CN102296976B - 大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法 - Google Patents

大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法 Download PDF

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本发明公开了一种大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,其特征是首先按巷道断面的形状开挖巷道,随即用预应力锚杆、钢筋网和钢带对巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩进行支护;在巷道顶板上设置顶板预应力锚索;对于实体煤回采巷道,在巷道掘出5~7天时,在巷道高帮实施高帮预应力锚索;并在巷道中央偏向低帮一侧安装支柱;对于留小煤柱回采巷道,在巷道掘出5~7天时,在巷道低帮实施低帮预应力锚索,并在巷道中央偏向低帮一侧安装支柱。本发明组合非对称支护方法在大倾角煤层异形回采巷道围岩稳定性控制中应用效果好,大大减少了巷道的返修次数,降低了巷道支护成本。

Description

大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法
技术领域
本发明涉及一种煤层倾角为25°~45°的大倾角煤层异形回采巷道的支护方法,更具体地说是一种适用于围岩变形大、鼓帮严重的非对称结构煤层回采巷道的支护方法。
背景技术
煤层倾角在25°~45°的大倾角煤层在世界上有一定的赋存量,国内主要分布在乌鲁木齐、北京、淮南、开滦、徐州、长广、南桐、资兴、大同等20余个矿区,在可采煤层中所占比例大于14%。
目前,大倾角煤层的回采巷道大多采用U型钢可缩性支架或工字钢支架支护,回采期间巷道变形严重,维修次数多,维护极其困难,不仅支护成本高、工人劳动强度大,而且严重威胁矿井安全正常生产,制约着矿井的安全高效生产的发展。相对于U型钢可缩性支架或工字钢支架支护,属主动支护的锚杆支护可充分利用围岩的自承能力将载荷体变为承载体,对围岩能保持有较高的支护阻力进行支护,得到了广泛应用。但由于对煤层倾角为25°~45°的大倾角煤层回采巷道围岩结构特征、巷道围岩应力载荷传递特性、巷道矿山压力特征等研究不够深入,尤其对巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩的力学特征不清楚,采用常规的锚杆支护,致使巷道围岩变形特别严重、鼓帮强烈,维护十分困难,且需要经常返修,巷道支护成本高,难以适应大倾角煤层回采巷道围岩非对称变形的要求,也达不到安全控制巷道围岩稳定性的要求。
发明内容
本发明提供一种适用于围岩变形大、鼓帮严重,受动压影响和留小煤柱护巷的煤层倾角为25°~45°的大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,以期有效控制巷道围岩变形,使支护效果更加稳定。
本发明解决技术问题采用如下技术方案:
本发明大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法是按如下步骤进行:
a、按巷道断面的形状开挖巷道,随即用预应力锚杆、钢筋网和钢带对巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩进行支护;
b、在巷道顶板上,位于顶板中央和两侧间隔设置顶板预应力锚索;
c、对于实体煤回采巷道和留小煤柱回采巷道按以下不同的方式进行:
对于实体煤回采巷道,在巷道掘出5~7天时,在巷道高帮实施高帮预应力锚索;并在巷道中央偏向低帮一侧安装支立在巷道底板和巷道顶板之间的支柱;
对于留小煤柱回采巷道,在巷道掘出5~7天时,在巷道低帮实施低帮预应力锚索,并在巷道中央偏向低帮一侧安装支立在巷道底板和巷道顶板之间的支柱。
本发明大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法的特点也在于:
所述支柱为木支柱或为单体液压支柱。
所述预应力锚杆的极限破断力不小于400kN、预紧力为200~300N.m。
所述顶板预应力锚索、高帮预应力锚索和低帮预应力锚索的极限破断力不小于470kN,延伸率不小于4%,预紧力为200~250N.m,并采用强度不小于1720MPa的锚索钢绞线。
所述巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩中的预应力锚杆间距为600mm~800mm、排距为800mm;位于所述巷道高帮和巷道低帮的底脚位置上的预应力锚杆安装方向为俯角15°~30°,位于巷道高帮上部位置上的预应力锚杆的安装方向为仰角25°~45°。
在所述顶板上,位于顶板中央和偏向低帮一侧的顶板预应力锚索的安装方向是垂直于顶板岩层;处在偏向高帮一侧的顶板预应力锚索朝向高帮一侧倾斜,倾斜的角度是与竖直方向呈5°~10°,顶板预应力锚索的间距为1200~1600mm,排距为800mm~1600mm。
所述高帮预应力锚索和低帮预应力锚索的安装方向是仰角15°~30°,排距为800mm~1600mm。
研究表明,煤层倾角达到25°~45°时引起的煤层回采巷道围岩结构的非对称性,导致大倾角煤层回采巷道围岩力学特征呈明显的非对称性,主要表现在:
1、巷道高帮是弱稳定性的结构,常常发生剪切破坏和片帮,巷道顶板发生下错式移动,且容易在上端发生拉破坏,进而使巷道低帮受明显的挤压力作用而破坏;
2、留小煤柱回采巷道的采动影响范围、围岩变形量和破坏区、底鼓量远大于实体煤回采巷道,且留小煤柱回采巷道低帮破坏区最大,而实体煤回采巷道高帮破坏区最大;
3、留小煤柱回采巷道主要是低帮应力大,实体煤回采巷道主要是高帮应力大,且实体煤回采巷道一般是高帮先发生变形破坏,随后顶板出现拉断或冒落,然后低帮压裂破坏,进而破坏向深部发展。
本发明利用高强预应力锚杆、高强预应力锚索、钢筋网和钢带的组合非对称支护方法在大倾角煤层异形回采巷道围岩稳定性控制中应用效果好,较好地解决了巷道变形特别严重、鼓帮强烈、维护十分困难的问题,减少了巷道的返修次数,降低了巷道支护成本。与已有技术相比本发明有益效果体现在:
1、巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮的高强度锚杆支护。受煤层倾角增大的影响,巷道高帮与巷道低帮的高度差导致顶板位错、高帮和低帮承载不均、高帮煤壁不稳定等特点,而高强度预应力锚杆的高强度杆体有足够的抗剪强度与抗剪刚度,能有效阻止围岩内部的剪切变形与剪切滑动;
2、巷道关键部位适时进行高强度预应力锚索支护。待巷道围岩变形相对稳定,即在巷道掘出5~7天时,在变形大、应力集中及首先破坏的巷道顶板中央和肩部处以及在实体煤回采巷道的高帮、留小煤柱回采巷道的低帮实施高强度预应力锚索支护,利用高强度预应力锚索的强度高和延伸性好的特点有效提高围岩承载能力和抗变形能力,又充分满足了释放围岩变形能的需要。
3、本发明方法尤其适于倾角在25°~45°的大倾角煤层。
附图说明
图1是本发明应用在实体煤巷道中的支护结构立面示意图;
图2为图1所示结构的平面示意图。
图3为本发明应用在沿空巷道中的支护结构立面示意图。
图4为图3所示结构的平面示意图。
图中标号:1巷道断面;2预应力锚杆;3钢筋网;4钢带;5a顶板预应力锚索;5b高帮预应力锚索;5c低帮预应力锚索;6支柱。
具体实施方式
本实施例中的煤层倾角为28°,图1和图2所示为实体煤回采巷道,图3和图4所示为留小煤柱回采巷道。实体煤回采巷道与留小煤柱回采巷道的断面尺寸为:巷道宽4800mm、巷道低帮高1600mm、巷道高帮高4150mm,小煤柱宽5000mm,采用大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,实施步骤如下:
1、按巷道断面1的形状开挖巷道,随即用预应力锚杆2、钢筋网3和钢带4对巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩进行支护。
其中,预应力锚杆2采用高强度预应力锚杆,其杆体直径为25mm、长度为2500mm;极限破断力不小于400kN,巷道顶板上预应力锚杆的间距×排距为800mm×800mm,预紧力不小于300N.m;巷道高帮上预应力锚杆的间距×排距为700mm×800mm、巷道低帮上预应力锚杆的间距×排距为700mm×800mm,预紧力不小于200N.m;位于巷道高帮和巷道低帮的底脚位置上的预应力锚杆2的安装方向为俯角15°~30°,位于巷道高帮上部位置上预应力锚杆的安装方向为25°~45°。
钢筋网3的钢筋直径为4.5mm,钢筋网长×宽为1700mm×900mm,网格大小为100mm×100mm;钢带4为GRT-M4型钢带。
2、在巷道顶板上,位于顶板中央和两侧,包括两肩位置处间隔设置顶板预应力锚索5a;
顶板预应力锚索5a为直径21.6mm、长度6300mm,极限破断力不小于470kN、延伸率不小于4%、预紧力不小于250N.m;锚索间距×排距为1200mm×1600mm,采用强度不小于1720MPa的锚索钢绞线七股。要求处在顶板中央位置处和偏向低帮一侧位置处的顶板预应力锚索的安装方向垂直于顶板岩层,处在偏向高帮一侧位置处的顶板预应力锚索朝向高帮一侧倾斜,倾斜的角度是与竖直方向呈5°~10°。
对于图1和图2所示的实体煤回采巷道,在巷道掘出5~7天时,在巷道高帮实施高帮预应力锚索5b;并在巷道中央偏向低帮一侧安装支立在巷道底板和巷道顶板之间的木支柱6进行加强支护。
高帮预应力锚索5b直径为21.6mm、长度为5300mm,极限破断力不小于470kN、延伸率不小于4%、预紧力不小于200N.m,采用强度不小于1720MPa的锚索钢绞线七股;锚索排距为1600mm;要求高帮预应力锚索的安装方向是仰角15°~30°;支柱6采用木支柱,直径为150~200mm,长度为2900mm。
对于图3和图4所示的留小煤柱回采巷道,在巷道掘出5~7天时,在巷道低帮实施低帮预应力锚索5c,并在巷道中央处偏向低帮一侧安装支立在巷道底板和巷道顶板之间的支柱6加强支护,支柱6可以是木支柱或为单体液压支柱。
低帮预应力锚索5c的直径为21.6mm、长度为5300mm,极限破断力不小于470kN、延伸率不小于4%、预紧力不小于200N.m,采用强度不小于1720MPa的锚索钢绞线七股;锚索排距为1600mm。支柱6采用木支柱,直径为150~200mm,长度为2900mm。

Claims (7)

1.大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,其特征是按如下步骤进行:
a、按巷道断面(1)的形状开挖巷道,随即用预应力锚杆(2)、钢筋网(3)和钢带(4)对巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩进行支护;
b、在巷道顶板上,位于顶板中央和两侧间隔设置顶板预应力锚索(5a);
c、对于实体煤回采巷道和留小煤柱回采巷道按以下不同的方式进行:
对于实体煤回采巷道,在巷道掘出5~7天时,在巷道高帮实施高帮预应力锚索(5b);并在巷道中央偏向低帮一侧安装支立在巷道底板和巷道顶板之间的支柱(6);
对于留小煤柱回采巷道,在巷道掘出5~7天时,在巷道低帮实施低帮预应力锚索(5c),并在巷道中央偏向低帮一侧安装支立在巷道底板和巷道顶板之间的支柱(6)。
2.根据权利要求1所述的大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,其特征是所述支柱(6)为木支柱或为单体液压支柱。
3.根据权利要求1所述的大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,其特征是:所述预应力锚杆(2)的极限破断力不小于400kN、预紧力为200~300N.m。
4.根据权利要求1所述的大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,其特征是:所述顶板预应力锚索(5a)、高帮预应力锚索(5b)和低帮预应力锚索(5c)的极限破断力不小于470kN,延伸率不小于4%,预紧力为200~250N.m,并采用强度不小于1720MPa的锚索钢绞线。
5.根据权利要求1所述的大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,其特征是:所述巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩中的预应力锚杆(2)间距为600mm~800mm、排距为800mm;位于所述巷道高帮和巷道低帮的底脚位置上的预应力锚杆(2)安装方向为俯角15°~30°,位于巷道高帮上部位置上的预应力锚杆(2)的安装方向为仰角25°~45°。
6.根据权利要求1所述的大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,其特征是:在所述顶板上,位于顶板中央和偏向低帮一侧的顶板预应力锚索的安装方向是垂直于顶板岩层;处在偏向高帮一侧的顶板预应力锚索朝向高帮一侧倾斜,倾斜的角度是与竖直方向呈5°~10°,顶板预应力锚索的间距为1200~1600mm,排距为800mm~1600mm。
7.根据权利要求1所述的大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法,其特征是:所述高帮预应力锚索(5b)和低帮预应力锚索(5c)的安装方向是仰角15°~30°,排距为800mm~1600mm。
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