CN107701212A - 一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法 - Google Patents

一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法，主要包括：设计预留断面回采巷道断面形状与尺寸，将回采巷道支护划分为两帮支护区和顶板支护区；对两帮支护区进行短锚杆与底角锚杆支护，顶板支护区进行长锚杆支护、中心锚索与斜拉锚索支护，中心锚索与斜拉锚索穿越U型钢梁出露孔形成桁架锚索结构；采用薄皮钢筒灌注混凝土制作包表混凝土立柱，在顶板端部锚索U型钢梁下布置两节垂直连接包表混凝土立柱，包表混凝土立柱与U型钢梁间采用垫块充填；对顶板支护区进行混凝土初喷与复喷，完成回采巷道顶板支护区的强化控制；定期清理两帮凸出煤体与补打锚杆，对顶板下沉量与混凝土立柱受力进行监测，依据监测数据完善支护参数。

Description

一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法
技术领域
本发明涉及一种回采巷道围岩锚固技术，是一种通过锚网初次支护承载、卸压协同配合顶板二次强力控制的巷道围岩控制技术，属于岩土工程锚固支护领域，尤其涉及到地下采矿工程煤层回采巷道围岩锚固技术。
背景技术
矿井巷道是地下通往采场的唯一通道，保持稳定的巷道围岩状况对于井工矿井实现安全、高效回采至关重要，其中回采巷道是形成井下开采作业面的重中之重，作为一个采区工作面服务的巷道，在矿井生产系统中扮演着极为重要的枢纽性角色，是与矿工生命安全息息相关的一类巷道，对其安全性能要求较高。由于回采巷道受工作面采动与掘进影响较大，矿压显现相对较为剧烈，并且其服务年限短、开掘里程长、开掘次数频繁，因此回采巷道的支护一直是嚼而不烂的问题。
矿井开掘的回采巷道并不同于一般的结构工程，巷道围岩能否保持稳定的状态是由围岩自身的强度、围岩内的应力和支护状况这三个因素共同决定的，因此，对巷道围岩的控制也得从这三个方面入手，即选择合适手段降低巷道围岩的应力、适当的支护方式来加强围岩特性。回采巷道从开掘到报废的整个服务期间要经历掘进、回采等一系列复杂的影响过程，巷道围岩要发生“弹塑性-破裂-破碎-松动”的形变过程，甚至巷道表面围岩在掘进的过程中已经处于了破碎的不稳定状态。因此需要正确地认识到巷道围岩顶板、两帮的不同条件，分区进行治理以达到有效控制巷道围岩的变形与破坏且不浪费。
目前，矿山煤层回采巷道围岩锚固支护主要采用巷道围岩锚杆-锚索基本支护、锚网喷联合支护、锚杆-锚索主动支护与型钢被动支护耦合等多种方法。而在深部开采条件下，锚杆-锚索基本支护难以满足巷道围岩的稳定，而锚网喷联合支护、锚杆-锚索主动支护与型钢被动支护耦合等又较少考虑不同区域的弱化与强化协同，造成支护材料的浪费与施工工序复杂化。本发明基于深部回采巷道围岩锚网主动支护承载、应力释放与二次顶板支护强化承载协同的围岩稳定思想，通过对回采巷道进行分区，实现了深部回采巷道不同区域的弱化与强化支护的协同，降低了支护成本，促进了围岩稳定。
发明内容
本发明针对现有深部回采巷道采用锚杆-锚索基本支护难以实现围岩稳定与二次支护成本过高的弊端，提出了一种基于锚网主动支护承载、应力释放与二次顶板支护强化承载协同的回采巷道围岩控制方法，旨在通过锚杆支护的应力释放与二次顶板强化承载的协同，消弱两帮煤体承载，控制顶板下沉，降低支护成本，实现巷道围岩稳定。
为实现上述目的，本发明提供一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法，其采取的技术方案是：设计预留断面回采巷道断面形状与尺寸，将回采巷道支护划分为两帮支护区和顶板支护区；对两帮支护区进行短锚杆与底角锚杆支护，顶板支护区进行长锚杆支护、中心锚索与斜拉锚索支护，中心锚索与斜拉锚索穿越U型钢梁出露孔形成桁架锚索结构；采用薄皮钢筒灌注混凝土制作包表混凝土立柱，在顶板端部锚索U型钢梁下布置两节垂直连接包表混凝土立柱，包表混凝土立柱与U型钢梁间采用垫块充填；对顶板支护区进行混凝土初喷与复喷，完成回采巷道顶板支护区的强化控制；定期清理两帮凸出煤体与补打锚杆，对顶板下沉量与混凝土立柱受力进行监测，依据监测数据完善支护参数。
该技术主要包括以下步骤：
步骤一，回采巷道设计与围岩分区：设计预留断面回采巷道断面形状与尺寸，沿煤层顶板掘进回采巷道，将回采巷道支护划分为两帮支护区和顶板支护区；
步骤二，锚杆与锚索梁的分区支护：对掘出回采巷道两帮支护区进行普通短锚杆与底角锚杆支护，挂金属网护表，回采巷道顶板支护区进行长锚杆、中心锚索与斜拉锚索支护，壁面挂金属网护表，中心锚索与斜拉锚索分别穿越U型钢梁中心与两端出露孔通过中心卡箍与斜拉卡箍连接形成桁架锚索结构；
步骤三，承载包表混凝土立柱制作：采用薄皮钢筒灌注混凝土制作包表混凝土立柱，用压平机具将灌注混凝土薄皮钢筒的柱面与柱底做平，并洒水养护至强度恢复；
步骤四，立柱与桁架锚索协同承载：监测围岩变形量达到预留设计下沉量时，在顶板支护区端部锚索U型钢梁下布置两节垂直连接的包表混凝土立柱，包表混凝土立柱与U型钢梁间采用垫块充填，实现混凝土立柱与桁架锚索协同承载；
步骤五，顶板初喷与复喷重点强化：对顶板支护区进行混凝土喷射封闭围岩形成初喷层，初次喷射混凝土厚度以封闭金属网为止，间隔一段时间后，二次喷射混凝土封闭U型钢梁形成复喷层，完成回采巷道顶板支护区强化控制；
步骤六，两帮煤体清理与支护完善：根据两帮支护区煤体变形情况，定期清理两帮凸出煤体与补打短锚杆、底角锚杆，对顶板支护区下沉量与混凝土立柱受力进行监测，依据监测结果完善支护参数，实现回采巷道围岩稳定。
进一步，在步骤二中，两帮支护区短锚杆与底角锚杆的长度、直径、间排距参数满足两帮锚固体墙形成，顶板支护区长锚杆参数满足形成顶板锚固体梁，斜拉锚索与中心锚索梁参数满足桁架结构承载要求。
进一步，在步骤三中，薄皮钢筒灌注425#普通硅酸盐水泥、沙子、石子与水按1：1.37：2.78：0.46重量比混合搅拌的混凝土制成包表混凝土立柱。
进一步，在步骤四中，混凝土立柱均位于斜拉锚索穿越U型钢梁出露孔向内100mm处，且每隔一排桁架锚索，在桁架锚索两端支设一对混凝土立柱。
进一步，在步骤五中，混凝土初喷层采用425#普通硅酸盐水泥与按1：3比例混合搅拌喷射，复喷层混凝土参数与初喷层参数相同，且混凝土初喷与复喷时间间隔大于3d。
本发明的优点和有益效果是：本发明基于深部回采巷道围岩锚网主动支护承载、应力释放与二次顶板支护强化承载协同的围岩稳定思想，通过锚杆支护的应力释放与二次顶板强化承载的协同，消弱了两帮煤体承载、强化顶板了锚固承载，实现围岩了分区控制、降低了巷道支护成本，促进了深部回采巷道的围岩稳定。
附图说明
图1是实现本发明一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法结构示意图。
图2是图1轴向展开示意图。
图中：1为U型钢；2为斜拉卡箍；3为垫块；4为混凝土立柱；5为回采巷道；6为底角锚杆；7为中心锚索；8为顶板支护区；9为中心卡箍；10为长锚杆；11为斜拉锚索；12为初喷层；13为复喷层；14为短锚杆；15为两帮支护区；16为金属网。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供了一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法。
如图1~2所示，本发明的具体实施方式包括如下步骤：
步骤一，回采巷道5设计与围岩分区：设计预留断面回采巷道5断面形状与尺寸，沿煤层顶板掘进回采巷道5，将回采巷道5支护划分为两帮支护区15和顶板支护区8；
步骤二，锚杆与锚索梁的分区支护：对掘出回采巷道5两帮支护区15进行普通短锚杆14与底角锚杆6支护，挂金属网16护表，回采巷道5顶板支护区8进行长锚杆10、中心锚索7与斜拉锚索11支护，壁面挂金属网16护表，中心锚索7与斜拉锚索11分别穿越U型钢1梁中心与两端出露孔通过中心卡箍9与斜拉卡箍2连接形成桁架锚索结构；
步骤三，承载包表混凝土立柱4制作：采用薄皮钢筒灌注混凝土制作包表混凝土立柱4，用压平机具将灌注混凝土薄皮钢筒的柱面与柱底做平，并洒水养护至强度恢复；
步骤四，立柱与桁架锚索协同承载：监测围岩变形量达到预留设计下沉量时，在顶板支护区8端部锚索U型钢1梁下布置两节垂直连接的包表混凝土立柱4，包表混凝土立柱4与U型钢1梁间采用垫块3充填，实现混凝土立柱4与桁架锚索协同承载；
步骤五，顶板初喷与复喷重点强化：对顶板支护区8进行混凝土喷射封闭围岩形成初喷层12，初次喷射混凝土厚度以封闭金属网16为止，间隔一段时间后，二次喷射混凝土封闭U型钢1梁形成复喷层13，完成回采巷道5顶板支护区8强化控制；
步骤六，两帮煤体清理与支护完善：根据两帮支护区15煤体变形情况，定期清理两帮凸出煤体与补打短锚杆14、底角锚杆6，对顶板支护区8下沉量与混凝土立柱4受力进行监测，依据监测结果完善支护参数，实现回采巷道5围岩稳定。
进一步，在步骤二中，两帮支护区15短锚杆14与底角锚杆6的长度、直径、间排距参数满足两帮锚固体墙形成，顶板支护区8长锚杆10参数满足形成顶板锚固体梁，斜拉锚索11与中心锚索7梁参数满足桁架结构承载要求。
进一步，在步骤三中，薄皮钢筒灌注425#普通硅酸盐水泥、沙子、石子与水按1：1.37：2.78：0.46重量比混合搅拌的混凝土制成包表混凝土立柱4。
进一步，在步骤四中，混凝土立柱4均位于斜拉锚索11穿越U型钢1梁出露孔向内100mm处，且每隔一排桁架锚索，在桁架锚索两端支设一对混凝土立柱4。
进一步，在步骤五中，混凝土初喷层12采用425#普通硅酸盐水泥与按1：3比例混合搅拌喷射，复喷层13混凝土参数与初喷层12参数相同，且混凝土初喷与复喷时间间隔大于3d。
本发明不仅仅局限于本实施方式的描述，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
步骤一，回采巷道设计与围岩分区：设计预留断面回采巷道断面形状与尺寸，沿煤层顶板掘进回采巷道，将回采巷道支护划分为两帮支护区和顶板支护区；
步骤二，锚杆与锚索梁的分区支护：对掘出回采巷道两帮支护区进行普通短锚杆与底角锚杆支护，挂金属网护表，回采巷道顶板支护区进行长锚杆、中心锚索与斜拉锚索支护，壁面挂金属网护表，中心锚索与斜拉锚索分别穿越U型钢梁中心与两端出露孔通过中心卡箍与斜拉卡箍连接形成桁架锚索结构；
步骤三，承载包表混凝土立柱制作：采用薄皮钢筒灌注混凝土制作包表混凝土立柱，用压平机具将灌注混凝土薄皮钢筒的柱面与柱底做平，并洒水养护至强度恢复；
步骤四，立柱与桁架锚索协同承载：监测围岩变形量达到预留设计下沉量时，在顶板支护区端部锚索U型钢梁下布置两节垂直连接的包表混凝土立柱，包表混凝土立柱与U型钢梁间采用适宜垫块充填，实现混凝土立柱与桁架锚索协同承载；
步骤五，顶板初喷与复喷重点强化：对顶板支护区进行混凝土喷射封闭围岩形成初喷层，初次喷射混凝土厚度以封闭金属网为止，间隔一段时间后，二次喷射混凝土喷浆封闭U型钢梁形成复喷层，完成回采巷道顶板支护区强化控制；
步骤六，两帮煤体清理与支护完善：根据两帮支护区煤体变形情况，定期清理两帮凸出煤体与补打短锚杆、底角锚杆，对顶板支护区下沉量与混凝土立柱受力进行监测，依据监测结果完善支护参数，实现回采巷道围岩稳定。
2.根据权利要求1所述的一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法，其特征在于，在步骤二中，两帮支护区短锚杆与底角锚杆的长度、直径、间排距等参数满足两帮锚固体墙形成，顶板支护区长锚杆参数满足形成顶板锚固体梁，斜拉锚索与中心锚索梁参数满足桁架结构承载要求。
3.根据权利要求1所述的一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法，其特征在于，在步骤三中，薄皮钢筒灌注425#普通硅酸盐水泥、沙子、石子与水按1：1.37：2.78：0.46重量比混合搅拌的混凝土制成包表混凝土立柱。
4.根据权利要求1所述的一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法，其特征在于，在步骤四中，混凝土立柱均位于斜拉锚索穿越U型钢梁出露孔向内100mm处，且每隔一排桁架锚索，在桁架锚索两端支设一对混凝土立柱。
5.根据权利要求1所述的一种回采巷道围岩分区锚固及强力控顶支护方法，其特征在于，在步骤五中，混凝土初喷层采用425#普通硅酸盐水泥与按1：3比例混合搅拌喷射，复喷层混凝土参数与初喷层参数相同，且混凝土初喷与复喷时间间隔大于3d。
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