CN107905820A - 一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法 - Google Patents

一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，该方法包括以下两个方面：其一，在锚网支护中，通过理论计算和数值分析确定锚杆或锚索支护参数，锚杆或锚索支护参数包括锚杆或锚索的材质、直径、长度、锚固方式、锚杆或锚索预紧力、托盘类型、托盘尺寸，以强化锚杆或锚索的锚固性能；其二，锚网支护中的护表构件使用双层网，接触煤层的内层网采用钢塑网，用于防止极松散破碎煤体流失，外层网使用轧花钢筋编织网，用于提高护表构件的强度和刚度，其中，钢塑网的网孔小于轧花钢筋编织网的网孔。本发明有效地控制了锚杆群之间松软煤体的流变破坏和极不均匀变形，保证了锚固承载结构的整体稳定性。

Description

一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法。
背景技术
郑州矿区成煤地层受多次强烈的滑动构造影响后，煤的原生结构已遭到严重破坏，煤层硬度系数普遍在0.1～0.3以下，煤层厚度在0～37.8m之间急剧变化，为典型的粉片状构造煤。由于该煤层强度低、极松散、易流变，构造煤层锚网支护巷道围岩强烈流变产生极不均匀大变形，锚杆被“拉”进煤体、而锚杆周围煤体却“鼓”出来。传统锚网支护中采用焊接钢筋网护表时，锚杆间破碎煤体产生一定变形后，焊点易开裂且连接网片的绑丝易断裂，造成锚杆之间煤体强烈流变、漏空，引起锚杆锚固失效频发；采用菱形网等柔性网时，出现明显“鼓包”等极不均匀大变形现象，进而发展至支护-围岩系统失稳。这都严重影响巷道的安全使用。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，以解决锚杆群之间松软煤体流变破坏和极不均匀变形的难题，保证锚固承载结构的整体稳定性，为矿井的安全高效生产奠定基础。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，包括以下两个方面：
其一，在锚网支护中，通过理论计算和数值分析确定锚杆或锚索支护参数，锚杆或锚索支护参数包括锚杆或锚索的材质、直径、长度、锚固方式、锚杆或锚索预紧力、托盘类型、托盘尺寸，以强化锚杆或锚索的锚固性能；
其二，锚网支护中的护表构件使用双层网，接触煤层的内层网采用钢塑网，用于防止极松散破碎煤体流失，外层网使用轧花钢筋编织网，用于提高护表构件的强度和刚度，其中，钢塑网的网孔小于轧花钢筋编织网的网孔。
锚网支护中，锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆专用钢材，采用加长锚固方式，锚杆预紧力矩不小于250N·m，托盘为鼓型托盘，直径是150mm，并配合使用钢带加强护表。
所述钢塑网是由纵向拉筋与横向拉筋通过节点交叉连接构成的近似方形的平面网格。
所述纵向拉筋与横向拉筋的材质为聚丙烯塑料与钢丝的复合材料。
所述钢塑网的网孔规格为30mm×30mm。
所述轧花钢筋编织网是由多根横向轧花型金属条与纵向轧花型金属条上下交错编织而成，金属条的表面为波浪形的凹凸表面，横向轧花型金属条与纵向轧花型金属条在交点处实现凹凸互锁，而轧花钢筋编织网的横向轧花型金属条与纵向轧花型金属条交叉点处通过焊接固定。
所述横向轧花型金属条与纵向轧花型金属条为直径3mm的轧花钢筋。
所述轧花钢筋编织网的网孔规格为50mm×50mm。
有益效果：本发明提供的一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，实现了支护构件与极松软围岩在结构、强度和刚度方面的耦合，有效地控制了锚杆群之间松软煤体的流变破坏和极不均匀变形，保证了锚固承载结构的整体稳定性，有利于矿井的安全高效生产。
附图说明
图1是巷道围岩表面位移等值线图；
图2是本发明一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法的示意图；
图3是本发明一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法的局部示意图；
图4a是钢塑网的平面图
图4b是图4a的A-A向剖面图；
图5a是轧花钢筋编织网的平面图；
图5b是图5a的B-B向剖面图；
图中：1－钢塑网，2－轧花钢筋编织网，3－锚杆，4－锚杆托盘，5－钢带梁或钢筋梯子梁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
该实例是以郑州地区超化矿某回采巷道为例，煤层厚度为8m，近水平走向，煤层硬度系数为0.21，煤层极度松散，具有显著的流变破坏特点，该巷道沿煤层底板掘进，巷道尺寸为4.8m×3.5m，原有支护为锚网支护，其中护表构件使用焊接钢筋网，局部巷道使用菱形网。
通过对锚网支护巷道破坏现象进行现场调查和理论分析表明：
(1)采用焊接钢筋网护表时，锚杆间破碎煤体产生一定变形后，焊点易开裂且连接网片的绑丝易断裂，造成锚杆之间煤体强烈流变、漏空，引起锚杆锚固失效现象频发；
(2)采用菱形网等柔性网时，锚杆之间煤体易出现明显“鼓包”等极不均匀大变形现象，进而发展至支护-围岩系统失稳。
这说明该锚网支护巷道破坏往往从锚杆与锚杆之间的极松软破裂煤体开始，进而发展至支护-围岩系统失稳。为进一步揭示这一变形特征，通过实验室大型三维物理模拟试验，实测巷道帮部煤体的表面位移分布情况如图1所示，锚杆群之间煤体不断破碎、鼓出，产生了强烈的挤压流变。四根锚杆的中心处围岩位移量达88.3mm(该试验模型几何相似比为2，相当于实际围岩产生了176.6mm的变形量)明显大于锚杆周围岩体的57.6mm，形成似“蝶形”的突出变形区域。这说明锚杆之间围岩为锚固作用薄弱区，是支护结构破坏的突破口。因此，提出在强化锚杆锚固性能的同时，应注重锚杆之间极松软围岩体与支护构件在结构、强度、刚度方面的耦合作用，实现有效地控制锚杆群之间松软煤体的流变破坏和极不均匀变形的目的，保证锚固承载结构的整体稳定性。
针对该极松软煤层巷道破坏特征，通过上述理论分析，确定了极松软煤层巷道围岩流变控制方法的具体方案，它包括两方面的内容：其一，锚网支护中强化锚杆或锚索的锚固性能。即通过理论计算和数值分析确定锚杆支护参数，锚杆规格为Φ20×2400mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，采用加长锚固方式，锚杆预紧力矩不小于250N·m，托盘为鼓型托盘，直径是150mm，并配合使用钢带加强护表。其二，锚网支护中的护表构件使用双层网，内层网采用钢塑网防止极松散破碎煤体流失，保持围岩的整体性，充分利用围岩的自承载能力；外层网使用轧花钢筋编织网提高护表强度和刚度，其中，钢塑网的网孔小于轧花钢筋编织网的网孔。一方面防止围岩产生一定变形后因网片强度不足而产生极限破坏所造成的支护失效，另一方面防止因网片刚度不足引起围岩过度变形导致的支护结构失稳破坏。
上述极松软煤层巷道围岩流变控制方法的具体方案如图2和3所示，锚杆3穿过锚杆托盘4锚固于煤层之中，护表构件位于锚杆托盘4与煤层表面之间，护表构件包括自煤层表面依次向外的钢塑网1、轧花钢筋编织网2、钢带梁或钢筋梯子梁5，其中，钢塑网的网孔小于轧花钢筋编织网的网孔。
其中，如图4a和4b所示，钢塑网1是由纵向拉筋11与横向拉筋12通过节点交叉连接构成的近似方形的平面网格，纵向拉筋11与横向拉筋12的材质为聚丙烯塑料与钢丝的复合材料，网孔规格为30mm×30mm，网格较小。如图5a和5b所示，轧花钢筋编织网2则是由多根横向轧花型金属条21与纵向轧花型金属条22上下交错编织而成，横向轧花型金属条21与纵向轧花型金属条22的表面为波浪形的凹凸表面，横向轧花型金属条21与纵向轧花型金属条22在交点处实现凹凸互锁，而轧花钢筋编织网2边界的横向轧花型金属条21与纵向轧花型金属条22交叉点处通过焊接固定，保证支护过程中不会被撕开。其中，轧花钢筋编织网2为直径3mm的轧花钢筋；轧花钢筋编织网2的网孔规格为50mm×50mm。
该矿区锚网支护巷道应用上述支护方案半年来，巷道两帮移近量减少了39.1％，未出现极不均匀大变形和流变破坏现象，保证了巷道使用期间不扩修，实现了矿井的安全高效生产。
综上所述，本发明在理论分析和物理模拟揭示了巷道围岩流变破坏特征及其控制效果的基础上，针对锚网支护巷道的破坏往往从锚杆与锚杆之间的极松软破裂煤体开始，进而发展至支护-围岩系统失稳的特征,提出的极松软煤层巷道围岩流变控制方法，有效地控制了锚杆群之间松软煤体的流变破坏和极不均匀变形，保证了锚固承载结构的整体稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，其特征在于：包括以下两个方面：
其一，在锚网支护中，通过理论计算和数值分析确定锚杆或锚索支护参数，锚杆或锚索支护参数包括锚杆或锚索的材质、直径、长度、锚固方式、锚杆或锚索预紧力、托盘类型、托盘尺寸，以强化锚杆或锚索的锚固性能；
其二，锚网支护中的护表构件使用双层网，接触煤层的内层网采用钢塑网，用于防止极松散破碎煤体流失，外层网使用轧花钢筋编织网，用于提高护表构件的强度和刚度，其中，钢塑网的网孔小于轧花钢筋编织网的网孔。
2.根据权利要求1所述的滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，其特征在于：锚网支护中，锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆专用钢材，采用加长锚固方式，锚杆预紧力矩不小于250N·m，托盘为鼓型托盘，直径是150mm，并配合使用钢带加强护表。
3.根据权利要求1所述的滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，其特征在于：所述钢塑网是由纵向拉筋与横向拉筋通过节点交叉连接构成的近似方形的平面网格。
4.根据权利要求3所述的滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，其特征在于：所述纵向拉筋与横向拉筋的材质为聚丙烯塑料与钢丝的复合材料。
5.根据权利要求1、3、4任一所述的滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，其特征在于：所述钢塑网的网孔规格为30mm×30mm。
6.根据权利要求1所述的滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，其特征在于：所述轧花钢筋编织网是由多根横向轧花型金属条与纵向轧花型金属条上下交错编织而成，金属条的表面为波浪形的凹凸表面，横向轧花型金属条与纵向轧花型金属条在交点处实现凹凸互锁，而轧花钢筋编织网的横向轧花型金属条与纵向轧花型金属条交叉点处通过焊接固定。
7.根据权利要求6所述的滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，其特征在于：所述横向轧花型金属条与纵向轧花型金属条为直径3mm的轧花钢筋。
8.根据权利要求1或6所述的滑动构造区极松软煤层巷道围岩流变控制方法，其特征在于：所述轧花钢筋编织网的网孔规格为50mm×50mm。
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