沿空留巷围岩永久补强支护设施的制作方法

本实用新型涉及一种采煤矿井设施，具体为采煤巷道沿空留巷的围岩补强支护。

背景技术：

沿空留巷可以实现无煤柱开采，提高资源回采率，改善矿井安全条件。沿空留巷技术在大倾角及急倾斜中厚煤层开采中存在诸如以下问题：(1)倾斜煤层煤炭开采伴随着较低的资源回收率、较高的巷道掘进率；(2)煤层开采后，相对复杂的矿压规律影响瓦斯、水害等灾害的治理等；(3)工作面内设备下滑和倾倒、冒顶片帮等问题。

对于沿空留巷来说，针对于大倾角煤层存在少量关于适用部分矿井的留巷技术的报导，成功应用的并不多见，究其原因主要有：(1)大倾角煤层工作面矿压显现规律呈现出不规则，工作面中、上部区域的矿压显现要明显大于下部区域，使沿空留巷较为困难；(2)大倾角工作面巷道围岩变形规律呈现出下帮煤壁出塑性区域大，顶板岩层分层断裂，使得沿空留巷巷道支护较为困难；(3)倾角过大，采空区垮落矸石无法原位堆积，垮落矸石滚落至下帮处，对沿空留巷巷旁支护体产生较大的冲击力，造成支护体失稳，使沿空留巷较为困难。

世界上一些主要产煤国家都对沿空留巷进行了大量研究，主要研究成果体现在近水平及缓斜煤层，而对于大倾角及急倾斜煤层沿空留巷，鲜有报导。

大倾角煤层留巷中，巷道围岩必须在适应老顶的运动方式的基础上进行加强支护，老顶大结构的运动方式最终决定着巷道的变形，留巷的成功与否与巷道上方老顶运动方式密切相关，同时采空区上覆岩层范围的最终形态也与水平煤层开采也有较大的区别，这也是原有沿空留巷方式无法达到大倾角煤层留巷需求的重要原因。

在工作面推进过程中，顶板在工作面线的中部或中上部首先出现裂缝(该裂缝既有沿工作面倾斜方向的，也有沿工作面推进方向的)，与此同时，在工作面回风巷附近也出现沿工作面走向的裂缝(大量的裂缝出现在回风巷下部的采空区层内)，随着工作面的推进，出现在工作面中部的裂缝向工作面上下延伸，工作面回风巷附近的裂缝向工作面前后延伸，当工作面推进长度或顶板沿工作面倾斜方向的悬伸长度超过顶板岩层极限跨距时，顶板出现断裂，继而出现垮落。由于裂缝的发展随工作面的推进有一个时间过程，故顶板的裂断和垮落在工作面走向方向上的“时序”不同。工作面中部首先开始裂断和垮落，接着是工作面的倾斜上部，然后是工作面倾斜下部。

统计数据表明，当沿空留巷巷内支架使用的是梯形支架和拱型支架时，支架严重变形率较为相近，分别为4.1％和4.9％，这也从侧面说明巷旁支护是人工支护的主体。与第一次回采期间围岩活动强度相比，第二次回采期间围岩活动范围小，强度弱。第二次回采期间巷道煤壁一侧移近速度较大，这说明煤壁已经进人塑性流变阶段，煤体边缘存在的塑性区在增大。巷内支架仅能支撑部分直接顶的重量，其作用主要是维护巷道断面形状。满足回采作业的需要。巷旁支护与煤壁是支护系统的主体，对控制顶板向采空区倾斜有明显效果，凡是巷旁支护质量好，接顶高度大的地段，巷道支架完整，巷道变形也较小。这说明限制围岩的早期活动，可以充分发挥围岩的自承能力。从支护与围岩关系方面看：要使沿空留巷取得好的围岩控制效果，应该充分提高巷旁支护前期的支护能力，提高接顶高度，维护顶板完整，以充分发挥围岩破坏前的自承能力。随着顶板活动的发展，应力峰值向煤壁内转移。当围岩变形加剧，支架、巷旁支护达到极限支撑能力后，还应具备一定的压缩让压能力，保证支护本身不被破坏，起到保护巷道的目的。

为此，为了采煤工作的安全，为了减少采煤工作面推进过程中对巷道的影响，更完整地保留巷道，有必要研究大倾角及急倾斜中厚煤层的加强巷道支护方案。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种沿空留巷围岩永久补强支护设施，使用在大倾角及急倾斜中厚煤层的采煤巷道中，用以减少采煤工作面推进过程中对巷道的影响，更完整地保留巷道，利于后期沿空留巷。

本实用新型的具体方案如下：

本实用新型的沿空留巷围岩永久补强支护设施，设置在采煤巷道内及采煤工作面下端头内，由锚杆、锚索、单体支柱构成，采煤巷道为半梯形断面巷道，在巷道下帮与巷道底板夹角处设置有一排锚杆。在巷道下帮与巷道顶板夹角处设置有两排锚杆。在巷道顶板设置一排锚杆及两排锚索，在巷道上帮与巷道顶板夹角处设置一排锚杆，巷道上帮的下部设置一排锚杆，在巷道上帮设置一排单体支柱，单体支柱支撑在巷道底板与巷道顶板之间。

在采煤工作面下端头顶部留置一层煤层，煤层悬挂在采煤工作面下端头的顶板上，煤层内设置至少三排锚杆，并使锚杆穿过煤层，伸入至采煤工作面下端头的顶板内。

在采煤工作面下端头靠近采煤工作面侧还设置有单体支柱，单体支柱支撑在采煤工作面下端头的顶板与底板之间，在单体支柱与采煤工作面之间，设置有支架。

在巷道下帮、巷道顶板、巷道上帮、所述煤层的底面均覆盖有钢筋网。

在采煤工作面下端头的底板与所述煤层之间设置钢筋网，且钢筋网垂直于采煤工作面下端头的底板，钢筋网将采煤工作面下端头分隔为左右两部分。

如上所述的沿空留巷围岩永久补强支护设施，更进一步说明为，所述的巷道下帮与巷道底板夹角处设置的一排锚杆向下倾斜打入岩体，并与水平面构成8-12°角。

在巷道下帮与巷道顶板夹角处设置的两排锚杆均向上倾斜打入岩体，并与水平面构成40-60°角。

在巷道顶板设置的一排锚杆及两排锚索均垂直于巷道顶板，并分布在巷道顶板中部与靠近巷道上帮之间。

在巷道上帮与巷道顶板夹角处设置的一排锚杆纵向打入巷道老顶，巷道上帮的下部设置的一排锚杆水平打入岩体。

如上所述的沿空留巷围岩永久补强支护设施，更进一步说明为，所述煤层底面平行于采煤工作面下端头的底板，煤层靠近巷道上帮一侧面与巷道上帮为同一水平面并构成巷道上帮的一部分。

如上所述的沿空留巷围岩永久补强支护设施，更进一步说明为，所述支架由两根立柱分别支撑在采煤工作面底板与采煤工作面顶板之间，立柱垂直于采煤工作面底板，设置有一根横梁连接在两根立柱之间，在支架靠近采煤工作面一侧设置背板，背板将支架与采煤工作面隔离。

如上所述的沿空留巷围岩永久补强支护设施，更进一步说明为，所述的钢筋网通过锚杆与锚索固定在岩壁上。

如上所述的沿空留巷围岩永久补强支护设施，更进一步说明为，所述的巷道下帮与巷道底板夹角处设置的一排锚杆，以及在巷道下帮与巷道顶板夹角处设置的两排锚杆，以及巷道上帮的下部设置的一排锚杆长度均为0.8m，锚杆排距为1m-1.86m。

如上所述的沿空留巷围岩永久补强支护设施，更进一步说明为，在巷道顶板设置的一排锚杆，以及在巷道上帮与巷道顶板夹角处设置的一排锚杆的长度为0.9m，锚杆排距为1m-1.86m。

如上所述的沿空留巷围岩永久补强支护设施，更进一步说明为，在巷道顶板设置的两排锚索直径为Φ17.8mm，锚索长度为6000mm，锚索间距为1.5m，排距为3m。

如上所述的沿空留巷围岩永久补强支护设施，更进一步说明为，在煤层内设置的三排锚杆为树脂锚杆，锚杆规格φ18mm×2000mm，锚杆间距800mm，锚杆排距800mm。

本实用新型的结构稳定，使用在大倾角及急倾斜中厚煤层的采煤巷道中，能有效减少采煤工作面推进过程中对巷道的影响，使巷道更完整地保留，对后期完成沿空留巷起到很好的作用。

本实用新型在巷道上帮侧及采煤工作面下端头处设置有多处锚杆、锚索、单体支柱，对该处的支护强度大，有效提高巷道上帮及临近巷道上帮部的支护强度，防止顶板及底板变形，为后期实现沿空留巷打好基础。

在采煤工作面下端头的顶板上留置煤层，加强该处顶板的强度，减少支护的难度。在采煤工作面下端头的底板与所述煤层之间设置钢筋网，且钢筋网垂直于采煤工作面下端头的底板，钢筋网将采煤工作面下端头与巷道隔离，防止矸石窜入采煤巷道。

在采煤工作面下端头靠近采煤工作面侧设置的单体支柱、以及所述支架能有效隔离采煤工作面与采煤巷道，能稳定采煤工作面下端头处的顶板，同时又能防止矸石窜入采煤巷道。

附图说明

图1是本实用新型结构图。

单体支柱1；支架2；煤层3；钢筋网4；锚杆5；锚索6。

具体实施方式

参考图1，本实用新型设置在采煤巷道内及采煤工作面下端头内，本实用新型设置的采煤巷道为半梯形断面巷道，巷道底板水平，巷道顶板由巷道上帮向巷道下帮倾斜设置，巷道上帮高度大于巷道下帮。巷道宽度为3800mm，巷道下帮高度1900mm，巷道上帮高度为3700mm，采煤工作面下端头顶、底板之间的间距(高度)为1800mm。

在巷道下帮与巷道底板夹角处设置有一排锚杆5，倾斜向下打入岩体，使用长度为0.8m的锚杆，并且锚杆排距为1m-1.86m，本示例选1.86m。

在巷道下帮与巷道顶板夹角处设置有两排锚杆5，倾斜向上打入岩体，两排锚杆的尾端设置在相邻处，但从不同的角度打入到岩体中，其中一排锚杆与水平面构成40°角，而另一排锚杆与水平面构成60°角，使用长度为0.8m的锚杆，并且锚杆排距为1m-1.86m，本示例选1m。

在巷道顶板设置一排锚杆及两排锚索6，并垂直于巷道顶板。其中锚杆在巷道顶板上并靠近巷道上帮的位置，距离巷道上帮1m，一排锚索设置在巷道顶板中部，而另一排锚索设置在巷道顶板与巷道上帮夹角处距巷道上帮400mm以内。锚索直径为Φ17.8mm，锚索长度为6000mm，锚索间距为1.5m，排距为3m。

在巷道上帮与巷道顶板夹角处设置一排锚杆，长度为0.9m，锚杆排距为1m-1.86m，锚杆纵向设置，并略向巷道侧偏转约10-15°角。巷道上帮的下部设置的一排锚杆水平打入岩体。在巷道上帮设置一排单体支柱1，单体支柱支撑在巷道底板与巷道顶板之间。

在采煤工作面下端头顶部留置一层煤层3，煤层悬挂在采煤工作面下端头的顶板上，煤层底面平行于采煤工作面下端头的底板，煤层靠近巷道上帮一侧面与巷道上帮为同一水平面并构成巷道上帮的一部分。煤层内设置至少三排锚杆，并使锚杆穿过煤层，伸入至采煤工作面下端头的顶板内，在煤层内设置的三排锚杆为树脂锚杆，锚杆规格φ18mm×2000mm，锚杆间距800mm，锚杆排距800mm。

在采煤工作面下端头靠近采煤工作面侧还设置有单体支柱，单体支柱设置在距离采煤巷道上帮3000mm处，单体支柱侧面靠近采煤工作侧设置有支架2。支架由两根立柱分别支撑在采煤工作面底板与采煤工作面顶板之间，立柱垂直于采煤工作面底板，设置有一根横梁连接在两根立柱之间，在支架靠近采煤工作面一侧设置背板，背板将支架与采煤工作面隔离。立柱选用工字钢或轨道钢，背板为木板。

在巷道下帮、巷道顶板、巷道上帮、煤层的底面均覆盖有钢筋网4，钢筋网通过锚杆与锚索固定。

上述实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。