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中國煤炭學會

康紅普―高預應力支護系統(tǒng)及其在深部巷道中的應用
發(fā)布時間: 2015年7月9日
來源： 中國煤炭學會
目的 　　隨著開采深度、廣度和強度的不斷增加，煤礦出現(xiàn)了大量復雜困難巷道。雖然高強度錨桿支護已成為煤礦巷道首選的支護方式，且在一般條件下取得了良好的支護效果，但對于深部及復雜困難巷道，高強度錨桿支護效果差，成本高，不能滿足巷道支護要求。本文在研究深部及復雜困難巷道支護理論的基礎上，開發(fā)高預應力、強力錨桿支護系統(tǒng)，以期為深部巷道提供有效的支護技術。 方法 　　采用理論分析方法，研究深部巷道圍巖變形特征、預應力錨桿支護的主要作用、錨桿預應力及其擴散對支護效果的作用、預應力錨桿支護系統(tǒng)的臨界支護剛度和錨桿支護系統(tǒng)的延伸率等。在理論研究成果的指導下，開發(fā)高預應力、強力錨桿組合支護系統(tǒng)，包括強力錨桿、強力鋼帶及強力錨索系列材料。最后，進行深部巷道支護井下試驗。采用有限差分數(shù)值模擬方法確定錨桿支護形式與參數(shù)。進行礦壓監(jiān)測與支護效果評價，驗證支護理論的正確性與支護技術的有效性。 結果 　　(1) 深部及復雜困難巷道錨桿支護的主要作用在于控制錨固區(qū)圍巖離層、滑動、裂隙張開、新裂紋產(chǎn)生等不連續(xù)的擴容變形，使圍巖處于受壓狀態(tài)，抑制圍巖彎曲變形、拉伸與剪切破壞的出現(xiàn)；合理的支護形式是：大幅度提高支護系統(tǒng)的初期支護剛度與強度，最大限度地保持圍巖完整性，盡量減少圍巖強度的降低；同時，支護系統(tǒng)應具有足夠的延伸率，允許巷道圍巖有較大的連續(xù)變形，使高應力得以釋放。(2) 錨桿預應力及其擴散對支護效果起決定作用。根據(jù)巷道地質條件確定合理的預應力，并使其實現(xiàn)有效擴散是支護設計的關鍵。錨桿托板、鋼帶與金屬網(wǎng)等護表構件在預應力支護系統(tǒng)中發(fā)揮極其重要的作用。(3) 開發(fā)出強力錨桿材料，屈服強度達到600 MPa，抗拉強度達到800 MPa，延伸率大于18%，錨桿預應力級別可超過100 kN；強力鋼帶拉斷載荷達到500 kN以上；強力錨索直徑達到22 mm，拉斷載荷超過600 kN，延伸率達到7%，拉斷載荷與延伸率分別比原來直徑15.24 mm的鋼絞線增加1.3，1.0倍。(4) 高預應力、強力錨桿支護系統(tǒng)在新汶礦區(qū)協(xié)莊礦千米深井巷道中得到應用，巷道圍巖變形降低70%左右，頂板離層僅為原來的5%，巷道圍巖完整、穩(wěn)定，滿足了煤礦安全生產(chǎn)的要求。 結論 　　大幅度提高錨桿支護系統(tǒng)的初期支護剛度與強度，采用高預應力、強力支護系統(tǒng)可有效控制深部巷道圍巖變形與破壞。提高頂板支護剛度與強度，可有效減小煤幫壓力和底臌。深部及復雜困難巷道支護特性應該是“先剛后柔再剛、先抗后讓再抗”。在深部巷道支護中應盡量一次支護就能有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護和巷道維修。