CN107387115A - 一种对巷道顶板进行支护的支护方法 - Google Patents

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胡建平
张艳霞
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Shenhua Shendong Coal Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种对巷道顶板进行支护的支护方法，包括如下步骤：S001：确定每种直径的锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系；S002：向巷道顶板内打入预设直径的锚索；S003：在巷道顶板上安装有离层观测仪；S004：通过离层观测仪监测顶板离层的当前下沉量h，通过步骤S001中的公式计算出锚索的当前受力X0；S005：将锚索的当前受力X0与锚索的破断力k进行比较。通过监测顶板离层的下沉量，可以得知锚索的当前受力状态，进而获得锚索是否处于安全状态，从而最终从整体上得出巷道顶板处于安全状态还是需要补强支护，为巷道顶板的日常管理提供了有力的指导手段。

Description

一种对巷道顶板进行支护的支护方法
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种对巷道顶板进行支护的支护方法。
背景技术
安全、有效、快速的巷道支护技术是保证煤矿安全、高效生产的必要条件。为缓解矿井采掘接续困难问题，许多矿井积极采用了锚杆、锚索支护技术，并取得了良好效果。截止至2005年，国有重点煤矿的煤巷锚杆支护率达到60％，有些矿区甚至超过了90％。锚杆、锚索支护与传统支护相比，显著改善了巷道支护效果，降低了巷道支护成本，减轻了工人劳动强度。更重要的是锚杆、锚索支护大大简化了采煤工作面端头支护和超前支护工艺，为采煤工作面安全、快速推进创造了良好条件。
目前，矿井巷道顶板监测主要采取设置顶板离层仪观测顶板离层量，对顶板离层的情况进行观测，对巷道顶板管理起到了一定的指导作用。但是，顶板离层仪观测法只能根据顶板离层量对巷道状况进行判断，而对锚索支护状况不得而知，无法得知锚索目前的受力状态和破坏程度，不利于从整体上了解巷道顶板的安全状态。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种能够全面了解巷道顶板的安全状态的支护方法。
本发明技术方案提供一种对巷道顶板进行支护的支护方法，包括如下步骤：
S001：确定每种直径的锚索的初始长度L和每种直径的所述锚索的破断力k，并确定每种直径的锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系；
其中，y＝ax3-bx2+cx-d，式中a、b、c、d为常数；
S002：向巷道顶板内打入预设直径的锚索；
S003：在所述巷道顶板上安装有用于监测所述巷道顶板中的顶板离层的下沉量的离层观测仪，所述离层观测仪与外部的监控计算装置通信连接；
S004：通过所述离层观测仪监测所述顶板离层的当前下沉量h，此时，所述锚索的延伸量为h，所述锚索的延伸率y＝h/L；
通过步骤S001中的公式计算出所述锚索的当前受力X0；
S005：将所述锚索的当前受力X0与所述锚索的破断力k进行比较：
如X0≥k，则判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护；
如X0＜k，则判断为所述巷道顶板目前为安全状态。
进一步地，在所述步骤S005中，将所述锚索的当前受力X0和所述锚索的破断力k与小于k的常数e之间的差值进行比较：
如X0≥k-e，则判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护；
如X0＜k-e，则判断为所述巷道顶板目前为安全状态。
进一步地，当需要对巷道顶板进行补强支护时，向所述巷道顶板内打入直径大于预设直径的锚索。
进一步地，在向所述巷道顶板内打入直径大于预设直径的锚索时，使直径大于预设直径的所述锚索之间的间排距小于预设直径的所述锚索之间的间排距。
进一步地，在确定每种直径的锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系时，通过如下方式确定：
选取预设长度的每种直径的锚索；
通过拉力检测装置对每种直径的所述锚索进行拉伸；
记录每个阶段的拉力及每种直径的所述锚索的延伸量；
计算出每个阶段中每种直径的所述锚索的延伸率；
制作体现锚索的延伸率与拉力之间关系的延伸率拉力关系图；
得出每种直径的所述锚索的延伸率与拉力之间的关系。
进一步地，在所述锚索的直径为17.8mm时，所述锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系如下：
y＝0.6617x3-3.98x2+6.8767x-4.06；
在所述锚索的直径为21.6mm时，所述锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系如下：
y＝0.5433x3-3.36x2+6.8767x-4.06。
进一步地，预设所述巷道顶板中的所述顶板离层的警戒下沉量为h0；
将所述顶板离层的当前下沉量h与警戒下沉量h0进行比较：
当h≥h0时，则判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护；
当h＜h0时，则判断为所述巷道顶板目前为安全状态。
进一步地，将所述顶板离层的当前下沉量h和警戒下沉量h0与小于h0的常数f之间的差值进行比较：
当h≥h0-f时，则判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护；
当h＜h0-f时，则判断为所述巷道顶板目前为安全状态。
进一步地，在判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护时，所述监控计算装置发出警示。
进一步地，在X0≥k时，所述监控计算装置发出声音警示；
在h≥h0时，所述监控计算装置发出灯光警示。
采用上述技术方案，具有如下有益效果：
通过监测顶板离层的下沉量，可以得知锚索的当前受力状态，进而获得锚索是否处于安全状态，从而最终从整体上得出巷道顶板处于安全状态还是需要补强支护，为巷道顶板的日常管理提供了有力的指导手段。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的对巷道顶板进行支护的支护方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明一实施例提供的一种对巷道顶板进行支护的支护方法，包括如下步骤：
S001：确定每种直径的锚索的初始长度L和每种直径的锚索的破断力k，并确定每种直径的锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系；
其中，y＝ax3-bx2+cx-d，式中a、b、c、d为常数。
S002：向巷道顶板内打入预设直径的锚索。
S003：在巷道顶板上安装有用于监测巷道顶板中的顶板离层的下沉量的离层观测仪，离层观测仪与外部的监控计算装置通信连接。
该处所指的通信连接为信号连接或电连接。
顶板离层为巷道顶板中可能向下下沉的岩层，如果下沉量过大可能会发生冒顶事故。
S004：通过离层观测仪监测顶板离层的当前下沉量h，此时，锚索的延伸量为h，锚索的延伸率y＝h/L；
通过步骤S001中的公式计算出锚索的当前受力X0。
当顶板离层下车h时，锚索也相应地延伸了h，此时其延伸率y＝h/L。
S005：将锚索的当前受力X0与锚索的破断力k进行比较：
如X0≥k，则判断为需要对巷道顶板进行补强支护；
如X0＜k，则判断为巷道顶板目前为安全状态。
该处所指的破断力为锚索断裂时所受的力，当锚索当前所受的力大于或等于破断力时，则锚索或断裂，无法对巷道顶板提供有效支护，所以此时需要对巷道顶板进行加强支护，以免发生冒顶事故。
当锚索当前所受的力小于破断力时，则锚索安全，可以为巷道顶板提供有效支护，巷道顶板也处于安全状态。
如此，通过监测顶板离层的下沉量，可以得知锚索的当前受力状态，进而获得锚索是否处于安全状态，从而最终从整体上得出巷道顶板处于安全状态还是需要补强支护，为巷道顶板的日常管理提供了有力的指导手段。
较佳地，在步骤S005中，将锚索的当前受力X0和锚索的破断力k与小于k的常数e之间的差值进行比较：
如X0≥k-e，则判断为需要对巷道顶板进行补强支护；
如X0＜k-e，则判断为巷道顶板目前为安全状态。
即在锚索的破断力值附近设置一个破断力界限范围，当锚索当前所受的力小于破断力界限范围的最小值时，则说明锚索安全，当锚索当前所受的力大于或等于破断力界限范围的最小值时，则说明锚索可能处于断裂边缘，需要对巷道顶板进行补强支护，有利于提高安全性。
较佳地，当需要对巷道顶板进行补强支护时，向巷道顶板内打入直径大于预设直径的锚索。例如初始时向巷道顶板内打入直径为17.8mm的锚索，在判断为直径为17.8mm的锚索可能发生断裂时，再向巷道顶板内补打入直径为21.6mm的锚索，以提高支护强度，避免冒顶事故发生。
一般情况下，直径大的锚索的延伸率小于直径小的锚索的延伸率，可以承受更大的压力。
较佳地，在向巷道顶板内打入直径大于预设直径的锚索时，使直径大于预设直径的锚索之间的间排距小于预设直径的锚索之间的间排距。
利于在补打入直径为21.6mm的锚索时，使直径为21.6mm的锚索之间的间排距小于直径为17.8mm的锚索之间的间排距，提高对巷道顶板的支护强度和支护效果。
该处所指的间排距包括两条相邻的锚索之间的间距和两排相邻的锚索之间的排距。
较佳地，在确定每种直径的锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系时，通过如下方式确定：
第一步：选取预设长度的每种直径的锚索。
第二步：通过拉力检测装置对每种直径的锚索进行拉伸。
第三步：记录每个阶段的拉力及每种直径的锚索的延伸量。
第四步：计算出每个阶段中每种直径的锚索的延伸率＝延伸量/预设长度。
第五步：制作体现锚索的延伸率与拉力之间关系的延伸率拉力关系图。
第六步：得出每种直径的锚索的延伸率与拉力之间的关系。
由延伸率拉力关系图可知，锚索受力发生延伸后，受力与延伸率为非线性变化。在锚索受力初期，锚索延伸率的斜率小，随着受力的增加，锚索延伸率的斜率增加，即在锚索受力不超过理论的破断力的前提下，锚索受力越大，延伸率越大。
通过对延伸率拉力关系图添加趋势线，得出y＝ax3-bx2+cx-d，式中a、b、c、d为常数。
其中，在锚索的直径为17.8mm时，a＝0.6617、b＝3.98、c＝6.8767、d＝4.06。
锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系如下：
y＝0.6617x3-3.98x2+6.8767x-4.06。
在锚索的直径为21.6mm时，a＝0.5433、b＝3.36、c＝6.8767、d＝4.06。
锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系如下：
y＝0.5433x3-3.36x2+6.8767x-4.06。
在步骤S002中，可以先向巷道顶板内打入直径为17.8mm的锚索，当在步骤S005中判断为需要加强支护时，再向巷道顶板内打入直径为21.6mm的锚索。
较佳地，预设巷道顶板中的顶板离层的警戒下沉量为h0，警戒下沉量即为顶板离层可以下沉的最大量，如果顶板离层的下沉量超过警戒下沉量h0或顶板离层可以下沉的最大量，巷道顶板就处于不安全状态，可能会发生冒顶事故。
将顶板离层的当前下沉量h与警戒下沉量h0进行比较：
当h≥h0时，则判断为需要对巷道顶板进行补强支护；
当h＜h0时，则判断为巷道顶板目前为安全状态。
如此，则实现了即通过观测顶板离层的下沉量来监测巷道顶板安全状态，还通过离层下沉量得知锚索的当前延伸量、延伸率及当前受力，从而能够从整体上监测巷道顶板的安全状态，将顶板离层的下沉量与锚索的当前受力有机地联系在一起，提高了监测效果。
较佳地，将顶板离层的当前下沉量h和警戒下沉量h0与小于h0的常数f之间的差值进行比较：
当h≥h0-f时，则判断为需要对巷道顶板进行补强支护；
当h＜h0-f时，则判断为巷道顶板目前为安全状态。
即在顶板离层的警戒下沉量附近设置一个警戒下沉量界限范围，当顶板离层的当前下沉量小于警戒下沉量界限范围的最小值时，则说明巷道顶板安全，当顶板离层的当前下沉量大于或等于警戒下沉量界限范围的最小值时，则说明巷道顶板可能会冒顶，需要对巷道顶板进行补强支护，有利于提高安全性。
较佳地，在判断为需要对巷道顶板进行补强支护时，监控计算装置发出警示，有利于施工人员迅速发现问题及时加强支护，避免发生危险事故。
较佳地，在X0≥k时，监控计算装置发出声音警示，在h≥h0时，监控计算装置发出灯光警示，使得施工人员在听到不同的警示信号后，立马得知具体的原因，例如在听到声音警示信号后，施工人员立马了解因锚索受力原因可能会导致冒顶，看到灯光警示信号后，施工人员立马了解因顶板离层下沉过大可能会导致冒顶，从而利于快速提供不同的应对方案。
根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种对巷道顶板进行支护的支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
S001：确定每种直径的锚索的初始长度L和每种直径的所述锚索的破断力k，并确定每种直径的锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系；
其中，y＝ax3-bx2+cx-d，式中a、b、c、d为常数；
S002：向巷道顶板内打入预设直径的锚索；
S003：在所述巷道顶板上安装有用于监测所述巷道顶板中的顶板离层的下沉量的离层观测仪，所述离层观测仪与外部的监控计算装置通信连接；
S004：通过所述离层观测仪监测所述顶板离层的当前下沉量h，此时，所述锚索的延伸量为h，所述锚索的延伸率y＝h/L；
通过步骤S001中的公式计算出所述锚索的当前受力X0；
S005：将所述锚索的当前受力X0与所述锚索的破断力k进行比较：
如X0≥k，则判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护；
如X0＜k，则判断为所述巷道顶板目前为安全状态。
2.根据权利要求1所述的支护方法，其特征在于，在所述步骤S005中，将所述锚索的当前受力X0和所述锚索的破断力k与小于k的常数e之间的差值进行比较：
如X0≥k-e，则判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护；
如X0＜k-e，则判断为所述巷道顶板目前为安全状态。
3.根据权利要求1或2所述的支护方法，其特征在于，当需要对巷道顶板进行补强支护时，向所述巷道顶板内打入直径大于预设直径的锚索。
4.根据权利要求3所述的支护方法，其特征在于，在向所述巷道顶板内打入直径大于预设直径的锚索时，使直径大于预设直径的所述锚索之间的间排距小于预设直径的所述锚索之间的间排距。
5.根据权利要求1所述的支护方法，其特征在于，在确定每种直径的锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系时，通过如下方式确定：
选取预设长度的每种直径的锚索；
通过拉力检测装置对每种直径的所述锚索进行拉伸；
记录每个阶段的拉力及每种直径的所述锚索的延伸量；
计算出每个阶段中每种直径的所述锚索的延伸率；
制作体现锚索的延伸率与拉力之间关系的延伸率拉力关系图；
得出每种直径的所述锚索的延伸率与拉力之间的关系。
6.根据权利要求1或5所述的支护方法，其特征在于，
在所述锚索的直径为17.8mm时，所述锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系如下：
y＝0.6617x3-3.98x2+6.8767x-4.06；
在所述锚索的直径为21.6mm时，所述锚索的延伸率y与锚索的受力x之间的关系如下：
y＝0.5433x3-3.36x2+6.8767x-4.06。
7.根据权利要求1所述的支护方法，其特征在于，预设所述巷道顶板中的所述顶板离层的警戒下沉量为h0；
将所述顶板离层的当前下沉量h与警戒下沉量h0进行比较：
当h≥h0时，则判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护；
当h＜h0时，则判断为所述巷道顶板目前为安全状态。
8.根据权利要求7所述的支护方法，其特征在于，将所述顶板离层的当前下沉量h和警戒下沉量h0与小于h0的常数f之间的差值进行比较：
当h≥h0-f时，则判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护；
当h＜h0-f时，则判断为所述巷道顶板目前为安全状态。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的支护方法，其特征在于，在判断为需要对所述巷道顶板进行补强支护时，所述监控计算装置发出警示。
10.根据权利要求7所述的支护方法，其特征在于，
在X0≥k时，所述监控计算装置发出声音警示；
在h≥h0时，所述监控计算装置发出灯光警示。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171124

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