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一、深部开采研究现状
煤矿地下工程所面临的地质环境趋于复杂化，高应力、高瓦 斯等引起的工程灾害和事故愈来愈多，如矿井冲击地压、巷 道围岩大变形流变、地温升高、瓦斯爆炸等，对深部煤炭资 源安全高效开采提出了严峻的挑战。

巷道围岩变形量增大 采场矿压显现剧烈 巷道中岩爆、冲击地压 瓦斯涌出量增大 地温升高、作业环境恶化 突水事故趋于严重 井筒破裂加剧 煤自燃发火、矿井火灾加剧
30 25 20 15 10 5 0
亿吨
国家煤炭缺口
2020年：13亿吨 两种必然选择
1 2000
2 2002
3 2004
4 2005
5 2010
6 2020年
一种必然结果
既有矿山延深
新的矿山建设
开发深部
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一、深部开采研究现状 深部开采的划分标准 国外：
前苏联：>600m
原西德：800～1200m 英国与波兰：>750m 日本：> 600m
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三、巷道围岩支护理论与技术进展
锚杆支护理论一直是煤矿开采与安全领域中重要的 研究课题，得到了广泛的研究。 至今为止，已提出很多种锚杆支护理论，如悬吊理 论、组固拱理论、组合梁理论等。
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三、巷道围岩支护理论与技术进展
1、悬吊理论
机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，以避免较软 弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩 层重量。 缺点：没有考虑围岩自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开。 适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层
泥岩底板严重底鼓
严重变形煤巷
水的影响
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
0.98σc σc 0.92σc 0.62σc
Step60-2
Step63-4
Step64-31
Step66-35
Step60-2
Step61-11
Step64-31
Step66-35
围岩强度衰减
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二、巷道围岩变形破坏原因分析 2、地应力高、应力复杂 （1）埋深大（千米深井逐年增加） （2）构造应力（断层多） （3）采动应力（普遍存在）
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
锚杆、索强度低 巷道自稳时间短 支护整体性差 支护强度普遍 低于0.25MPa
支架扭曲变形
动压影响
锚杆失效
锚索失效
支护整体性差
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二、巷道围岩变形破坏原因分析 4、支护结构不合理
松动圈范围增大，碎胀变形力大，单一支护形式无法满 足稳定要求
深部分区破裂
深部巷道
中浅部巷道
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三、巷道围岩支护理论与技术进展 外部支护 内承支护 刚性 柔性
内承支护：是通过锚杆(索)、 注浆等措施加固围岩，特点： 充分发挥和增强围岩的自承 能力，以支护结构和围岩共 同形成的支护结构体系使围 岩处于稳定状态。围岩既是 荷载也是支护结构体系的组 成部分
支护
外部支护：在围岩外部依靠 支护结构的承载能力来承受 围岩压力。如围岩开挖时运 用的钢拱(刚性)或混凝土衬 砌(柔性)。围岩仅是形成支 护结构上荷载的来源。
国外：
德国2002年平均采 深1300m，最大采深 1500m； 超过1000m的国家： 俄罗斯 英国 波兰 日本 比利时等。
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一、深部开采研究现状
深部开采的工程特点：
地应力高(自重应力>约20MPa)
－－强度增加，脆延性转化特征
温度高 (矿山一般30-400C, 个别达520C, 最高达700C) 渗透压(>约7MPa) 强动压 较强的时间效应(强流变)
甘肃平凉（850~900m），几乎没有1米好巷道。
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
采动前巷道情况
采动后巷道情况
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二、巷道围岩变形破坏原因分析 3、支护强度低、刚度小 • 支护强度、刚度-支护形式滞后性、不密贴及 支护阻力小，不可能改变围岩破坏状态。 • 足够的支护强度和刚度才可以使松动圈内岩石 相互啮合，并呆在原位不垮落，以免其垮落而 导致松动圈的再次扩大，巷道围岩失稳破坏。
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汇 报 提 纲
一、深部开采研究现状 二、巷道围岩变形破坏原因分析
三、巷道围岩支护理论与技术进展
四、典型工程实例
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三、巷道围岩支护理论与技术进展
支护作用：阻止围岩变形，维护围岩稳定
支护技术：锚(杆、索)、喷射砼、网(强力金属 网)、带(W型钢带)、工字钢、U 型钢拱形支架 、网壳、格栅、注浆、料石、混凝土碹等
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三、巷道围岩支护理论与技术进展
锚杆支护技术具有用料节省、巷道断面利用率 高、支护及时、劳动强度小、经济效益高以及 对巷道围岩变形的适应性好等诸多优点，是巷 道支护的一次重大革命，因而在煤矿开采支护 中得到了普遍应用，并成为煤矿实现安全、高 效生产必不可少的关键技术之一。
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三、巷道围岩支护理论与技术进展
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
煤矿巷道变形破坏现象：
顶板下沉，冒顶；

两帮收敛位移，片帮； 底臌。
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
煤矿巷道变形破坏原因：
岩性差：煤层、泥岩（强度低、易破碎、残余强度低） 地应力大：埋深大、褶曲构造、采动影响（集中系数
达2.5以上）
支护强度低、刚度小 支护结构不合理
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三、巷道围岩支护理论与技术进展 1、工程类比法： • 1) 直接类比法 一般以巷道围岩强度、围岩完整性、巷道 埋深、断面尺寸等因素与已建工程类比，由此 确定支护类型和参数；
• 2) 间接类比法 • 依据技术规范，按巷道围岩分类及其它有 关参数确定。它是目前常用的方法。
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地下工程围岩分类
二、巷道围岩变形破坏原因分析 （2）料石碹支护
料石碹支护顶板塌方
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
料石碹支护严重底臌
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二、巷道围岩变形破坏原因分析 （3）锚网支护
锚网支护，大变形尖顶(焦作)
顶板下沉
两帮内挤
底臌
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
单一锚网支护，底不处理，不重视水 (甘肃华亭煤矿)
2006.4~2008.10
2007.9~2008.9 2008.12~2011.12 2012.1~至今 2012.9 ~至今
河海大学
法国巴黎综合理工大学 (Ecole Polytechnique de Paris) 中国矿业大学岩土工程学科 中国矿业大学岩土工程学科 中国矿业大学岩土工程学科
博士后
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一、深部开采研究现状 二、巷道围岩变形破坏原因分析
三、巷道围岩支护理论与技术进展
四、典型工程实例
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
煤矿巷道每年掘进 10000km，深巷占30% 资料统计：随着埋深增加， 支护压力增大到 0.8~2.0MPa，尽管支护 强度增1倍，费用增加1.4 倍以上
适用条件： •层状地层 •顶板在相当距离内不存在稳定 岩层，悬吊作用处于次要地位。
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三、巷道围岩支护理论与技术进展
3、组合拱理论
机理：在破碎区安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分 布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要铺杆间距足够小， 各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，在岩体中形成一个均 匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施 加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向 应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。
深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering
煤矿巷道围岩支护理论及技术研究进展
杨圣奇 教授/博导
中国矿业大学 二○一三年四月十二日
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杨圣奇，1978年12月出生。
起止年月 1996.9~2000.6 2000.9~2003.6 2003.3~2006.4 学习工作单位 河南理工大学(矿井建设专业) 河南理工大学(工程力学专业) 河海大学(岩土工程专业) 任职 本科 硕士 博士
国内：(无明确标准)
浅矿井 中深矿井 深矿井 特深矿井 采深 < 400m 400-800m 800-1200m 1200m
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一、深部开采研究现状
目前国有重点煤矿中采深大于 800m 的矿 井有多处，以每年 25m的速度递增。
国内：
沈阳采屯矿1197m； 浙江长广集团1000m； 新汶孙村矿1055m； 北票冠山矿1059m； 徐州张小楼矿1100m； 开滦赵各庄矿1159m； 北京门头沟1008m。
澳大利亚、美国等国：煤层地质条件比较简单，埋藏浅，护 巷煤柱宽度大，而且大力推广应用锚杆支护，他们的锚杆支 护技术比较先进，锚杆支护所占比重几乎达到100%。 欧洲一些主要产煤国家：过去一直主要采用金属支架支护巷 道，但随着巷道支护难度加大和支护成本增高，将巷道支护 方式转向了锚杆支护，积极开展了锚杆支护技术的研究、试 验和推广应用。 德国：U型钢支护最早，技术成熟、先进，使用量大，在永 久巷道与回采巷道中大多采用U型钢可缩性支架，但从上世 纪80年代以来，随着开采深度和开采强度的增加，重型采掘 设备的采用，要求巷道断面越来越大，导致巷道围岩变形加 剧，支护困难，为了解决巷道支护难题，不得不增加型钢重 量、减小支护棚距，致使巷道支护费用增高，而且带来施工 、运输等一系列问题。
访问学者 副教授 教授(破格) 博 导
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一、深部开采研究现状 二、巷道围岩变形破坏原因分析
三、巷道围岩支护理论与技术进展
四、典型工程实例