煤矿巷道底板用锚固方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿巷道底板用锚固方法，其通过锚注支护在巷道底板形成承压拱结构以防止巷道底鼓，适用于煤矿巷道支护工程。其基本步骤为：巷道掘进完成并施加顶帮支护后，在巷道底板开挖垂直于巷道轴线方向的仰拱沟槽，在此沟槽内施工垂直于反拱弧线的注浆锚索，在锚索互相作用影响范围之内形成的一个承压拱结构，该承压拱结构拱脚作用在巷道两帮稳定范围内，能起到屏蔽巷道底板荷载的作用，可以有效控制巷道底板变形。
【专利说明】煤矿巷道底板用锚固方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及控制煤矿巷道底板变形的方法，尤其涉及一种避免煤矿井巷工程底板 剧烈变形的煤矿巷道底板用锚固方法。
【背景技术】
[0002] 巷道底鼓作为矿山压力显现的一种形式，在深部巷道，底板岩性较差巷道及受采 动影响的巷道内普遍发生。大量实测资料表明，巷道底鼓量可占到巷道顶底板移近量的 2/3?3/4,同时，底板的稳定性显著影响着两帮及顶板的变形和破坏。巷道底鼓如得不到 有效的控制，不仅显著增加了巷道维护费用，而且影响着矿井的正常生产。目前，国内外控 制巷道底鼓的方法可分为改善底板力学环境、优化底板岩性和提高底板支护强度三类，具 体方法包括：切缝、打钻孔、爆破、开掘卸压巷等卸压法；底板锚杆（索）、底板注浆、封闭式 支架等支护加固法，以及各种联合支护法。其中，采用注浆配合锚索控制底鼓的方法，由于 控制效果好，操作性高，应用较多。
[0003] 然而，在实际使用过程中，为了在底板形成仰拱结构，往往需要在巷道底板开挖很 深的反底拱，施工锚注支护后再用混凝土回填，费时费力，存在井下混凝土浇筑，材料搬运 等大量复杂工序，工期长成本高，且施工期间巷道完全丧失通行能力，严重影响正常生产。
[0004] 现有方法对于底板注浆和锚索支护参数取值无依据，巷道底鼓支护设计主要依靠 工程类比法来实现，缺乏理论依据，支护效果不佳，为了追求支护效果，也只有一味增加支 护强度，导致支护成本剧增，浪费严重。
[0005] 此外，现有底板支护方法一般将巷道底板独立出来单独支护，没有考虑巷道顶底 板以及两帮的相互作用，当地应力较大时底板容易整体破坏，继而引发帮顶失稳。
[0006] 为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事 相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿巷道底板用锚固方法，以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种煤矿巷道底板用锚固方法，其工序简单，操作便利，通 过注浆和预应力锚索优化底板岩性，改善底板力学环境，形成底板承压拱结构，屏蔽巷道底 板荷载的破坏作用，能有效解决复杂地质条件下的巷道底板变形严重的问题，避免了巷道 重复返修，降低巷道维护成本。该方法步骤简单，实现方便且投入成本低，使用效果好。
[0008] 为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿巷道底板用锚固方法，其特征在于包含 如下步骤：
[0009] 步骤一、在巷道底板挖设多条平行设置的反拱形沟槽；
[0010] 其中，所述反拱形沟槽为半椭圆形；
[0011] 步骤二、在所述反拱形沟槽内设置多个垂直于沟槽底部弧线的锚索钻孔，在各锚 索钻孔内下放绑扎有注浆管的中空注浆锚索并封孔，通过注浆和锚索预应力作用形成底板 的承压拱结构；
[0012] 对所述巷道底部支护体系所采用的反拱形沟槽、承压拱结构及锚索钻孔位置确定 时，其确定过程如下：
[0013] 步骤201、承压拱结构跨度的确定：承压拱结构的拱脚需作用在巷道两帮破坏范 围以外，反拱形沟槽的跨度取巷道跨度和两帮破坏厚度之和，即根据公式：L = l+2b计算出 承压拱结构的跨度L ;式中，1为巷道跨度；b为巷道帮部破坏厚度；
[0014] 步骤202、承压拱结构轴线的确定：其轴线根据公式：
【权利要求】
1. 一种煤矿巷道底板用锚固方法，其特征在于包含如下步骤： 步骤一、在巷道底板挖设多条平行设置的反拱形沟槽； 其中，所述反拱形沟槽为半椭圆形； 步骤二、在所述反拱形沟槽内设置多个垂直于沟槽底部弧线的锚索钻孔，在各锚索钻 孔内下放绑扎有注浆管的中空注浆锚索并封孔，通过注浆和锚索预应力作用形成底板的承 压拱结构； 对所述巷道底部支护体系所采用的反拱形沟槽、承压拱结构及锚索钻孔位置确定时， 其确定过程如下： 步骤201、承压拱结构跨度的确定：承压拱结构的拱脚需作用在巷道两帮破坏范围以 夕卜，反拱形沟槽的跨度取巷道跨度和两帮破坏厚度之和，即根据公式：L = l+2b计算出承压 拱结构的跨度L ;式中，1为巷道跨度；b为巷道帮部破坏厚度； 步骤202、承压拱结构轴线的确定：其轴线根据公式：
[确定，式中qx，q y 分别为巷道底板处水平地应力和坚向地应力； 步骤203、承压拱拱圈厚度的确定：结合步骤202中所确定的轴线，根据公式
分别确定承压拱轴线上任意一点Μ (X，y)处的水平分力氏和坚 向分力取拱轴线上产生的最大水平分力和坚向分力，根据公式
算出底板承压拱的拱圈厚度，式中，c、P为底板注浆后岩石的黏聚力和内摩擦角； 步骤204、锚索钻孔位置的确定，在保证锚索足够预紧力的情况下，锚索钻孔的间距根 据公式a = L-4 Λ t/3计算，L为所用锚索长度； 步骤三、在锚索钻孔的孔口封堵超过24小时后，通过锚索注浆至注浆管返浆后，给注 浆管安装截止阀继续注浆；若注浆管不返浆，则直接由注浆管注浆，保证注浆范围覆盖锚索 的作用范围； 步骤四、注浆至少超24小时后，配套使用大托盘和工字钢梁以及锚索锁具施加预紧 力； 步骤五、用碎矸石将反拱形沟槽填实、平整，以完成一次底板锚固作业循环。
2. 如权利要求1所述的煤矿巷道底板用锚固方法，其特征在于：所述反拱形沟槽垂直 于巷道轴线方向，其宽度至少大于等于所用锚索大托盘宽度100mm，其深度大于锚索施工完 成后外露端长度，相邻反拱形沟槽的间距不大于上述步骤204中计算所得锚索间距，以保 证沿巷道轴线方向各承压拱结构形成整体。
3. 如权利要求1所述的煤矿巷道底板用锚固方法，其特征在于：锚索钻孔的方向垂直 于反拱形沟槽的底部弧线，直径大于所用锚索直径和注浆管直径之和，钻孔有效深度等于 所用锚索长度，下放锚索时需同时将注浆管同时下入锚索钻孔内，将注浆管绑扎在锚索上， 留出外露长度后用铁丝一端系住锚索上部，铁线另一端固定在巷道底板上。锚索与注浆管 上段封堵，封堵长度不小于300mm。
4. 如权利要求1所述的煤矿巷道底板用锚固方法，其特征在于：所述中空注浆锚索由 钢绞线缠绕在塑料注浆软管上构成，所述中空注浆锚索的两端分别设置有锚索截止阀，上 端的锚索截止阀由丝扣和锚索连接，塑料注浆软管下三分之一处侧壁分布有锚索射浆孔。
5. 如权利要求4所述的煤矿巷道底板用锚固方法，其特征在于：所述注浆管上端设有 注浆截止阀，下二分之一处设置有注浆射浆孔。
6. 如权利要求5所述的煤矿巷道底板用锚固方法，其特征在于：在步骤三中对所述锚 索注浆之前需去掉上端的锚索截止阀和注浆管截止阀，对锚索注浆至注浆管返浆后，对注 浆管截止阀继续注浆至3MPa以上，若注浆管不返浆，则直接由注浆管注浆至3MPa以上。
7. 如权利要求1所述的煤矿巷道底板用锚固方法，其特征在于：步骤四中对所述锚索 张拉时，需在步骤三中所述注浆完成24小时之后，锚索张拉前需把注浆管沿孔口折断，然 后分别安装大托盘，工字钢梁以及锚索锁具，安装后锚索外露端长度不大于200_，张拉预 紧力不小于120kN。
【文档编号】E21D11/00GK104047613SQ201410326411
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】陈盼, 张幼振, 姚克, 邵俊杰, 李旭涛, 蔺志涛 申请人:中煤科工集团西安研究院有限公司