1、动压巷道矿压新理论动压巷道矿压新理论巷道围岩控制的基本途径巷道围岩控制的基本途径巷道布置与卸压巷道布置与卸压巷道支护巷道支护围岩注浆加固围岩注浆加固巷道是矿井生产的咽喉，全国每年新掘巷道巷道是矿井生产的咽喉，全国每年新掘巷道20000km20000km以上，静压巷道小于以上，静压巷道小于10%10%，围岩控制较好。，围岩控制较好。矿工钢支护（无采动影响）U型钢支护的大巷（无采动影响）动压巷道占90%以上，高强弧板支护严重破坏巷道修复动压巷道围岩变形严重，严重影响生产、安动压巷道围岩变形严重，严重影响生产、安全及矿井的经济效益全及矿井的经济效益U型钢支护破坏情况锚杆支护破坏情况1.1 围岩塑性区
2、分布围岩塑性区分布 围岩分层显著，强度与厚度差别大；压力分布不均匀，围岩分层显著，强度与厚度差别大；压力分布不均匀，4角大；护巷方式不同。塑性区分布状态不均匀，多样角大；护巷方式不同。塑性区分布状态不均匀，多样化。化。与圆形巷道、基本巷道分布状态不同，是研究动与圆形巷道、基本巷道分布状态不同，是研究动压、软岩巷道矿压的基础。压、软岩巷道矿压的基础。(a)实体煤巷道；实体煤巷道；(b)煤柱巷道；煤柱巷道；(c)沿空巷道；沿空巷道；(d)无直无直接顶、底的煤柱巷道。分布状态：接顶、底的煤柱巷道。分布状态：(a)“”型；型；(b)、(c)半半“”型；型；(d)缺上（或下）的半缺上（或下）的半“”型型
3、这是由大面积开采、采动支承压力和不同护巷方式引起这是由大面积开采、采动支承压力和不同护巷方式引起。图图2 2 相似材料模拟试验结果相似材料模拟试验结果u1u1、u2u2、u3u3、u4u4、u5u5下沉曲线下沉曲线D1D1、D2D2、D3D3破断曲线破断曲线浅部鼓起、深部下沉浅部鼓起、深部下沉图图3 巷道底板深基点位移巷道底板深基点位移图图4 巷道底板围岩垂直位移巷道底板围岩垂直位移No垂直位移为零；垂直位移为零；N零应变点零应变点 两帮下沉，底角破坏，水平应力挤压，底板浅部鼓起，顶板离层下沉。两帮下沉，底角破坏，水平应力挤压，底板浅部鼓起，顶板离层下沉。图图5 东庞矿巷道两帮下沉东庞矿巷道两
4、帮下沉图图6 黄塘岭矿巷道两帮下沉图黄塘岭矿巷道两帮下沉图加固巷道帮角的方法：锚杆、注浆。柳新煤矿试验效果。见表加固巷道帮角的方法：锚杆、注浆。柳新煤矿试验效果。见表1 1，表，表2 2。试验试验编号编号巷道表面移近量巷道表面移近量mm、项试验与项试验与对比对比顶底顶底板板两两 帮帮移近量减少值移近量减少值mm移近量减少百移近量减少百分数分数%顶底顶底板板两两 帮帮顶底顶底板板两两 帮帮37426458631461.054.32759068548871.484.4960578 加固巷道帮角的重要意义。加固巷道帮角的重要意义。综放沿空掘巷与上覆岩层的结构关系综放沿空掘巷与上覆岩层的结构关系巷道受
5、动压影响，不同时期、不同位置顶板情况巷道受动压影响，不同时期、不同位置顶板情况岩层处于相对稳定状态阶段岩层处于相对稳定状态阶段岩层显著运动阶段岩层显著运动阶段覆岩稳定阶段覆岩稳定阶段压力叠加阶段压力叠加阶段 从巷道围岩承载结构的稳定性出发，研究巷道围岩控制理论 合理确定巷道支护强度及支护方式，降低支护成本，改善巷道维护状况，为工作面高产高效、安全生产创造了条件 完善现有的巷道围岩控制理论 主要研究内容主要研究内容研究巷道围岩承载结构的形成过程；建立巷道围岩承载结构模型，建立围岩承载结构稳定的判别式；研究承载结构的变形特点，结构特征；研究动压影响区域开掘巷道承载结构的变化特点；研究巷道承载结构失
6、稳对围岩变形的影响；研究巷道支护对承载结构的稳定性控制原理。2.1 影响巷道围岩稳定性的三大因素影响巷道围岩稳定性的三大因素 围岩强度、岩体应力、支护技术围岩强度、岩体应力、支护技术根据围岩强度与岩体应力对我国矿井巷道的极限深度提出巷道极限深度，见根据围岩强度与岩体应力对我国矿井巷道的极限深度提出巷道极限深度，见表表3 3。表表3 3 巷道极限深度表巷道极限深度表围岩单轴抗压强度围岩单轴抗压强度MPa巷道极限深度巷道极限深度 m6010002.2 基本途径基本途径（1）提高围岩强度）提高围岩强度布置在稳定岩层中；布置锚杆，强化围岩强度；围岩注浆，提高岩体强度；封布置在稳定岩层中；布置锚杆，强化
7、围岩强度；围岩注浆，提高岩体强度；封闭、疏干、防风化，防止围岩碎裂、强度降低闭、疏干、防风化，防止围岩碎裂、强度降低（2）减小岩体应力）减小岩体应力合理布置巷道合理布置巷道时间、空间上减少巷道承受支承压力影响，巷道布置在应力降低区；合理设计时间、空间上减少巷道承受支承压力影响，巷道布置在应力降低区；合理设计煤柱尺寸；考虑最大水平应力的影响煤柱尺寸；考虑最大水平应力的影响巷道卸压巷道卸压跨采进行巷道卸压；开槽卸压；振动爆破卸压；布置卸压峒室卸压跨采进行巷道卸压；开槽卸压；振动爆破卸压；布置卸压峒室卸压（3）巷道支护）巷道支护 巷道金属支架巷道金属支架 作用：给围岩提供支护阻力；当前注意：可缩性支
8、架的使用界限、连接件、作用：给围岩提供支护阻力；当前注意：可缩性支架的使用界限、连接件、矿工钢可缩支架、支架壁后密实。矿工钢可缩支架、支架壁后密实。锚杆支护锚杆支护作用：强化围岩强度；围岩强度强化理论、高强（超高）强度锚杆、设计方法作用：强化围岩强度；围岩强度强化理论、高强（超高）强度锚杆、设计方法、复杂条件下的锚杆支护、桁架锚杆支护。、复杂条件下的锚杆支护、桁架锚杆支护。3.1 巷道布置巷道布置从巷道围岩稳定角度来谈布置。要保持围岩稳定，布置巷道时应考虑围从巷道围岩稳定角度来谈布置。要保持围岩稳定，布置巷道时应考虑围岩强度与岩体应力。岩强度与岩体应力。（1）采动引起的应力重新分布）采动引起的
9、应力重新分布 图图8 已采区及其两侧煤柱的应力分布已采区及其两侧煤柱的应力分布冒落带；冒落带；裂隙带；裂隙带；变曲下沉带；变曲下沉带；A原始应力区；原始应力区；B1、B2应力增高区、应力增高区、C应力降低区；应力降低区；D应力稳定区应力稳定区 图图9 留区段煤柱时回采空间垂直应力等值线分布留区段煤柱时回采空间垂直应力等值线分布 图图10 煤体与采空区交界处底板垂直应力煤体与采空区交界处底板垂直应力等值线分布等值线分布上覆岩层容重；上覆岩层容重；H埋藏深度：埋藏深度：底底板岩石应力升高区的扩展影响角；板岩石应力升高区的扩展影响角；Z被跨巷道与上部回采煤层间的法线距被跨巷道与上部回采煤层间的法线距
10、；X-被跨巷道与上部回采煤柱边缘的水平被跨巷道与上部回采煤柱边缘的水平距距 图图11 煤柱下方底板垂直煤柱下方底板垂直应力等值线分布应力等值线分布（煤柱载荷均布，应力集（煤柱载荷均布，应力集中系数为中系数为3）在应力重新分布下，从时在应力重新分布下，从时间和空间上保证布置的巷道间和空间上保证布置的巷道围岩稳定、维护费用低。围岩稳定、维护费用低。（2）巷道布置的原则：）巷道布置的原则：1）空间上尽量避免支承压力的强烈影响、叠加影响和多次影响；时间上）空间上尽量避免支承压力的强烈影响、叠加影响和多次影响；时间上尽量缩短支承压力影响时间。尽量缩短支承压力影响时间。2）巷道布置在应力降低区或原岩应力区
11、。）巷道布置在应力降低区或原岩应力区。3）采用无煤柱开采，必须留煤柱时在保证煤柱稳定的条件尽可能小。）采用无煤柱开采，必须留煤柱时在保证煤柱稳定的条件尽可能小。4）如果需要留煤巷保护巷道，所留护巷煤柱尺寸应使巷道不受支承压力）如果需要留煤巷保护巷道，所留护巷煤柱尺寸应使巷道不受支承压力影响或影响较小。影响或影响较小。5）避免在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板岩巷与煤柱边缘的水平）避免在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板岩巷与煤柱边缘的水平距离距离x、与煤层垂直距离、与煤层垂直距离Z。6）在围岩受采动影响稳定后再掘巷道。）在围岩受采动影响稳定后再掘巷道。7）巷道轴线方向尽量与最大水平主应力方向
12、平行，避免与之垂直。）巷道轴线方向尽量与最大水平主应力方向平行，避免与之垂直。（1）利用跨采进行巷道卸压）利用跨采进行巷道卸压跨后巷道长期处于应力降低区；跨采过程中应加强巷道支护跨后巷道长期处于应力降低区；跨采过程中应加强巷道支护（2）开槽卸压）开槽卸压 开槽后应力向深部转移，卸压区围岩保持稳定。开槽后应力向深部转移，卸压区围岩保持稳定。卸压槽可在底板、两侧或全断面。卸压槽可在底板、两侧或全断面。图图12 巷道周边卸压后的应力巷道周边卸压后的应力分布分布围岩卸压区；围岩卸压区；应力升应力升高区；高区；原岩应力区原岩应力区（3）松动爆破卸压）松动爆破卸压 图图13 松动爆破卸压松动爆破卸压（4）
13、巷道一侧或两侧布置卸压巷硐）巷道一侧或两侧布置卸压巷硐 图图14 巷道一侧有卸压巷道时的应力分布巷道一侧有卸压巷道时的应力分布 巷道布置方式的变革巷道布置方式的变革（5）巷道顶部布置卸压巷硐）巷道顶部布置卸压巷硐图图15 有无顶部卸压巷时的巷道围岩应力分布有无顶部卸压巷时的巷道围岩应力分布 4.1 金属支架金属支架应用普遍，仍是煤巷支护主要型式之一。应用普遍，仍是煤巷支护主要型式之一。（1）刚性与可缩性支架的界限；围岩移近量）刚性与可缩性支架的界限；围岩移近量200mm。（2）发展双槽形夹板式连接件）发展双槽形夹板式连接件 图图16 双槽夹板式连接件的定位方式双槽夹板式连接件的定位方式 a耳定
14、位；耳定位；b腰定位腰定位 图图17 U25双槽形夹板式连接件力双槽形夹板式连接件力学特性曲线（徐州矿务局）学特性曲线（徐州矿务局）拧紧力矩分别：拧紧力矩分别：1100Nm；2150Nm；3200Nm；4250Nm 图图18 U25型钢螺杆夹板式连接件力型钢螺杆夹板式连接件力学特性曲线（拧紧力短：学特性曲线（拧紧力短：150Nm）（3）矿工钢梯形可缩性支架可进一步发展）矿工钢梯形可缩性支架可进一步发展用于围岩变形量中等的条件；增加的费用不多，可选择侧向、垂直或两者可缩用于围岩变形量中等的条件；增加的费用不多，可选择侧向、垂直或两者可缩（4）支架壁后充填、支架围岩紧密接触）支架壁后充填、支架围岩
15、紧密接触 图图19 拱形支架载荷分布的拱形支架载荷分布的5种情况种情况a均布载荷；均布载荷；b顶压大侧压小；顶压大侧压小；c侧压大顶压小；侧压大顶压小；d侧压力大；侧压力大；e侧肩压大侧肩压大注：图中数字为载荷大小比例注：图中数字为载荷大小比例U29 直腿拱形支加直腿拱形支加(净断面积净断面积8.7m2)计算：计算：a269 kN;b322kN;c252kN;d110kN;e44KN；应改变应改变e、d状况。状况。（1）技术经济优越性）技术经济优越性我国煤矿第二次支护技术革命；我国煤矿第二次支护技术革命；主动支护；主动支护；强化围岩强度，保持围岩稳定；强化围岩强度，保持围岩稳定；施工简单；成本
16、较低；改善作业环境；施工简单；成本较低；改善作业环境；促进矿井高产高效；促进矿井高产高效；推动巷道布置改革推动巷道布置改革（2）围岩强度强化理论）围岩强度强化理论煤巷围岩松软破碎，应力高；煤巷围岩松软破碎，应力高；塑性区、破碎区范围大；塑性区、破碎区范围大；岩体处于峰后强度、残余强度；岩体处于峰后强度、残余强度；破裂围岩中锚杆的作用机理？破裂围岩中锚杆的作用机理？图图20 锚杆布置在破裂围岩中锚杆布置在破裂围岩中、C、随随t的增加而提高。的增加而提高。锚固体锚固体C、表表4 不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的C、值值 锚杆支护强度锚杆支护强度 t/MPa00.06
17、0.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力CMPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效内摩擦角等效内摩擦角（）31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4表表5 不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的C、值值 锚杆支护强度锚杆支护强度t/MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力CMPa0.01680.01820.01830.01840.01860.0210.3869等效内摩擦角等效内摩擦角（）31.5131.5333.5135.5737.24
18、40.440.4图图21 锚固体应力应变曲线图锚固体应力应变曲线图注：曲线上数字为锚杆支护强度注：曲线上数字为锚杆支护强度t（MPa）（3）高（超高）强度锚杆支护系统）高（超高）强度锚杆支护系统 )2/45tan(298.154.01Ct)2/45tan(C298.154.0*t*1显著，从而11*t,C,t（r=0.968）(1)(r=0.967)(2)发展高（超高）强度锚杆的理论依据。发展高（超高）强度锚杆的理论依据。锚杆初锚力、支护强度的重要性锚杆初锚力、支护强度的重要性原则：围岩稳定，支护费用低；依据：围岩强度强化理论；方法：实测为原则：围岩稳定，支护费用低；依据：围岩强度强化理论；方
19、法：实测为依据，数值计算耦合的方法。依据，数值计算耦合的方法。表表6 综放沿空掘巷锚杆初锚力与支护强度综放沿空掘巷锚杆初锚力与支护强度矿名矿名初锚力（初锚力（kN）支护强度（支护强度（MPa）兴隆庄煤矿兴隆庄煤矿20300.20.3王庄煤矿王庄煤矿15250.150.25适当提高初锚力；提高单根锚杆承载能力，途径：保证加工质量，提高锚杆适当提高初锚力；提高单根锚杆承载能力，途径：保证加工质量，提高锚杆材料的强度。材料的强度。可伸长增强锚杆、高强度锚杆：对尾部螺纹部分热处理；超高强度锚杆：对可伸长增强锚杆、高强度锚杆：对尾部螺纹部分热处理；超高强度锚杆：对整根锚杆热处理。整根锚杆热处理。“三径三
20、径”合理匹配：锚固力高、锚固成本低合理匹配：锚固力高、锚固成本低 表表7 “三径三径”合理匹配表合理匹配表构体结构构体结构锚固剂环形厚度（锚固剂环形厚度（mm）合理值合理值最佳值最佳值左旋螺纹钢左旋螺纹钢41056建筑螺纹钢建筑螺纹钢61278作用：防止锚固正外过大离层，防止巷道顶板两角和剪切破坏。作用：防止锚固正外过大离层，防止巷道顶板两角和剪切破坏。承载能力设计准则：按巷道顶板两角免遭剪切；破坏存在的问题：钢铰线直承载能力设计准则：按巷道顶板两角免遭剪切；破坏存在的问题：钢铰线直径与孔径不匹配，延伸率低（仅径与孔径不匹配，延伸率低（仅3.5），承载能力低（），承载能力低（240KN）小孔径
21、锚索小孔径锚索 （4）动态系统设计方法）动态系统设计方法锚杆支护三种设计方法：锚杆支护三种设计方法：工程类比法；工程类比法；理论计算法；理论计算法；数值模拟分析。数值模拟分析。动态系统设计方法的内容（步骤）：动态系统设计方法的内容（步骤）：1）含地应力测试的地质力学评估；）含地应力测试的地质力学评估；2）以数值模拟为主的初始设计；）以数值模拟为主的初始设计；3）对方案进行围岩稳定性分析；）对方案进行围岩稳定性分析；4）施工；）施工；5）现场监测；）现场监测；6）信息反馈与修改完善设计。）信息反馈与修改完善设计。锚杆支护专用设计软件：自动设计和分析处理锚杆支护专用设计软件：自动设计和分析处理步骤
22、：步骤：1）输入原始地质、力学资料，巷道特征，各种支护方案；）输入原始地质、力学资料，巷道特征，各种支护方案；2）自动进行原始参数转换、建模、划分单元、形成若干方案；）自动进行原始参数转换、建模、划分单元、形成若干方案；3）选优：控制围岩变形好，费用低；）选优：控制围岩变形好，费用低；4）输出最优方案，输出内容：方案内容，围岩变形图，塑性区分布图）输出最优方案，输出内容：方案内容，围岩变形图，塑性区分布图，各种分析图，锚杆支护与材料消耗表，锚杆布置与施工图；，各种分析图，锚杆支护与材料消耗表，锚杆布置与施工图；5）监测信息反馈：）监测信息反馈：5个反馈信息指标，输入围岩稳定性判断准则，修个反馈
23、信息指标，输入围岩稳定性判断准则，修改或不修改设计，输出修改意见和支护具体措施。改或不修改设计，输出修改意见和支护具体措施。应用专用设计软件，在生产单位推广动态系统设计法。应用专用设计软件，在生产单位推广动态系统设计法。（5）困难复杂条件下的煤巷锚杆支护）困难复杂条件下的煤巷锚杆支护 包括软岩、深井、沿空、构造压力大，强烈底鼓巷道，主要是包括软岩、深井、沿空、构造压力大，强烈底鼓巷道，主要是、类巷道类巷道支护方案根据不同条件具体确定。支护方案根据不同条件具体确定。图图23 相似材料模拟试验结果相似材料模拟试验结果u1、u2、u3、u4、u5下沉曲线下沉曲线D1、D2、D3破断曲线破断曲线 基本
24、支护准则和方法：基本支护准则和方法：1)顶板：全长锚固或加强锚固，高（超高）强度锚杆；顶板：全长锚固或加强锚固，高（超高）强度锚杆；2）两帮：加长锚固可伸长增强锚杆；）两帮：加长锚固可伸长增强锚杆；3）加固巷道角控制两帮变形、底板鼓起和顶板离层；关键是控制两加固巷道角控制两帮变形、底板鼓起和顶板离层；关键是控制两帮下沉和底角破坏。帮下沉和底角破坏。4）锚索加强与围岩注浆加固；锚索加强与围岩注浆加固；5）锚杆与金属支架联合支护。锚杆与金属支架联合支护。（6）综放沿空掘巷围岩大、小结构的稳定性原理）综放沿空掘巷围岩大、小结构的稳定性原理大、小结构概念大、小结构概念大结构：包括顶煤、直接顶、老顶及其
25、上载荷岩层的结构大结构：包括顶煤、直接顶、老顶及其上载荷岩层的结构小结构：巷道锚杆组合支护与锚固体小结构：巷道锚杆组合支护与锚固体大结构的稳定性分析：掘巷前；掘巷时；掘巷后；回采时大结构的稳定性分析：掘巷前；掘巷时；掘巷后；回采时 图图24 综放沿空掘巷与上覆岩层的结构关系综放沿空掘巷与上覆岩层的结构关系 (a)平面；平面；(b)剖面剖面1综放实体煤巷道；综放实体煤巷道；2综放开切眼；综放开切眼；3综放沿空掘巷综放沿空掘巷图图25 回采时综放巷道与上覆岩体大结构的关系回采时综放巷道与上覆岩体大结构的关系(a)平面；平面；(b)剖面；剖面；1综放实体煤巷道；综放实体煤巷道；2综放开切眼；综放开切
26、眼；3综放沿空巷道综放沿空巷道；M关键块关键块B的回转力矩；的回转力矩；M本工作面老顶岩层断裂，岩块本工作面老顶岩层断裂，岩块A的回转力矩的回转力矩小结构的稳定性分析小结构的稳定性分析1）沿空侧护巷窄煤柱的宽度）沿空侧护巷窄煤柱的宽度221xxxB式中：式中：因上区段工作面开采而在下区段沿空掘巷窄煤柱中产生的破碎因上区段工作面开采而在下区段沿空掘巷窄煤柱中产生的破碎区，其宽度区，其宽度9为：为：1xAPtanCtanCHkn1tan2mAxx0000011A0式中：式中：m上区段平巷高度，上区段平巷高度，m；A侧压系数，侧压系数，泊松比泊松比煤体的内摩擦角，煤体的内摩擦角，C0煤体的粘聚力，煤
27、体的粘聚力，MPa；k应力集中系数，应力集中系数，；岩层平均岩层平均容重，容重，kN/m3；H巷道埋藏深度，巷道埋藏深度，m；Px对煤帮的支护阻力，如上对煤帮的支护阻力，如上区段采空侧支护已拆除，可取区段采空侧支护已拆除，可取Px0。3k 5.0m。2x3x)xx(2.0215.3B 巷道窄煤柱一帮锚杆有效长度，再增加巷道窄煤柱一帮锚杆有效长度，再增加15富裕系数，富裕系数，m；考虑煤层厚度较大而增加的煤柱稳定性系数，考虑煤层厚度较大而增加的煤柱稳定性系数，按计算按计算对于中等稳定围岩的综放沿空掘巷，对于中等稳定围岩的综放沿空掘巷，2)强化围岩强度，确度锚杆支护强度强化围岩强度，确度锚杆支护强
28、度强化围岩强度后能在大结构回转下沉影响下保持围岩稳定，保证足够的锚杆强化围岩强度后能在大结构回转下沉影响下保持围岩稳定，保证足够的锚杆初锚力与支护强度。初锚力与支护强度。综放两道围岩变形规律综放两道围岩变形规律 表表8 巷道围岩变形量对比表巷道围岩变形量对比表序序对比项目对比项目实体煤巷道实体煤巷道沿空掘巷沿空掘巷1顶板、两帮变形顶板、两帮变形110152回采期间与掘巷期间围岩变回采期间与掘巷期间围岩变形比值形比值1.21.5563两帮变形与顶底板变形比值两帮变形与顶底板变形比值122.5图图26 工作面前方工作面前方500530m处沿空处沿空巷道支护状况巷道支护状况图图27 工作面前方工作面
29、前方4030m处处沿空巷道支护状况沿空巷道支护状况（7）桁架锚杆）桁架锚杆桁架锚杆对围岩强度的强化更为突出桁架锚杆对围岩强度的强化更为突出拉杆预紧力的重要作用拉杆预紧力的重要作用图图28 单式桁架锚杆的支护原理单式桁架锚杆的支护原理 图图29 东庞矿桁架锚杆布置图东庞矿桁架锚杆布置图 图图30 开切眼支护状况开切眼支护状况l巷道断面加大也是巷道布置改革的方向之一。l优点：允许变形l 运输方便l 便于机械化掘进5 围岩注浆加固围岩注浆加固5.1 提高强度、充填裂隙、封闭水源、隔绝空气提高强度、充填裂隙、封闭水源、隔绝空气表表9 煤、岩试块破坏前和注浆后抗压强度实验结果煤、岩试块破坏前和注浆后抗压
30、强度实验结果5.2 注浆材料注浆材料（1）材料类别）材料类别化学类：丙烯酰胺类、聚氨脂类化学类：丙烯酰胺类、聚氨脂类水泥类：单液水泥浆；水泥、水玻璃双液浆；水泥类：单液水泥浆；水泥、水玻璃双液浆；ZKD高水速凝材料（双高水速凝材料（双液或单液）液或单液）（2）ZKD高水速凝材料高水速凝材料1）机理：硫铝酸盐水泥熟料、石灰、石膏、若干种添加剂水化生成钙）机理：硫铝酸盐水泥熟料、石灰、石膏、若干种添加剂水化生成钙矾石矾石)OH32CaSO3OAlCaO3(2432结晶水体积比占结晶水体积比占81.6%，再吸附大量水，再吸附大量水，水体积比达到水体积比达到90（重量比（重量比2.5:1）。）。2）高
31、水和中低水的分界）高水和中低水的分界 图图31 浆体流动性参数与水用量关系曲线浆体流动性参数与水用量关系曲线 0WPW2配料浆配料浆3主料浆主料浆 4配料浆配料浆PW0W1主料浆主料浆3）ZKD材料性能材料性能 图图32 水泥浆液和高水材料的性质与水灰比的关系水泥浆液和高水材料的性质与水灰比的关系 图图33 单轴条件下固结体试块变形曲线单轴条件下固结体试块变形曲线 图图34 不同围压条件下固结体应力应变曲线不同围压条件下固结体应力应变曲线12345分别代表围压为分别代表围压为0.13、0.26、0.38、0.50、0.75Mpa时的曲线时的曲线 高水条件下微膨胀；空气中易风化失水（注入岩体、水
32、中、或密封，防风化）高水条件下微膨胀；空气中易风化失水（注入岩体、水中、或密封，防风化）5.3 围岩超前注浆围岩超前注浆使用条件：围岩地应力不大，松软破碎使用条件：围岩地应力不大，松软破碎 5.4 围岩滞后注浆围岩滞后注浆 1)注浆带后时间注浆带后时间 图图35 岩石变形与渗透关系曲线岩石变形与渗透关系曲线 图图36 权台煤矿权台煤矿3116上分层回风平巷上分层回风平巷掘头后方巷道围岩裂隙分布掘头后方巷道围岩裂隙分布 围岩裂隙发展变慢或前后进入掘后稳定期不久围岩裂隙发展变慢或前后进入掘后稳定期不久（2）注浆孔深度）注浆孔深度破碎区应完全固结，并超过此区，尽可能深，一般破碎区应完全固结，并超过此
33、区，尽可能深，一般2m左右。左右。（3）注浆压力）注浆压力不超过岩石单轴抗压强度的不超过岩石单轴抗压强度的13。围岩严重破碎时。围岩严重破碎时0.5Mpa，较破碎时，较破碎时1.0Mpa，裂隙较小时，裂隙较小时1.02.0Mpa，最高不超过，最高不超过3Mpa。（4）浆液渗透半径与注浆孔布置）浆液渗透半径与注浆孔布置渗透半径取决于注浆压力、围岩力学性质、裂隙密度及张开度、浆液的流动力渗透半径取决于注浆压力、围岩力学性质、裂隙密度及张开度、浆液的流动力学参数及初凝时间等。一般采用渗透公式初步计算后由现场试验确定。学参数及初凝时间等。一般采用渗透公式初步计算后由现场试验确定。注浆孔间排距，要求两孔
34、渗透半径贯通，可取注浆孔间排距，要求两孔渗透半径贯通，可取0.82渗透半径。一般在渗透半径。一般在2m左右。左右。注浆位置根据需要，可帮角、顶板或全断面。注浆位置根据需要，可帮角、顶板或全断面。（5）注浆量）注浆量 每孔注浆量每孔注浆量 2RALQ21式中：式中：A浆液消耗系数（浆液消耗系数（1.21.5）；）；L钻孔长度方向加固区厚度，钻孔长度方向加固区厚度，m；围岩的裂隙率（围岩的裂隙率（0.5%10%）；）；浆液的充填系数（浆液的充填系数（0.61.0）（间、排距），（间、排距），m；R5.5 工程实例工程实例（1）权台煤矿）权台煤矿3116上，分层回风巷上，分层回风巷ZKD高水速凝材料
35、，水灰比：高水速凝材料，水灰比：1.8:1，巷道帮角布置，巷道帮角布置5个注浆孔。个注浆孔。效果：底板效果：底板RQD：注浆前：注浆前9.1%，注浆后，注浆后86.7%。底鼓深度：注浆前底鼓深度：注浆前2.0m，注浆后，注浆后1.0m。图图37 3116巷道底板深基点位移曲线巷道底板深基点位移曲线（2）芦岭矿矸石道锚喷支护巷道）芦岭矿矸石道锚喷支护巷道ZKD高水速凝材料注浆，水灰比高水速凝材料注浆，水灰比1.6:1。帮角布置。帮角布置4个孔，排距个孔，排距1.2mm，每，每m巷道消耗巷道消耗ZKD材料材料125kg。效果：两帮移近速度从效果：两帮移近速度从0.45mm/d降至降至0.25mm/
36、d；顶底移近速度从顶底移近速度从0.42mm/d降至降至0.35mm/d；修复周期提高了修复周期提高了2倍以上。倍以上。5.6 沿空留巷沿空留巷ZKD材料巷旁充填材料巷旁充填（1）巷旁支护阻力计算）巷旁支护阻力计算根据设置巷旁充填体后切顶的高度，煤体、巷道、充填体上的应力分布，根据设置巷旁充填体后切顶的高度，煤体、巷道、充填体上的应力分布，按煤体极限平衡梁力学模型巷道支护阻力，再考虑充填体的稳定性，确定充按煤体极限平衡梁力学模型巷道支护阻力，再考虑充填体的稳定性，确定充填体强度和宽度。填体强度和宽度。（2）降低成本，提高充填体强度）降低成本，提高充填体强度渗入粉煤灰或灰渣，充填体的加固技术渗入
37、粉煤灰或灰渣，充填体的加固技术（3）充填体成型）充填体成型袋装或用活动钢模板，裸露。袋装或用活动钢模板，裸露。（4）充填设备）充填设备BHZ12010型液压充填设备，可输送粒径型液压充填设备，可输送粒径3mm以下的颗粒物，输以下的颗粒物，输送距离送距离1000m。图图38 BHZ12010型液压充填设备型液压充填设备（5）充填效果）充填效果徐州矿务局庞庄煤矿东城井用高水灰渣充填材料，活动钢模板脱模，充徐州矿务局庞庄煤矿东城井用高水灰渣充填材料，活动钢模板脱模，充填体裸露。填体裸露。图图39 巷内锚杆支护与充填体巷内锚杆支护与充填体 图图40 充填体切顶情况充填体切顶情况（6）其他护巷方式）其他护巷方式密集支柱切顶；留窄煤柱切顶密集支柱切顶；留窄煤柱切顶 谢谢大家！
