一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法与流程

技术特征：

1.一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：沿巷道纵向延伸方向由后向前分多个节段对近距离煤层巷道(1)进行开挖及巷道围岩支护施工；所述近距离煤层巷道(1)的横断面为矩形且其为在下部煤层(2)内开采的巷道，所述近距离煤层巷道(1)位于上煤层巷道(3)的一侧下方，所述上煤层巷道(3)为在上部煤层(4)内开采的巷道，所述上部煤层(4)位于下部煤层(2)上方，且上部煤层(4)与下部煤层(2)之间通过夹层(5)进行分隔；所述近距离煤层巷道(1)与上煤层巷道(3)呈平行布设；所述上煤层巷道(3)的一侧为采空区(6)且其另一侧为预留的保护煤柱(7)，所述近距离煤层巷道(1)位于采空区(6)下方；所述近距离煤层巷道(1)靠近上煤层巷道(3)的一侧巷道帮部为煤柱下压侧煤帮，近距离煤层巷道(1)的另一侧巷道帮部为上覆岩层下压侧煤帮；对近距离煤层巷道(1)进行开挖及巷帮围岩支护施工时，多个所述节段的开挖及巷道围岩支护施工方法均相同；对于近距离煤层巷道(1)的任一节段进行开挖及巷道围岩支护施工时，包括以下步骤：

步骤一、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，对当前所施工节段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；

步骤二、巷道两帮预留开挖量确定：根据步骤一中所确定的围岩基本力学参数，对当前施工节段的两侧巷道帮部的预留开挖量分别进行确定；

对当前施工节段的上覆岩层下压侧煤帮的预留开挖量进行确定时，根据开挖完成后当前施工节段的上覆岩层下压侧煤帮的向内位移理论值S₁进行确定；其中公式(1)中，h为近距离煤层巷道(1)的净高，且a和h单位均为m；Δh为开挖完成后当前所施工节段的顶板最大下沉量；E为当前所施工节段两帮岩体的综合弹性模量且其单位为Pa；P₁为当前所施工节段两帮岩体弹塑性界面上的水平压力且P₁＝λ·k₁·γH(2)，公式(2)中k₁为当前所施工节段两帮岩体弹塑性界面上的应力集中系数，γ为当前所施工节段上覆岩层的平均容重且其单位为N/m³，H为当前所施工节段的埋深且其单位为m，λ为当前所施工节段中弹性地基梁的弹性特征值，所述弹性地基梁为当前所施工节段的两帮岩体；l₁＝x₀+l_e(3)，公式(3)中l_e为当前所施工节段两帮岩体弹性区的宽度且l_e＝h±Δh'，Δh'＝0m～0.3m；x₀为当前所施工节段的巷帮极限平衡区宽度且公式(4)中c为当前所施工节段巷道两帮岩体的粘聚力，为当前所施工节段巷道两帮岩体的内摩擦角；公式(5)中K_s为当前所施工节段的巷道两帮岩体与顶底板间交界面的切向刚度系数；

对当前施工节段的煤柱下压侧煤帮的预留开挖量进行确定时，根据开挖完成后当前施工节段的煤柱下压侧煤帮的向内位移理论值S₂进行确定；其中公式(6)中l₂为保护煤柱(7)的宽度，P₂＝λ·k₂·γH(8)，公式(8)中k₂为当前所施工节段的煤柱下压侧煤帮内侧且位于保护煤柱(7)正下方的岩体的应力集中系数；

步骤三、巷道开挖：根据步骤二中所确定的当前施工节段的两侧巷道帮部的预留开挖量，由后向前对当前施工节段进行开挖；

步骤四、巷道支护结构确定：所采用的巷道支护结构包括多个巷道支护单元和多根注浆锚杆(8)，多个所述巷道支护单元沿近距离煤层巷道(1)的巷道纵向延伸方向由后向前布设，多根所述注浆锚杆(8)沿近距离煤层巷道(1)的巷道纵向延伸方向由后向前布设，且所述巷道支护单元与注浆锚杆(8)呈交错布设；

多个所述巷道支护单元的结构均相同；所述巷道支护单元包括布设在近距离煤层巷道(1)底板上的底板支护体系和布设在近距离煤层巷道(1)左右两侧巷道帮上的巷道帮部支护体系，所述底板支护体系和所述巷道帮部支护体系均布设在近距离煤层巷道(1)的同一个巷道断面上；对所述巷道支护单元的支护结构进行确定时，需对所述底板支护体系和所述巷道帮部支护体系的支护结构分别进行确定；其中，所述巷道帮部支护体系所采用的支护结构根据当前所施工节段的巷帮极限平衡区宽度x₀进行确定；

对所述底板支护体系所采用的支护结构进行确定时，先根据步骤一中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式计算得出当前所施工节段的巷道底板岩体最大破坏深度h_max；并根据公式计算得出当前所施工节段底部左右两侧的巷道底板岩体最大破坏深度处距相邻巷道帮壁的水平距离l₀；式(8-1)和(8-2)中，为当前所施工节段巷道底板岩体的内摩擦角；之后，根据所确定的巷道底板最大破坏深度h_max和巷道底板最大破坏深度处至巷道帮壁的水平距离l₀，对所述底板支护体系所采用的支护结构进行确定；

多根所述注浆锚杆(8)均呈平行布设且其均与当前所施工节段的煤柱下压侧煤帮呈垂直布设；所述注浆锚杆(8)位于当前所施工节段的煤柱下压侧煤帮的中部且其布设在当前所施工节段的一个横断面上；

步骤五、巷道围岩支护施工：根据步骤四中所确定的巷道支护结构，对当前所施工节段进行支护施工；

步骤六、下一节段开挖及巷道围岩支护施工：重复步骤一至步骤五，对下一节段进行开挖及巷道围岩支护施工；

步骤七、多次重复步骤六，直至完成近距离煤层巷道(1)的全部开挖及巷道围岩支护施工过程。

2.按照权利要求1所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：所述近距离煤层巷道(1)为回采巷道且其净高与下部煤层(2)的净高相同；步骤三中进行巷道开挖时，按照常规矿山回采巷道开挖的施工方法，对当前所施工节段进行开挖。

3.按照权利要求1或2所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：多个所述节段的纵向长度均为10m～50m，所述近距离煤层巷道(1)与上煤层巷道(3)之间的水平间距为8m～12m；

所述近距离煤层巷道(1)的煤柱下压侧煤帮内侧岩体由外至内分为第一变形区(1-1)、第二变形区(1-2)和第三变形区(1-3)，所述第一变形区(1-1)位于采空区(6)下方，第二变形区(1-2)位于上煤层巷道(3)下方，第三变形区(1-3)位于保护煤柱(7)下方；所述第二变形区(1-2)与上煤层巷道(3)的宽度相同，所述第三变形区(1-3)的宽度与保护煤柱(7)的宽度相同；

步骤二中所述的l₁为第一变形区(1-1)的宽度，所述第一变形区(1-1)由内至外分为破裂区、塑性区和弹性区；所述的k₂为当前所施工节段的煤柱下压侧煤帮内侧的第三变形区(1-3)内岩体的应力集中系数。

4.按照权利要求1或2所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：步骤二中根据开挖完成后当前施工节段的上覆岩层下压侧煤帮的向内位移理论值S₁，对当前施工节段的上覆岩层下压侧煤帮的预留开挖量进行确定时，根据公式Δd₁＝S₁+Δd1 (9)进行确定；公式(9)中，Δd1＝0.05m～0.12m；

根据开挖完成后当前施工节段的煤柱下压侧煤帮的向内位移理论值S₂，对当前施工节段的煤柱下压侧煤帮的预留开挖量进行确定时，根据公式Δd₂＝S₂+Δd2(10)进行确定；公式(10)中，Δd2＝0.05m～0.12m。

5.按照权利要求4所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：步骤三中进行巷道开挖之前，先根据步骤二中所确定的当前施工节段的两侧巷道帮部的预留开挖量，并结合近距离煤层巷道(1)的设计宽度B，对当前施工节段的上覆岩层下压侧煤帮一侧的实际开挖宽度b₁和煤柱下压侧煤帮一侧的实际开挖宽度b₂分别进行确定；其中，b₁＝b+Δd₁，b₂＝b+Δd₂，且b和B的单位均为m；

当前施工节段的实际开挖宽度b'＝b₁+b₂；

步骤三中进行巷道开挖时，根据预先设计的当前所施工节段的巷道中心线，并结合所确定的b₁和b₂，对当前所施工节段进行开挖。

6.按照权利要求5所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：步骤四中所述注浆锚杆(8)的长度为r_m'；其中r_m'＝r_m-b₂，r_m的单位为m；公式(11)中，r₀为近距离煤层巷道(1)的等效圆半径且B为近距离煤层巷道(1)的设计宽度，r₀、a、b和B的单位均为m；l＝2·r₀。

7.按照权利要求5所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：步骤四中所述底板支护体系所采用的支护结构为预应力锚杆支护结构；

对所述底板支护体系所采用的支护结构进行确定时，根据当前所施工节段的实际开挖宽度b'进行确定：当b'＜3m时，所述底板支护体系包括左右两根底板锚杆，两根所述底板锚杆均呈竖直向布设，两根所述底板锚杆分别为第一左侧底板锚杆和第一右侧底板锚杆，所述第一左侧底板锚杆与当前所施工节段左侧巷帮之间的间距以及所述第一右侧底板锚杆与当前所施工节段右侧巷帮之间的间距均为l₀；当b'≥3m时，所述底板支护体系包括四根底板锚杆，四根所述底板锚杆均呈竖直向布设，四根所述底板锚杆包括两根第二左侧底板锚杆和两根第二右侧底板锚杆，两根所述第二左侧底板锚杆之间的中心位置与当前所施工节段左侧巷帮之间的水平距离为l₀，两根所述第二右侧底板锚杆之间的中心位置与当前所施工节段右侧巷帮之间的水平距离为l₀；所述第一左侧底板锚杆、所述第一右侧底板锚杆、两根所述第二左侧底板锚杆和两根所述第二右侧底板锚杆的长度均不小于h_max；

所述巷道帮部支护体系所采用的支护结构为预应力锚杆支护结构；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近距离煤层巷道(1)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近距离煤层巷道(1)的巷道帮上且呈水平向布设的巷道帮部锚杆(9)；所述巷道帮部锚杆(9)的长度等于l₁'+x₀+l₂'，其中l₁'＝10cm～20cm，l₂'＝30cm～50cm。

8.按照权利要求7所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，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分别对称布设在近距离煤层巷道(1)底板左右两端的帮角锚杆(10)；所述第一左侧底板锚杆、所述第一右侧底板锚杆、两根所述第二左侧底板锚杆和两根所述第二右侧底板锚杆的长度均等于l₁'+K·h_max+l₂'，两个所述帮角锚杆(10)的长度均为L₁且l₁'＝10cm～20cm，l₂'＝30cm～50cm；K为安全系数且K＝1～1.5。

9.按照权利要求1或2所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：步骤四中前后相邻两根所述注浆锚杆(8)之间的间距为0.8m～1.2m，前后相邻两个所述巷道支护单元之间的间距为0.8m～1.2m。

10.按照权利要求1或2所述的一种近距离煤层巷道底臌病害防治方法，其特征在于：步骤四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；

步骤五中对当前所施工节段进行支护施工时，先由后向前对多根所述注浆锚杆(8)进行施工，再由后向前对多个所述巷道帮部支护体系所采用的支护结构进行施工，之后再由后向前对多个所述底板支护体系所采用的支护结构进行施工。