CN108049899A - 一种沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以控制沿空掘巷窄煤柱破碎围岩持续变形的加固方法,该方法包括首先在回采巷道内向窄煤柱钻入水平钻孔,水平钻孔的长度大于窄煤柱的宽度的一半,在钻孔内安装锚索并保留合适的外露长度,然后通过小直径的铁管、PVC或PPR管向钻孔内注入波雷因加固材料,待加固材料凝固后,在锚索外露端安装钢梁、钢筋梯或旧皮带等护表构件和锚索托盘、锁具,最后对锚索进行张拉以施加预应力。本发明可以有效控制窄煤柱变形,保障沿空掘巷窄煤柱的稳定,有效减少巷道变形,还可以降低巷道维护成本。其结构设计简单合理、施工方便、加固效果明显。
Description
技术领域
本发明属于煤炭开采安全领域,具体涉及一种沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法。
背景技术
在煤矿采掘中,沿空掘巷是指完全沿采空区边缘或留设窄煤柱的掘进巷道,具体说,就是把巷道布置在位于靠近煤柱一侧的低应力场中,便于巷道维护,减少变形量。在沿空掘巷中,煤柱宽度对巷道的维护状况起决定作用,若煤柱过大,一方面,回采巷道布置在压力增高区内,将使巷道压力大,支护困难,另一方面,宽度较大的煤柱必将造成煤炭资源浪费、煤炭资源采出率低;因此在最大限度的提高煤炭资源采出率背景下,留设4~8m宽的窄煤柱作为沿空掘巷与上区段采空区的“隔离墙支护体”。在支承压力的作用下,窄煤柱两侧会发生塑性变形,尤其是靠近采空区一侧变形更为严重。但是,目前煤柱支护的方法主要采用区段煤柱煤壁帮锚杆支护,将其应用在窄煤柱的支护上时会产生煤柱内中心弹性核区小、塑性区大、巷道片帮严重、底臌明显、安全稳定性差等问题,同时不利于后期维护,需要频繁返修,如何控制窄煤柱的持续变形,现有技术中缺少有效的加固手段。
目前针对窄煤柱的加固已经有如下的中国专利申请
CN106050282A一种沿空留巷窄煤柱的锚固结构及加固方法;
CN105971640A一种沿空掘巷窄煤柱的加固方法
CN107060811A一种巷道间窄煤柱的加固装置
CN205370610U一种巷道间窄煤柱的加固装置
CN205778957U一种动压巷道滞后段支护系统
CN103899342A沿空掘巷煤柱锚索对穿加固方法
但是,这些申请所涉及的技术方案中都存在着一些问题需要克服。
如CN103899342A公开了一种沿空掘巷煤柱锚索对穿加固方法,该方法是在上区段下顺槽内向煤柱打钻孔,在钻孔内安装预置可伸缩式或者可弯曲锚索,并在打钻孔一侧的煤壁上依次喷射混凝土喷层、安装细孔网、安装钢筋网和锚固托盘,锚索外端的锁头固定在锚固托盘上;待下区段上顺槽掘进完成后,在新掘巷道内将钻孔内的预置锚索进行加长,最后施行上述相同的工序,完成锚固工作。该方法需要贯穿煤柱并且需要喷射混凝土和使用可收缩的钢索,且涉及了下一区段的施工。
CN105971640A、CN106050282A公开了一种沿空掘巷窄煤柱的加固方法,该方法首先在上区段回采巷道内向窄煤柱钻入超长水平钻孔和顶、底板倾斜钻孔,超长水平钻孔的长度大于窄煤柱的宽度,在各自钻孔内安装防跑浆袋、水平和倾斜注浆锚杆,在回采巷道一侧构成单侧斜拉锚固系统、单侧横向限帮加固装置和单侧沿掘对拉锚固系统,待下区段待掘巷道开掘后,在下区段沿空掘巷中切断可切削杆,在窄煤柱的另一侧对应位置安装对接短锚杆和斜拉锚固系统及横向限帮加固装置,最后对注浆锚杆注浆,并对各自螺母施加预应力。前述方法涉及了在非水平方向钻孔,且钻孔长度大于煤柱的长度、需要额外安装防跑浆袋注浆锚杆,并且也需要在下一区段施工。
CN107060811A公开了一种巷道间窄煤柱的加固装置,包括窄煤柱、顶板和底板,所述窄煤柱上方固定设有顶板,所述窄煤柱下方固定设有底板,所述窄煤柱包括锚索和护表构件板,所述窄煤柱上开设有锚孔,所述护板构件板固定安装于窄煤柱两侧,且护板构件板上部和下部均设有衔接装置,所述锚索位于所述锚孔内,且锚索贯穿锚孔,所述锚索的两端均延伸至护板构件板上,所述锚索两端均设有固定锁具,所述锚孔为五个,所述窄煤柱上部对称设有两个锚孔,中部设有一个锚孔,下部对称设有两个,所述窄煤柱上设有第一注浆层和第二注浆层,所述第一注浆层位于锚孔内壁上。所述衔接装置包括设有滑动槽的上构件板和设有球形滑块的下构件板,并且上构件板远离滑动槽的一侧设有上橡胶层,下构件板远离球形滑块的一侧设有下橡胶层。护板构件板为高抗压强度的钢板,且护板构件板上设有加强槽,加强槽上设有加强筋。第一注浆层和第二注浆层为水泥浆层和化学固结材料层;第二注浆层为实心层,且第二注浆层两端分别连接第一注浆层中间位置,第一注浆层与所述第二注浆层呈三角型结构。
CN205370610U公开了一种巷道间窄煤柱的加固装置,所述窄煤柱上方设有顶板,下方设有底板,所述加固装置包括锚索和护表构件板,所述窄煤柱上开设有锚孔,所述护表构件板设置于窄煤柱两侧,锚索贯穿锚孔设置,且锚索两端突出于护表构件板,锚索两端加装有鼓形托盘,鼓形托盘通过索具固定。锚孔有五个,分布在煤柱上部两个、中部一个、下部两个;锚索与锚孔之间加注有注浆层,注浆层为水泥浆层或化学固结材料层。
但是,很显然的,上述的专利申请都涉及了贯穿窄煤柱,并且需要涉及鼓形托盘或衔接装置,且对于钻孔的位置有要求。
发明内容
本发明的一个目的在于,针对现有技术中沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法存在的缺陷,提出一种新的沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法。
本发明提供的沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法,包括如下步骤:
步骤1、首先在回采巷道内,向窄煤柱钻进多个水平钻孔,多个水平钻孔在沿窄煤柱的长度方向上依次间隔设置,钻孔完毕后清孔;
步骤2、将锚索安装进所述水平钻孔内,并使锚索的尾端露出;
步骤3、向所述水平钻孔内注入加固材料;
步骤4、待水平钻孔内的加固材料凝固后,在锚索的外露端依次安装托盘和锁具,然后对锚索施加预紧力。
所述的窄煤柱的宽度为4-8m。
作为上述沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法一种更好的选择,所述水平钻孔的深度比窄煤柱宽度的一半长50-100cm。
作为上述沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法一种更好的选择,所述锚索为上下平行布置,或者“三花”布置。所述的三花布置为本领域技术人员熟知的一种布孔方式。
作为上述沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法一种更好的选择,锚索的尾端露出150-250mm。
作为上述沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法一种更好的选择,所述锚索为刚性锚索。
作为上述沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法一种更好的选择,加固材料通过注浆管注入,所述注浆管为铁管、PVC管或PPR管。
作为上述沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法一种更好的选择,所述托盘包括钢板、钢梁、钢筋梯或旧皮带。
作为上述沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法一种更好的选择,所述预紧力的大小为100-200kN。
作为上述沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法一种更好的选择,步骤3为向水平钻孔内插入小直径的注浆管,通过注浆管向安装有锚索的水平钻孔内灌注高分子加固材料。本领域技术人员可以根据需要加固材料的具体种类,包括但是不局限于波雷因和马丽散。其中,波雷因和马丽散均为商品名,前者为有机高分子双液型注浆材料,后者为一种低粘度,双组分合成高分子——聚亚胺胶脂材料。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,本发明实施例提供的沿空掘巷煤柱破碎围岩加固的方法,施工简单,加固效果突出,能够有效保障窄煤柱的稳定性。
相对于现有的技术方案,本发明的优势在于:
1)发明沿窄煤柱长度方向间隔设置的全长锚固锚索可以有效阻止了巷道片帮,避免了煤柱破碎区的进一步扩展,整体结构设计合理、增大了区段煤柱弹性核区;
2)本发明提供的加固方法能够保证窄煤柱的安全和稳定、减少巷道返修率和围岩变形、提高煤炭回收率;
3)本发明提供的加固方法施工简单、快捷,可拓展应用于区段煤柱、护巷留设煤柱、回撤通道等方面的加固,具有较好的推广价值和实用性。
附图说明
图1是沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固示意图。
附图标识:
1、巷道顶板;2、巷道底板;3、采空区;4、窄煤柱;5、工作面煤壁;6、回采巷道;7、水平钻孔;8、锚索;9、注浆管;10、锚索托盘;11、锁具。
具体实施方式
如下为本发明的实施例,其仅用作对本发明的解释而并非限制。
本发明的典型步骤包括:
首先在回采巷道内,采用坑道钻机或者锚杆钻机向窄煤柱钻进水平钻孔,水平钻孔在沿窄煤柱长度方向上依次间隔设置,钻孔完毕后清孔。然后将锚索安装进水平钻孔内,并保留合理的外露长度,向水平钻孔内插入小直径的注浆管,通过注浆管向安装有锚索的水平钻孔内波雷因加固材料。最后待水平钻孔内波雷因加固材料凝固后,在锚索的外露端依次安装托盘和锁具,并对锚索施加一定的预紧力。
如下将结合附图对本发明进行进一步的阐述。
实施例1:
采用如下步骤对窄煤柱进行加固:
步骤1、在回采巷道6内,采用坑道钻机或者锚杆钻机向宽度为4-8m的窄煤柱4钻进水平钻孔7,水平钻孔7在沿窄煤柱4长度方向上依次间隔设置,钻孔完毕后清孔;
步骤2、将刚性的锚索8安装进水平钻孔7内,并保留合理的外露长度;
步骤3、向水平钻孔7内插入小直径的注浆管9,然后通过注浆管9向安装有锚索8的水平钻孔7内注入波雷因加固材料;
步骤4、待水平钻孔7内波雷因加固材料凝固后,在锚索8的外露端依次安装托盘10和锁具11,然后对锚索8施加一定的预紧力。
水平钻孔7的深度比窄煤柱4宽度的一半长50-100cm。
小直径的注浆管9可为铁管、PVC或PPR管。
托盘10包括钢板、钢梁、钢筋梯或旧皮带等护表构件。
本发明的沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固的方法,对窄煤柱使用“锚索全长锚固加固技术”,可以解决如下技术问题:
(1)锚索全长锚固:选用波雷因加固材料对锚索进行全长锚固,能够对锚索施加较大的初锚力,从而确保锚固的可靠性,并有效控制窄煤柱的稳定性。这是其他煤柱加固方法难以做到的。
(2)合理地布置锚索间排距,能够有效保障煤柱的稳定性。
在实施上述加固过程后,取得了如下的有益效果:解决了由于窄煤柱围岩破碎导致的锚索锚固效果差、围岩持续变形的难题,提高了锚索锚固力,并且钢梁、钢筋梯等护表构件可以有效增大护表面积,从而控制窄煤柱变形,确保巷道满足安全生产的要求。
实施例2
采用如下步骤对窄煤柱进行加固:
步骤1、在回采巷道6内,采用坑道钻机或者锚杆钻机向宽度为5-8的窄煤柱4钻进水平钻孔7,水平钻孔7在沿窄煤柱4长度方向上依次间隔设置,钻孔完毕后清孔;
步骤2、将锚索8安装进水平钻孔7内,并保留合理的外露长度;
步骤3、向水平钻孔7内插入小直径的注浆管9,然后通过注浆管9向安装有锚索8的水平钻孔7内注入波雷因加固材料;
步骤4、待水平钻孔7内波雷因加固材料凝固后,在锚索8的外露端依次安装托盘10和锁具11,然后对锚索8施加一定的预紧力。
水平钻孔7的深度比窄煤柱4宽度的一半长50-100cm。
小直径的注浆管9可为铁管、PVC或PPR管。
托盘10包括钢板、钢梁、钢筋梯或旧皮带等护表构件。
本发明的沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固的方法,对窄煤柱使用“锚索全长锚固加固技术”,可以解决如下技术问题:
(1)锚索全长锚固:选用波雷因加固材料对锚索进行全长锚固,能够对锚索施加较大的初锚力,从而确保锚固的可靠性,并有效控制窄煤柱在的稳定性。这是其他煤柱加固方法难以做到的。
(2)合理地布置锚索间排距,能够有效保障煤柱的稳定性。
在实施上述加固过程后,取得了如下的有益效果:解决了由于窄煤柱围岩破碎导致的锚索锚固效果差、围岩持续变形的难题,提高了锚索锚固力,并且钢梁、钢筋梯等护表构件可以有效增大护表面积,从而控制窄煤柱变形,确保巷道满足安全生产的要求。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法,包括如下步骤:
步骤1、首先在回采巷道内,向窄煤柱钻进多个水平钻孔,多个水平钻孔在沿窄煤柱的长度方向上依次间隔设置,钻孔完毕后清孔;
步骤2、将锚索安装进所述水平钻孔内,并使锚索的尾端露出;
步骤3、向所述水平钻孔内注入加固材料;
步骤4、待水平钻孔内的加固材料凝固后,在锚索的外露端依次安装托盘和锁具,然后对锚索施加预紧力。
2.根据权利要求1所述的一种沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法,其特征在于,所述水平钻孔的深度比窄煤柱宽度的一半长50-100cm。
3.根据权利要求1所述的一种沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法,其特征在于,所述锚索为上下平行布置,或者“三花”布置。
4.根据权利要求1所述的一种沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法,其特征在于,加固材料通过注浆管注入,所述注浆管为铁管、PVC管或PPR管。
5.根据权利要求1所述的一种沿空掘巷窄煤柱破碎围岩加固方法,其特征在于,所述托盘包括钢板、钢梁、钢筋梯或旧皮带。
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