煤礦大變形錨錨桿（索）支支護技術匯報人：何滿滿潮單單仁亮中國礦業大學學(北京)力學與建筑工工程學院深部巖土力學學與地下工程程國家重點實實驗室匯報提提綱一、煤礦大變變形災害的嚴嚴重性二、恒阻大變變形錨桿(索)定型研發三、恒阻大變變形錨桿(索)力學特性及實實驗系統四、恒阻大變變形錨桿(索)與圍巖相互作作用原理五、主要結論論一、煤礦大變變形災害的嚴嚴重性煤炭占我國一一次性能源的的70%以上，居主導導地位淺部煤炭資源源越來越少，，千米以下深深部煤炭資源源將是我國未未來的主體能能源0.51.0資源量，萬億億t已采資源量未采資源量1.341.371.461.401.5深度，m-600-1000-1500-2000地表★數據源自第三三次全國煤炭炭資源預測和和評價工程巖體大變變形災害的嚴嚴重性發生次數最多多的為頂板大變形塌方事故，占43.3%煤-瓦斯突出是有氣體參與與的大變形塌方，占23.5%露采滑坡是露天礦的大變形塌方事故，日趨嚴嚴重頂板18.6%煤與瓦斯突出出46.4%水災15.5%2005.1~2009.6煤礦各類事故故死亡人數所占占比例運輸3.7%其它10.7%頂板43.3%煤與瓦斯突出出23.5%水災7.9%火災2.5%運輸11%其它11.8%2005.1~2009.6煤礦各類事故故次數所占比例例火災5.1%多發生在工工作面順槽槽工程巖體大變變形災害的主主要原因深采復雜的地地質力學環境境——“三高一擾動””“三高”高地應力——自重應力、構構造應力高地溫——千米礦井巖層層溫度35C~45C高壓滲透——液體壓力、氣氣體壓力（瓦瓦斯等）“一擾動”——強烈開采擾動動深部巖體力學學特性發生轉轉變——硬巖軟化大變形深井開采頂板板塌方冒頂、、煤-瓦斯突出、深深部露采滑坡坡災害均與大變形破壞相關深部巖體大變變形破壞模式式緩慢大變形破破壞模式膨脹大變形高溫高濕軟化化大變形瞬間大變形破破壞模式沖擊大變形突出大變形結構大變形膨脹大變形膨脹大變形底底臌（龍口柳柳海礦）頂板膨脹大變變形下沉（龍龍口柳海礦））緩慢大變形——結構大變形非對稱底臌大大變形（鶴壁壁五礦）冒頂范圍150m大面積嚴重冒冒頂（鶴崗興興安礦）兩幫不均勻、、非對稱變形形兩幫非對稱大變形(徐州旗山礦)緩慢大變形——高溫高濕軟化化大變形圍巖結構惡化化（徐州夾河河礦）工作環境惡劣劣（徐州夾河河礦）瞬時大變形——沖擊大變形沖擊地壓發生生前（撫順老虎虎臺礦）沖擊地壓發生生后（撫順老虎臺臺礦）加拿大某地下下巷道（P.Kaiser，2000）瞬時大變形——巖爆大變形瞬時大變形——突出大變形鄭州大平礦煤煤與瓦斯突出出過程鄭州嵩楓礦巖巖巷底板瓦斯斯逸出傳統統錨錨桿桿（（索索））存存在在的的問問題題———現行行支支護護技技術術無無法法適適應應大大變變形形破破壞壞錨桿桿端端部部斷斷裂裂桿體體中中部部斷斷裂裂錨桿桿支支護護多多次次返返修修鋼架架扭扭曲曲破破壞壞失失效效澆注注混混凝凝土土開開裂裂錨桿桿支支護護巖巖爆爆破破壞壞針對對傳傳統統預預應應力力錨錨桿桿（（索索））存存在在的的問問題題及及其其引引發發工工程程災災害害的的嚴嚴重重性性，，亟亟待待研研究究一一種種新型型恒恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿（（索索）），通通過過結構構大大變變形形和材料料大大變變形形來抵抵抗抗巷巷道道圍圍巖巖大大變變形形破破壞壞。。由由中中國國礦礦業業大大學學（（北北京京））深深部部國國家家重重點點實實驗驗室室何何滿滿潮潮教教授授牽牽頭頭的的教教育育部部創創新新團團隊隊，，進進行行了了多多年年的的系系統統的的研研究究，，取取得得了了突突破破性性進進展展。。工程程巖巖體體大大變變形形破破壞壞機機理理黏土土礦礦物物成成分分引引起起的的膨膨脹脹性性大大變變形形破破壞壞機機理理二、、恒恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿（（索索））定定型型研研發發軟巖巖水水理理作作用用測測試試系系統統深部部軟軟巖巖氣氣態態水水吸吸附附智智能能測測試試系系統統膨脹脹大大變變形形底底臌臌(龍口口柳柳海海)粘土土礦礦物物成成分分吸吸水水軟軟化化吸水水量量隨隨時時間間變變化化lnQ-t曲線線軟巖巖強強度度隨隨時時間間衰衰減減的的函函數數規規律律(ZL200610113006.5)原因因直接接吸吸水水測試試裝裝備備測試試裝裝備備環境境吸吸水水測試試曲線線獲得得規律律結構構面面引引起起的的非非對對稱稱軟軟巖巖大大變變形形破破壞壞機機理理非對對稱稱大大變變形形結構構面面巖體體結結構構非非對對稱稱原因因（ZL200710119124.1）關鍵鍵部部位位實驗驗裝裝備備軟巖巖巷巷道道破破壞壞結結構構效效應應物物理理模模型型實實驗驗系系統統水平平巖巖層層8傾斜斜巖巖層層30傾斜斜巖層層45傾斜斜巖層層實驗驗結果果確定定關鍵鍵部部位位深部部高高應應力力引引起起的的巖巖體體劇劇烈烈大大變變形形(軟巖巖巖巖爆爆)機理理主機機液壓壓控控制制系系統統加載載系系統統一向突然卸載煤系系地地層層巖巖爆爆巖爆爆前前支支護護狀狀態態巖爆爆后后支支護護狀狀態態實驗驗裝裝備備加拿拿大大Creighton礦花花崗崗巖巖巖巖爆爆實實驗驗(2500m)星村村煤煤礦礦垂垂直直層層理理泥泥質質砂砂巖巖(1113m)實驗驗結果果深井井高高溫溫高高濕濕圍圍巖巖軟軟化化大大變變形形機機理理溫度度壓壓力力耦耦合合軟軟巖巖力力學學實實驗驗系系統統主機機系系統統控制制系系統統主機機系系統統高溫溫五五聯聯三三軸軸軟軟巖巖流流變變實實驗驗系系統統圍巖巖結結構構惡惡化化高溫溫高高濕濕惡惡劣劣環環境境(巖層層溫溫度度>40C，空空氣氣濕濕度度>95%)實驗驗裝備備實驗驗裝裝備備實驗驗結果果不同同溫溫度度條條件件下下的的巖巖體體強強度度和變變形形特特性性不同同溫溫度度條條件件下下的的巖體體強強度度和和彈彈模模(ZL200910088810.6)(ZL200610113003.1)恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿（（索索））研研發發理理念念———以柔柔克克剛剛、、剛剛柔柔相相濟濟國外外大大量量使使用用的的大大變變形形錨錨桿桿加拿拿大大MCB33型Conebolt錨桿桿(非恒恒阻阻，，最最大大變變形形量量120mm)澳大大利利亞亞Roofex錨桿桿(恒阻阻80kN，最最大大變變形形量量300mm)理想想彈彈塑塑性性材材料料研研制制———恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿---技術術特特性性#恒阻阻參參數數150~300kN#大變變形形參參數數0.3~0.6m#可回回收收---適用用范范圍圍軟巖巖大大變變形形、、巖巖爆爆大大變變形形、、沖擊擊大大變變形形、、瓦瓦斯斯突突出出大大變變形形恒阻阻大大變變形形裝裝置置錨桿桿桿桿體體錨桿桿托托盤盤恒阻阻大大變變形形支支護護性性能能國國內內外外對對比比0204060801201401600255075100125150175200225250275300325350375400425位移移(mm)拉力力(kN)450475500普通通錨錨桿桿加拿拿大大MCB33型Conebolt新型型恒恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿澳大大利利亞亞Roofex錨桿桿恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿（（索索））靜靜力力學學特特性性及及實實驗驗系系統統主機機系系統統控制制臺臺恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿靜靜力力實實驗驗系系統統實驗驗過過程程試驗驗曲曲線線三、、恒恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿(索)力學學特特性性及及實實驗驗系系統統恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿拉拉伸伸力力學學性性能能實實驗驗曲曲線線恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿（（索索））動動力力學學特特性性及及實實驗驗系系統統恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿動載載實實驗驗系系統統恒阻阻大大變變形形錨錨桿桿動載載實實驗驗過過程程恒阻阻錨錨桿桿50mm沖擊擊全全程程時時域域波波形形圖圖50mm沖擊擊時時域域波波形形圖圖四通通道道相相加加全全程程[1]通道道特特寫寫[2]通道道特特寫寫[3]通道道特特寫寫[4]通道道特特寫寫四通通道道相相加加特特寫寫恒阻阻錨錨桿桿1000mm沖擊擊全全程程時時域域波波形形圖圖1000mm沖擊擊時時域域波波形形圖圖四通通道道相相加加全全程程[1]通道道特特寫寫[2]通道道特特寫寫[3]通道道特特寫寫[4]通道道特特寫寫四通通道道相相加加特特寫寫單次次沖沖擊擊變變形形量量動載載撞撞擊擊實實驗驗結結果果累計計沖沖擊擊變變形形量量累計計沖沖擊擊變變形形量量與與沖沖擊擊能能量量的的關關系系恒阻錨錨桿阻阻力巖爆大大變形形控制制對策策大斷面面預留量量恒阻大大變形形支護護多級級吸收收能量量多次加加壓注注漿緩慢大大變形形控制制對策策大斷面面預留量量恒阻大大變形形支護護釋放放能量量多次加加壓注注漿恒阻大大變形形支護護原理理四、恒恒阻大大變形形錨桿桿(索)與圍巖巖相互互作用用原理理樹脂錨錨固劑劑恒阻大大變形形裝置置恒阻大大變形形范圍圍Max:300~1000mm錨桿（（索））恒阻錨錨桿(索)隨圍巖巖變形吸吸收能能量恒阻大大變形形錨桿桿（索索）能能量本本構關關系抵抗變變形能能量EI和吸收收變形形能量量EIIEB=EI+EII其中：：PU/mm0UcEIEIIP0U500PU/mm0UcEIEIIP0U500f1(U)f2(U)簡化模模型簡化模模型f2(U)f1(U)恒阻錨錨桿變形吸吸收能能量支護和和圍巖巖相互互作用用能量量方程程組巖體錨桿(索)巖體錨桿(索)U支護力力和位位移的的解支護總總力—材料變變形量量關系系（P––U0）支護總總力-結構變變形量量關系系（△U–P）現場工工程驗驗證---沈陽煤煤業集集團清清水煤煤礦---淄博煤煤業集集團唐唐口煤煤礦---徐州礦礦業集集團新新安煤煤礦---國家電電網新新疆新新吉海海煤礦礦---錦平水水電站站導流流洞工工程恒阻大大變形形錨桿桿拉伸伸量監監測（沈陽陽清水水煤礦礦）錨桿編編號示示意圖圖

變形量量與工工作面面距離離對比比分析析兩幫收收縮量量與工作作面距距離關關系曲曲線頂板下下沉量量與