一种回采巷道顶板层次控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于巷道围岩控制领域，具体的说设及一种回采巷道顶板层次控制方法， 可对巷道冒顶形成系统有效的控制，同时提高成巷速度。
【背景技术】
[0002] 由于巷道冒顶隐患的隐蔽性、冒顶的突发性和高度危险性，现场不得不采用过度 支护来预防冒顶事故，即便如此，仍不能有效杜绝巷道冒顶事故的发生。巷道冒顶实质上 是由巷道顶板的大范围塑性破坏引起的，运种大范围的塑性破坏普遍伴有巨大的膨胀压力 和强烈变形，支护难度极大，随着煤矿开采深度的不断增加，回采巷道受工作面开采扰动影 响，一般处于高偏应力环境下，其围岩塑性区边界不在是常规的圆形、楠圆形，而是呈现蝶 叶形特征，顶板塑性破坏深度一般较大，采用常规单一或简单层次的支护难W对此类巷道 的冒顶形成有效控制，同时严重影响了巷道成巷速度，需要针对运种回采巷道顶板破坏特 征，提出针对性顶板控制方法。本发明提供一种回采巷道顶板层次控制方法，可对巷道冒顶 形成系统有效的控制，同时提高成巷速度，对保证矿井生产的安全高效具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种回采巷道顶板层次控制方法，该方法针对运种回采巷道 不同层位顶板破坏特征，采用四个层次的针对性支护防止巷道冒顶。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -种回采巷道顶板层次控制方法，将巷道冒顶控制分为四个层次：首先，第一层次 和第二层次的支护分别为辅助支护材料防止表层顶板碎岩掉落、高密度普通长度错杆控制 浅部顶板危岩坠落与局部漏顶，由于回采巷道浅部顶板受塑性区围岩膨胀、变形的影响，其 最典型的特征就是破碎程度较大，巷道浅部顶板围岩的控制关键在于足够的普通长度错杆 支护密度防止顶板小型冒顶，并配W合适的辅助材料防止破碎岩块掉落，具体支护设计时， 辅助支护材料应能将破碎的顶板"兜吊"住。第Ξ层次的支护是顶板得W稳定的关键，由于 顶板塑性破坏过程中伴随着强烈变形和巨大压力，采用高强支护难W形成有效控制，需采 用高延伸性能接长错杆或中长错索维护顶板塑性区内围岩整体稳定，防止塑性区围岩恶性 扩展和顶板大块度冒顶。第四层次的支护主要针对巷道掘进时遇到断层破碎带、应力异常 区、大型锅底杆等围岩异常变化区域的情况，运类情况极易出现顶板的大范围跨塌，需采用 长错索控制掘进时的深部层位顶板大范围失稳跨塌，同时塑性区内围岩形成再次补强。
[0006] -种回采巷道顶板层次控制方法，其高延伸性能接长错杆或中长错索的长度应大 于顶板最大塑性区深度的1. 2倍W上，W保证高延伸性能接长错杆或中长错索具有足够的 错固长度，其顶板最大塑性区深度确定方法如下式（1)所示。
[0007]
[001引式中，Re为顶板最大塑性区深度，m;οe、Of、Tfe分别为围岩中任意点的径向应 力、环向应力和剪应力，MPa;si、S3为最大、最小主偏应力，MPa江、Θ为任一点的极坐标；C 为围岩内聚力，MPa;0为围岩内摩擦角，D;Re为径向塑性区深度，m;H为巷道埋深，m;a 为巷道等效半径，m; 丫为围岩体积力，KN/m3;λ为主应力比值（σ1/σ3)，取值范围为2~ 4吼为巷道宽度，m;η?2为巷道高度，m。
[0013] 一种回采巷道顶板层次控制方法，其长错索长度应大于深部层位顶板大范围跨塌 隐患深度的1. 2倍W上，W保证长错索具有足够的错固长度，长错索支护应能承担深部层 位顶板大范围跨塌隐患边界W内的岩石重量，长错索的有效长度与承载力应满足式（2)的 要求。
[001引式中，l2为长错索的有效长度，m ;mi为巷道宽度，m ;η?2为巷道高度，m ;梦为围岩内 摩擦角，° ;f为顶板岩石普氏系数；k为安全系数，k〉1.2;N为错索承载力，KN; 丫为围岩 体积力，KN/m3;h。为普氏冒落拱高度，m;b为冒落拱滑动模形半宽，m;S1、S2为错索间距、排 距，m。
[0019] 一种回采巷道顶板层次控制方法，顶板可采用分次支护形式，辅助支护材料、高密 度普通长度错杆、长错索等Ξ个层次的支护应在巷道掘进时进行，高延伸性能长错杆或中 长错索支护可滞后进行，由于巷道顶板的塑性破坏主要在采动影响期间形成，其支护时机 可选择在巷道掘进后至采动影响前。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 此种回采巷道顶板层次控制方法，针对运种回采巷道不同层位顶板破坏特征与控 制要点，进行四个层次的顶板支护，对每个层位顶板均进行针对性控制，可有效保障巷道顶 板安全。
[0022] 此种回采巷道顶板层次控制方法，可采用分次支护形式，可大幅提高成巷速度，降 低巷道综合支护成本，缓解紧张的采掘接替关系。
【附图说明】
[0023] 当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明W 及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发 明的不当限定，其中：
[0024] 图1是采动影响期间回采巷道顶板层次控制示意图。
[00巧]图2是掘进期间回采巷道顶板支护示意图。
[0026] 图3是回采工作面巷道布置示意图。
【具体实施方式】
[0027] 参照图1、图2、图3对本发明进行说明，一种回采巷道顶板层次控制方法，将巷道 冒顶控制分为四个层次（1、2、3、4):辅助支护材料8防止表层顶板碎岩掉落；高密度普通长 度错杆7控制浅部顶板危岩坠落与局部漏顶；高延伸性能接长错杆6或中长错索6维护顶 板塑性区内围岩整体稳定，防止塑性区围岩恶性扩展和顶板大块度冒顶；长错索5控制掘 进时的深部层位顶板大范围失稳跨塌，同时对塑性区内围岩形成再次补强。高延伸性能接 长错杆6或中长错索6的长度应大于顶板最大塑性区深度的1. 2倍W上，W保证高延伸性 能接长错杆6或中长错索6具有足够的错固长度，其顶板最大塑性区深度确定方法如下式 (1)所示，根据巷道埋深H、围岩体积力丫、主应力比值λ、围岩内聚力C、围岩内摩擦角0、 巷道宽度叫、巷道高度m2等指标，即可绘制出巷道围岩塑性区边界9,得到顶板最大塑性区 深度Re，。其长错索5长度应大于深部层位顶板大范围跨塌隐患深度的1. 2倍W上，W保 证长错索5具有足够的错固长度，长错索5支护应能承担深部层位顶板大范围跨塌隐患边 界10W内的岩石重量，长错索5的有效长度与承载力应满足式（2)的要求，根据顶板岩石 普氏系数f、围岩体积力丫、错索间距Si、错索排距S2、安全系数k、巷道宽度叫、巷道高度1? 等指标，即可得到长错索5的有效长度I2、错索承载力N。
[0028] 此种回采巷道顶板层次控制方法，顶板可采用分次支护形式，辅助支护材料8、高 密度普通长度错杆7、长错索5等Ξ个层次（1、3、4)的支护应在巷道掘进时进行，即在掘进 巷道14的掘进工作面15进行，高延伸性能长错杆6或中长错索6支护可滞后进行，由于巷 道掘进时，顶板塑性破坏边界11范围较小，大范围的顶板塑性破坏边界9主要在采动影响 期间形成，其支护时机可选择在巷道掘进后至采动影响前，W保证下一个接替工作面的回 风巷道12、运输巷道13为四个层次的支护，运样可大幅提高成巷速度，降低巷道综合支护 成本，缓解紧张的采掘接替关系。
[0029] W上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述， 但可W想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可W做出其它的变化和修改， 运些变化和修改均在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种回采巷道顶板层次控制方法，其特征在于巷道冒顶控制分为四个层次：辅助支 护材料防止表层顶板碎岩掉落；高密度普通长度锚杆控制浅部顶板危岩坠落与局部漏顶； 高延伸性能接长锚杆或中长锚索维护顶板塑性区内围岩整体稳定，防止塑性区围岩恶性扩 展和顶板大块度冒顶；长锚索控制掘进时的深部层位顶板大范围失稳垮塌，同时对塑性区 内围岩形成再次补强。2. -种回采巷道顶板层次控制方法，其特征在于高延伸性能接长锚杆或中长锚索的 长度应大于顶板最大塑性区深度的1. 2倍以上，其顶板最大塑性区深度确定方法如下式所 示：式中，Re为顶板最大塑性区深度，0、（^、分别为围岩中任意点的径向应力、 环向应力和剪应力，MPa;Sl、s3为最大、最小主偏应力，MPa;r、Θ为任一点的极坐标；C为围 岩内聚力，MPa#为围岩内摩擦角，° ;Re为径向塑性区深度，m;H为巷道埋深，m;a为巷 道等效半径，m;γ为围岩体积力，KN/m3;λ为主应力比值（。y〇 3)，取值范围为2~4;mi 为巷道宽度，m;m2为巷道高度，m。3. -种回采巷道顶板层次控制方法，其特征在于长锚索长度应大于深部层位顶板大范 围垮塌隐患深度的1. 2倍以上，长锚索支护应能承担深部层位顶板大范围垮塌隐患边界以 内的岩石重量，具体如下：其中：式中，12为长锚索的有效长度，m邱丨为巷道宽度，m;m2为巷道高度，m; #为围岩内摩擦 角，° ;f为顶板岩石普氏系数；k为安全系数，k>1.2;N为锚索承载力，ΚΝ;γ为围岩体积 力，KN/m3;h。为普氏冒落拱高度，m;b为冒落拱滑动楔形半宽，m;SpS2为锚索间距、排距， m〇4. 一种回采巷道顶板层次控制方法，其特征在于顶板可采用分次支护形式，辅助支护 材料、高密度普通长度锚杆、长锚索等三个层次的支护应在巷道掘进时进行，高延伸性能长 锚杆或中长锚索支护可滞后进行，由于巷道顶板的塑性破坏主要在采动影响期间形成，其 支护时机可选择在巷道掘进后至采动影响前。
【专利摘要】本发明涉及一种回采巷道顶板层次控制方法，将巷道冒顶控制分为四个层次：辅助支护材料防止表层顶板碎岩掉落；高密度普通长度锚杆控制浅部顶板危岩坠落与局部漏顶；高延伸性能接长锚杆或中长锚索维护顶板塑性区内围岩整体稳定，防止塑性区围岩恶性扩展和顶板大块度冒顶；长锚索控制掘进时的深部层位顶板大范围失稳垮塌，同时对塑性区内围岩形成再次补强。并提供了高延伸性能接长锚杆或中长锚索、长锚索的主要支护参数确定方法。同时，该方法可采用分次支护形式，可有效保障巷道顶板安全、提高成巷速度，对保证矿井生产的安全高效具有重要意义。
【IPC分类】E21D20/00, E21D11/00
【公开号】CN105298523
【申请号】CN201510776006
【发明人】贾后省, 乔安震, 李文彬, 罗亚飞
【申请人】河南理工大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月13日