一种厚煤层软底沿空巷道的支护方法与流程

本发明涉及煤矿巷道支护，具体为一种厚煤层软底沿空巷道的支护方法。

背景技术：

1、煤炭作为我国重要的一次能源，保证煤炭产量的稳定、提高采出率、减少煤矿安全事故是煤炭工业可持续发展的必要基础。沿空留巷可以实现y型通风，彻底解决上隅角瓦斯超限问题，并且能够实现无煤柱回采，给矿井带来巨大的经济效益。

2、沿空留巷服务周期长，受多次采动影响而长期处于高叠加应力状态，对于硬顶软底巷道，软底为非线性受力变形，而顶板硬岩仍为线弹性工作状态，导致沿空巷道的变形呈现出非稳态、非线性、大变形的特征，巷道维护困难。厚煤层软底沿空留巷由于顶硬底软，顶板不易随采随落，易形成大面积控顶，切顶阻力增大，一旦垮落还会造成剧烈来压，安全风险极大。由于采空区侧充填体强度大，可缩性差，在来压过程中还会发生倾斜或者钻底，造成巷道变形，加剧了留巷底鼓。现有技术无法解决这些难题，造成巷道变形收缩量大，返修困难，在增加成本的同时严重制约了煤矿安全高效回采。

3、现有技术，专利公开号为cn110273699a的发明专利，急倾斜硬顶软底煤层留煤柱沿空留巷围岩稳定性支护方法：1)在预留煤墩段采用间隔插入补打锚杆的方式对原始呈矩形阵列布置的锚杆支护进行加密支护，加密支护之后的锚杆呈五花眼式布置；所述的五花眼式布置指每四根呈矩形布置的原始锚杆围在一根补打的锚杆外，且该补打锚杆位于矩形的中心；2)在预留煤墩的中下部再补打锚索，每条补打的锚索均布置在两条横向相邻的原始锚索之间的中间部位，且补打的锚索打入到底板岩层中的长度不低于2000mm，补打的锚索的外露部分锚固在原始布置的w钢带上；3)沿巷道顶部均匀布置并延巷道轴向延伸的钢筋梯，所述的钢筋梯与原始布置的w钢带呈十字交叉状，对巷道顶板形成十字形护面作用。但现有技术没有柔模护巷的情况，且未对留巷顶板采取有效的措施，只是简单留设了煤柱，没有改善巷道应力条件，适用性单一，留巷效果有待进一步论证。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：解决硬顶软底的沿空巷道变形的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种厚煤层软底沿空巷道的支护方法，包括以下步骤：

4、根据现场实测和理论分析，确定补强支护强度，并结合顶板岩层分布特征，确定注浆锚索、切顶长锚索和短锚索的长度、直径、间排距和锚固力；

5、确定需要留巷的巷道，在原支护方式下，对所述巷道的顶板补打注浆锚索和锚索托梁，以及在所述顶板上打设切顶长锚索；

6、在所述巷道的煤壁侧，在原支护方式下，打设短锚索；

7、在所述巷道的底板上挖掘卸压槽，所述卸压槽位于巷道沿空侧，以及在所述卸压槽内浇筑底座；

8、在所述底座上浇筑充填体墙，所述充填体墙内预先安置锚栓，在所述充填体墙中裸露的锚栓上安装水平和垂直方向的钢带；靠近顶板位置的钢带，通过锚索托盘和螺母固定；其他位置的钢带，通过锚杆托盘和螺母固定；

9、在螺母上并紧贴所述锚索托盘和所述锚杆托盘上缠绕连接线，将所有的锚索托盘和锚杆托盘连接一体，形成一个整体的连接网络。

10、优点：针对沿空巷道变形大，维护困难，顶板不易随采随落，顶板不易垮落，切顶阻力大，充填体在来压过程中易发生倾斜、钻底等问题，采用控顶、限帮、让底的三位一体沿空留巷整体围岩变形控制对策，通过注浆锚索进行顶板改性，切顶锚索实现顶板预切，帮部短锚索加固煤壁，开挖卸压槽释放集中应力，稳定充填体，形成厚煤层软底沿空巷道的支护方法。

11、在本发明的一实施例，锚索的间排距通过以下公式获取：

12、s≤2r0(l-t)/(2r0+l)；

13、式中，s表示为锚索的间排距，r0表示为巷道开挖半径，l表示为锚索长度，t表示为压缩带厚度。

14、在本发明的一实施例，在所述巷道的顶板上，所述注浆锚索和锚索托梁位于原支护方式下，相邻两排锚杆之间；所述切顶长锚索沿巷道走向布置，并靠近所述巷道的沿空侧，用于将所述巷道的沿空侧的顶板切断。

15、在本发明的一实施例，在所述巷道的煤壁侧，所述短锚索位于原支护方式下，相邻两排锚杆之间；所述短锚索的长度为4～6m，直径为20mm～22mm。

16、在本发明的一实施例，所述卸压槽用于释放所述巷道的底板的应力，并在所述卸压槽内浇筑混凝土，凝固后形成混凝土式的底座；其中，所述卸压槽的宽度比所述充填体墙宽30～60cm，所述卸压槽的深度为1～1.5m。

17、在本发明的一实施例，所述充填体墙主要由在所述底座上安置柔模袋，并在所述柔模袋内预置锚栓，通过在所述柔模袋的注浆孔泵送混凝土浆液，注满凝固后形成。

18、在本发明的一实施例，所述锚栓的裸露端位于远离巷道沿空侧的充填体墙的侧面上。

19、在本发明的一实施例，在所述巷道的顶板上，其原支护方式为锚杆、注浆锚索、锚索托梁和钢带，锚杆与钢带固接，注浆锚索与锚索托梁固接。

20、在本发明的一实施例，在所述巷道的煤壁侧上，其原支护方式为锚杆和钢带，锚杆和钢带固接。

21、在本发明的一实施例，所述锚杆的长度通过以下公式获取：

22、l＝l1+d+l2；

23、式中，l表示为锚杆的长度，l1表示为锚杆外露煤岩体的长度，l2表示为锚杆伸入松动圈外的长度；d表示为围岩的松动圈；

24、所述锚杆的直径通过以下公式获取：

25、

26、式中，d表示为锚杆的直径，f表示为等强常数，q表示为锚固力，σmg表示为杆体材料抗拉强度。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现了对硬顶软底沿空巷道稳定性的有效控制，适用于深部耦合应力场影响以及构造复杂区域的地下硐室工程，特别是深部厚煤层硬顶软底沿空巷道的支护，能够有效控制巷道变形，使得支护安全可靠，减少巷修工程，节约成本。其方法简单、易行，安全经济，支护效果好，具广泛的实用性。

28、通过对顶板补打注浆锚索和锚索托梁，能够在巷道深部形成强力的承载结构，在巷道沿空侧打设切顶长锚索，能够切断顶板回转块体的压力传递，实现三位一体控制原则中的“控顶”。

29、在巷道煤壁侧，打设短锚索进行加固支护，提高煤壁的支撑强度，实现三位一体控制原则中的“限帮”。

30、在巷道沿空侧底板挖掘卸压槽，释放一定的底板应力，然后浇筑混凝土，形成混凝土式的底座，实现三位一体控制原则中的“让底”。

31、在螺母上并紧贴锚索托盘和锚杆托盘上缠绕连接线，将所有的锚索托盘和锚杆托盘连接一体，防止因局部失效锚索托盘和锚杆飞出伤人。

32、充填体墙上部的锚栓采用锚索托盘替换锚杆托盘，防止因应力集中造成托盘撕裂，进而导致支护失效。

技术特征：

1.一种厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，锚索的间排距通过以下公式获取：

3.根据权利要求1所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，所述注浆锚索和锚索托梁位于原支护方式下，相邻两排锚杆之间；所述切顶长锚索沿巷道走向布置，并靠近所述巷道的沿空侧，用于将所述巷道的沿空侧的顶板切断。

4.根据权利要求1所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，在所述巷道的煤壁侧，所述短锚索位于原支护方式下，相邻两排锚杆之间；所述短锚索的长度为4～6m，直径为20mm～22mm。

5.根据权利要求1所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，所述卸压槽用于释放所述巷道的底板的应力，并在所述卸压槽内浇筑混凝土，凝固后形成混凝土式的底座；其中，所述卸压槽的宽度比所述充填体墙宽30～60cm，所述卸压槽的深度为1～1.5m。

6.根据权利要求1所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，所述充填体墙主要由在所述底座上安置柔模袋，并在所述柔模袋内预置锚栓，通过在所述柔模袋的注浆孔泵送混凝土浆液，注满凝固后形成。

7.根据权利要求6所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，所述锚栓的裸露端位于远离巷道沿空侧的充填体墙的侧面上。

8.根据权利要求1所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，在所述巷道的顶板上，其原支护方式为锚杆、注浆锚索、锚索托梁和钢带，锚杆和钢带固接，注浆锚索与锚索托梁固接。

9.根据权利要求8所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，在所述巷道的煤壁侧上，其支护方式为锚杆和钢带，锚杆和钢带固接。

10.根据权利要求9所述的厚煤层软底沿空巷道的支护方法，且特征在于，所述锚杆的长度通过以下公式获取：

技术总结
本发明公开一种厚煤层软底沿空巷道的支护方法，根据现场实测和理论分析，确定补强支护强度，并结合顶板岩层分布特征，确定注浆锚索、切顶长锚索和短锚索的长度、直径、间排距和锚固力；确定需要留巷的巷道，在原支护方式下，对顶板打设注浆锚索、锚索托梁和切顶长锚索；在煤壁侧，在原支护方式下，打设短锚索；在底板上挖掘卸压槽，以及在卸压槽内浇筑形成底座；在底座上浇筑充填体墙，充填体墙内预置锚栓，在充填体墙中裸露的锚栓上安装水平和垂直方向的钢带；通过锚索托盘、锚杆托盘和螺母固定对钢带和锚栓固定；在螺母上并紧贴锚索托盘和锚杆托盘上缠绕连接线，将所有的锚索托盘和锚杆托盘连接一体。通过本发明能够有效控制沿空巷道变形。

技术研发人员：康志鹏,罗勇,段昌瑞
受保护的技术使用者：淮南矿业（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14