CN109184762B - 一种用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿山安全技术领域,提供一种用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法,其包括下述步骤:步骤1:巷道开掘完成后,采用基本支护锚杆、锚索、金属网和钢带对巷道顶板和两帮进行浅部围岩基本支护;步骤2:测定巷道围岩的应力增高区域及应力峰值位置;步骤3:根据工作面回采过程中的矿压显现规律,划定工作面开采过程中的冲击地压危险区域;步骤4:在冲击地压危险区域内,采用全长锚固的增阻支护锚杆对巷道顶板和两帮进行深部围岩改性增阻支护。本发明能够改变深部围岩的冲击倾向性,增强巷道深部围岩的强度,提前消耗冲击能量,削弱冲击波强度,进而保护巷道浅部围岩与基本支护结构,有效防治冲击地压。
Description
技术领域
本发明涉及矿山安全技术领域,特别是涉及一种用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法。
背景技术
随着矿井开采不断向深部发展、煤炭开采范围不断扩大,矿井巷道和采场内冲击地压动力灾害愈发频繁。冲击地压造成矿井巷道和硐室的大量毁坏、人员大量伤亡、设备损坏,给矿山安全生产带来巨大的威胁。
近年来,防治冲击地压的研究工作不断推进,现有的巷道及采场防冲击地压方法主要有:
一、巷道围岩的被动支护:采用U型钢或单体支柱等进行巷道围岩的被动支护。此类方法在地压冲击力较大时,支护体容易被压垮、压裂和压折,基本不具备防冲击地压功能。
二、巷道围岩的让位吸能支护:采用O型棚、吸能锚杆、吸能锚索或让位吸能液压支架等吸能支护设备进行浅部煤岩体支护。如公开号为CN103016035A的中国专利公开了一种煤矿用让位缓冲吸能防冲锚杆索、公开号为CN103541750A的中国专利公开了一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆及使用方法、公开号为CN104612730A的中国专利公开了一种大变形自适应锚杆、公开号为CN101858225A的中国专利公开了一种恒阻大变形锚杆、公开号为CN103321660A的中国专利公开了一种矿用恒阻让压吸能防冲支护装置、公开号为CN102418538A的中国专利公开了一种煤矿用高速吸能防冲让位液压支架等。此类方法单一强调了巷道浅部围岩体的支护,虽然在动力冲击瞬间,能够起到一定的让位防冲效果,但是当冲击能量很大时,过多的让位位移使得围岩松动圈范围内的岩石更加松碎破裂,稳定性严重受损,间接导致围岩支护失效,不利于围岩的稳定。
三、巷道深部围岩的软化卸压:采用水力割缝卸压、钻孔卸压、深孔爆破卸压等进行巷道深部围岩的软化卸压,巷道浅部围岩体采用普通支护,以此实现防冲目的。如公开号为CN102678120A的中国专利公开了一种冲击地压卸压解危方法、公开号为CN103821516A的中国专利公开了一种二次卸压防治冲击地压的方法等。此类方法旨在通过损伤深部煤岩体实现卸压防冲击地压,但煤岩体的整体性及稳定性遭到不同程度的破坏,煤岩体的整体强度降低。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法,通过巷道深部围岩全程锚固方式来改变松动圈以外深部围岩的冲击倾向性,增强巷道深部围岩的强度,提前消耗冲击能量,削弱冲击波强度,进而保护巷道浅部围岩与基本支护结构。
本发明的技术方案为:
一种用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法,其特征在于,包括下述步骤:
步骤1:巷道开掘完成后,采用基本支护锚杆、锚索、金属网和钢带对巷道顶板进行浅部围岩基本支护,采用基本支护锚杆、金属网和钢带对巷道两帮进行浅部围岩基本支护;
步骤2:基本支护完成至巷道变形稳定后,测定巷道围岩的应力增高区域及应力峰值位置;
步骤3:根据工作面回采过程中的矿压显现规律,划定工作面开采过程中的冲击地压危险区域;
步骤4:在冲击地压危险区域内,首先对巷道顶板和两帮均进行深部围岩改性增阻支护钻孔施工,然后采用树脂药卷锚固材料对改性增阻支护锚杆进行端部锚固,最后进行深部围岩改性增阻支护钻孔的注浆,完成对改性增阻支护锚杆的全长锚固,从而完成对巷道顶板和两帮的深部围岩改性增阻支护。
所述步骤4中,巷道顶板的深部围岩改性增阻支护中,改性增阻支护锚杆锚固于巷道顶板岩层与煤层分界处以上lm,l≥0.5。
所述步骤4中,巷道两帮的深部围岩改性增阻支护中,改性增阻支护锚杆锚固于巷道两帮深部围岩应力增高点之外的围岩体内。
所述步骤4中,所述改性增阻支护锚杆为等强螺纹钢锚杆,所述改性增阻支护锚杆的长度为1.5~2.5m、直径为18~22mm。
所述步骤4中,所述改性增阻支护锚杆与基本支护锚杆间的布置方式为间排等距交错式,两排基本支护锚杆间有一排改性增阻支护锚杆,两列基本支护锚杆间有一列改性增阻支护锚杆,每一排改性增阻支护锚杆中相邻改性增阻支护锚杆的间距等于每一排基本支护锚杆中相邻基本支护锚杆的间距;所述改性增阻支护锚杆的支护密度取决于所述布置方式及基本支护锚杆的支护密度。
本发明的有益效果为:
第一,本发明通过巷道深部围岩改性增阻支护,一方面,降低了松动圈以外深部围岩的冲击倾向性,同时增强巷道深部围岩的强度,实现防治冲击地压,解决了现有单一强调巷道浅部围岩支护的防冲击地压方法中过度让位、围岩整体性等得不到有效保证的技术问题;另一方面,避免了深部围岩的卸压损伤或软化损伤,解决了现有通过深部围岩损伤卸压、注水软化的防冲击地压方法中严重破坏深部煤岩体的连续性和完整性的技术问题;
第二,本发明的巷道浅部围岩基本支护与巷道深部围岩改性增阻支护相配合形成深-浅联合抗冲击地压主动支护体,通过在巷道深部围岩中植入等强螺纹钢锚杆并进行全长锚固,增强了深部围岩的强度,降低了深部围岩的冲击倾向性,改善了深部围岩在强采动应力场下的稳定性与抗冲耗能能力,赋予了深部围岩主动防冲性能,当冲击地压发生时,全程锚固的深部煤岩体,提前消耗冲击能量,削弱冲击波强度,进而保护浅部围岩与基本支护结构,有效地降低了冲击地压发生的危险。
附图说明
图1为本发明的巷道支护结构的断面图;
图2为本发明的巷道顶板支护结构的俯视图(放大后);
图3为本发明的巷道两帮支护结构的侧视图(放大后);
图4为本发明图2中的巷道顶板支护结构的A-A向剖视图(放大后);
图5为本发明图3中的巷道两帮支护结构的B-B向剖视图(放大后)。
图中,1-基本支护锚杆,2-钢带,3-金属网,4-改性增阻支护锚杆,5-锚索,6-岩层,7-煤层,8-树脂药卷锚固材料。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例,对本发明作进一步描述。
本发明的目的是提供一种用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法,通过巷道深部围岩全程锚固方式来改变松动圈以外深部围岩的冲击倾向性,增强巷道深部围岩的强度,提前消耗冲击能量,削弱冲击波强度,进而保护巷道浅部围岩与基本支护结构。其中,特厚煤层指煤层厚度大于8m的煤层。
本实施例中,在某矿的一工作面,煤层厚度为12m,煤层顶板为粉砂岩,顶板为砂页岩,煤层赋存稳定,工作面回采巷道为5.6m×3m的矩形断面,属特厚煤层中的全煤巷道,具有强冲击地压危险。
本发明的用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法,具体如下:
步骤1:巷道开掘完成后,采用基本支护锚杆、锚索、金属网和钢带对巷道顶板进行浅部围岩基本支护,采用基本支护锚杆、金属网和钢带对巷道两帮进行浅部围岩基本支护。
如图1所示,为本发明的巷道支护结构的断面图;如图2所示,为本发明的巷道顶板支护结构的俯视图;如图3所示,为本发明的巷道两帮支护结构的侧视图。在巷道掘进后,首先在巷道顶板和两帮的巷道表面铺设金属网3,在金属网3上面沿巷道横向间隔分布钢带2,沿钢带2等距间隔分布基本支护锚杆1,将基本支护锚杆1穿过钢带2锚固在巷道浅部围岩中。在巷道顶板上的金属网3上还间隔等距分布锚索5,将锚索5穿过金属网3锚固在巷道顶板围岩中。其中,基本支护锚杆1的直径为22mm、长度为2.2m、间距为0.8m、排距为0.8m,锚索5的直径为17.8mm、长度为7m、间距为1.6m、排距为1.2m。
步骤2:基本支护完成至巷道变形稳定后,测定巷道围岩的应力增高区域及应力峰值位置。
测定的巷道围岩的应力增高区域及应力峰值位置为支护段巷道深部围岩改性增阻支护的锚固位置提供参照资料。
步骤3:根据工作面回采过程中的矿压显现规律,划定工作面开采过程中的冲击地压危险区域。
本实施例中,划定工作面初次来压位置前后50m、“一次见方”位置前后50m、“二次见方”位置前后50m、停采线位置前50m、地质构造(断层、褶皱等)前后50m以及煤层相变区域前后50m为冲击地压危险区域,将冲击地压危险区域作为巷道的重点增阻支护段。
上述完成了特厚煤层中开挖巷道的浅部围岩基本支护作业、巷道深部围岩改性增阻支护位置范围的确定、冲击地压危险区域的划定,然后进行巷道深部围岩改性增阻支护。
步骤4:在冲击地压危险区域内,首先对巷道顶板和两帮均进行深部围岩改性增阻支护钻孔施工,然后采用树脂药卷锚固材料对改性增阻支护锚杆进行端部锚固,最后进行深部围岩改性增阻支护钻孔的注浆,完成对改性增阻支护锚杆的全长锚固,从而完成对巷道顶板和两帮的深部围岩改性增阻支护。
所述步骤4中,巷道顶板的深部围岩改性增阻支护中,改性增阻支护锚杆锚固于巷道顶板岩层与煤层分界处以上lm,l≥0.5。
所述步骤4中,巷道两帮的深部围岩改性增阻支护中,改性增阻支护锚杆锚固于巷道两帮深部围岩应力增高点之外的围岩体内。
所述步骤4中,所述改性增阻支护锚杆为等强螺纹钢锚杆,所述改性增阻支护锚杆的长度为1.5~2.5m、直径为18~22mm。
如图4所示,为本发明图2中的巷道顶板支护结构的A-A向剖视图。本实施例中,在巷道顶板的深部围岩改性增阻支护中,改性增阻支护锚杆4的长度为2m、直径为20mm。在顶板岩层6与煤层7分界处,首先进行深部围岩改性增阻支护钻孔施工,采用树脂药卷锚固材料8对改性增阻支护锚杆4进行端部锚固,再进行深部围岩改性增阻支护钻孔的注浆,完成改性增阻支护锚杆4对巷道顶板的深部围岩改性增阻支护。其中,l=0.5,也即改性增阻支护锚杆4在顶板岩层6中锚入0.5m、其余1.5m长度锚固于煤层7中。
如图5所示,为本发明图3中的巷道两帮支护结构的B-B向剖视图。本实施例中,在巷道两帮的深部围岩改性增阻支护中,改性增阻支护锚杆4的长度为1.8m、直径为22mm。在两帮深部围岩应力增高点之后的围岩体内,首先进行深部围岩改性增阻支护钻孔施工,采用树脂药卷锚固材料对改性增阻支护锚杆4进行端部锚固,再进行深部围岩改性增阻支护钻孔的注浆,完成改性增阻支护锚杆4对巷道两帮的深部围岩改性增阻支护。
所述步骤4中,所述改性增阻支护锚杆与基本支护锚杆间的布置方式为间排等距交错式,两排基本支护锚杆间有一排改性增阻支护锚杆,两列基本支护锚杆间有一列改性增阻支护锚杆,每一排改性增阻支护锚杆中相邻改性增阻支护锚杆的间距等于每一排基本支护锚杆中相邻基本支护锚杆的间距;所述改性增阻支护锚杆的支护密度取决于所述布置方式及基本支护锚杆的支护密度。
本实施例中,如图2所示,在巷道顶板支护结构中,改性增阻支护锚杆4按照与基本支护中锚杆1呈间排等距交错式布设施工,改性增阻支护锚杆4在每排有6根,基本支护锚杆1在每排有7根。如图3所示,在巷道两帮支护结构中,改性增阻支护锚杆4按照与基本支护锚杆1呈间排等距交错式布设施工,改性增阻支护锚杆4在每排有2根,基本支护锚杆1在每排有3根。
至此,完成巷道浅部围岩基本支护及巷道深部围岩改性增阻支护的设计与施工,巷道浅部围岩基本支护与巷道深部围岩改性增阻支护相配合形成抗冲击地压主动支护体,通过巷道深部围岩全程锚固方式来改变松动圈以外深部围岩的冲击倾向性,增强巷道深部围岩的强度,提前消耗冲击能量,削弱冲击波强度,进而保护巷道浅部围岩与基本支护结构。
显然,上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等,均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法,其特征在于,包括下述步骤:
步骤1:巷道开掘完成后,采用基本支护锚杆、锚索、金属网和钢带对巷道顶板进行浅部围岩基本支护,采用基本支护锚杆、金属网和钢带对巷道两帮进行浅部围岩基本支护;具体的,首先在巷道顶板和两帮的巷道表面铺设金属网,在金属网上面沿巷道横向间隔分布钢带,沿钢带等距间隔分布基本支护锚杆,将基本支护锚杆穿过钢带锚固在巷道浅部围岩中;在巷道顶板上的金属网上还间隔等距分布锚索,将锚索穿过金属网锚固在巷道顶板围岩中;
步骤2:基本支护完成至巷道变形稳定后,测定巷道围岩的应力增高区域及应力峰值位置;
步骤3:根据工作面回采过程中的矿压显现规律,划定工作面开采过程中的冲击地压危险区域;具体的,划定工作面初次来压位置前后50m、“一次见方”位置前后50m、“二次见方”位置前后50m、停采线位置前50m、地质构造前后50m以及煤层相变区域前后50m为冲击地压危险区域,将冲击地压危险区域作为巷道的重点增阻支护段;所述地质构造为断层、褶皱;
步骤4:在冲击地压危险区域内,首先对巷道顶板和两帮均进行深部围岩改性增阻支护钻孔施工,然后采用树脂药卷锚固材料对改性增阻支护锚杆进行端部锚固,最后进行深部围岩改性增阻支护钻孔的注浆,完成对改性增阻支护锚杆的全长锚固,从而完成对巷道顶板和两帮的深部围岩改性增阻支护;
在巷道顶板的深部围岩改性增阻支护中,改性增阻支护锚杆锚固于巷道顶板岩层与煤层分界处以上lm,l≥0.5;
在巷道两帮的深部围岩改性增阻支护中,改性增阻支护锚杆锚固于巷道两帮深部围岩应力增高点之外的围岩体内;
所述步骤4中,所述改性增阻支护锚杆与基本支护锚杆间的布置方式为间排等距交错式,两排基本支护锚杆间有一排改性增阻支护锚杆,两列基本支护锚杆间有一列改性增阻支护锚杆,每一排改性增阻支护锚杆中相邻改性增阻支护锚杆的间距等于每一排基本支护锚杆中相邻基本支护锚杆的间距;所述改性增阻支护锚杆的支护密度取决于所述布置方式及基本支护锚杆的支护密度;
通过完成巷道浅部围岩基本支护及巷道深部围岩改性增阻支护的设计与施工,巷道浅部围岩基本支护与巷道深部围岩改性增阻支护相配合形成抗冲击地压主动支护体,通过巷道深部围岩全程锚固方式来改变松动圈以外深部围岩的冲击倾向性,增强巷道深部围岩的强度,提前消耗冲击能量,削弱冲击波强度,进而保护巷道浅部围岩与基本支护结构。
2.根据权利要求1所述的用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法,其特征在于:所述步骤4中,所述改性增阻支护锚杆为等强螺纹钢锚杆,所述改性增阻支护锚杆的长度为1.5~2.5m、直径为18~22mm。
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