专利名称：一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法
技术领域：
本发明属于矿用回采巷道底板支护技术领域，尤其是涉及一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法。
背景技术：
随着浅部矿产资源的逐渐枯竭，深部矿产资源的开发利用已成为世界范围内能源发展的必然趋势，矿山回采巷道普遍赋存于高地应力、高地温和高孔隙水压的复杂地质环境中，自重应力剧增、构造应力显著，深部回采巷道围岩普遍表现出硬岩软化、强膨胀和显著的流变时效特性，回采巷道变形剧烈，底臌现象在顶底板会合变形中往往可达60% 70%的比例，严重影响回采巷道的正常使用，甚至导致整个回采巷道的失稳报废。为此，长期以来，人们对回采巷道底臌的形成机理及其控制措施进行了深入探讨。由于对底臌的形成机理和过程并不十分清楚，目前治理底臌的方法主要集中在底板的处理上，一是加固法， 即底板注浆、底板锚杆或封闭式支架；二是卸压法，即底板切缝、底板底板卸压钻孔或松动爆破；三是巷旁充填法，即把回采巷道两帮一定范围内的煤采出，再填入既有一定的支护阻力又有一定的让压性能的充填材料，使巷帮应力向深部转移。但实际使用过程中，由于上述各方法的理论依据与回采巷道两帮及底板的实际变形破坏过程不尽相符，相关设计参数的选取不合适，加之底板施工困难，因而底板控制效果并不理想，从而导致回采巷道底板的不断翻修，不仅工作量大，维护费用高，而且矿井正常生产接替紧张。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其方法步骤简单、实现方便且投入成本低、使用效果好，能有效解决复杂条件下煤矿回采巷道的底臌问题，避免了回采巷道的返修工作，且施工成本低。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、回采巷道开挖按照常规矿山回采巷道开挖的施工方法，对需防治回采巷道进行开挖；步骤二、围岩基本力学参数确定通过对现场所取岩样进行室内试验，且采用常规岩石力学参数测试方法对步骤一中开挖后的所述需防治回采巷道的围岩基本力学参数进行测试，并对测试结果进行同步记录；步骤三、回采巷道支护方案确定所采用的回采巷道支护方案为沿开挖后所述需防治回采巷道纵向的多个断面上分别布设全断面支护结构，多个所述全断面支护结构的结构均相同；所述全断面支护结构包括布设在所述需防治回采巷道顶板上的顶板支护体系、 布设在所述需防治回采巷道左右两侧巷道帮上的巷道帮部支护体系和布设在所述需防治回采巷道底板上的底板支护体系；确定所述回采巷道支护方案时，需对所述顶板支护体系、巷道帮部支护体系和底板支护体系所采用的支护结构分别进行确定；对所述顶板支护体系所采用的支护结构进行确定时，根据步骤二中所确定的围岩基本力学参数，且按照常规巷道顶板支护方案的确定方法，确定所述顶板支护体系所采用的支护结构；对所述巷道帮部支护体系和所述底板支护体系的支护结构进行确定时，其确定过程如下步骤301、煤帮破裂区宽度确定结合步骤二中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式
权利要求
1. 一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于该方法包括以下步骤 步骤一、回采巷道开挖按照常规矿山回采巷道开挖的施工方法，对需防治回采巷道进行开挖；步骤二、围岩基本力学参数确定通过对现场所取岩样进行室内试验，且采用常规岩石力学参数测试方法对步骤一中开挖后的所述需防治回采巷道的围岩基本力学参数进行测试，并对测试结果进行同步记录；步骤三、回采巷道支护方案确定所采用的回采巷道支护方案为沿开挖后所述需防治回采巷道纵向的多个断面上分别布设全断面支护结构，多个所述全断面支护结构的结构均相同；所述全断面支护结构包括布设在所述需防治回采巷道顶板上的顶板支护体系、布设在所述需防治回采巷道左右两侧巷道帮上的巷道帮部支护体系和布设在所述需防治回采巷道底板上的底板支护体系；确定所述回采巷道支护方案时，需对所述顶板支护体系、巷道帮部支护体系和底板支护体系所采用的支护结构分别进行确定；对所述顶板支护体系所采用的支护结构进行确定时，根据步骤二中所确定的围岩基本力学参数，且按照常规巷道顶板支护方案的确定方法，确定所述顶板支护体系所采用的支护结构；对所述巷道帮部支护体系和所述底板支护体系的支护结构进行确定时，其确定过程如下步骤301、煤帮破裂区宽度确定结合步骤二中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式+(1)，计算得出煤帮破裂区宽度Ls;由所述需防治回采巷道的帮壁向内宽度为Ls的区域为巷道帮部煤体的破坏范围；式(1)中
2.按照权利要求1所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于步骤303 中所述巷道帮部支护体系和所述底板支护体系所采用的支护结构均为预应力锚杆支护结构；步骤四中对所述需防治回采巷道进行支护施工时，先对所述顶板支护体系和巷道帮部支护体系所采用的支护结构进行施工，之后再对所述底板支护体系所采用的支护结构进行施工。
3.按照权利要求1或2所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于步骤301中对所述煤帮破裂区宽度进行确定之前，需先建立所述需防治回采巷道的巷道两帮煤体界面应力计算模型，且所建立的巷道两帮煤体界面应力计算模型为在无支护情况下的力学模型，所建立的力学模型中由所述需防治回采巷道的帮壁向内依次形成煤帮破裂区、 塑性区、弹性应力升高区和原岩应力区，其中煤帮破裂区和塑性区的煤体处于应力极限平衡状态，所述煤帮破裂区和塑性区组成极限平衡区；步骤301中所述的^为所述极限平衡区的宽度。
4.按照权利要求2所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于所述巷道帮部支护体系所采用的支护结构包括两个分别对称布设在所述需防治回采巷道左右两侧巷道帮上的帮部支护结构，两个所述帮部支护结构的结构相同；所述帮部支护结构包括布设在所述需防治回采巷道的巷道帮顶部且呈倾斜向布设的顶角锚杆(1-1)、布设在所述需防治回采巷道的巷道帮上且呈水平向布设的巷道帮部锚杆 (1-2)和布设在所述需防治回采巷道的巷道帮底部且呈倾斜向布设的底角锚杆(1-3)，所述顶角锚杆(1-1)由外至内逐渐向上倾斜且其与水平方向之间的夹角为45° 士 10°，底角锚杆(1-3)由外至内逐渐向下倾斜且其与水平方向之间的夹角为45° 士 10°，且顶角锚杆 (1-1)和底角锚杆(1-3)的数量均为一个；所述顶角锚杆(1-1)、巷道帮部锚杆(1-2)和底角锚杆(1-3)的长度均相同且三者的长度均等于li+Ls+l2，其中I1 = 15cm 20cm，Ls为步骤301中所确定的煤帮破裂区宽度，I2 = 30cm 50cm。
5.按照权利要求4所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于所述巷道帮部锚杆(1-2)的数量为一个或多个；且当巷道帮部锚杆(1- 的数量为一个时，该巷道帮部锚杆(1-2)布设在所述需防治回采巷道的巷道帮中部；当所述巷道帮部锚杆(1-2) 的数量为多个，多个所述巷道帮部锚杆(1- 呈均勻布设且相邻两个所述巷道帮部锚杆(1-2)之间的间距为0. 8m Im0
6.按照权利要求2所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于所述底板支护体系所采用的支护结构包括两个分别对称布设在所述需防治回采巷道底板左右两侧的底板锚杆一(1-4)，两个所述底板锚杆一(1-4)分别布设在所述需防治回采巷道底部左右两侧的底板最大破坏深度处，且两个所述底板锚杆一(1-4)均呈竖直向布设；两个所述底板锚杆一(1-4)的长度相同且二者的长度均等于IJhma^l2，其中I1 = 15cm 20cm， hfflax为步骤302中所确定的巷道底板岩体最大塑性区破坏深度，I2 = .30cm 50cm ；两个所述底板锚杆一(1-4)分别为左侧底板锚杆一和布设在所述左侧底板锚杆一右侧的右侧底板锚杆一，所述左侧底板锚杆一与所述需防治回采巷道左侧帮部之间的间距以及所述右侧底板锚杆一与所述需防治回采巷道右侧帮部之间的间距均为1，其中1为步骤 302中所确定的巷道底板最大破坏深度处至相邻巷道帮壁的水平距离。
7.按照权利要求6所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于步骤四中对所述需防治回采巷道进行支护施工时，还需沿巷道纵向在所述需防治回采巷道的巷道底板中央开设多个底板卸压钻孔O)，所述底板卸压钻孔( 呈竖直向布设；多个所述底板卸压钻孔O)的布设位置分别与多个所述全断面支护结构的布设位置相同。
8.按照权利要求7所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于多个所述底板卸压钻孔O)的深度均相同，且所述底板卸压钻孔O)的深度为IimaJd1，其中hmax为步骤302中所确定的巷道底板岩体最大塑性区破坏深度，Cl1 = IOcm士2cm。
9.按照权利要求6所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于所述底板支护体系所采用的支护结构还包括两个对称布设在所述需防治回采巷道底板左右两侧的外侧支护结构和/或两个对称布设在所述需防治回采巷道底板左右两侧的内侧支护结构；两个所述外侧支护结构的结构相同，且两个所述外侧支护结构分别为布设在所述左侧底板锚杆一与所述需防治回采巷道左侧帮部之间的外侧支护结构一和布设在所述右侧底板锚杆一与所述需防治回采巷道右侧帮部之间的外侧支护结构二；所述外侧支护结构包括一个或多个呈竖直向布设的底板锚杆二，所述底板锚杆二的长度与底板锚杆一(1-4)的长度相同；两个所述内侧支护结构的结构相同，且两个所述内侧支护结构分别为布设在所述左侧底板锚杆一与底板卸压钻孔(2)之间的内侧支护结构一和布设在所述右侧底板锚杆一与底板卸压钻孔(2)之间的内侧支护结构二 ；所述内侧支护结构包括呈竖直向布设的底板锚杆三，所述底板锚杆三的长度与底板锚杆一(1-4)的长度相同。
10.按照权利要求1或2所述的一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，其特征在于步骤三中所述的全断面支护结构还包括支顶在所述需防治回采巷道的巷道开挖界面(3)上且对所述需防治回采巷道进行全断面支护的钢拱架。所述顶板支护体系所采用的支护结构为锚索与锚杆联合支护结构。
全文摘要
本发明公开了一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法，包括以下步骤一、回采巷道开挖；二、围岩基本力学参数确定；三、回采巷道支护方案确定对顶板支护体系、巷道帮部支护体系和底板支护体系所采用的支护结构分别确定；其中顶板支护体系所采用的支护结构按常规巷道顶板支护方案的确定方法确定，巷道帮部支护体系所采用的支护结构根据煤帮破裂区宽度进行确定，且底板支护体系所采用的支护结构根据巷道底板最大破坏深度和巷道底板最大破坏深度处至相邻巷道帮壁的水平距离确定；四、回采巷道围岩支护施工。本发明方法步骤简单、实现方便且投入成本低、使用效果好，能解决复杂条件下煤矿回采巷道的底臌问题，避免了回采巷道的返修工作且施工成本低。
文档编号E21D21/00GK102536282SQ20121004491
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者于远祥, 谷拴成 申请人:西安科技大学