CN104453960A - 含软夹矸层厚煤层外错滑移变形巷道支护方法 - Google Patents

含软夹矸层厚煤层外错滑移变形巷道支护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含软夹矸层厚煤层外错滑移变形巷道支护方法,包括如下步骤:S1、确定顶板松弛拱的高度;S2、选择支护方法;S3、确定巷道顶板锚杆长和锚索长度,正帮采用玻璃钢锚杆配合塑料网支护副帮,副帮采用钢筋锚杆支护,夹矸层附近较大塑性区采用加长锚杆进行加固,将上帮加长锚杆用横向钢带或钢筋钢筋连为一体,加强副帮上帮的整体性控制。本发明在通过现场钻孔内窥实测基础上,通过物理模拟和数值计算,掌握了巷道外错机滑移破坏的机理,巷道变形破坏的最严重的部位是夹矸层之上的巷道上帮,采用沿软夹层上部打一排加长锚杆,长锚杆间用钢带相连,控制巷道变形破坏最严重的上帮稳定性,实现经济支护。

Description

含软夹矸层厚煤层外错滑移变形巷道支护方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种支护方法,具体涉及一种含软夹矸层厚煤层外错滑移变形巷道支 护方法。
背景技术
[0002] 现有支护技术,没有考虑软夹矸层的影响,没有针对巷帮外错滑移变形破坏进行 支护控制,而是按照全煤层巷帮进行设计,对于外错滑移带来的片帮、沿夹矸层附近的锚杆 脱锚不能够有效控制。对于顶板的锚索过度支护带来浪费,却不能提高巷帮的稳定性。本 项发明的目的是通过揭示巷帮外错滑移机理,提出控制含软夹层巷道外错滑移变形破坏的 支护原理和方法。
发明内容
[0003] 为解决上述问题,本发明提供了一种含软夹矸层厚煤层外错滑移变形巷道支护方 法,通过数值计算和物理模拟,揭示了相邻工作面侧方支承压力导致顶板产生向垂直裂隙 并引起顶板与巷道上帮沿软夹层"滑面"侧向滑移的机理。建立了含软夹矸层巷道自稳平衡 拱支护模型,阐明了加强帮部支护对巷道整体稳定性的重要作用,提出了"加强软夹矸层之 上的巷道上帮支护,上帮与下帮分段控制,适应外错变形,分别控制以软夹矸层为界的上、 下巷帮的完整性,实现巷帮的经济合理控制"的巷道锚索与锚杆参数设计原则,给出了加强 巷道上帮支护的锚网索支护方法,工程实践取得了成功。
[0004] 为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
[0005] 含软夹矸层厚煤层外错滑移变形巷道支护方法,包括如下步骤:
[0006] S1、确定顶板松弛拱的高度:
[0007] 设巷帮高度为H(单位:m),煤帮内摩擦角为炉(单位:° ),则煤帮松弛深度为:
[0008]
Figure CN104453960AD00031
[0009] 顶板松弛拱高度h为:
[0010]
Figure CN104453960AD00032
[0011] 式中,W-巷道宽度,m ; O t-顶板抗拉强度,MPa ;L-煤帮松弛深度,m ;PQ-原岩应力, MPa ;
[0012] S2、选择支护方法:当顶板松弛拱高度小于2. 5m,可采用锚杆支护,锚杆的长度按 照松弛拱的高度确定,锚杆的间距和排拒不大于锚杆长度的一半;
[0013] 当顶板的松弛拱的高度大于2. 5m,可采用锚杆和锚索联合支护,锚索的长度按照 松弛拱高度确定,锚索的间排距为锚杆间排距的2-3倍;
[0014] S3、确定巷道顶板锚杆长和锚索长度,正帮(实体帮)采用玻璃钢锚杆配合塑料网 支护副帮,可实现正帮无拆卸割煤,提高采煤效率,副帮(煤柱帮,含泥岩夹矸)采用钢筋锚 杆支护,夹矸层附近较大塑性区在夹矸层上部0. 6m处采用一排加长锚杆进行加固,将上帮 加长锚杆用横向钢带或钢筋连为一体,加强副帮上帮的整体性控制。
[0015] 本发明在通过现场钻孔内窥实测基础上,通过物理模拟和数值计算,掌握了巷道 外错机滑移破坏的机理,巷道变形破坏的最严重的部位是夹矸层之上的巷道上帮,提出了 "加强软夹矸层之上的巷道上帮支护,上帮与下帮分段控制,适应外错变形,分别控制以软 夹矸层为界的上、下巷帮的完整性,实现巷帮的经济合理控制"的原则。采用沿软夹层上部 打一排长锚杆,长锚杆间用钢带相连,控制巷道变形破坏最严重的上帮稳定性,实现经济支 护。
附图说明
[0016] 图1为本发明实施例巷道向相邻采空区外错变形示意图。
[0017] 图2为本发明实施例围岩裂隙分布范围示意图。
[0018] 图3为本发明实施例巷道顶板集中垂直应力数值计算图。
[0019] 图4为本发明实施例巷道顶板垂直裂隙和外错滑移物理模拟图。
[0020] 图5为本发明实施例含软夹层煤巷自稳平衡拱支护模型图。
[0021] 图6为本发明实施例巷道支护方案图。
具体实施方式
[0022] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发 明。
[0023] 实施例
[0024] 以神东某矿八盘区为例,煤层埋深116〜206m,厚6m,倾角1〜3°。采用走向长 壁大采高工作面开采,回采巷道为矩形,巷道高4. 6m,宽度6. 2m,巷道煤帮距底板I. 6m含有 一层20cm厚的泥岩软夹矸层,夹矸层具有遇水膨胀性、流变性和水软化性。实测表明:
[0025] (1)含泥岩软夹层巷道变形特征是煤帮"外错"变形(图1)。即巷道煤帮中,软夹 层上部的煤体发生整体向相邻采空区侧运动,出现外错式变形。滑移距离20-40cm。
[0026] (2)巷道煤帮在夹层附近变形破坏明显,出现了夹矸层挤出、片帮和脱锚现象。
[0027] (3)巷道顶板6m以内分布有垂直裂隙,巷道两帮变形不对称,靠工作面内侧的"正 帮"变形较小,靠煤柱侧的"副帮"变形较大,见图2。巷道两帮的破碎区主要集中于软夹层 附近,夹矸层上部大于下部。正帮中部裂隙区深度最大为2. 5m,副帮裂隙区深度最大达到 3m 〇
[0028] 数值计算得出,由于受相邻工作面开采的影响,工作面回风巷道及巷帮煤柱上方 顶板30m范围存在应力集中区,见图3。顶板的垂直裂隙,与这种集中应力有关。受相邻采 空区和煤柱影响,巷道副帮塑性区大于正帮,夹矸层上部发育最深,达到3m。
[0029] 物理模拟揭示出,巷道和煤柱顶板存在集中应力时,顶板出现垂直裂隙。随着垂直 裂隙的发育和导致的岩层裂胀扩容,顶板出现向右侧相邻采空区的水平运动,软夹层提供 了运动的滑面,顶板带动软夹层以上煤体沿软夹层滑移,形成巷道煤帮外错变形和破坏,如 图4所示。
[0030] 针对神东矿区某矿八盘区含软夹层煤层巷道情况,根据上述支护原则(其原理见 支护模型图5),确定了巷道顶板锚杆长和锚索长度。正帮塑性区较小,可采用玻璃钢锚杆配 合塑料网支护,便于无拆卸割煤,提高工作面采煤机割煤效率。副帮是支护的重点,采用钢 筋锚杆支护,夹矸层附近较大塑性区采用加长锚杆进行加固,将上帮加长锚杆用横向钢带 或钢筋连为一体,加强副帮上帮的整体性控制。
[0031] 提出支护方案如下:
[0032] 顶板支护:采用Φ17. 8mm锚索,长度由原支护设计的8m优化为6m,锚固段长度 I. 5m,每套锚索配3卷树脂药卷(从外至里为Z2360、K2360、CK2360)。锚索预紧力170KN,最 大工作载荷280KN。顶板锚杆采用Φ20πιπι,长度为2. 4m钢筋锚杆,每套锚杆配1卷CK2360 树脂药卷,预紧力25kN,锚固强度不小于70KN。
[0033] 帮部支护:副帮夹层附近塑性区达3m,设一排4m、间距2m的长锚杆加强支护。每 2根长锚杆中间补一根Φ 20mm,长2. 4m钢筋锚杆,配套一条横向钢筋梁,加强对夹矸层附近 巷帮的整体控制。正帮采用Φ27πιπι玻璃钢锚杆,长度2.4111,锚杆强度不小于50謂,预紧力 20kN。配陪套塑料复合网,用木托板替代钢筋钢筋,实现采煤机割煤时可切割。具体支护方 案和参数如图6所示。
[0034] 矿区采用上述方案支护后,两帮移近量减小为7. 1%,顶底变形量减小为7. 7%。 采用顶板锚索和锚杆支护后,巷道顶板原有的拉应力区消失,两帮稳定性明显提高。
[0035] 巷道支护后正帮松弛区缩小了 50%,副帮泥岩夹层上部松弛区缩小了 75%。实践 表明,虽然仍有外错滑移,但巷帮得到明显控制,巷道围岩收敛变形很小,巷道安全稳定,降 低了支护费用,实现了巷道无维修使用。
[0036] 综上所述,本发明在通过现场钻孔内窥实测基础上,通过物理模拟和数值计算,掌 握了巷道外错机滑移破坏的机理,巷道变形破坏的最严重的部位是夹矸层之上的巷道上 帮,提出了"加强软夹矸层之上的巷道上帮支护,上帮与下帮分段控制,适应外错变形,分别 控制以软夹矸层为界的上、下巷帮的完整性,实现巷帮的经济合理控制"的原则。采用沿软 夹层上部打一排长锚杆,长锚杆间用钢带相连,控制巷道变形破坏最严重的上帮稳定性,实 现经济支护。
[0037] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.含软夹矸层厚煤层外错滑移变形巷道支护方法,其特征在于,包括如下步骤: 51、 确定顶板松弛拱的高度: 设巷帮高度为H,则煤帮松弛深度为:
Figure CN104453960AC00021
顶板松弛拱高度h为:
Figure CN104453960AC00022
式中,W-巷道宽度,m;σt-顶板抗拉强度,MPa;L_煤帮松弛深度,m;PQ-原岩应力,MPa; 供-煤帮内摩擦角,°。 52、 选择支护方法:当顶板松弛拱高度小于2. 5m,可采用锚杆支护,锚杆的长度按照松 弛拱的高度确定,锚杆的间距和排拒不大于锚杆长度的一半,锚杆杆体强度和直径按照承 担岩体重量确定; 当顶板的松弛拱的高度大于2. 5m,可采用锚杆和锚索联合支护,锚索的长度按照松弛 拱高度确定,锚索的间排距为锚杆间排距的2-3倍; 53、 确定巷道顶板锚杆长和锚索长度,正帮采用玻璃钢锚杆配合塑料网支护副帮,副帮 采用钢筋锚杆支护,夹矸层附近较大塑性区采用加长锚杆进行加固,将上帮加长锚杆用横 向钢带或钢筋连为一体,加强副帮上帮的整体性控制。
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