CN106894833A - 深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构及施工方法，深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构包括巷道顶板支护结构、沿空帮支护结构和实体煤帮支护结构，巷道顶板支护结构包括钢筋网、W钢带、高强预应力锚杆、锚索钢梁组合体，沿空帮支护结构包括钢筋网、W钢带、高强预应力让压锚杆、注浆锚索钢梁组合体，实体煤帮支护结构包括钢筋网、钢筋梁与钢带托盘组件、高强预应力让压锚杆、锚索钢梁组合体。本发明的有益效果：巷道顶板支护结构、沿空帮支护结构和实体煤帮支护结构共同组成非均称支护结构，可有效控制深部不稳定覆岩下沿空掘巷巷道围岩变形破坏。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿深部开采沿空掘巷巷道支护技术领域，特别是涉及一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构及施工方法。
背景技术
随着煤炭开采技术的发展以及对煤炭资源采出率的重视，现在大部分矿井回采巷道的布置多采用沿相邻工作面采空区边缘留设窄煤柱的沿空掘巷，巷道一侧是沿空帮窄煤柱，一侧是实体煤，围岩结构具有非对称特征。随着开采强度提高，常常面临相邻工作面开采结束后上覆岩层活动尚未终止，就需要留设窄煤柱沿空掘进本工作面顺槽的问题，这类沿空掘巷掘进期间要受相邻工作面上覆岩层侧向运动的影响，巷道围岩变形破坏严重，且随着开采深度增加，窄煤柱应力集中加剧，沿空掘巷巷道两帮变形破坏的非均衡现象凸显。现有沿空掘巷的支护方式多数仍采用等强均称支护，不能适应沿空掘巷围岩结构的非对称特征及动压影响下的窄煤柱受力特点，巷道围岩变形破坏严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，解决现有沿空掘巷巷道围岩变形的控制问题。
本发明提供一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，包括巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构；巷道顶板支护结构包括钢筋网、W钢带、高强预应力锚杆、由锚索和钢梁组成的锚索钢梁组合体，钢筋网紧贴巷道顶板，W钢带布置于钢筋网的外侧，多根高强预应力锚杆垂直穿过W钢带、钢筋网，高强预应力锚杆的锚固端连接于巷道顶板中，钢梁的两端开设有锚索孔，锚索穿过锚索孔、钢筋网，锚索的锚固端连接于巷道顶板上部相对较稳定岩层中并且锚索的锚固端向巷道实体煤帮侧偏向；巷道两帮非均称支护结构能够实现有控让压，巷道两帮非均称支护结构包括沿空帮支护结构和实体煤帮支护结构；沿空帮支护结构包括钢筋网、W钢带、高强预应力让压锚杆、由锚索和钢梁组成的注浆锚索钢梁组合体，钢筋网紧贴巷道沿空帮，W钢带布置于钢筋网的外侧，多根高强预应力让压锚杆垂直穿过W钢带、钢筋网，高强预应力让压锚杆的锚固端连接于巷道沿空帮中，钢梁的两端开设有锚索孔，注浆锚索穿过锚索孔、钢筋网，注浆锚索的锚固端连接于巷道沿空帮中；实体煤帮支护结构包括钢筋网、钢筋梁与钢带托盘组件、高强预应力让压锚杆、由锚索和钢梁组成的锚索钢梁组合体，钢筋网紧贴巷道实体煤帮，钢筋梁与钢带托盘组件布置于钢筋网的外侧，多根高强预应力让压锚杆垂直穿过钢筋梁与钢带托盘组件、钢筋网，高强预应力让压锚杆的锚固端连接于巷道实体煤帮中，钢梁的两端开设有锚索孔，锚索穿过锚索孔、钢筋网，锚索的锚固端连接于巷道实体煤帮中。
进一步的，还包括帮角锚杆，帮角锚杆的锚固端布置于巷道顶板和巷道底板中。
进一步的，巷道顶板支护结构中，多根高强预应力锚杆形成一排高强预应力锚杆，每隔一排高强预应力锚杆布置一根锚索。
进一步的，锚索交替靠近巷道的中部及巷道沿空帮侧，锚索钢梁组合体沿巷道延伸的方向布置。
进一步的，沿空帮支护结构中，多根高强预应力让压锚杆形成一排高强预应力让压锚杆，每隔两排高强预应力让压锚杆布置注浆锚索钢梁组合体；实体煤帮支护结构中，多根高强预应力让压锚杆形成一排高强预应力让压锚杆，每隔两排高强预应力让压锚杆布置锚索钢梁组合体。
进一步的，沿空帮支护结构中，注浆锚索钢梁组合体竖向布置于巷道沿空帮的中上部；实体煤帮支护结构中，锚索钢梁组合体竖向布置于巷道实体煤帮的上部。
进一步的，沿空帮支护结构中，注浆锚索的长度为煤柱宽度的3/5。
进一步的，实体煤帮支护结构中，锚索锚固端要位于相邻工作面侧向支承压力峰值附近或峰值外侧。
进一步的，巷道顶板支护结构和实体煤帮支护结构中，锚索为鸟巢锚索。
本发明还提供一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构施工方法，通过以下步骤实现上述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构：
步骤一、巷道顶板上施工锚杆孔，布置钢筋网、W钢带，安装高强预应力锚杆；
步骤二、巷道沿空帮上施工锚杆孔，布置钢筋网、W钢带，安装高强预应力让压锚杆；
步骤三、巷道实体煤帮上施工锚杆孔，布置钢筋网、钢筋梁与钢带托盘组件，安装高强预应力让压锚杆；
步骤四、巷道顶板上施工锚索孔并安装钢梁和锚索，巷道沿空帮上施工锚索孔并安装钢梁和注浆锚索，巷道实体煤帮上施工锚索孔并安装钢梁和锚索，对注浆锚索进行注浆加固。与现有技术相比，本发明的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构及施工方法具有以下特点和优点：
1、本发明的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，巷道顶板支护结构、沿空帮支护结构和实体煤帮支护结构共同组成非均称支护结构，可有效控制深部不稳定覆岩下沿空掘巷巷道围岩变形破坏；
2、本发明的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，巷道顶板支护结构中，锚索钢梁组合体靠近巷道中部与沿空侧顺巷道延伸方向布置，锚索锚固端偏向实体煤侧，可有效发挥沿空掘巷巷道上部稳定围岩的作用，减小巷道顶板下沉，改善护巷窄煤柱的受力状况；
3、本发明的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，沿空帮支护结构中，针对沿空帮护巷窄煤柱布置高强预应力让压锚杆、注浆锚索钢梁组合体进行支护，既提高了沿空帮的支护强度，又实现了有控让压，有效地改善了深部沿空掘巷巷道围岩变形破坏的非均衡现象；
4、本发明的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构施工方法，可安全、高效地实现深部不稳定覆岩下沿空掘巷的非均称支护。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构断面图；
图2为本发明实施例中巷道顶板支护结构示意图；
图3为本发明实施例中沿空帮支护结构示意图；
图4为本发明实施例中实体煤帮支护结构示意图；
其中，1、钢筋网，21、W钢带，22、钢筋梁与钢带托盘组件，31、高强预应力锚杆，32、高强预应力让压锚杆，33、帮角锚杆，4、钢梁，51、锚索，52、注浆锚索，61、巷道顶板,62、较稳定岩层，63、巷道沿空帮，631、窄煤柱，64、巷道实体煤帮，65、巷道底板，66、采空区。
具体实施方式
如图1至图4所示，“深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构”中，“深部”为开采深度超过800m的工作面或工程岩体出现非线性力学现象的深度及其以下的深度区间；“不稳定覆岩”是指相邻工作面开采后其基本顶侧向岩层运动尚未终止，开采引起的侧向应力重分布尚未稳定；“沿空掘巷”时巷道沿空帮63的窄煤柱631宽度为5m～6m，窄煤柱631的外侧为采空区66；“非均称支护”是指针对沿空掘巷围岩结构特征及变形破坏特点，对巷道顶板61、巷道沿空帮63和巷道实体煤帮64采用不同的支护强度、支护结构；巷道沿空帮63和巷道实体煤帮64支护应考虑巷道沿空帮63的窄煤柱631与巷道实体煤帮64由应力集中以及矿山压力影响引起的整体外鼓、滑移，巷道沿空帮63和巷道实体煤帮64支护既要有一定的强度，又要有一定的让压功能，实现有控让压。
本实施例提供一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，包括巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构，巷道两帮非均称支护结构能够实现有控让压，其包括沿空帮支护结构和实体煤帮支护结构，沿空帮支护结构、实体煤帮支护结构采用不同的支护结构与支护强度。巷道顶板支护结构包括钢筋网1、W钢带21、高强预应力锚杆31、钢梁4和锚索51。多根高强预应力锚杆31和W钢带21形成组合支护单元，以形成浅层支护。两根锚索51与钢梁4组成锚索钢梁组合体支护单元，以形成深层支护。钢筋网1紧贴巷道顶板61，W钢带21布置于钢筋网1的外侧，多根高强预应力锚杆31垂直穿过W钢带21、钢筋网1，高强预应力锚杆31的锚固端连接于巷道顶板61中，钢梁4的两端开设有锚索孔，锚索51穿过锚索孔、钢筋网1，锚索51的锚固端连接于巷道顶板61上部较稳定岩层62中。锚索51为鸟巢锚索，端部鸟巢个数不少于3个，锚索51的直径不小于17.8mm，锚索抗拉强度不低于1860MPa。锚索51的锚固端向巷道实体煤帮64侧偏向，优选的可以相对于垂直于巷道顶板61的方向，锚索51的锚固端向巷道实体煤帮侧64偏向10度。在巷道顶板支护结构中，多根高强预应力锚杆31形成一排，每隔一排高强预应力锚杆31布置一根锚索51，锚索51靠近巷道的中部及巷道沿空帮63侧，钢梁4布置有两列，钢梁4沿巷道延伸的方向交替布置。钢筋网1对巷道顶板61起到整体包裹作用，高强预应力锚杆31和W钢带21起到浅层支护，锚索51和钢梁4起到深层支护。
沿空帮支护结构包括钢筋网1、W钢带21、高强预应力让压锚杆32、钢梁4和注浆锚索52。多根高强预应力让压锚杆32和W钢带21形成组合支护单元，以形成预应力承载结构。两根注浆锚索52与钢梁4形成注浆锚索钢梁组合体支护单元，用于强化整体支护效应。注浆锚索52的长度为巷道沿空帮63的窄煤柱631宽度的3/5。钢筋网1紧贴巷道沿空帮63，W钢带21布置于钢筋网1的外侧，多根高强预应力让压锚杆32垂直穿过W钢带21、钢筋网1，高强预应力让压锚杆32的锚固端连接于巷道沿空帮63中，钢梁4的两端开设有锚索孔，注浆锚索52穿过锚索孔、钢筋网1，注浆锚索52的锚固端连接于巷道沿空帮63中。沿空帮支护结构中，多根高强预应力让压锚杆32形成一排，每隔两排高强预应力让压锚杆32布置钢梁4，钢梁4竖向布置于巷道沿空帮63的中上部。钢筋网1对巷道沿空帮63起到整体包裹作用，高强预应力让压锚杆32和W钢带21用于形成预应力承载结构，高强预应力让压锚杆32在巷道沿空帮63的布置密度大于在巷道实体煤帮64的布置密度，注浆锚索52和钢梁4用于强化支护整体效应。
实体煤帮支护结构包括钢筋网1、钢筋梁与钢带托盘组件22、高强预应力让压锚杆32、钢梁4和锚索51。多根高强预应力让压锚杆32和钢筋梁与钢带托盘组件22形成组合支护单元，以形成预应力承载结构。两根锚索51与钢梁4形成锚索钢梁组合体支护单元，用于强化整体支护效应。钢筋网1紧贴巷道实体煤帮64，钢筋梁与钢带托盘组件22布置于钢筋网1的外侧，多根高强预应力让压锚杆32垂直穿过钢筋梁与钢带托盘组件22、钢筋网1，高强预应力让压锚杆32的锚固端连接于巷道实体煤帮64中，钢梁4的两端开设有锚索孔，锚索51穿过锚索孔、钢筋网1，锚索51的锚固端连接于巷道实体煤帮64中，锚索51锚固端要位于相邻工作面侧向支承压力峰值附近或峰值外侧。锚索51为鸟巢锚索，端部鸟巢个数不少于3个，锚索51的直径不小于17.8mm，锚索抗拉强度不低于1860MPa。实体煤帮支护结构中，多根高强预应力让压锚杆32形成一排，每隔两排高强预应力让压锚杆32布置钢梁4，钢梁4竖向布置于巷道实体煤帮64的中上部。钢筋网1对巷道实体煤帮64起到整体包裹作用，高强预应力让压锚杆32和钢筋梁与钢带托盘组件22用于形成预应力承载结构，锚索51和钢梁4用于强化支护整体效应。
本实施例中的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，还包括帮角锚杆33，帮角锚杆33的锚固端布置于巷道顶板61的岩层中和巷道底板65中，优选的帮角锚杆与巷道顶板61的岩层面、巷道底板65的夹角均为10度。
本实施例中的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，巷道顶板支护结构可有效发挥沿空掘巷巷道上部较稳定岩层62的作用，减小巷道顶板61下沉，改善护巷的窄煤柱631的受力状况；沿空帮支护结构既提高了巷道沿空帮63的支护强度，又实现了有控让压，有效地改善了深部沿空掘巷巷道围岩变形破坏的非均衡现象；巷道顶板支护结构、沿空帮支护结构和实体煤帮支护结构共同组成非均称支护结构，可有效控制深部不稳定覆岩下沿空掘巷巷道围岩变形破坏。
本实施例还提供一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构施工方法，通过以下步骤实现上述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构：
步骤一、巷道顶板61上施工锚杆孔，布置钢筋网1、W钢带21，安装高强预应力锚杆31；
步骤二、巷道沿空帮63上施工锚杆孔，布置钢筋网1、W钢带21，安装高强预应力让压锚杆32；
步骤三、巷道实体煤帮64上施工锚杆孔，布置钢筋网1、钢筋梁与钢带托盘组件22，安装高强预应力让压锚杆32；
步骤四、巷道顶板61上施工锚索孔并安装钢梁4和锚索51，巷道沿空帮63上施工锚索孔并安装钢梁4和注浆锚索52，巷道实体煤帮64上施工锚索孔并安装钢梁4和锚索51，对注浆锚索52进行注浆加固。
步骤一、步骤二、步骤三中，锚杆孔的定位、孔径、角度应满足设计要求，安装强预应力锚杆31、高强预应力让压锚杆32前应将锚杆孔中的岩粉、煤粉清理干净，锚固剂应按照设计要求的数量、顺序安放，锚杆托盘与螺母之间须使用减摩垫圈，高强预应力锚杆31、高强预应力让压锚杆32安装后必须达到设计的预紧力。
步骤四中，锚索孔的定位、孔径、角度应满足设计要求，安装锚索51、注浆锚索52前应将锚索孔中的岩粉、煤粉清理干净，锚索51、注浆锚索52安装时必须施加设计的预紧力。
本实施例中的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构施工方法，据巷后先施工巷道顶板61上的高强预应力锚杆，有利于形成安全的施工环境；及时施工巷道沿空帮高强预应力让压锚杆并施加设计预紧力，可提高窄煤柱631的稳定性，高强预应力锚杆、高强预应力让压锚杆安装完成后，施工、安装锚索、注浆锚索有利于发挥高强预应力锚杆、高强预应力让压锚杆、锚索、注浆锚索的协同支护作用，提高了支护的安全性和效果。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：包括巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构；巷道顶板支护结构包括钢筋网、W钢带、高强预应力锚杆、由锚索和钢梁组成的锚索钢梁组合体，钢筋网紧贴巷道顶板，W钢带布置于钢筋网的外侧，多根高强预应力锚杆垂直穿过W钢带、钢筋网，高强预应力锚杆的锚固端连接于巷道顶板中，钢梁的两端开设有锚索孔，锚索穿过锚索孔、钢筋网，锚索的锚固端连接于巷道顶板上部相对较稳定岩层中并且锚索的锚固端向巷道实体煤帮侧偏向；巷道两帮非均称支护结构能够实现有控让压，巷道两帮非均称支护结构包括沿空帮支护结构和实体煤帮支护结构；沿空帮支护结构包括钢筋网、W钢带、高强预应力让压锚杆、由锚索和钢梁组成的注浆锚索钢梁组合体，钢筋网紧贴巷道沿空帮，W钢带布置于钢筋网的外侧，多根高强预应力让压锚杆垂直穿过W钢带、钢筋网，高强预应力让压锚杆的锚固端连接于巷道沿空帮中，钢梁的两端开设有锚索孔，注浆锚索穿过锚索孔、钢筋网，注浆锚索的锚固端连接于巷道沿空帮中；实体煤帮支护结构包括钢筋网、钢筋梁与钢带托盘组件、高强预应力让压锚杆、由锚索和钢梁组成的锚索钢梁组合体，钢筋网紧贴巷道实体煤帮，钢筋梁与钢带托盘组件布置于钢筋网的外侧，多根高强预应力让压锚杆垂直穿过钢筋梁与钢带托盘组件、钢筋网，高强预应力让压锚杆的锚固端连接于巷道实体煤帮中，钢梁的两端开设有锚索孔，锚索穿过锚索孔、钢筋网，锚索的锚固端连接于巷道实体煤帮中。
2.根据权利要求1所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：还包括帮角锚杆，帮角锚杆的锚固端布置于巷道顶板和巷道底板中。
3.根据权利要求1所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：巷道顶板支护结构中，多根高强预应力锚杆形成一排高强预应力锚杆，每隔一排高强预应力锚杆布置一根锚索。
4.根据权利要求3所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：锚索交替靠近巷道的中部及巷道沿空帮侧，锚索钢梁组合体沿巷道延伸的方向布置。
5.根据权利要求1所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：沿空帮支护结构中，多根高强预应力让压锚杆形成一排高强预应力让压锚杆，每隔两排高强预应力让压锚杆布置注浆锚索钢梁组合体；实体煤帮支护结构中，多根高强预应力让压锚杆形成一排高强预应力让压锚杆，每隔两排高强预应力让压锚杆布置锚索钢梁组合体。
6.根据权利要求5所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：沿空帮支护结构中，注浆锚索钢梁组合体竖向布置于巷道沿空帮的中上部；实体煤帮支护结构中，锚索钢梁组合体竖向布置于巷道实体煤帮的上部。
7.根据权利要求1所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：沿空帮支护结构中，注浆锚索的长度为煤柱宽度的3/5。
8.根据权利要求1所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：实体煤帮支护结构中，锚索锚固端要位于相邻工作面侧向支承压力峰值附近或峰值外侧。
9.根据权利要求1至8任一项所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构，其特征在于：巷道顶板支护结构和实体煤帮支护结构中，锚索为鸟巢锚索。
10.一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构施工方法，其特征在于，通过以下步骤实现权利要求1至9任一项所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护结构：
步骤一、巷道顶板上施工锚杆孔，布置钢筋网、W钢带，安装高强预应力锚杆；
步骤二、巷道沿空帮上施工锚杆孔，布置钢筋网、W钢带，安装高强预应力让压锚杆；
步骤三、巷道实体煤帮上施工锚杆孔，布置钢筋网、钢筋梁与钢带托盘组件，安装高强预应力让压锚杆；
步骤四、巷道顶板上施工锚索孔并安装钢梁和锚索，巷道沿空帮上施工锚索孔并安装钢梁和注浆锚索，巷道实体煤帮上施工锚索孔并安装钢梁和锚索，对注浆锚索进行注浆加固。
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