CN106194203A - 一种煤矿软岩支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿软岩支护方法，属于煤矿开采技术领域。该支护方法包括顶板支护、左帮支护和右帮支护；每个部位均采用了一般支护和加强支护，一般支护是铺设钢筋网，在钢筋网上压上3.6m长梯子梁，并采用无纵筋右旋螺纹钢锚杆进行加固；顶板和左帮、右帮的加强支护是采用锚索，且对锚索的安装角度进行了特别要求。该方法针对岩体软弱煤矿的特点而设计，通过加强支护，能保证巷道的稳定，具有安全性高的特点，能够大大提升煤矿的回采率，大大增加煤炭开采的经济效益。

Description

一种煤矿软岩支护方法

【技术领域】

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿软岩支护方法。

【背景技术】

在煤矿开采中，分为预留煤柱开采和无煤柱开采方式。预留煤柱开采方式是在每两个开采区段之间留有20-35米的煤柱，用于保护本区段的回风巷便于作为下一区段的运输平巷。这种方式虽然安全性高，但煤炭回收率低和巷道掘进率高。无煤柱和小煤柱沿空留巷开采方式是在开采上一区段时采用巷旁支护方式留出巷道作为下一区段的运输平巷；这种方式具有煤炭回收率高、巷道掘进率低等优点，但它一般适应于开采缓倾斜煤层和倾斜的薄、中厚煤层，而且受顶板岩层冒落和地质构造影响，对围岩破坏严重，造成沿空留巷围岩破坏的主要原因是，因巷旁支护方式不当造成底板扭曲变形，扭转力使巷道处于受剪状态，使巷内支护系统特别是锚杆锚索等因受剪切力而发生破坏。

在广西百色地区，存在一些岩体软弱的煤矿，且部分为典型的半煤岩巷道，两帮和顶底板围岩呈不稳定状态，锚杆支护效果不好，每排使用4根锚索后，两帮依旧出现变形，顶板出现离层。无论是永久巷道还是回采巷道，在掘进初期未受采动影响时即发生了极大的变形，影响了现场的生产工作。后期对巷道的维护费用投入巨大，造成了一定的经济损失。同时由于巷道稳定性差、需要留设大煤柱以保证生产安全，也浪费了大量的煤炭资源。

因此，需要针对岩体软弱的煤矿提出新的支护方案，通过优化支护方式、支护参数和相关施工工艺，保证巷道的稳定，对岩体软弱煤矿的安全生产、提高矿区资源回收率都具有重要的现实意义。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种煤矿软岩支护方法，该方法针对岩体软弱煤矿的特点而设计，能保证巷道的稳定，具有安全性高的特点，能够大大提升煤矿的回采率，大大增加煤炭开采的经济效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种煤矿软岩支护方法，包括如下步骤：

(1)在巷道顶板铺设钢筋网，在钢筋网上压上3.6m长梯子梁，并采用无纵筋右旋螺纹钢锚杆进行加固，顶角锚杆与垂直方向成20°夹角安设，其他锚杆与顶板垂直布置；锚杆间距800mm，排距800mm；锚杆采用加长锚固方式，每根锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆预紧力不小于30kN，锚固力不低于120kN；

另外，巷道顶板还采用若干根锚索加强支护，同排锚索中，位于两侧的锚索与垂直方向成15°夹角安设，位于中间的锚索与顶板垂直布置；锚索间距1200mm，排距1600mm；锚索安装时每孔采用一节K2550快速树脂药卷和三节Z2550中速树脂药卷加长锚固；锚索预紧力60～70kN；

(2)在巷道左帮铺设钢筋网，在钢筋网上压上3.6m长梯子梁，并采用无纵筋右旋螺纹钢锚杆进行加固；每根锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆间距为900mm，排距为1600mm，锚杆预紧力不小于20kN，锚固力不低于80kN；巷道左帮每2排梯子梁之间还布置一套锚索梁系统，所述锚索梁系统包括锚索梁和2根锚索，2根锚索的主体分别安装在顶板和左帮的角平分线以及左帮与底板的角平分线上，锚索另一端固定在槽钢锚索梁上，锚索安装时每孔采用一节K2550快速树脂药卷和三节Z2550中速树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果；锚索排距为1600mm，预紧力为60～70kN；

(3)巷道右帮按照与巷道左帮相同的方法进行支护。

较优地，当左帮或右帮的帮顶出现破碎处时，用2～4根左旋全螺纹预拉力锚杆加强，锚杆长度为2000mm，直径为18mm，采用全长锚固方式，每根锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷锚固。

较优地，顶板所用锚杆设计扭矩不低于150N·m，左帮和右帮的锚杆设计扭矩不低于100N·m，机具扭矩不足时采用人工滞后加扭。

较优地，所述左帮和右帮部最上面一根锚杆都向上倾斜15°，最下面一根锚杆都向下倾斜20～30°角度安设。以便于施工和有效控制围岩。

较优地，所述顶板、左帮、右帮所用的锚杆规格为Ф20×2500mm。

较优地，所述顶板所用的锚索规格为Φ15.24×6.0mm，左帮所用锚索的规格为Φ15.24×4.5m。

较优地，为了充分发挥锚索梁的作用，所述锚索梁系统还包括带有锚杆的槽钢，用以卡套住锚索梁。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明在左帮和右帮设置倾斜的锚索，位于顶板与两帮以及底板与两帮的对角线上，具体作用原理如下：对于岩体软弱的煤矿巷道而言，两帮变形大，但由于锚杆的长度有限，其锚固端达不到较为稳固的岩体当中，因此，两帮的支护除了采用锚杆作为一次支护之后，还应做加强支护。由于两帮半煤岩体松散，随着时间的增长，其松动范围更大，只采用锚杆支护不能有效地控制巷道的大变形，因此，应选择较为稳定岩体作为锚固点。根据岩层受力特点，巷道围岩产生变形的同时也是应力释放和转移的过程，首先表现为顶板压力不转移到巷道的两帮煤体上方，并会产生高应力集中现象，这种高应力集中现象会形成一种应力压缩区，位于顶板与侧帮以及底板与侧帮的对角线上。因此，将锚索锚固的关键点固定在这个应力压缩区域中；锚索相对锚杆更长，可达到应力压缩区域。

另外，倾斜设置的锚索还能加强两帮的护表作用，增大受力面积达到提高帮部围岩的稳定性的目的。两帮虽然进行了锚杆和金属网支护，但由于巷道两帮岩体松散破碎，在不断扩容的过程产生大变形，也会形成较大范围的空腔，造成锚杆或锚索的作用范围较小。因此，为向巷道两帮壁提供较大的支撑力，锚索的拉应力作用下采用较大面积的钢梁或钢带作为增加巷道岩壁的护表作用，达到充分传递深部稳定岩体的锚固作用。

2、由于该类煤矿两帮为半煤岩体，裂隙发育，充填物及成份含泥质粘土矿物质较多，所产生的膨胀与碎胀压力极为明显，造成较大的变形。采用梯子梁和金属网柔性较大支护结构适应大变形，但不能有效地阻止失稳，选用带有锚杆的槽钢，用以卡套住锚索梁，能提高帮壁护表构件的刚度。

3、本发明还通过对顶板进行锚索的加强支护，提高顶板护表构件的刚度。

综上所述，本发明通过科学合理的整体支护形式，选用沿两帮斜倾方向向两帮肩窝和底角处布置中长锚索，增强护表能力；为增大受力面积，提高支护刚度，采用强度较高的槽钢作为锚索梁构件；为提高顶板稳定性，采用顶板锚索；通过上述“锚、网、索、梁”整体支护技术，从而能保证巷道的稳定，具有安全性高的特点，能够大大提升煤矿的回采率，大大增加煤炭开采的经济效益。

【附图说明】

图1为本发明一种煤矿软岩支护方法支护后巷道的截面图；

其中，1-顶板，2-锚杆，3-锚索，4-锚索梁，5-右帮，6-左帮。

【具体实施方式】

本发明的技术方案在百色东怀煤矿和东笋煤矿实践后，都取得了成功，为了更清楚地表达本发明，以下通过百矿集团下属的东怀煤矿3I01工作面为例对本发明作进一步说明。

广西百色东怀煤矿煤柱的留设宽度均为35m，这对于本来就缺少煤炭资源的地区来讲是巨大的浪费。因此，要提高回采率及煤炭资源的利用率，必须减小煤柱尺寸，如果小煤柱尺寸不合理，不仅不能支承顶板压力，而且不能防止采空区的水和瓦斯涌入工作面，进而影响工作面的安全生产，为了解决上述问题，本发明的申请人根据矿山压力理论和数值模拟方法计算出了合理的煤柱宽度为5m，然后通过对小煤柱沿空掘巷顶板控制和开采技术的研究，成功将煤矿风巷护巷煤柱的宽度从25-35m减小到5m左右，大大提高煤炭资源回采率；其中采用的具体支护方案如下，支护后的巷道截面图见图1：

(1)在巷道顶板1铺设钢筋网，在钢筋网上压上3.6m长梯子梁，并在每排采用4根无纵筋右旋螺纹钢锚杆2进行加固，顶角锚杆2与垂直方向成20°夹角安设，其他锚杆2与顶板垂直布置；锚杆2规格为Ф20×2500mm，锚杆2间距800mm，排距800mm；锚杆2采用加长锚固方式，每根锚杆2采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆2预紧力不小于30kN，锚固力不低于120kN，设计扭矩不低于150N·m；

另外，巷道顶板1还采用若干锚索3加强支护，每排3根锚索，位于两侧的锚索3与垂直方向成15°夹角安设，位于中间的锚索3与顶板垂直布置；锚索3规格为Φ15.24×6.0mm，间距1200mm，排距1600mm；锚索3安装时每孔采用一节K2550快速树脂药卷和三节Z2550中速树脂药卷加长锚固；锚索预紧力60～70kN；

(2)在巷道左帮6铺设钢筋网，在钢筋网上压上3.6m长梯子梁，并采用无纵筋右旋螺纹钢锚杆进行加固；每根锚杆2采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆规格为Ф20×2500mm，锚杆间距为900mm，排距为1600mm，锚杆预紧力不小于20kN，锚固力不低于80kN；锚杆设计扭矩不低于100N·m。另外，在巷道左帮每2排梯子梁之间还布置一套锚索梁系统，所述锚索梁系统包括锚索梁4和2根锚索，锚索梁的两端分别位于帮顶和帮脚处，通过2.8m的槽钢及锁具连接；2根锚索的主体分别安装在顶板和左帮的角平分线以及左帮与底板的角平分线上，锚索另一端固定在锚索梁4上，锚索安装时每孔采用一节K2550快速树脂药卷和三节Z2550中速树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果；锚索的规格为Φ15.24×4.5m，锚索排距为1600mm，预紧力为60～70kN；为了充分发挥锚索梁的作用，所述锚索梁系统还包括带有锚杆的槽钢，用以卡套住锚索梁。

(3)巷道右帮5按照与巷道左帮相同的方法进行支护。

本发明通过提出合理的风巷锚杆支护参数和加强支护技术参数，实施后，该巷道在服务期间满足生产、安全要求，可正常使用，基本无需维修。仅对东怀煤矿3I01工作面来讲，由35m煤柱改成5m后，能产生2780.25万元的直接经济效益，有着强大的市场竞争力。

因此，本发明具有的优势为；

1、能为软岩煤矿大大提高了煤炭资源的回收率，降低了巷道支护成本和巷道工程综合成本，增加煤炭开采与巷道支护的可靠性和工程质量，达到了安全、经济、有效的目标。

2、通过无煤柱开采技术和“锚、网、索、梁”综合支护技术，为提高软岩的无煤柱开采和巷道支护的技术水平提供了有力支持。

3、该方案有利于提高回采巷道的稳定性，消除安全隐患、保障施工安全。无煤柱(小煤柱)开采避开了高应力影响，减少了冲击地压发生的可能性，掘进率低，巷道维修费少，取得较好的支护效果，减少了巷道刷帮的次数，可收到了可观的经济效益。

4、采用无煤柱开采技术和“锚、网、索、梁”综合支护技术后，减轻了工人的劳动强度，改善了工人的劳动条件，提高了支护安全性和掘进效率。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种煤矿软岩支护方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在巷道顶板铺设钢筋网，在钢筋网上压上3.6m长梯子梁，并采用若干无纵筋右旋螺纹钢锚杆进行加固，顶角锚杆与垂直方向成20°夹角安设，其他锚杆与顶板垂直布置；锚杆间距800mm，排距800mm；锚杆采用加长锚固方式，每根锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆预紧力不小于30kN，锚固力不低于120kN；

另外，巷道顶板还采用若干锚索加强支护，同排锚索中，位于两侧的锚索与垂直方向成15°夹角安设，位于正中间的锚索与顶板垂直布置；锚索间距1200mm，排距1600mm；锚索安装时每孔采用一节K2550快速树脂药卷和三节Z2550中速树脂药卷加长锚固；锚索预紧力60～70kN；

(2)在巷道左帮铺设钢筋网，在钢筋网上压上3.6m长梯子梁，并采用无纵筋右旋螺纹钢锚杆进行加固；每根锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆间距为900mm，排距为1600mm，锚杆预紧力不小于20kN，锚固力不低于80kN；巷道左帮每2排梯子梁之间还布置一套锚索梁系统，所述锚索梁系统包括锚索梁和2根锚索，2根锚索的主体分别安装在顶板和左帮的角平分线以及左帮与底板的角平分线上，锚索另一端固定在槽钢锚索梁上，锚索安装时每孔采用一节K2550快速树脂药卷和三节Z2550中速树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果；锚索排距为1600mm，预紧力为60～70kN；

(3)巷道右帮按照与巷道左帮相同的方法进行支护。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩支护方法，其特征在于：当左帮或右帮的帮顶出现破碎处时，用2～4根左旋全螺纹预拉力锚杆加强，锚杆长度为2000mm，直径为18mm，采用全长锚固方式，每根锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷锚固。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩支护方法，其特征在于：所述顶板所用锚杆设计扭矩不低于150N·m，所述左帮和右帮所用锚杆的设计扭矩不低于100N·m，机具扭矩不足时采用人工滞后加扭。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩支护方法，其特征在于：所述左帮和右帮部最上面一根锚杆都向上倾斜15°，最下面一根锚杆都向下倾斜20～30°角度安设。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩支护方法，其特征在于：所述顶板、左帮、右帮所用的锚杆规格为Ф20×2500mm。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩支护方法，其特征在于：所述顶板所用的锚索规格为Φ15.24×6.0mm，左帮、右帮所用锚索的规格为Φ15.24×4.5m。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩支护方法，其特征在于：所述锚索梁系统还包括带有锚杆的槽钢，用以卡套住锚索梁。