固构件与围岩的变形协调既有高支护力，又有大延伸率，保证围岩变形时不被破坏。锚固构件之间的相互协调长短协调力学性能协调 锚固构件性能与生产要求的协调巷道正常使用时能保证不冒顶巷道报废时不造成放顶困难4、使用对接长锚杆的支护参数设计与应用 对接长锚杆与锚杆都属于柔性支护，允许顶板离层量高达300600mm，可以与顶板围岩协调变形，而刚性锚索被与锚杆之间不协调，锚索容易被各个击破引起冒顶。对接长锚杆使巷道放顶更容易。4、对接长锚杆支护参数设计（1）理论基础埋深800m原岩应力与采动应
9、力 原岩垂直应力为20MPa 固定支承压力为40MPa 移动支承压力为60-80MPa800m埋深煤层巷道围岩变形破坏分析周围应力大，巷道周边完全破坏顶板形成松动区，弹性边界进一步扩大顶板出现较多离层圆形巷道受不等载荷围岩应力及塑性区800m采深原岩应力开挖前原岩垂直应力为20MPa矩形巷道变成园、椭圆02a应力集中系数31.25表面围岩破裂，向深部发展2a（2.5m）处应力增大25%围岩破坏不大3a（5m）处应力增大11%围岩变形不大5a（10m）应力增大4%围岩变形几乎不变形巷道围岩塑性区与碎裂岩石拱高度5m圆形巷道塑性区深度最大4m左右，破碎区深度2-3m；矩形巷道顶板塑性区和碎裂岩石拱
10、高度需增加弓形高度；锚杆长度5m即可满足要求（2）困难条件采动巷道对接长锚杆分期支护法掘进期：顶板破坏深度1m左右，顶板变形100mm左右 普通锚杆防局部冒顶，2根5m对接长锚杆防大块岩石掉顶蠕变期：顶板碎裂岩石拱高度2-3m，顶板变形100500mm 3-4根对接长锚杆补强支护，在防止冒顶的同时不破断，持续对顶板高强支护采动期：顶板碎裂岩石拱高度超过3m，顶板变形可达1000mm 顶板变形超过500mm 每米补打1根21.6长锚索 防止岩石碎裂拱冒顶（2）困难条件采动巷道对接长锚杆分期支护法掘进期：顶板破坏深度1m左右，顶板变形100mm左右 普通锚杆防局部冒顶，2根5m对接长锚杆防大块岩石
11、掉顶蠕变期：顶板碎裂岩石拱高度2-3m，顶板变形100500mm 3-4根对接长锚杆补强支护，在防止冒顶的同时不破断，持续对顶板高强支护采动期：顶板碎裂岩石拱高度超过3m，顶板变形可达1000mm 顶板变形超过500mm 每米补打1根21.6长锚索 防止岩石碎裂拱冒顶保德、赵固二矿回采巷道支护参数煤帮刚性长螺纹锚杆的应用 螺纹部分刚性大，不变形，很好的解决了扩帮后锚杆螺母无法继续拧紧，需要重新补打新锚杆的难题；因为加工的螺纹长，有效地避免了锚杆安装时因螺纹长度不够、难于紧固托盘导致的锚杆报废。4、使用对接长锚杆的支护参数设计与应用（3）沈煤集团蒲河煤矿西三采区集中运输巷 围岩属于典型软岩矿井地
12、质构造复杂，存在破碎带，围岩松碎，完整性差；煤体抗压强度为8.58MPa，内聚力为0.57MPa，属于低强度岩体；煤层的底板普遍赋存油母页岩等软岩，具有较强流变性和膨胀性 在开挖后3天内顶板下沉量达到300-400mm，最大达到600mm，两帮变形量达到500mm，最大能达到1000mm巷道锚索破断、U型钢破坏实照 巷道变形量大，局部地区发生锚索破断，不架棚的巷道锚索破断率高达30以上，采用架棚支护的巷道U型钢支架出现屈服、破坏等现象，对后期巷道维护以及安全生产有很大影响。巷道支护对比试验 原支护（左图）：锚杆+锚索+支架+混凝土 现支护（右图）：对接长锚杆+混凝土中心拱基线（单位：）3950
13、3850115054005600电缆水管风管R2700风筒150100800金属网巷 道 支 护 断 面 图对接长锚杆顶板深部围岩位移在巷道开挖初期，变形量较大，尤其是前两天，顶板下沉量能达到200mm左右，两天以后顶板变形在150mm左右，且变形速度逐渐减小，总变形量在300-400mm之间；两帮移近量在200mm左右。在开挖20天后，变形速度趋于0，巷道得到稳定的控制长锚杆支护取代锚索支护效果可以取消锚索，取消吊梁，不需架棚，大大节省了大笔巷道掘进的开支（经计算，每米巷道能节省4400元左右），并且降低了工人的劳动强度；减少了巷道返修量，避免误工误时；长锚杆没有发生破断的情况，顶板得到了有
14、效地控制，消除了冒顶隐患。对接长锚杆应用实例应用应用地点地点地质概况地质概况原支护原支护现支护现支护比较比较五家五家沟煤沟煤矿矿巷道顶板为煤，强度较弱，在回采过程中，顶板下沉量大，超过200mm，多处巷道在掘进和回采过程中发生过漏顶事故。锚网索联合支护“高强协调支护”（1）“高强协调支护”取消锚索，巷道支护成本大幅度降低，每米5004400元；（2）原支护仅允许顶板围岩变形量150mm左右，有冒顶隐患；（3）“高强协调支护”允许顶板围岩变形量达到500mm左右，基本消除冒顶隐患。赵固赵固二矿二矿巷道埋深大，受高地压的影响，巷道在掘进期间发生顶板下沉、两帮收敛、底鼓、支护体失稳等破坏现象，巷道变
15、形严重，存在大量的锚杆破断现象，在局部地区出现大量的锚索破断现象，给巷道的维护带来很大的困难。锚网索联合支护“高强协调支护”蒲河蒲河煤矿煤矿属于高地压软岩巷道，矿压显现剧烈，巷道变形严重，局部地区存在锚索破断、支架损坏等情况，巷道维护十分困难。锚 网 索-支架联合支护“高强协调支护”保德保德煤矿煤矿属于层状碎裂结构顶板，稳定性差，顶板裂隙发育，顶板破碎易冒落，支护困难，受两次采动影响，矿压显现剧烈，回采期间顶板下沉量大，并多处发生过漏顶事故。锚网索联合支护“高强协调支护”巷道围岩条件在时空上一般有较大的差异，但支护设计时往往不考虑这一实际，采用“一刀切”的办法，一条巷道、一个采区、乃至整个矿井
16、巷道都采用相同的支护参数。一是造成大部分巷道支护过剩，支护浪费巨大。二是巷道冒顶高风险区域支护不足，冒顶事故频发。极不稳定地段发生冒顶事故煤矿巷道顶板条件经常发生变化 将巷道顶板按照冒顶隐患程度划分为不同的级别是解决该问题的有效手段！5、巷道顶板隐患分级与支护参数设计将巷道冒顶隐患分级分为级32顶板级别冒顶控制难易程度最大冒顶高度稳定岩层位置级容易1.5m2.0m级较困难3.5m2.04.0m级困难5.5m4.06.0m级极困难不确定6.0m将巷道顶板分为四级，其中级、级、级顶板的最大冒顶高度分别为1.5m、3.5m、5.5m，级顶板最大冒顶高度不确定，冒顶隐患级别最高。对开采煤层进行冒顶隐患
17、分级绘制出矿井冒顶隐患分级区划图，据此确定矿井整个煤层各区域巷道冒顶隐患级别及高冒顶风险区域。冒顶隐患分级区划图 级、级顶板冒顶隐患较小，宜优化常规锚杆索支护参数控制冒顶，可大幅度降低支护费用，提高掘进速度。级、级顶板冒顶隐患高，传统控制方法留有冒顶隐患，采用适合围岩变形的协调支护技术控制冒顶，消除冒顶隐患，保障顶板安全。对具有不同冒顶隐患分级的巷道采用支护对策2022-8-535巷道顶板锚杆（索）支护参数巷道顶板锚杆（索）支护参数巷道跨度为5m时锚杆支护参数（无锚索支护）6、主要结论（1）对变形剧烈易发生冒顶的采准巷道，对接长锚杆技术完全取消锚索，能够适应围岩变形，允许围岩变形量500mm以
18、上，克服锚索延伸率低、围岩变形后易破断失效的缺点，消除冒顶隐患，保障顶板安全，支护成本大幅度降低；（2）对变形剧烈有冒顶隐患的锚杆索-支架联合支护巷道，对接长锚杆技术取消金属支架、单体支柱等被动支护，成倍降低了支护成本。（3）对变形剧烈的需翻修巷道，使用刚性长螺纹锚杆，避免扩帮时重新补打锚杆，可显著减少巷道翻修工程量，巷道维护费用可节省50%以上。（4）对煤层进行冒顶隐患分级，可以提高巷道支护参数设计的科学性，大幅度降低支护成本，保证巷道安全。错误：认为不断提高锚杆锚索强度和初锚力，就可以大幅度减小围岩变形和破坏，甚至形成刚性梁，杜绝巷道变形。正确：巷道主要是“给定变形”与“给定破坏”，可控量很小仅能控制20%左右不能过分强调支护强度与初锚力的作用原因1：支护理论存在误区原因2：支护技术有缺陷 不断大量增加锚索数量、增大锚索直径（刚性支护）每米巷道顶板锚索数量可达5根甚至7根锚索直径从开始的15.24mm增加到目前普遍使用的22mm，有的甚至达到28mm。尽管如此，对巷道围岩变形控制效果并不理想，锚索大量破断失效现象依然存在，巷道冒顶事故时有发生。
