CN105781597A - 深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法 - Google Patents

Abstract

一种深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，在沿空留巷原支护及其回采侧于回采后构筑的巷旁充填体支护基础上，在回采面前方受采动影响范围外，对沿空留巷进行巷内深孔高强锚注加固。具体措施：1.用中空锚注锚索支护；其布置方式：①矩形或梯形巷道：a.靠煤体侧加固顶板的中空锚注锚索向煤体侧倾斜10o～20o；b.煤体侧巷帮用中空锚注锚索或中空注浆锚杆加固；②半圆拱或其他弧形巷道：拱顶中空锚注锚索沿垂直于巷道弧形切线方向布置；2.增大加固范围：中空注浆锚索长度4m～10m；3.采用高强注浆材料；4.高压注浆。本发明用于埋深大的“三软”煤层沿空留巷，能有效控制围岩变形，维护好留巷顶板，降低巷道断面收缩率，使留巷成功复用。

Description

深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法

技术领域

本发明涉及矿山巷道支护领域，特别是一种在深井软岩条件下用于沿空留巷巷内支护与加固的深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法。

背景技术

沿空留巷是在回采工作面后方沿采空区边缘维护本工作面的回采巷道，作为下一个工作面的回采巷道使用的一种方法，中间不留设煤柱，实现无煤柱开采。采用沿空留巷技术具有减少巷道掘进工程量，缓解矿井接续紧张的局面，提高煤炭回采率，延长矿井服务年限的特点；对于高瓦斯煤矿沿空留巷可实现Y型通风，消除工作面上隅角的瓦斯积聚，有利于矿井安全高效生产。但是，沿空留巷要经受两个工作面回采动压的影响，支护和维护极其困难。尤其深井高地压软岩巷道，沿空留巷在受到工作面动压影响后，变形严重，需多次修复才能使用。沿空留巷的支护主要分为两方面：一是巷旁支护；二是巷内支护。巷旁支护是指巷道沿工作面一帮随工作面回采而失去支护并在工作面后方进行的支护；巷旁支护同时起到支承顶板、切顶、隔离采空区的作用；常用的方法有密集支柱、矸石堆垛、砌体墙、桶柱支护、高水材料充填、现浇混凝土等方法。巷内支护常用的方法有锚网+架棚联合支护、锚网+单体密集支柱联合支护、二次支护等支护方式。这些支护方式对于埋藏浅、岩性条件较好的巷道取得了一定的效果，但对于埋藏深、应力高、围岩强度低的回采巷道则无法有效地控制围岩的变形，沿空留巷顶板破碎，巷帮挤出量大，底臌严重，巷道断面收缩率大，导致沿空留巷无法二次复用，甚至一次使用也无法满足。因此，尽管沿空留巷工艺早已出现，但至今在深井软岩条件下的应用仍很有限，一些矿井在此类条件下尝试应用留巷技术时没有获得预期的效果，甚至留巷失败。但随着巷旁充填技术和装备的日臻完善，深井软岩沿空留巷的巷内支护与加固已经成为制约沿空留巷广泛应用的最后一个技术瓶颈。

淮南矿区地质条件复杂、高瓦斯、低透气性煤与瓦斯突出煤层开采需要由传统的工作面U型通风方式改为“Y”型通风方式，实现无煤柱开采和煤与瓦斯共采。实现工作面“Y”型通风和一巷多用的技术关键是沿空留巷。沿空留巷的成败直接关系到长壁综采工作面的安全生产和正常接续。现淮南矿区在属于深井软岩沿空留巷的巷旁支护中，采用充填混凝土的方法进行支护，支护强度高，取得了较好的效果。而巷内加固采用传统的架棚支护方法，巷道变形量大，沿空留巷无法使用。

发明内容

为了克服已有技术在深井软岩煤层的沿空留巷方法无法有效地控制围岩的变形、留巷顶板破碎、巷道断面收缩率高、导致沿空留巷无法复用的不足，本发明提供一种深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，它可以在埋深大、应力高的“三软”煤层的回采巷道有效地控制围岩的变形、维护好留巷顶板、降低巷道断面收缩率，使沿空留巷成功使用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，在沿空留巷巷道原支护，以及在沿空留巷回采侧于回采后构筑的巷旁充填体支护的基础上，在回采工作面前方未受工作面开采动压明显影响的巷道范围以外，在沿空留巷巷内用中空锚注锚索支护、进行深孔高强锚注加固巷道围岩。具体措施如下：

A.用中空锚注锚索支护，针对两类沿空留巷巷道中空锚注锚索采用不同的布置方式：

a.如果沿空留巷为矩形或梯形巷道：

①在沿空留巷的顶板安装中空锚注锚索支护；其中：

1)安装在沿空留巷顶板中部和靠煤体侧的中空锚注锚索为倾斜中空锚注锚索，向煤体侧倾斜10o～20o。

2)安装在靠回采侧的顶板上的中空锚注锚索为垂直中空锚注锚索，垂直于顶板锚固。

②在沿空留巷的煤体侧的巷帮安装巷帮中空锚注锚索或中空注浆锚杆支护，垂直于巷帮锚固。

b.如果沿空留巷为半圆拱或弧形巷道：

①在沿空留巷的顶板安装拱顶中空锚注锚索与沿空留巷的原锚索布置方向相同、沿垂直于巷道弧形的切线方向布置。

②在沿空留巷煤体侧的巷帮安装拱底巷帮中空锚注锚索或中空注浆锚杆支护，垂直于巷帮锚固。

B.增大加固范围：中空注浆锚索的长度采用4m～10m，进行树脂端锚预紧。

C.采用高强注浆材料锚注：中空锚注锚索注浆选用高强注浆材料制浆；灰水比在1～3之间选择；添加满足和易性、减水、早强、微膨胀要求的水泥添加剂,或采用以树脂等为主要成分的有机高分子注浆材料。

D.采用高压注浆：注浆压力不低于7MPa。

本发明的有益效果是：

①采用本发明方法对深井软岩沿空留巷围岩进行深孔高强锚注加固，加固范围大；通过中空注浆锚索对巷道围岩注浆，浆液在巷道围岩中进行扩散和固化，提高了巷道围岩的强度和整体性。同时，注浆实现锚索的全长锚固，提高对巷道围岩的约束效应，对控制沿空留巷的大变形非常有利。

②在埋深大的“三软”煤层回采巷道的沿空留巷中，有效地控制围岩的变形，能维护好沿空留巷顶板，降低巷道断面收缩率，使沿空留巷成功使用。

附图说明

图1：本发明锚注加固方法中空锚注锚索在矩形沿空留巷内布置的示意图。

图2：中空锚注锚索在矩形沿空留巷巷道顶板布置的平面示意图。

图3：中空锚注锚索在矩形沿空留巷巷道煤体侧巷帮布置的平面示意图。

图4：本发明锚注加固方法中空锚注锚索在拱形沿空留巷内布置示意图。

图5：中空锚注锚索在拱形沿空留巷巷道布置的平面示意图。

图6、７：中空锚注锚索在矩形沿空留巷内三花、五花形式布置平面示意图。

图中：1-垂直中空锚注锚索、2-倾斜中空锚注锚索、3-巷帮中空锚注锚索、4-煤体、5-矩形沿空留巷、6-砼充填体或回采侧、7-半圆拱沿空留巷、8-锚网、9-钢带、10-拱顶中空锚注锚索、11-拱底巷帮中空锚注锚索；01-原顶板锚杆、02-原顶板锚索、03-原巷帮锚杆、04-半圆拱巷道原顶板锚索、05-半圆拱巷道原巷帮锚索。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

在图1、2中示出本发明深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，在矩形沿空留巷中实施锚注加固时中空锚注锚索的布置方式。矩形或梯形沿空留巷适合采用这种巷内深孔高强锚注加固实施方法。

图1中的沿空留巷5为矩形巷道。原顶板锚杆01、原顶板锚索02、原巷帮锚杆03是沿空留巷巷道在掘进阶段的原支护。该巷道作为沿空留巷5后，其回采工作面一侧，简称回采侧6，在回采后于回采侧浇注的砼充填体6，作沿空留巷5回采侧构筑的巷旁充填体支护。原顶板锚杆01、原巷帮锚杆03为普通锚杆；原顶板锚索02为普通钢绞线锚索。

本发明又称“沿空留巷巷内深孔高强锚注加固方法”，是在沿空留巷巷道原支护即原锚杆、锚索支护，以及在沿空留巷回采侧于回采后构筑的巷旁充填体6支护的基础上，在回采工作面的前方受回采工作面开采动压明显影响的巷道范围以外，一般在回采工作面前方30m以外，在沿空留巷巷内安装中空锚注锚索支护、进行深孔高强锚注加固巷道围岩。具体措施如下：

1.用中空锚注锚索支护；针对两类沿空留巷巷道――矩形或梯形、半圆拱或其它弧形巷道，中空锚注锚索采用不同的布置方式。在矩形或梯形沿空留巷巷道内中空锚注锚索的布置方式：

①在矩形或梯形沿空留巷5巷道内中空锚注锚索的布置特点：

A.在沿空留巷5的顶板用中空锚注锚索1、2支护；其中：

a.安装在沿空留巷5顶板的中部和靠煤体4侧的中空锚注锚索为倾斜中空锚注锚索2；倾斜中空锚注锚索2向煤体4侧倾斜10o～20o。倾斜中空锚注锚索2可以防止在回采工作面回采后，顶板发生冒落，对沿空留巷5的顶板弯曲下沉起到斜拉作用。

b.安装在靠回采侧6顶板上的中空锚注锚索为垂直中空锚注锚索1，垂直于顶板锚固。

B.在沿空留巷煤体4侧的巷帮安装巷帮中空锚注锚索3；巷帮中空锚注锚索3垂直于巷帮锚固。在沿空留巷煤体4侧的巷帮也可以安装中空注浆锚杆加固。回采侧6巷帮不再布置中空锚注锚索。

②中空锚注锚索1～3每排布置的间距：每排布置的间距根据巷道宽度和高度，按照原锚杆01的1/2间距的倍数均匀布置中空锚注锚索的原则确定；也可与普通钢绞线锚索02的间隔布置。在巷道顶板条件较差时，需要安装锚网8和钢带，或者锚网8和槽钢9等型钢联合支护。

③中空锚注锚索1～3的排距为普通锚杆01或普通钢绞线锚索02排距的倍数；如：锚杆支护的排距为0.8m，中空锚注锚索的排距可以为1.6m或2.4m。中空注浆锚索1～3也可以按照三花或五花形式布置。三花、五花形式分别如图6、图7所示。

图2中所示的中空锚注锚索1和2的排距为锚杆01支护两倍的排距，亦即钢绞线锚索02两倍的排距。图3中所示的巷帮中空锚注锚索3的排距为原巷帮锚杆03两倍的排距。

2.增大加固范围：采用中空注浆锚索的长度一般在4m～10m之间。锚索的直径在Φ22mm～Φ32mm之间，强度不低于1670MPa；能实现树脂端锚预紧，然后利用锚索的中空结构进行注浆。钻孔直径大于中空锚注锚索直径6～10mm；钻孔的深度少于锚索的长度200～300mm。

3.采用高强注浆材料锚注：

1)选用高强注浆材料制浆：高强锚注巷内加固采用水泥浆液，灰水比在1～3之间选择，优选值≥2:1。为满足和易性、减水、早强、微膨胀等要求，添加8%的ACZ-1型水泥添加剂或其他添加剂。配制浆液时准备大体积浆液桶，按照灰水比例倒入桶内，采用风动或电动搅拌泵充分混合搅拌浆液，同时加入相应水泥添加剂。也可以采用以树脂等为主要成分的有机高分子注浆材料，如巴斯夫、马丽散、罗克休、艾瑞克等。根据注浆材料不同，按照注浆材料特性调配浆液，满足锚注加固支护强度要求。

2)高强锚注的实施步骤：①先用单体锚杆钻机或其他钻眼设备在设计位置施工中空锚注锚索钻孔，按设计要求施工到预定深度；②安装中空注浆锚索，依次将锚固剂和中空锚注锚索塞入钻孔，使用锚杆钻机搅拌锚固剂，待锚固剂凝固后，撤下钻机；③安装止浆塞或其他封孔设备，保证孔口密封完整；④安装托盘、锁具，张拉预紧，预紧力不低于设计要求。

4.采用高压注浆：用风动或电动注浆泵对中空锚注锚索进行注浆，注浆压力不低于7MPa。首先拧下中空锚注锚索尾端丝堵，将注浆器管路与钻孔锚注锚索连接在一起，开始对中空锚注锚索进行注浆，支护完成后拧上丝堵防止回浆。

实施例2：

在图4、5中示出本发明方法在半圆拱形沿空留巷巷道7实施巷内深孔高强锚注加固时中空锚注锚索的布置方式。

在图4、5所示的半圆拱形沿空留巷7中，原顶板锚索04、原巷帮锚索05是巷道在掘进阶段的原有支护。该巷道用作沿空留巷7后，其回采侧在回采后由砼充填体6支护、为沿空留巷7回采侧的巷帮。该侧不布置中空锚注锚索支护。原顶板锚索04、原巷帮锚索05为普通钢绞线锚索。

在图4、5所示的在半圆拱沿空留巷7巷道中，采用“沿空留巷巷内深孔高强锚注加固方法”进行沿空留巷围岩加固时，除了中空锚注锚索的布置方式不同以外，其通过中空锚注锚索支护、进行深孔高强锚注加固巷道围岩的其余具体措施与实施例1完全相同。

在图4、5所示的半圆拱形沿空留巷7内，中空锚注锚索的布置方式如下：

①半圆拱沿空留巷7的顶板用拱顶中空锚注锚索10支护，其布置方式与原锚索04的布置方向相同、沿垂直于巷道弧形的切线方向布置；拱顶中空锚注锚索10每排的间距为原锚索04的二倍；拱顶中空锚注锚索10的排距与原锚索04的排距相同、间隔布置。

②半圆拱沿空留巷7靠煤体4一侧的巷帮用拱底巷帮中空锚注锚索11加固；拱底巷帮中空锚注锚索11的布置方式是：垂直于巷帮布置、与原普通钢绞线锚索05布置方向相同。拱底巷帮中空锚注锚索11每排的间距为原普通钢绞线锚索05的二倍。拱底巷帮中空锚注锚索11的排距与原普通钢绞线锚索05的排距相同、间隔布置。沿空留巷7煤体4侧的拱底巷帮也可安装中空注浆锚杆加固。

拱形或其他弧形沿空留巷的中空锚注锚索布置方式，与上述半圆拱沿空留巷7的中空锚注锚索布置方式的原则相同：

①中空锚注锚索与原锚索的布置方向相同、沿垂直于巷道弧形的切线方向布置。

②中空锚注锚索每排的间距与矩形或梯形巷道中空锚注锚索的布置原则相同：为原锚索的1/2间距的倍数均匀布置。

③中空锚注锚索的排距与矩形或梯形巷道中空锚注锚索的布置原则相同：为原锚索排距的倍数。

本发明适合在埋深大、应力高的“三软”煤层的回采巷道使用，有效地控制围岩变形、维护好顶板、降低巷道断面收缩率。它也可以在其他需要矿山巷道二次复用的条件下应用。

Claims (5)

1.一种深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，在沿空留巷巷道原支护，以及在沿空留巷回采侧于回采后构筑的巷旁充填体支护的基础上，在回采工作面前方受工作面开采动压明显影响的巷道范围以外，在沿空留巷巷内用中空锚注锚索支护、进行深孔高强锚注加固巷道围岩；具体措施如下：

A.用中空锚注锚索支护，并且针对两类沿空留巷巷道的中空锚注锚索采用不同的布置方式：

a.如果沿空留巷为矩形或梯形巷道：

①在沿空留巷(5)的顶板安装中空锚注锚索(1、2)支护；其中：

1)安装在沿空留巷(5)顶板中部和靠煤体(4)侧的中空锚注锚索为倾斜中空锚注锚索(2)，向煤体(4)侧倾斜10o～20o；

2)安装在靠回采侧(6)的顶板上的中空锚注锚索为垂直中空锚注锚索(1)，垂直于顶板锚固；

②在沿空留巷(5)煤体(4)侧的巷帮安装巷帮中空锚注锚索(3)或中空注浆锚杆支护，垂直于巷帮锚固；

b.如果沿空留巷为半圆拱或弧形巷道：

①在沿空留巷(7)的顶板安装拱顶中空锚注锚索(10)与沿空留巷(7)的原锚索(04)布置方向相同、沿垂直于巷道弧形的切线方向布置；

②在沿空留巷(7)的煤体(4)侧的巷帮安装拱底巷帮中空锚注锚索(11)或中空注浆锚杆支护，垂直于巷帮锚固；

B.增大加固范围：中空注浆锚索的长度采用4m～10m，进行树脂端锚预紧；

C.采用高强注浆材料锚注：中空锚注锚索注浆选用高强注浆材料制浆；灰水比在1～3之间选择,添加满足和易性、减水、早强、微膨胀要求的水泥添加剂，或采用有机高分子注浆材料；

D.采用高压注浆：注浆压力不低于3MPa。

2.根据权利要求1所述的深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，其特征在于：所述的针对两类沿空留巷巷道中空锚注锚索采用不同的布置方式：

A.如果沿空留巷为矩形或梯形巷道：

中空锚注锚索每排的间距根据巷道宽度和高度，按照原锚杆(01)的1/2间距的倍数均匀布置中空锚注锚索(1～3)原则确定；也可与原钢绞线锚索(02)间隔布置；在巷道顶板条件较差时，需要安装锚网(8)和钢带、或者锚网(8)和槽钢(9)联合支护；

中空锚注锚索(1～3)的排距为普通锚杆(01)或普通钢绞线锚索(02)排距的倍数；中空注浆锚索(1)也可以按照三花或五花形式布置；

B.如果沿空留巷为半圆拱或弧形巷道：

拱顶中空锚注锚索(10)、拱底巷帮中空锚注锚索(11)每排的间距为原钢绞线锚索(04)的二倍；拱顶中空锚注锚索(10)、拱底巷帮中空锚注锚索(11)的排距与原锚索(04)的排距按照原钢绞线锚索(04、05)的1/2间距的倍数均匀、间隔布置。

3.根据权利要求1所述的深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，其特征在于：所述的添加满足和易性、减水、早强、微膨胀要求的水泥添加剂，是添加8%的ACZ-1型水泥添加剂；所述的灰水比≥2:1。

4.根据权利要求1所述的深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，其特征在于：所述的有机高分子注浆材料，是满足固结性、防水防渗性及防火防瓦斯的下述有机高分子注浆材料之一：巴斯夫、马丽散、罗克休、艾瑞克。

5.根据权利要求1所述的深井软岩沿空留巷巷内锚注加固方法，其特征在于：所述的注浆压力不小于5MPa。