专利名称：大跨度切眼双微拱减跨支护方法
技术领域：
本发明涉及一种大跨度切眼双微拱减跨支护方法，尤其适用于构造复杂区域以及深部复合型顶板大跨度切眼的稳定性控制。
背景技术：
近年来，为了提高巷道掘进速度，减少成巷成本，回采巷道的断面形状多采用矩形，为了满足现代化大型矿井高产高效的要求，回采巷道断面、跨度不断增大，随着巷道断面、跨度的增大，巷道顶板的稳定性随之降低，顶板控制难度不断加大，有时甚至是导致锚杆支护回采巷道冒顶事故发生的主要因素，严重威胁井下人员的生命安全。矿井开采深度越来越大，特别是受构造应力影响的深部大断面、大跨度复合型顶板巷道，其顶板离层、破坏严重，大跨度矩形切眼一次成巷采用常规的锚网索支护难以控制顶板的稳定性。巷道跨度是最敏感的稳定参数之一，地下工程稳定与其跨度尺寸密切相关，随着跨度增大稳定性明显降低，为了保持该类工程的稳定性，必须采用减跨措施。复合型顶板大跨度切眼顶板控制不能采用常规支护方法，必须先减跨再支护，特别是高瓦斯矿井构造复杂区域深部大跨度切眼的支护问题亟待解决。大跨度切眼顶板控制十分重要，关键是需要找到一种针对大跨度切眼的有效减跨支护方法，因此发明了大跨度切眼二次成巷+双微拱断面+锚网 (索)+单体支柱+铰接顶梁协同减跨支护方法。
发明内容
技术问题本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种简单、经济、安全的大跨度切眼双微拱减跨支护方法。技术方案本发明的大跨度切眼双微拱减跨支护方法，包括如下步骤
a.在靠近采空区煤柱一侧先开掘一个小于切眼断面一半的小断面微拱巷道，采用锚网索加钢带进行帮、顶支护，锚网索中的锚索布置在小断面微拱巷道顶板上，且安装在跨度方向上的1/4、3/4处;
b.小断面微拱巷道掘进后，在靠近截割帮一侧再开掘一个与小断面微拱巷道相连通的大断面微拱巷道，形成双微拱拱高为h、切眼跨度为c的双微拱切眼，采用锚网索加钢带对大断面微拱巷道进行支护，锚网索中的锚索布置在大断面微拱巷道顶板上，且安装在跨度方向上的1/4、3/4处；
c.在形成双微拱切眼拱脚重合处采用单体支柱加铰接顶梁进行支护。所述双微拱切眼的双微拱拱高h为2(T40cm ；所述小断面微拱巷道顶板支护中的钢带预留长度为0. Γ0. 6m的搭接段；所述的切眼跨度C不小于5. 5 m ；所述单体支柱支设在两微拱拱脚重合处，其间距为锚杆排距的1/2。有益效果由于采用了上述技术方案，对大跨度切眼采用二次成巷+双微拱断面+ 锚网索+单体支柱+铰接顶梁协同减跨支护方式，充分利用了二次成巷的优点及微拱巷道的控顶效果好的优势，适用于构造复杂区域以及深部大跨度的巷道工程，特别是巷道跨度大、切眼跨度c ^ 5. 5m、顶板离层、变形量大的复合型顶板，解决了常规的一次成巷支护难以控制顶板稳定性的问题，能有效节约工程支护材料，降低支护成本。由于先开掘的小断面微拱巷道要经受二次动压的影响，需要足够的支护强度，顶板破坏相对严重，后开掘的大断面微拱巷道是在释放应力后掘进的，因此围岩应力小，支护难度小，需要的支护强度低，顶板相对较完整。采用第二次成巷的大断面微拱巷道在第一次成巷释放压力的卸压区施工， 成巷速度快，围岩控制较容易，减少支护成本。由于双微拱切眼拱高较小，施工也方便，不影响成巷速度，控制效果又好。本发明方法简单、易行，安全经济，支护效果好，具有广泛的实用性。
图1是本发明的大跨度切眼减跨支护布置示意图。图2是本发明大跨度切眼顶板支护示意图。图3是本发明的大跨度切眼截割帮帮部支护示意图。图4是本发明的大跨度切眼采空区煤柱帮部支护示意图。图中1-小断面微拱巷道；2-单体支柱；3-大断面微拱巷道；4-锚杆；5-锚索； 6-锚索托板；7-钢带；8-锚杆托盘；9-切眼截割帮玻璃钢锚杆木托盘；10-玻璃钢锚杆； 11-顶梁；a-小断面微拱巷道跨度；b-大断面微拱巷道跨度；C-切眼跨度；d-切眼直墙高； h_双微拱拱高；m-顶锚杆排距；η-锚索排距；ρ-锚索间距；q_锚杆间距；g_大、小断面微拱巷道相邻锚杆间距；e_顶板边排锚杆距切眼帮部距离；χ-帮上排锚杆距顶板距；ν -帮锚杆排距；U-帮锚杆间距；y_帮下排锚杆距切眼底板距离。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明
如图1所示，某矿切眼跨度C为8m，高度为3. 2m，顶板为砂岩、泥岩复合型顶板，切眼埋深900m，且受构造应力影响，顶板离层、变形破坏严重。根据复合型顶板大跨度切眼围岩条件，首先在靠近采空区煤柱一侧先开掘一个小断面微拱巷道1，小断面微拱巷道跨度a小于切眼跨度C的一半，微拱拱高为h，通过开掘小断面微拱巷道1以释放围岩应力，减小支护难度。通过数值模拟、物理模拟以及理论分析，确定小断面微拱巷道支护方式与参数，采用锚杆、金属网、锚索加钢带对小断面微拱巷道1进行帮、顶支护，锚网索中的锚索5布置在小断面微拱巷道1顶板上，且安装在跨度方向上的1/4、3/4处；为增强支护效果，对小断面微拱巷道1顶板支护的钢带7预留长度为 0. 4^0. 6m的搭接段，以便与后开掘的大断面微拱巷道3顶板钢带7搭接。待小断面微拱巷道形成后，在靠近截割帮一侧再开掘一个大断面微拱巷道3，与小断面微拱巷道1相连通，小断面微拱巷道跨度a和大断面微拱巷道跨度b之和等于切眼跨度c，大、小断面微拱巷道形成拱高为h、直墙高d、跨度为c的双微拱切眼，微拱拱高h为 2(T40cm，根据小断面微拱巷道1顶板钢带7预留长度，待大断面微拱巷道3支护时，大、小断面微拱巷道中的钢带7重合搭扣在一起，使双微拱切眼顶板钢带7形成一个整体。采用锚网索加钢带对大断面微拱巷道3进行帮、顶支护，锚网索中的锚索5布置在大断面微拱巷道顶板上，且安装在跨度方向上的1/4、3/4处。由于大断面微拱巷道3在小断面微拱巷道1充分释放应力的条件下，其所受压力小，支护难度降低，可以确保大跨度切眼安全施工，支护成本低。根据现场实际，确定小断面微拱巷道跨度a为3. 5m，大断面微拱巷道跨度b为 4. 5m，大、小断面微拱巷道直墙高d为3. an。在形成双微拱切眼拱脚重合处采用单体支柱2 加铰接顶梁11进行支护，单体支柱2支设在两微拱拱脚重合处，其间距为顶锚杆排距m的 1/2，单体支柱2支护的间距为0. 4 0. 6m。根据大跨度切眼围岩条件，通过数值模拟及物理模拟，建立力学模型对锚网索支护体系进行分析计算，确定采用高强支护，如图2、3、4所示，其顶板锚杆排距m为 0. 8πΓ · 0m,顶板锚杆间距q为0. 8πΓ · 0m,锚索排距η为2m,锚索间距ρ为2q,顶板及采空区煤柱帮锚杆4采用预应力高强锚杆，截割帮采用玻璃钢锚杆10，木托盘9，预应力高强锚杆、玻璃钢锚杆10垂直围岩安装，加长锚固。顶板及采空区煤柱锚杆托盘8采用拱型高强度托盘，托盘大小为150X150X10mm，承载能力不低于30t，锚索托板6采用 300mmX 300mmX 16mm高强度可调心托板，锚索托板6强度要大于400 kN,钢带7采用W型钢带，采用金属网护顶，网孔规格50X50mm，网片规格3900 X IOOOmm和4900 X 1000mm。帮锚杆间距u为0. 8^0. 9m,帮锚杆排距ν为0. 9^1. Om,帮上排锚杆距离切眼顶板距离χ为0. 3^0. 5m，帮下排锚杆距离切眼底板距离y为0. 3^0. 5m，顶板边锚杆距离帮距离 e为0. 25、. 3m,大、小断面微拱巷道相邻锚杆距离g为0. 4^0. 6m。根据数值模拟及物理模拟双微拱切眼顶板围岩锚杆4支护范围内全部受压的条件，确定锚杆4、锚索5预紧力的大小。锚杆4的预紧力为70kN，锚索5的预紧力为250 kN。根据切眼设备安装、回撤的要求以及生产、通风的需要，确定切眼断面尺寸，切眼采用二次成巷沿顶掘进的方式施工，第一次成巷选择在靠近采空区煤柱一侧，先掘进一个小断面微拱巷道，充分释放围岩应力，再掘进靠近截割帮的一侧的大断面微拱巷道，先掘进的小断面微拱巷道要承受第二次成巷掘进的动压影响，因此需要加强支护，这样，大断面微拱巷道在小断面微拱巷道释放压力的情况下掘进，承受的压力小，支护较容易，便于维护巷道围岩的稳定性。但大、小断面微拱巷道结合部是两微拱脚重合处，因此应力集中比较大， 需要加打一排单体支柱减跨支护。根据围岩条件及模拟分析、理论计算的方法，确定锚网索支护参数，确定预应力的大小，使锚网索支护体系互相匹配，使锚网索支护范围内，围岩全部受压，不出现受拉区域，改变围岩自身的受力状态，提高切眼围岩的强度，减少锚固区域顶板的离层值。根据切眼围岩塑性区的分布规律，选择锚杆、锚索合理的支护位置及时间， 锚索要滞后锚杆安装，锚索选择在应变大的、变形小、位移小的部位安装，充分发挥锚索的支护作用，一般锚索布置在巷道顶板上，在跨度方向的1/4、3/4处。双微拱切眼截割帮部采用玻璃钢锚杆支护便于采煤机截割，双微拱切眼另一帮部采用预应力锚杆支护控制帮部围岩变形破坏。大跨度切眼采用二次成巷+双微拱断面+锚网索+单体支柱+顶梁协同减跨支护方法，可确保大跨度切眼快速施工，其稳定性得到较好的控制。
权利要求
1.一种大跨度切眼双微拱减跨支护方法，其特征在于包括如下步骤a.在靠近采空区煤柱一侧先开掘一个小于切眼断面一半的小断面微拱巷道(1)，采用锚网索加钢带(7)进行帮、顶支护，锚网索中的锚索(5)布置在小断面微拱巷道顶板上，且安装在跨度方向上的1/4、3/4处；b.小断面微拱巷道掘进后，在靠近截割帮一侧再开掘一个与小断面微拱巷道(1)相连通的大断面微拱巷道(3)，形成双微拱拱高为h、切眼跨度为c的双微拱切眼，采用锚网索加钢带(7)对大断面微拱巷道(3)进行支护，锚网索中的锚索(5)布置在大断面微拱巷道顶板上，且安装在跨度方向上的1/4、3/4处；c.在形成双微拱切眼拱脚重合处采用单体支柱(2)加铰接顶梁(11)进行支护。
2.如权利要求1所述的大跨度切眼双微拱减跨支护方法，其特征在于所述双微拱切眼的双微拱拱高h为2(T40cm。
3.如权利要求1所述的大跨度切眼双微拱减跨支护方法，其特征在于所述小断面微拱巷道(1)顶板支护中的钢带(7)预留长度为0. 4^0. 6m的搭接段。
4.如权利要求1所述的大跨度切眼双微拱减跨支护方法，其特征在于所述的切眼跨度c不小于5. 5 m。
5.如权利要求1所述的大跨度切眼双微拱减跨支护方法，其特征在于所述单体支柱 (2)支设在两微拱拱脚重合处，其间距为顶锚杆排距m的1/2。
全文摘要
一种大跨度切眼双微拱减跨支护方法，适用于构造复杂区域以及深部复合型顶板大跨度切眼的减跨支护。采用二次成巷代替一次成巷，利用双微拱切眼替代传统的一次成巷大跨度矩形切眼，使用预应力锚杆/索加固切眼围岩，根据锚杆/索的特性及双微拱切眼围岩塑性区的分布规律，选择合理的支护参数，充分发挥预应力锚杆/索的支护作用，在双微拱切眼中加一排单体支柱与顶梁减跨支护，控顶效果明显。针对大跨度切眼，采用二次成巷+双微拱断面+锚网索+单体支柱和铰接顶梁的减跨支护方式，解决了大跨度矩形切眼顶板难控制的问题，实现了大跨度切眼快速、安全、经济施工，其方法简单、易行、支护成本低、支护效果好。
文档编号E21D9/14GK102268998SQ20111021885
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者吴增光, 吴锐, 张玉东, 徐金海, 李冲, 李安洪, 李广兴, 李良兵, 王中奎, 王强, 马超 申请人:中国矿业大学, 山西潞安环保能源开发股份有限公司