CN102425438A - 极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体为极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法解决了极近距离煤层群多采空区下巷道支护不完善的问题。极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法，包括以下步骤：准备工作、进行临时支护、铺设钢丝网、上钢梁、安装顶板锚杆、安装帮部锚杆、安装顶板锚索等。本发明利用有效的支护方案，解决了大同矿区极近距离多采空区下巷道支护技术难题，达到了良好的安全经济效果与很好的社会效益。

Description

极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法

技术领域

本发明涉及巷道支护方法，具体为一种极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法。

背景技术

我国近距离煤层赋存和开采所占比重很大，如大同矿区、西山矿区、新汶矿区、井隆矿区、平顶山矿区、淮南矿区、开滦矿区、水城矿区等都存在近距离煤层群开采的问题。当煤层层间距离较大时，上部煤层开采后对下部煤层的开采影响程度很小，其矿压显现规律和开采方法等基本上不受上部煤层开采的影响，与普通单一煤层开采较为相同，下部煤层巷道掘进和回采相对比较简单，遇到的难题也较少。但是，随着煤层层间距的减小，上下煤层开采的相互影响会逐渐增大，特别是当煤层间距很近，且上部近距离多煤层已经开采完毕，由于上覆多重煤柱的压力叠加作用，以及煤层开采时对底板的多次采动损伤，使得下部煤层开采时，顶板应力较为复杂，顶板也较为破碎，这给下部煤层的回采、巷道的掘进和支护均带来了新的难题。由于锚杆支护速度快、成本低、机械化程度高、劳动强度低、断面利用率高、主动支护性强，所以锚杆支护技术在极近距离煤层群多采空区下巷道支护方面也得到了大力的推广和应用。以锚杆支护技术为基础，针对不同的巷道，不同的支护要求，逐步尝试、发展起了诸如锚杆、锚索、钢网的联合支护技术；锚杆、钢网、钢带、架棚的联合支护技术；锚杆、钢网、钢带、注浆的联合支护技术；锚杆、锚索桁架支护结构等等多种支护方式，这些支护技术的发展，有力地保证了极近距离多层采空区下巷道的维护，有力地促进了煤矿的正常生产、安全生产和高效生产。但是，在诸多支护形式下，我们也不难发现还有很多问题，最主要的是巷道的支护效果、支护质量、支护成本，值得引起我们的足够重视。主要存在以下问题：

（1）巷道事故时有发生。

（2）多数极近距离煤层巷道的支护均采用了锚杆、锚索、金属网、钢梁以及架设工字钢棚梁、进行工作面预注浆等的联合支护，支护成本高，掘进效率低。

（3）支护形式、支护参数主要靠生产经验来选取。支护原理、支护对策尚未形成统一的认识。

（4）巷道维护困难、返修率高。

发明内容

本发明为了解决现有的极近距离煤层群多采空区下巷道支护不完善的问题，提供了一种极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法，其特征在于：包括以下步骤：

准备工作，步骤包括：采用手镐施工断面，巷道两帮预留500mm，最终利用手镐刨挖成形；进行临时支护，铺设钢丝网、上钢梁；

安装顶板锚杆，步骤包括：用单体锚杆钻机按钢梁孔位打锚杆眼；穿过钢梁孔眼向锚杆孔装入两节树脂药卷，用组装好的锚杆慢慢将树脂药卷向孔底推入；用搅拌接头将钻机与锚杆销钉螺母连接起来，然后升起钻机推进锚杆，接近顶板岩面300~500mm时开始搅拌，缓慢升起钻机并持续搅拌30s后停机；50s后再次启动钻机边旋转边推进，锚杆螺母在钻机的带动下剪断定位销，托盘快速压紧钢梁，顶板锚杆中左右两边的靠近巷帮的锚杆安设角度为与水平线成20°；

安装帮部锚杆，步骤包括：采用帮部锚杆钻机在巷道帮指定位置打锚杆孔；向锚杆孔装入两节树脂药卷，用组装好的锚杆慢慢将树脂药卷推入孔底；用连接套将锚杆钻机与锚杆螺母连接起来，并将锚杆推入孔底，然后开动钻机边搅拌边推进，保持30s并推入孔底后停止；50s后再次开动钻机，将螺母中的定位销剪断，托盘快速压紧岩面，帮部锚杆中上下两边的靠近顶板和底板的锚杆安设角度为与水平线成20°。锚杆与钢梁再加上巷道的岩层，组成了钢岩锚组合梁支护结构。锚杆、钢梁与巷道的岩层承载能力要匹配，实现整体承载能力大、支护强度高的目标。钢梁主要承受拉应力，还有锁紧岩石的作用。钢梁的预紧力引起的主动力使巷道顶板产生向上的垂直位移，使顶板的下沉量被抵消，这对改善顶板的稳定性有着重要的作用。钢梁一方面对围岩进行“补强”，一方面对锚杆进行“补强”，是结构中的关键构件，所以钢梁选型要适当，要有一定的强度和刚度，方可保证组合梁的共同工作、协调变形。利用巷道围岩的特殊变形规律和特点，以顶板两侧围岩的相对稳定区作为锚固点，对顶部围岩主动施加侧向约束，控制顶部浅部岩体的整体移动。

某些需要提高抗剪能力的位置需要安装顶板锚索，步骤包括：按设计位置施工打顶板眼，向孔内装入一节快速树脂药卷和三节中速树脂药卷，用钢绞线慢慢将树脂药卷推入孔底，用搅拌接头将单体锚杆钻机与钢绞线连接起来，然后升起钻机推进钢绞线，边搅拌边推进，直到推入孔底，停止升钻机搅拌一段时间后停机，一段时间后安装锚索梁，用张拉千斤顶张拉钢绞线，加一定预紧力，安装完毕。锚索由高强度预应力钢绞线、专用托盘、锁具和锚固剂组成，其中钢绞线内锚固段需安设毛刺和挡环，以满足搅拌树脂和锚固要求。锚索主要在复合顶板、巷道顶板跨度大、交叉点、高地压带等复杂困难条件下作为加强支护手段使用，可以有效加固控制4～6m的岩层范围，预张力控制在60～80kN范围内，可保持和锚杆预拉力匹配，并克服刚度低的缺陷。锚索长度不受巷道尺寸限制，可以将周边显著变形的岩体与深部变形量相对较小的岩体有效连接起来，利用稳定岩体的承载能力来支护巷道，实现小变形岩体控制大变形岩体，形成大的加固范围，约束顶部浅位岩体的整体移动。

本发明的有益效果如下：利用有效的支护方案，解决了极近距离多采空区下巷道支护技术难题，达到了良好的安全经济效果：

1）经济效益

（1）降低了支护费用

原来的巷道支护加后期维修费用成本每米2660元，项目完成后支护成本每米2200元，且不需要进行返修，每米节省支护费用近460元。以同煤集团年掘进进尺约420000米为例，每年大约有31%巷道为该类巷道，也就是大约130200米巷道需要维修，则全年可节约支护费用：460×130200=5989.2(万元)。

（2）单进水平的提高带来了显著的经济效益

同煤集团巷道掘进单进水平月平均进尺只有240米左右，采用钢岩锚组合结构支护技术，由于杜绝了巷道冒顶事故和巷道返修次数，使得劳动组织正规化、制度化，保证了正规循环作业，掘进速度大大提高，巷道单进水平平均达到了360米/月。集团公司年掘进进尺420000米，如单进240米/月，需要146个掘进队组，如单进360米/月，需要97个掘进队组，节约49个掘进队组，如按每个掘进队组40人，人均年工资6万元计算，每年节约工资11760万元。单进水平的提高既缓解了采掘关系紧张的被动局面，又可以早出煤、快出煤，提高了矿井的生产能力，减少了掘进施工队组，提高了员工效率，简化了组织管理，经济效益显著。

（3）杜绝了巷道冒顶事故的发生

应用钢岩锚组合结构支护巷道后，有效地控制了采掘工作面的顶板漏顶。原来每年集团公司采掘工作面发生漏顶大约50～60次左右，严重时造成巷道报废，甚至出现伤亡事故，推广钢岩锚组合结构支护巷道技术后，有效地控制了采掘工作面的顶板漏顶，全公司每年几乎不发生大的漏顶事故，每次事故平均造成的损失30万元以上（不计算影响衔接和产量），减少事故每年可节约费用1800万元左右。

采用本发明所述的支护方法，以同煤集团为例，2010年共节约费用金见下表。

 

2）社会效益

（1）极大地提高了巷道支护的质量，减少了巷道的冒顶漏顶事故，避免了事故带来的人员伤亡，为国家节约了大量的事故处理费和医药费，给家庭带来了幸福安康，对社会的和谐稳定起到了积极的促进作用。

（2）极近距离多采空区下钢岩锚巷道支护技术的应用，为类似条件下的巷道支护提供了有益的借鉴。

（3）极近距离多采空区下钢岩锚巷道支护技术同样也适应于复杂地质条件下的巷道支护，对于保证巷道稳定、避免冒顶、减少巷道返修维修、提高工作效率、简化管理程序等方面将会起到了积极地促进作用，为巷道的安全掘进、快速掘进、科学掘进起到了积极地推动作用。

（4）钢岩锚组合梁丰富了煤矿井下巷道的支护技术，将会进一步促进巷道支护技术的发展。

附图说明

图1为本发明中钢岩锚组合梁支护结构示意图；

图中：1-顶部锚杆，2-帮部锚杆，3-钢梁，4-岩层。

具体实施方式

极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法，包括以下步骤：

准备工作，步骤包括：采用手镐施工断面，巷道两帮预留500mm，最终利用手镐刨挖成形；进行临时支护，铺设钢丝网、上钢梁3；

安装顶板锚杆1，步骤包括：用单体锚杆钻机按钢梁3孔位打锚杆眼；穿过钢梁3孔眼向锚杆孔装入两节树脂药卷，用组装好的锚杆1慢慢将树脂药卷向孔底推入；用搅拌接头将钻机与锚杆销钉螺母连接起来，然后升起钻机推进锚杆，接近顶板岩面300~500mm时开始搅拌，缓慢升起钻机并持续搅拌30s后停机；50s后再次启动钻机边旋转边推进，锚杆螺母在钻机的带动下剪断定位销，托盘快速压紧钢梁3，顶板锚杆中左右两边的靠近巷帮的锚杆1安设角度为与水平线成20°；

安装帮部锚杆2，步骤包括：采用帮部锚杆钻机在巷道帮指定位置打锚杆孔；向锚杆孔装入两节树脂药卷，用组装好的锚杆慢慢将树脂药卷推入孔底；用连接套将锚杆钻机与锚杆螺母连接起来，并将锚杆2推入孔底，然后开动钻机边搅拌边推进，保持30s并推入孔底后停止；50s后再次开动钻机，将螺母中的定位销剪断，托盘快速压紧岩面，帮部锚杆中上下两边的靠近顶板和底板的锚杆2安设角度为与水平线成20°。

具体实施过程中，某些需要提高抗剪能力的位置需要安装顶板锚索，步骤包括：按设计位置施工打顶板眼，向孔内装入一节快速树脂药卷和三节中速树脂药卷，用钢绞线慢慢将树脂药卷推入孔底，用搅拌接头将单体锚杆钻机与钢绞线连接起来，然后升起钻机推进钢绞线，边搅拌边推进，直到推入孔底，停止升钻机搅拌20~30s后停机，一段时间后安装锚索梁，用张拉千斤顶张拉钢绞线，加60~70kn预紧力，安装完毕。 

手镐施工掘进循环进尺取锚杆的排距；顶板锚杆和帮部锚杆同时安装；顶板锚杆钻机的输出扭矩应大于100N·m，帮部锚杆钻机的输出扭矩应大于60N·m；顶板锚杆的安装扭矩要求不小于150N·m，帮部锚杆的安装扭矩要求不小于100N·m，扭矩不足时须进行人工二次加扭。

顶板支护为：锚杆1杆体采用18# 左旋无纵筋螺纹钢，长度为1800mm，杆尾螺纹为M20mm；托板采用拱型高强度托板，托板规格为100×100×10mm。钢梁3采用W形钢带，规格为厚度为3mm，宽度为150mm，长度为4200mm；金属网采用金属网片护顶，网片规格为2300×1100 mm，网格规格为100×100mm。锚固方式采用树脂加长锚固，采用两支树脂药卷，一支规格为K2330，另一支规格为Z2330；钻孔直径为26mm，锚固长度为1050mm。锚杆布置为锚杆排距×间距= 1000×1000mm，每排5根锚杆。锚杆角度为靠近巷帮的顶板锚杆安设角度为与铅垂线成20°锚索采用单根钢绞线，直径为15.24mm，长度为4300mm，加长锚固，采用两支树脂药卷，一支规格为K2330，一支规格为Z2330一支规格为Z2360，钻孔直径为26mm，锚固长度为1430mm；每3排锚杆布置2根锚索，排距×间距= 3000×1500mm，每3排2根，排距为3000mm；锚索头部设有树脂药卷搅拌头，尾部配有高强度锚具，配套金属托板规格为300×300×16×20mm；

巷帮支护为：锚杆2杆体采用16#左旋无纵筋螺纹钢，长度为1700mm，杆尾螺纹为M18mm；托板用拱型高强度托板，托板规格为100×100×10mm；金属网采用金属网片护帮，网片规格为2300×1100，网格规格为100×100mm。锚固方式采用树脂加长锚固，采用一支树脂药卷，规格为Z2360；钻孔直径为26mm，锚固长度为760mm；锚杆布置为锚杆排距×间距=1000×1000mm，每排每帮3根锚杆2。

某些需要提高抗剪能力的位置需要安装顶板锚索，步骤包括：按设计位置施工打顶板眼，向孔内装入一节快速树脂药卷和三节中速树脂药卷，用钢绞线慢慢将树脂药卷推入孔底，用搅拌接头将单体锚杆钻机与钢绞线连接起来，然后升起钻机推进钢绞线，边搅拌边推进，直到推入孔底，停止升钻机搅拌一段时间后停机，一段时间后安装锚索梁，用张拉千斤顶张拉钢绞线，加一定预紧力，安装完毕。 

手镐施工掘进循环进尺取锚杆的排距；顶板锚杆和帮部锚杆同时安装；顶板锚杆钻机的输出扭矩应大于100N·m，帮部锚杆钻机的输出扭矩应大于60N·m；顶板锚杆的安装扭矩要求不小于150N·m，帮部锚杆的安装扭矩要求不小于100N·m，扭矩不足时须进行人工二次加扭。

断层带、高应力区采用槽钢锚网岩组合梁、顶板锚索。其中用10#槽钢代替W钢带，其他参数不变。

极近距离段采用槽钢锚网岩组合梁、工字钢棚腿的形式。锚杆长度取800mm、间距600mm、排距800mm，其他参数不变。10#槽钢代替W钢带，下架设11#工字钢棚腿。

根据顶板赋存和淋水情况，加工出导水孔。淋水会给锚索钻孔施工、锚索安装带来极大的困难，对锚索锚固效果会产生极大的影响。运动着的地下水对岩体产生一定的物理作用如润滑作用，软化和泥化作用；又产生一定的化学作用如离子交换、溶解作用和溶蚀作用、水化作用、水解作用、氧化还原作用等，使岩土体物质发生改变，从而影响岩土体的力学性质；同时裂隙水对树脂药卷、螺纹钢杆体、以及锚固体自身的物理、力学性能都有很大的影响，使锚固基本失效，围岩变形增大。因而在新掘巷道时，必须加强水的管理，可以尝试在巷道一侧进行大孔径疏导孔及时疏导顶板淋水。在疏导水源的基础上，进行必要的岩层内部注浆和围岩表面喷浆，封闭裂隙和围岩表面，提高锚固体的锚固效果，维护预应力承载结构性能。

Claims (10)

1.一种极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法，其特征在于：包括以下步骤：

准备工作，步骤包括：采用手镐施工断面，巷道两帮预留500mm，最终利用手镐刨挖成形；进行临时支护，铺设钢丝网、上钢梁（3）；

安装顶板锚杆（1），步骤包括：用单体锚杆钻机按钢梁（3）孔位打锚杆眼；穿过钢梁（3）孔眼向锚杆孔装入两节树脂药卷，用组装好的锚杆（1）慢慢将树脂药卷向孔底推入；用搅拌接头将钻机与锚杆销钉螺母连接起来，然后升起钻机推进锚杆，接近顶板岩面300~500mm时开始搅拌，缓慢升起钻机并持续搅拌30s后停机；50s后再次启动钻机边旋转边推进，锚杆螺母在钻机的带动下剪断定位销，托盘快速压紧钢梁（3），顶板锚杆中左右两边的靠近巷帮的锚杆（1）安设角度为与水平线成20°；

安装帮部锚杆（2），步骤包括：采用帮部锚杆钻机在巷道帮指定位置打锚杆孔；向锚杆孔装入两节树脂药卷，用组装好的锚杆慢慢将树脂药卷推入孔底；用连接套将锚杆钻机与锚杆螺母连接起来，并将锚杆（2）推入孔底，然后开动钻机边搅拌边推进，保持30s并推入孔底后停止；50s后再次开动钻机，将螺母中的定位销剪断，托盘快速压紧岩面，帮部锚杆中上下两边的靠近顶板和底板的锚杆（2）安设角度为与水平线成20°。

2.根据权利要求1所述的极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法，其特征在于：某些需要提高抗剪能力的位置需要安装顶板锚索，步骤包括：按设计位置施工打顶板眼，向孔内装入一节快速树脂药卷和三节中速树脂药卷，用钢绞线慢慢将树脂药卷推入孔底，用搅拌接头将单体锚杆钻机与钢绞线连接起来，然后升起钻机推进钢绞线，边搅拌边推进，直到推入孔底，停止升钻机搅拌20~30s后停机，一段时间后安装锚索梁，用张拉千斤顶张拉钢绞线，加60~70kn预紧力，安装完毕。

3.根据权利要求1所述的极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法，其特征在于：手镐施工掘进循环进尺取锚杆的排距；顶板锚杆和帮部锚杆同时安装；顶板锚杆钻机的输出扭矩应大于100N·m，帮部锚杆钻机的输出扭矩应大于60N·m；顶板锚杆的安装扭矩要求不小于150N·m，帮部锚杆的安装扭矩要求不小于100N·m，扭矩不足时须进行人工二次加扭。

4.根据权利要求3所述的极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法，其特征在于：

顶板支护为：锚杆（1）杆体采用18# 左旋无纵筋螺纹钢，长度为1800mm，杆尾螺纹为M20mm；托板采用拱型高强度托板，托板规格为100×100×10mm。

5.钢梁（3）采用W形钢带，规格为厚度为3mm，宽度为150mm，长度为4200mm；金属网采用金属网片护顶，网片规格为2300×1100 mm，网格规格为100×100mm。

6.锚固方式采用树脂加长锚固，采用两支树脂药卷，一支规格为K2330，另一支规格为Z2330；钻孔直径为26mm，锚固长度为1050mm。

7.锚杆布置为锚杆排距×间距= 1000×1000mm，每排5根锚杆。

8.锚杆角度为靠近巷帮的顶板锚杆安设角度为与铅垂线成20°锚索采用单根钢绞线，直径为15.24mm，长度为4300mm，加长锚固，采用两支树脂药卷，一支规格为K2330，一支规格为Z2330一支规格为Z2360，钻孔直径为26mm，锚固长度为1430mm；每3排锚杆布置2根锚索，排距×间距= 3000×1500mm，每3排2根，排距为3000mm；锚索头部设有树脂药卷搅拌头，尾部配有高强度锚具，配套金属托板规格为300×300×16×20mm；

巷帮支护为：锚杆（2）杆体采用16#左旋无纵筋螺纹钢，长度为1700mm，杆尾螺纹为M18mm；托板用拱型高强度托板，托板规格为100×100×10mm；金属网采用金属网片护帮，网片规格为2300×1100，网格规格为100×100mm。

9.锚固方式采用树脂加长锚固，采用一支树脂药卷，规格为Z2360；钻孔直径为26mm，锚固长度为760mm；锚杆布置为锚杆排距×间距=1000×1000mm，每排每帮3根锚杆（2）。

10.根据权利要求2或4所述的极近距离煤层群多采空区下巷道的支护方法，其特征在于：根据顶板赋存和淋水情况，加工出导水孔。

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