恒阻大變形錨索支護(hù)技術(shù)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1恒阻大變形錨索支護(hù)技術(shù)恒阻大變形錨索支護(hù)技術(shù)第1頁/共45頁匯 報(bào) 提 綱第2頁/共45頁一、煤礦大變形災(zāi)害的嚴(yán)重性u(píng)煤炭占我國(guó)一次性能源的70%以上，居主導(dǎo)地位u淺部煤炭資源越來越少，千米以下深部煤炭資源將是我國(guó)未來的主體能源0.51.0資源量，萬億資源量，萬億t已采資源量已采資源量未采資源量未采資源量1.341.371.461.401.5深度深度，m-600-1000-1500-2000地表地表數(shù)據(jù)源自第三次全國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)源自第三次全國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)第3頁/共45頁n露采滑坡是露天礦的大變形塌方事故，日趨嚴(yán)重頂板頂板18.6%煤與瓦煤與瓦斯突出斯突出46.4%水災(zāi)水

2、災(zāi)15.5%2005.12009.6煤礦各類事故煤礦各類事故死亡人數(shù)所占比例死亡人數(shù)所占比例運(yùn)輸運(yùn)輸3.7%其它其它10.7%頂板頂板43.3%煤與瓦煤與瓦斯突出斯突出 23.5%水災(zāi)水災(zāi)7.9%火災(zāi)火災(zāi)2.5%運(yùn)輸運(yùn)輸11%其它其它11.8%2005.12009.6煤礦各類事故煤礦各類事故次數(shù)所占比例次數(shù)所占比例火災(zāi)火災(zāi)5.1%多發(fā)生在多發(fā)生在 工作面順槽工作面順槽第4頁/共45頁u 工程巖體大變形災(zāi)害的主要原因F深采復(fù)雜的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境“三高一擾動(dòng)”“三高三高”高地應(yīng)力高地應(yīng)力自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力高地溫高地溫千米礦井巖層溫度千米礦井巖層溫度35 C45 C高壓滲透高壓滲透液體

3、壓力、氣體壓力（瓦斯等）液體壓力、氣體壓力（瓦斯等）“一擾動(dòng)一擾動(dòng)”強(qiáng)烈開采擾動(dòng)強(qiáng)烈開采擾動(dòng)F深部巖體力學(xué)特性發(fā)生轉(zhuǎn)變硬巖軟化大變形F深井開采頂板塌方冒頂、煤-瓦斯突出、深部露采滑坡災(zāi)害均與大變形破壞相關(guān)第5頁/共45頁緩慢大變形破壞模式膨脹大變形高溫高濕軟化大變形瞬間大變形破壞模式?jīng)_擊大變形突出大變形結(jié)構(gòu)大變形第6頁/共45頁膨脹大變形底臌（龍口柳海礦）膨脹大變形底臌（龍口柳海礦）頂板膨脹大變形下沉（龍口柳海礦）頂板膨脹大變形下沉（龍口柳海礦）第7頁/共45頁非對(duì)稱底臌大變形（鶴壁五礦）非對(duì)稱底臌大變形（鶴壁五礦）冒頂范圍冒頂范圍150m 大面積嚴(yán)重冒頂（鶴崗興安礦）大面積嚴(yán)重冒頂（鶴崗興安

4、礦）兩幫不均勻、非對(duì)稱變形兩幫不均勻、非對(duì)稱變形兩幫非兩幫非對(duì)稱大變形對(duì)稱大變形(徐州旗山礦徐州旗山礦)第8頁/共45頁圍巖結(jié)構(gòu)惡化（徐州夾河礦）圍巖結(jié)構(gòu)惡化（徐州夾河礦）工作環(huán)境惡劣（徐州夾河礦）工作環(huán)境惡劣（徐州夾河礦）第9頁/共45頁沖擊地壓發(fā)生沖擊地壓發(fā)生前（撫順前（撫順老虎臺(tái)礦）老虎臺(tái)礦）沖擊地壓發(fā)生后沖擊地壓發(fā)生后（撫順老虎臺(tái)礦）（撫順老虎臺(tái)礦）第10頁/共45頁加拿大某地下巷道（加拿大某地下巷道（P. Kaiser，2000）F瞬時(shí)大變形巖爆大變形第11頁/共45頁F瞬時(shí)大變形突出大變形鄭州大平礦煤與瓦斯突出過程鄭州大平礦煤與瓦斯突出過程鄭州嵩楓礦巖巷底板瓦斯逸出鄭州嵩楓礦巖巷底

5、板瓦斯逸出第12頁/共45頁錨桿端部斷裂錨桿端部斷裂桿體中部斷裂桿體中部斷裂錨桿支護(hù)多次返修錨桿支護(hù)多次返修鋼架扭曲破壞失效鋼架扭曲破壞失效澆注混凝土開裂澆注混凝土開裂錨桿支護(hù)巖爆破壞錨桿支護(hù)巖爆破壞第13頁/共45頁第14頁/共45頁二、恒阻大變形錨桿（索）定型研發(fā)軟巖軟巖水理水理作用作用測(cè)試測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)深部軟巖氣態(tài)水吸附深部軟巖氣態(tài)水吸附 智能測(cè)試系統(tǒng)智能測(cè)試系統(tǒng)膨脹大變形底臌膨脹大變形底臌(龍口柳海龍口柳海)粘土礦物成分吸水軟化粘土礦物成分吸水軟化吸水量隨時(shí)間變化吸水量隨時(shí)間變化lnQ-t曲線曲線 ccwcsttttF 121)(軟巖強(qiáng)度隨時(shí)間衰減的函數(shù)規(guī)律軟巖強(qiáng)度隨時(shí)間衰減的函數(shù)規(guī)律(

6、ZL200610113006.5)原因原因直接吸水直接吸水測(cè)試測(cè)試裝備裝備測(cè)試裝備測(cè)試裝備環(huán)境環(huán)境吸水吸水測(cè)試測(cè)試曲線曲線獲得獲得規(guī)律規(guī)律第15頁/共45頁非對(duì)稱大變形非對(duì)稱大變形拱 基 線底臌區(qū)域6671750R2700結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面巖體結(jié)構(gòu)非對(duì)稱巖體結(jié)構(gòu)非對(duì)稱原因原因（ZL200710119124. 1）關(guān)鍵部位關(guān)鍵部位實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝備裝備軟巖巷道破壞結(jié)構(gòu)效軟巖巷道破壞結(jié)構(gòu)效應(yīng)物理模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)物理模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)水平巖層水平巖層8 傾斜巖層傾斜巖層30 傾斜傾斜巖層巖層45 傾斜傾斜巖層巖層實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果確定確定關(guān)鍵部位關(guān)鍵部位第16頁/共45頁主機(jī)主機(jī) 液壓控制系統(tǒng)液壓控制系統(tǒng) 加載系統(tǒng)加載系

7、統(tǒng) 一向突然卸載一向突然卸載 煤系地層巖爆煤系地層巖爆巖爆前支護(hù)狀態(tài)巖爆前支護(hù)狀態(tài)巖爆后支護(hù)狀態(tài)巖爆后支護(hù)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝備裝備加拿大加拿大Creighton礦花崗巖礦花崗巖巖爆實(shí)驗(yàn)巖爆實(shí)驗(yàn)(2500m)星村煤礦垂直層理星村煤礦垂直層理泥質(zhì)砂巖泥質(zhì)砂巖(1113m)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果第17頁/共45頁溫度壓力耦合軟巖力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)溫度壓力耦合軟巖力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主機(jī)主機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)主機(jī)主機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)高溫五聯(lián)三軸軟巖流變實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)高溫五聯(lián)三軸軟巖流變實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圍巖結(jié)構(gòu)惡化圍巖結(jié)構(gòu)惡化高溫高濕惡劣環(huán)境高溫高濕惡劣環(huán)境(巖層溫度巖層溫度40 C，空氣濕度，空氣濕度95%)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝備裝備實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝備裝備

8、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果不同溫度條件下的巖體強(qiáng)度不同溫度條件下的巖體強(qiáng)度和變形特性和變形特性不同溫度條件下的不同溫度條件下的巖體強(qiáng)度和彈模巖體強(qiáng)度和彈模(ZL200910088810.6)(ZL200610113003.1)第18頁/共45頁第19頁/共45頁加拿大加拿大MCB33型型Conebolt錨桿錨桿(非恒阻，最大變形量非恒阻，最大變形量120mm)澳大利亞澳大利亞Roofex錨桿錨桿(恒阻恒阻80kN，最大變形量，最大變形量300mm)第20頁/共45頁恒阻大變形裝置恒阻大變形裝置錨桿桿體錨桿桿體錨桿托盤錨桿托盤第21頁/共45頁 0 20 40 60 80 120 140 160 0 25

9、 50 75 100 125 150 175 200225 250 275 300 325 350 375 400 425 位移位移(mm) 拉力拉力(kN)450 475 500普通錨桿加拿大MCB33型Conebolt新型恒阻 大變形錨桿澳大利亞Roofex錨桿第22頁/共45頁主機(jī)系統(tǒng)主機(jī)系統(tǒng)控制臺(tái)控制臺(tái)恒阻大變形錨桿靜力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恒阻大變形錨桿靜力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程試驗(yàn)曲線試驗(yàn)曲線三、恒阻大變形錨桿(索)力學(xué)特性及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恒阻大變形錨桿恒阻大變形錨桿 拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)曲線拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)曲線第23頁/共45頁恒阻大變形錨桿恒阻大變形錨桿動(dòng)載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恒阻大變形錨桿恒阻大變

10、形錨桿動(dòng)載實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)載實(shí)驗(yàn)過程第24頁/共45頁第25頁/共45頁四通道相加全程四通道相加全程1通道特寫通道特寫2通道特寫通道特寫3通道特寫通道特寫4通道特寫通道特寫四通道相加特寫四通道相加特寫第26頁/共45頁F恒阻錨桿1000mm沖擊全程時(shí)域波形圖第27頁/共45頁四通道相加全程四通道相加全程1通道特寫通道特寫2通道特寫通道特寫3通道特寫通道特寫4通道特寫通道特寫四通道相加特寫四通道相加特寫第28頁/共45頁單次沖擊變形量單次沖擊變形量F動(dòng)載撞擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果累計(jì)沖擊變形量累計(jì)沖擊變形量累計(jì)沖擊變形量與沖擊能量的關(guān)系累計(jì)沖擊變形量與沖擊能量的關(guān)系恒阻錨桿阻力恒阻錨桿阻力第29頁/共45頁第30頁

11、/共45頁四、恒阻大變形錨桿(索)與圍巖相互作用原理樹脂錨固劑樹脂錨固劑恒阻大變形裝置恒阻大變形裝置恒阻大變形范圍恒阻大變形范圍Max:3001000mm錨桿（索）錨桿（索）恒阻錨桿恒阻錨桿(索索)隨圍巖隨圍巖變形吸收能量變形吸收能量第31頁/共45頁P(yáng)U/mm0UcEIEIIP0U500 5002II01IUUUCCdUUfEdUUfEPU/mm0UcEIEIIP0U500f1(U)f2(U)簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化模型 CCCUUPUPEUPkUE50000II02I2121f2(U)f1(U)第32頁/共45頁恒阻錨桿恒阻錨桿變形吸收能量變形吸收能量 UUPnEEECRT 220 U

12、IIII0II012TRSDSBDBBCBEEEEEnEEnEEPUEP U0022CPnPUU 0002 2CnPUUnP F支護(hù)力和位移的解第33頁/共45頁支護(hù)總力支護(hù)總力材料變形量關(guān)系材料變形量關(guān)系（P U0）支護(hù)總力支護(hù)總力- 結(jié)構(gòu)變形量關(guān)系結(jié)構(gòu)變形量關(guān)系（U P ）第34頁/共45頁第35頁/共45頁錨桿編號(hào)示意圖錨桿編號(hào)示意圖菱形網(wǎng)HMG-500型恒阻大變形錨桿 22mm,L=3000mm 錨索15.24mm,L=7000mm工作面?zhèn)确枪ぷ髅鎮(zhèn)?23456781234567 試驗(yàn)段起始位置B1測(cè)站B2測(cè)站B3測(cè)站B4測(cè)站4m8m12mA1測(cè)站A2測(cè)站新支護(hù)段傳統(tǒng)支護(hù)段13.6m2

13、7.2m17.6m工作面推進(jìn)方向70m順槽 第36頁/共45頁兩幫收縮量?jī)蓭褪湛s量與工作面距離關(guān)系曲線與工作面距離關(guān)系曲線頂板下沉量頂板下沉量與工作面距離關(guān)系曲線與工作面距離關(guān)系曲線底臌底臌量量與工作面距離關(guān)系曲線與工作面距離關(guān)系曲線工作幫工作幫非工作幫非工作幫第37頁/共45頁1.距工作面煤壁距工作面煤壁22m處恒阻錨桿支護(hù)效果處恒阻錨桿支護(hù)效果 1232.距工作面煤壁距工作面煤壁30m處恒阻錨桿支護(hù)效果處恒阻錨桿支護(hù)效果 3.距工作面煤壁距工作面煤壁37m處普通錨噴支護(hù)效果處普通錨噴支護(hù)效果 第38頁/共45頁五、主要結(jié)論第39頁/共45頁第40頁/共45頁緩慢大變形破壞模式膨脹大變形高溫高濕軟化大變形瞬間大變形破壞模式?jīng)_擊大變形突出大變形結(jié)構(gòu)大變形第41頁/共45頁加拿大某地下巷道（加拿大某地下巷道（P. Kaiser，2000）F瞬時(shí)大變形巖爆大變形第42頁/共45頁恒阻大變形錨桿恒阻大變形錨桿動(dòng)載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恒阻大變形錨桿恒阻大變形錨桿動(dòng)載實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)載實(shí)驗(yàn)過程第4