CN105003287B - 巷道下帮固帮顶板转载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巷道下帮固帮顶板转载方法，首先采用地质雷达探测煤壁压裂范围和顶板断裂面位置、倾角；然后采用巷道顶板载荷转移方法和封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法。本发明通过锚索将断裂后的巷道顶板压力部分的转移到煤壁下方未断裂的顶板岩层中去，就是将内应力场中的支承压力部分的转移到外应力场中，有效地减轻了煤壁的顶板压力，减轻煤壁的破坏程度，减少顶板下沉量并防止了断裂顶板的台阶下沉和切顶现象的产生；锚杆限制围岩岩面间相互错动发生的剪切破坏，起着良好的支护效果；使集中侧向载荷转变为面载荷，使点受力变为面受力，既可减轻煤壁破坏，又可使煤壁由单向受压变为三向受压，提高了煤壁强度和承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿沿空留巷或软岩支护中巷道围岩加固方法，尤其涉及一种巷道下帮固帮顶板转载方法。
背景技术
顶板载荷转移技术的原理是利用锚索将断裂后的巷道顶板压力部分的转移到煤壁下方未断裂的顶板岩层中去，就是将内应力场中的支承压力部分的转移到外应力场中，减轻了煤壁的顶板压力，从而减轻了煤壁的破坏程度，减少了顶板下沉量并防止了断裂顶板的台阶下沉和切顶现象的产生。
现阶段煤矿巷道支护一般采用锚杆、锚索、锚网、喷射混凝土表面支护等。锚杆、锚索是利用黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。但是锚杆、锚索不能限定岩层间的错动，在大倾角以及软岩支护中效果较差。
锚网、喷射混凝土支护是限制围岩变形的作用，将整个岩面形成一个整体。但是其支护无法将表面岩层与内部围岩形成一个整体，同时其支护方式为被动支护，无法向深部传导支护力。
现有技术中主要存在如下不足：1、巷道中锚索的位置与长度一般采用经验法，未能有效地转移顶板压力；2、原锚索技术，锚索的悬吊作用较差且无群锚效果；3、在大倾角煤层沿空留巷中无法限制顶板转动时的层间错动；4、目前的煤矿锚杆支护中广泛采用的锚固方式是端锚，这种锚杆只能提供轴向拉力，而抵抗岩层的层间错动和抗剪能力较差。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种有效地减轻煤壁顶板压力，减轻煤壁破坏程度，减少顶板下沉量并防止断裂顶板台阶下沉和切顶现象产生，限制围岩岩面间相互错动发生的剪切破坏，在大倾角煤层巷道以及软岩巷道中有良好支护效果的巷道下帮固帮顶板转载方法，该方法能更有效地将内应力场中的支承压力部分的转移到外应力场中。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
巷道下帮固帮顶板转载方法，包括如下步骤：
首先，采用地质雷达探测煤壁压裂范围和顶板断裂面位置、倾角；
然后，采用巷道顶板载荷转移方法和封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法；
所述巷道顶板载荷转移方法包括如下步骤：
1）从顶板底部斜向上钻出多个长度大于3米的锚索安装孔，每个锚索安装孔均穿过下帮断裂面；
2）在每个锚索安装孔内注入锚固剂，锚固剂的深度大于2米；
3）采用锚索机牵引锚索并将锚索输送进顶板的锚索安装孔中，通过锚固剂固定在锚索安装孔中；
4）选择下列三种方式对锚索进行锚固：
4.1）以两个锚索安装孔为一组，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个工字钢、两个带有孔的托盘和两个锚索扣，每个工字钢上设置两个通孔并与一组锚索孔对应，在工字钢的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，工字钢压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上；工字钢在巷道宽度方向上的尺寸为巷道宽度的70%，相邻两个工字钢的距离为1.7米；
4.2）以三个锚索安装孔为一组，每组中的三个锚索安装孔呈正三角形分布，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个圆形挡板、三个带有孔的托盘和三个锚索扣，每个圆形挡板上设置三个通孔并与一组锚索孔对应，在圆形挡板的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，圆形挡板压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上；圆形挡板的直径为巷道宽度的45%-50%，相邻两个圆形挡板的中心距离为4.2米；
4.3）以五个锚索安装孔为一组，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个矩形挡板、五个带有孔的托盘和五个锚索扣，每个矩形挡板上设置五个通孔并与一组锚索孔对应，在矩形挡板的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，矩形挡板压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上；矩形挡板的长度为巷道宽度的45%-50%，相邻两个矩形挡板的中心距离为3.5米；
所述封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法包括如下步骤：
1）沿空留巷的下帮煤壁水平均匀钻出多个长度大于煤壁破裂区宽度的锚杆安装孔，锚杆安装孔伸进顶板岩层中，相邻的几个锚杆安装孔组成一组锚孔；
2）在每个锚杆安装孔内由孔底向外分别注入快、中、慢三种凝固速度的树脂锚固剂，快、中、慢三种树脂锚固剂在锚杆安装孔内的长度比例为1:1:1；
3）将锚杆压入锚杆安装孔内，快、中、慢三种树脂锚固剂对锚杆实行全长粘接锚固；
4）每组锚孔对应一个金属挡板，金属挡板上设置与每组锚孔中的锚杆安装孔数量相同的通孔；
5）采用多个金属挡板压在下帮煤壁上并对下帮煤壁形成封闭，每组锚孔中的锚杆安装孔内的锚杆穿过对应的金属挡板，在锚杆穿出金属挡板的一端上套入锚盘和螺母，采用扳手旋紧螺母，对锚杆施加不低于3吨的锚固力。
作为本发明的一种优选方案，在巷道顶板载荷转移方法的步骤4）中，圆形挡板和矩形挡板采用竹纤维薄板、钢板或者钢化玻璃板。
作为本发明的另一种优选方案，在封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法的步骤3）中，快、中、慢三种树脂锚固剂分别采用型号为K2360、Z2360、M2360的树脂锚固剂。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1、本发明将锚索的一段通过锚固剂固定在稳定区内，锚索的另一段通过工字钢或挡板、托盘和锚索扣锚紧在断裂后的顶板岩层内，并对锚索施加5吨以上的预拉应力，通过锚索将断裂后的巷道顶板压力部分的转移到煤壁下方未断裂的顶板岩层中去，就是将内应力场中的支承压力部分的转移到外应力场中，有效地减轻了煤壁的顶板压力，从而减轻了煤壁的破坏程度，减少了顶板下沉量并防止了断裂顶板的台阶下沉和切顶现象的产生。
2、该封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法限制围岩岩面间相互错动发生的剪切破坏，在大倾角煤层巷道以及软岩巷道中有良好的支护效果。
3、该封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法同时使集中侧向载荷转变为面载荷，使点受力变为面受力，既可减轻煤壁破坏，又可使煤壁由单向受压变为三向受压，提高了煤壁强度和承载能力。
附图说明
图1为一种顶板载荷转移的结构示意图；
图2为锚具呈一字布置在顶板上的结构示意图；
图3为锚具的结构示意图；
图4为锚具呈三花眼布置在顶板上的结构示意图；
图5为锚具呈五花眼布置在顶板上的结构示意图；
图6为封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固的结构示意图。
附图中：1—下帮断裂面； 2—锚索； 3—稳定区； 4—断裂后的顶板岩层； 5—煤层； 6—锚杆； 7—巷道； 8—采空区； 9—工字钢； 10—金属扣； 11—托盘； 12—锚索扣；13—圆形挡板； 14—矩形挡板； 15—树脂锚固剂； 16—金属挡板； 17—锚盘； 18—螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
巷道下帮固帮顶板转载方法，包括如下步骤：
首先，采用地质雷达探测煤壁压裂范围和顶板断裂面位置、倾角。地质雷达虽早已广泛用于地下工程进行无损检测，但用于探测沿空留巷的煤壁压裂范围和顶板断裂面位置、倾角还属首次，所探测数据为顶板载荷转移技术的使用提供了依据。
然后，采用巷道顶板载荷转移方法和封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法。
巷道顶板载荷转移方法包括如下步骤：
1）从顶板底部斜向上钻出多个长度大于3米的锚索安装孔，每个锚索安装孔均穿过下帮断裂面，使锚索安装孔的一段位于稳定区内（即锚索安装孔的一段长度不小于2米位于未断裂的岩体内），锚索安装孔的另一段位于在断裂后的顶板岩层内，如图1所示。
2）在每个锚索安装孔内注入锚固剂，锚固剂采用型号为K2360的锚固剂，锚固剂的深度大于2米，使锚索在未断裂岩体中的锚固长度不小于2米。
3）采用锚索机牵引锚索并将锚索输送进顶板的锚索安装孔中，通过锚固剂固定在锚索安装孔中。
4）选择下列三种方式对锚索进行锚固：
4.1）以两个锚索安装孔为一组，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个工字钢、两个带有孔的托盘和两个锚索扣，每个工字钢上设置两个通孔并与一组锚索孔对应，在工字钢的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，工字钢压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上。每组均安装上锚具后，锚具呈一字布置，如图2所示，锚具的结构如图3所示。工字钢在巷道宽度方向上的尺寸为巷道宽度的70%，相邻两个工字钢的距离为1.7米。
4.2）以三个锚索安装孔为一组，每组中的三个锚索安装孔正呈三角形分布，每组中的两个锚索安装孔相距0.7米，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个圆形挡板、三个带有孔的托盘和三个锚索扣，每个圆形挡板上设置三个通孔并与一组锚索孔对应，在圆形挡板的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，圆形挡板压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上。每组均安装上锚具后，锚具呈三花眼布置，如图4所示。圆形挡板的直径为巷道宽度的45%-50%，相邻两个圆形挡板的中心距离为4.2米。
4.3）以五个锚索安装孔为一组，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个矩形挡板、五个带有孔的托盘和五个锚索扣，每个矩形挡板上设置五个通孔并与一组锚索孔对应，在矩形挡板的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，矩形挡板压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上。每组均安装上锚具后，锚具呈五花眼布置，如图5所示。矩形挡板的长度为巷道宽度的45%-50%，相邻两个矩形挡板的中心距离为3.5米。
圆形挡板和矩形挡板采用竹纤维薄板、钢板或者钢化玻璃板。
当煤层采空后，顶板在沿空留巷的下帮煤壁内断裂，断裂后的顶板岩层向采空区方向回转下沉，给煤壁带来很大的顶板压力，往往使煤壁产生破坏，因此，应将内应力场中的顶板压力部分地转移到外应力场中去，减轻煤壁附近的顶板压力，也防止切顶和台阶下沉。根据地质雷达的探测结果，将锚索穿过顶板岩层断裂面，并在未断裂岩体中的锚固长度不小于2米，采用“一字布置型”、“三花眼布置型”以及“五花眼布置型”三种组合式锚索，三种布置在不同的巷道中均能使用，其中，一字布置主要应用在顶板跨距较大（限制顶板不规则下沉）的巷道中；三花眼布置主要应用在顶板坚硬且分层较厚的煤层（起群锚、群悬吊作用）；五花眼布置主要应用在顶板破碎、离层严重、切顶严重的煤层巷道中。
封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法包括如下步骤：
1）沿空留巷的下帮煤壁水平均匀钻出多个长度大于煤壁破裂区宽度的锚杆安装孔，根据煤层倾角大的特点，锚杆安装孔伸进顶板岩层中，相邻的几个锚杆安装孔组成一组锚孔。
2）在每个锚杆安装孔内由孔底向外分别注入快、中、慢三种凝固速度的树脂锚固剂15，快、中、慢三种树脂锚固剂在锚杆安装孔内的长度比例为1:1:1；快、中、慢三种树脂锚固剂分别采用型号为K2360、Z2360、M2360的树脂锚固剂。
3）将锚杆6压入锚杆安装孔内，快、中、慢三种树脂锚固剂对锚杆实行全长粘接锚固。
4）每组锚孔对应一个金属挡板16，金属挡板16上设置与每组锚孔中的锚杆安装孔数量相同的通孔。
5）采用多个金属挡板压在下帮煤壁上并对下帮煤壁形成封闭，每组锚孔中的锚杆安装孔内的锚杆6穿过对应的金属挡板16，在锚杆6穿出金属挡板16的一端上套入锚盘17和螺母18，采用扳手旋紧螺母，对锚杆施加不低于3吨的锚固力，如图6所示。
全长粘接锚固的作用是对煤体加筋，提高煤体强度，封闭式护帮和较高预锚固力的作用是对煤壁提供一个主动的侧向压力，使煤壁由单向受压变为三向受压，煤壁强度得以较大提高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.巷道下帮固帮顶板转载方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，采用地质雷达探测煤壁压裂范围和顶板断裂面位置、倾角；
然后，采用巷道顶板载荷转移方法和封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法；
所述巷道顶板载荷转移方法包括如下步骤：
1)从顶板底部斜向上钻出多个长度大于3米的锚索安装孔，每个锚索安装孔均穿过下帮断裂面；
2)在每个锚索安装孔内注入锚固剂，锚固剂的深度大于2米；
3)采用锚索机牵引锚索并将锚索输送进顶板的锚索安装孔中，通过锚固剂固定在锚索安装孔中；
4)选择下列三种方式中的一种或几种对锚索进行锚固：
4.1)以两个锚索安装孔为一组，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个工字钢、两个带有孔的托盘和两个锚索扣，每个工字钢上设置两个通孔并与一组锚索孔对应，在工字钢的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，工字钢压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上；工字钢在巷道宽度方向上的尺寸为巷道宽度的70％，相邻两个工字钢的距离为1.7米；
4.2)以三个锚索安装孔为一组，每组中的三个锚索安装孔呈正三角形分布，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个圆形挡板、三个带有孔的托盘和三个锚索扣，每个圆形挡板上设置三个通孔并与一组锚索孔对应，在圆形挡板的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，圆形挡板压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上；圆形挡板的直径为巷道宽度的45％-50％，相邻两个圆形挡板的中心距离为4.2米；
4.3)以五个锚索安装孔为一组，沿巷道的长度方向上设置多组锚索孔，每组锚索孔配置一套锚具，每套锚具包括一个矩形挡板、五个带有孔的托盘和五个锚索扣，每个矩形挡板上设置五个通孔并与一组锚索孔对应，在矩形挡板的通孔内壁的圆周上固定设置圆环形的金属扣，矩形挡板压在顶板的底部，锚索安装孔中的锚索穿过金属扣和托盘并用锚索扣锁紧锚索，锚索扣锁紧锚索的力达到5吨以上；矩形挡板的长度为巷道宽度的45％-50％，相邻两个矩形挡板的中心距离为3.5米；
所述封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法包括如下步骤：
1)沿空留巷的下帮煤壁水平均匀钻出多个长度大于煤壁破裂区宽度的锚杆安装孔，锚杆安装孔伸进顶板岩层中，相邻的几个锚杆安装孔组成一组锚孔；
2)在每个锚杆安装孔内由孔底向外分别注入快、中、慢三种凝固速度的树脂锚固剂，快、中、慢三种树脂锚固剂在锚杆安装孔内的长度比例为1:1:1；
3)将锚杆压入锚杆安装孔内，快、中、慢三种树脂锚固剂对锚杆实行全长粘接锚固；
4)每组锚孔对应一个金属挡板，金属挡板上设置与每组锚孔中的锚杆安装孔数量相同的通孔；
5)采用多个金属挡板压在下帮煤壁上并对下帮煤壁形成封闭，每组锚孔中的锚杆安装孔内的锚杆穿过对应的金属挡板，在锚杆穿出金属挡板的一端上套入锚盘和螺母，采用扳手旋紧螺母，对锚杆施加不低于3吨的锚固力。
2.根据权利要求1所述的巷道下帮固帮顶板转载方法，其特征在于，在巷道顶板载荷转移方法的步骤4)中，圆形挡板和矩形挡板采用竹纤维薄板、钢板或者钢化玻璃板。
3.根据权利要求1所述的巷道下帮固帮顶板转载方法，其特征在于，在封闭式全长锚固高预应力煤壁及顶板锚杆加固方法的步骤3)中，快、中、慢三种树脂锚固剂分别采用型号为K2360、Z2360、M2360的树脂锚固剂。
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2015
- 2015-06-30 CN CN201510370714.6A patent/CN105003287B/zh not_active Expired - Fee Related
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