CN109505654B - 一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法，包括：对巷道进行初次支护；建立巷道模型，确定重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段；根据所述理论关键阶段，实时采集巷道的顶板位移量和表面位移变形量；根据所述顶板位移量和表面位移变形量，确定重复采动影响下巷道防冒顶的实际关键阶段范围；实时采集所述实际关键阶段范围的破坏深度；根据所述破坏深度，对巷道进行补强支护。通过采用巷道模型，获得重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段，然后再结合顶板位移量和表面位移变形量，获得实际关键阶段范围，在实际关键阶段范围对巷道进行补强支护，能够有效防止巷道在重复采动影响过程中发生冒顶事故，维护巷道安全稳定。

Description

一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法

技术领域

本发明涉及巷道防冒顶支护技术领域，具体涉及一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法。

背景技术

巷道受重复采动影响造成围岩破坏的扩展是一个动态演化过程，主要从两个方面考虑：一是时间效应，即巷道位置不变，其围岩塑性区随工作面推进距离的变化而发生的改变；二是空间位置，即工作面推进距离一定的情况下，巷道围岩塑性区在不同位置存在分区破坏的特征。详细掌握此类巷道的围岩变形破坏规律是巷道进行防冒顶控制的前提和关键。巷道锚杆支护在经历一次采动过后直至稳定阶段，巷道围岩产生一定程度的破坏，巷道围岩变形量增加，锚杆索产生一定程度延伸，巷道在经历二次采动时，围岩变形量继续增加，如果延伸量不满足围岩变形量，支护体失效，巷道存在冒顶隐患。因此，只有在支护体满足一次开采围岩变形量的同时，通过补强锚索的方式增加支护体强度及延伸量，预防二次开采巷道围岩变形量增加造成冒顶事故，保证巷道的安全稳定，对于巷道冒顶的控制和防止具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法，能够较好地解决重复采动巷道围岩多次变形破坏致使支护体失效，有效防止巷道冒顶事故的发生。

本发明提供了一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法，包括：

对巷道进行初次支护；

建立巷道模型，确定重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段；

根据所述理论关键阶段，实时采集巷道的顶板位移量和表面位移变形量；

根据所述顶板位移量和表面位移变形量，确定重复采动影响下巷道防冒顶的实际关键阶段范围；

实时采集所述实际关键阶段范围的破坏深度；

根据所述破坏深度，对巷道进行补强支护。

可选的，所述建立巷道模型，确定重复采动影响下巷道防冒顶的关键阶段，包括：

采集巷道的生产技术参数和巷道围岩样本的岩石力学参数；

根据所述生产技术参数和岩石力学参数，建立巷道模型；

根据巷道应力及塑性区破坏范围，将巷道划分为五个阶段，并标注在所述巷道模型中；

根据所述五个阶段，确定重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段。

可选的，所述五个阶段分别为：一次采动超前影响阶段、一次采动滞后剧烈影响阶段、一次采动滞后稳定阶段、一次采动滞后未充分采动阶段和二次采动超前剧烈影响阶段五个阶段；其中，所述一次采动滞后稳定阶段为重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段。

可选的，所述实时采集所述实际关键阶段范围的破坏深度，包括：

根据所述顶板位移量，在所述实际关键阶段范围布置钻孔电视；

利用所述钻孔电视采集所述实际关键阶段范围的破坏深度。

可选的，采集巷道的顶板位移量，包括：

在所述理论关键阶段布置深基点位移计；

利用所述深基点位移计采集巷道的顶板位移量。

可选的，所述根据所述破坏深度，对巷道进行补强支护，包括：

根据所述破坏深度，采用锚杆及锚索，配合钢带对巷道进行补强支护。

可选的，还包括：

在所述二次采动超前剧烈影响阶段内布置超前液压支架。

本发明采用实验室数值模拟现场重复采动影响巷道围岩破坏过程，沿巷道轴向将其划分成不同的破坏阶段，提前预判巷道围岩变形范围及稳定范围。配合现场深基点位移计，观测巷道围岩破坏过程，确定出各阶段破坏范围。确定出防冒顶支护时间为一次开采达到充分采动后。防冒顶支护位置为一次采动滞后稳定阶段范围内。通过位移传感器及围岩钻孔窥视等方法，确定一次采动滞后稳定阶段内顶板围岩最大破坏深度。支护方式采用分次支护原理，在巷道经历过一次采动变形后，巷道围岩产生一定程度的破坏，围岩变形量增加，达到稳定阶段后，将一次采动滞后稳定阶段范围内围岩破坏严重区域，采用再次加强支护的方式，防止巷道冒顶事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例提供的一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种重复采动巷道模型的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种单工作面开采时巷道轴向分阶段的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种双工作面开采时巷道轴向分阶段的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种巷道顶板初次支护参数的平面图；

图6为本发明实施例提供的一种巷道顶板补强支护参数的平面图；

其中，1表示锚杆，2表示锚索，3表示钢带。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

本发明提供了一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法。下面结合附图对本发明的实施例进行说明。

请参考图1，图1为本发明具体实施例提供的一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法的示意图，本实施例提供的一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法，包括：

步骤S101：对巷道进行初次支护。

在巷道掘出后可以采用锚杆及锚索配合钢带等支护方式将巷道初次支护。一次充分采动后，巷道经历过一次采动变形后，巷道围岩产生一定程度的破坏，围岩变形量增加，在一次采动滞后稳定阶段范围内，采用锚索补强的支护方式进行二次支护，防止巷道再次变形产生围岩破坏支护体失效导致的冒顶事故。

步骤S102：建立巷道模型，确定重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段。

所述重复采动巷道其本质是回采巷道，同一条巷道为相邻两个工作面服务，两个工作面间有保护煤柱相隔，在第一个工作面开采时，巷道受到一次采动影响，在一次开采后，巷道需要保留下来为第二个工作面开采时使用，当第二个工作面开采时，巷道再次受到采动影响，待第二次开采过后，巷道废弃。此条巷道受重复采动影响。

在建立巷道模型时，可以采集巷道的生产技术参数和巷道围岩样本的岩石力学参数；根据所述生产技术参数和岩石力学参数，建立巷道模型。然后根据巷道应力，将巷道划分为五个阶段，并标注在所述巷道模型中；根据所述五个阶段，确定重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段。

其中，巷道应力可以通过生产技术参数和巷道围岩样本等参数进行模拟生成。

生产技术参数可以包括：重复采动巷道埋深、工作面1的走向长度、倾向长度、采高、煤柱宽度，工作面2的走向长度、倾向长度、采高等。

岩石力学参数可以包括：围岩容重、抗拉强度、泊松比、杨氏模量、内聚力和内摩擦角等。

五个阶段分别为：一次采动超前影响阶段、一次采动滞后剧烈影响阶段、一次采动滞后稳定阶段、一次采动滞后未充分采动阶段和二次采动超前剧烈影响阶段五个阶段；其中，所述一次采动滞后稳定阶段为重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段。

通过现场采集巷道围岩样本，在实验室测出岩石力学参数，采用实验室数值模拟方法，巷道围岩受重复采动过程进行计算机模拟，将巷道受重复采动影响围岩破坏过程通过塑性区表征，沿巷道轴向将塑性区破坏范围划分成不同的破坏阶段，充分采动条件下沿巷道轴向将巷道围岩破坏过程空间划分为：一次采动超前影响阶段、一次采动滞后剧烈影响阶段、一次采动滞后稳定阶段、一次采动滞后未充分采动阶段及二次采动超前剧烈影响阶段等五个阶段。确定出防冒顶支护时间为一次开采达到充分采动后。并初步确定出不同阶段巷道轴向影响范围。确定出一次采动滞后稳定阶段为重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段，此阶段为一次开采巷道围岩破坏范围最大，且持续时间最长。因此，补强支护施工选择在此阶段进行。

步骤S103：根据所述理论关键阶段，实时采集巷道的顶板位移量和表面位移变形量。

该理论关键阶段为通过巷道模型确定的关键阶段，并不能确定实际关键阶段的影响范围，因此，需要结合巷道的顶板位移量和表面位移变形量来确定实际关键阶段范围。

顶板位移量可以通过深基点位移计测量获得。在理论关键阶段布置深基点位移计，利用该深基点位移计采集巷道的顶板位移量。

表面位移变形量是指巷道表面的位移变形量。可以通过人工测量，也可以通过机器进行测量，这都在本发明的保护范围内。

步骤S104：根据所述顶板位移量和表面位移变形量，确定重复采动影响下巷道防冒顶的实际关键阶段范围。

深基点位移计采用电子数据采集功能，每隔100m在巷道顶板布置至少一台，可以记录每个位置围岩产生位移时间，以及位移数量，配合工作面推进距离数据，能够确定出不同阶段巷道轴向影响范围，进而能够确定重复采动影响下巷道防冒顶的实际关键阶段范围。

步骤S105：实时采集所述实际关键阶段范围的破坏深度。

根据所述顶板位移量，在所述实际关键阶段范围布置钻孔电视；利用所述钻孔电视采集所述实际关键阶段范围的破坏深度。

现场在一次采动滞后影响稳定阶段范围内，通过现场观测及深基点位移计的位移数据，确定在关键阶段范围内，顶板变形最大位置，在此位置采用钻孔电视等设备进行钻孔内窥视，确定巷道顶板最大破坏深度。

步骤S106：根据所述破坏深度，对巷道进行补强支护。

在对巷道进行补强支护时，可以根据所述破坏深度，采用锚杆及锚索，配合钢带对巷道进行补强支护。

在巷道掘进后采用锚杆及锚索配合钢带等支护方式将巷道初次支护，在一次采动达到充分采动后，在已确定的一次采动滞后稳定阶段范围内，根据现场观测(顶板下沉量及锚杆、索破断程度)围岩破坏严重区域，根据顶板破坏深度采用锚索补强的支护方式，锚索长度要高于巷道进入一次采动稳定阶段围岩破坏最大深度，锚索强度要在一次支护基础上提高至少一倍，加强巷道支护，维护巷道安全稳定，防止巷道冒顶事故的发生。

在本发明中，在二次采动过程中超前影响阶段内布置超前液压支架，保证维护巷道安全稳定，可以防止巷道冒顶事故的发生。

本发明充分考虑了多采场重复采动对巷道围岩破坏过程，并将其进行分阶段处理，确定巷道防冒顶控制关键阶段，从而进行差别化支护，确保巷道安全，降低巷道支护成本。通过采用数值模拟配合现场监测获得，保证了重复采动巷道分阶段的科学性及所获得范围的准确性。本发明的控制效果较好，较好地解决了重复采动巷道围岩多次变形破坏致使支护体失效，有效防止巷道冒顶事故的发生。

本发明采用实验室数值模拟现场重复采动影响巷道围岩破坏过程，沿巷道轴向将其划分成不同的破坏阶段，提前预判巷道围岩变形范围及稳定范围。配合现场深基点位移计，观测巷道围岩破坏过程，确定出各阶段破坏范围。确定出防冒顶支护时间为一次开采达到充分采动后。防冒顶支护位置为一次采动滞后稳定阶段范围内。通过位移传感器及围岩钻孔窥视等方法，确定一次采动滞后稳定阶段内顶板围岩最大破坏深度。支护方式采用分次支护原理，在巷道经历过一次采动变形后，巷道围岩产生一定程度的破坏，围岩变形量增加，达到稳定阶段后，将一次采动滞后稳定阶段范围内围岩破坏严重区域，采用再次加强支护的方式，防止巷道冒顶事故的发生。

示例：

如图2所示，为采用FLAC3D数值模拟方法模拟的重复采动的巷道模型。巷道受重复采动影响围岩破坏过程可以通过塑性区表征。

充分采动条件下沿巷道轴向将巷道围岩破坏过程空间划分为：1)一次采动超前影响阶段、2)一次采动滞后剧烈影响阶段、3)一次采动滞后稳定阶段、4)一次采动滞后未充分采动阶段及5)二次采动超前剧烈影响阶段等五个阶段。并初步确定出不同阶段巷道轴向影响范围。如图3和4所示。

现场工作面未开采前，在重复采动影响巷道，每隔100m沿巷道顶板布置至少一台深基点位移计，观测巷道围岩破坏过程及范围，该仪器采用电子数据采集功能，可以记录每个位置围岩产生位移时间，以及位移数量，配合工作面推进距离数据，进行分析，确定出不同阶段巷道轴向影响范围。一次采动超前影响阶段的范围为(一次开采工作面至超前80m范围内)、一次采动滞后剧烈影响阶段的范围为(一次开采工作面位置到滞后200m)；一次采动滞后稳定阶段的范围为(一次开采工作面滞后200m到距一次开采工作面开切眼200m位置)；一次采动滞后未充分采动阶段的范围为(一次开采工作面开切眼位置到距一次开采工作面开切眼200m范围内)；二次采动超前剧烈影响阶段的范围为(二次开采工作面至超前20m范围内)。

在充分采动条件下，一次采动滞后稳定阶段为重复采动影响下巷道防冒顶的关键阶段，此阶段为一次开采巷道围岩破坏范围最大，且持续时间最长。因此，防冒顶支护位置为此阶段范围内。

巷道掘进完成时采用锚杆1及锚索2配合钢带3等支护方式将巷道初次支护，如图5所示。巷道初次支护方案为：顶板采用“左旋无纵筋螺纹钢锚杆1+锚索2+π型钢带3”联合支护；锚杆1间排距1000×1000mm，一排6根，垂直巷道中线平行布置，每排两端头顶锚杆1中心距巷帮200mm，型号为Φ22×2000mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆1。锚索2间排距2100×2000mm，每排3根，型号为Φ22×8000mm。钢带3采用4600×140×8mm五孔π型钢带3，钢带3垂直巷道中线平行布置，钢带3两端头距两帮400mm。

在一次采动达到充分采动后，在已确定的一次采动稳定阶段范围内，根据顶板破坏深度采用锚索2补强的支护方式，锚索2长度要高于巷道进入一次采动稳定阶段围岩破坏最大深度，锚索2强度要在一次支护基础上提高一倍，加强巷道支护，维护巷道安全稳定，防止巷道冒顶事故的发生。如图6所示，补强支护方案如下：补强支护采用Φ22×8000mm锚索2，将原锚索2支护一排三根的基础上，补打2根锚索2，形成一排5根，在已失效锚索2附近重新补锚索2。在原锚索2支护排距为2m的基础上，在每两排中间补打一排3根锚索2，间排距为配合2100×2000mm，每排采用4600×140×8mm五孔π型钢带3，最终顶锚索2排列为“3、5、3、5”形式，排距为1m。

以上，为本发明提供的种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种重复采动影响下巷道防冒顶支护方法，其特征在于，包括：

对巷道进行初次支护；

建立巷道模型，确定重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段；

根据所述理论关键阶段，实时采集巷道的顶板位移量和表面位移变形量；

根据所述顶板位移量和表面位移变形量，确定重复采动影响下巷道防冒顶的实际关键阶段范围；

实时采集所述实际关键阶段范围的破坏深度；

根据所述破坏深度，对巷道进行补强支护；

所述建立巷道模型，确定重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段，包括：

采集巷道的生产技术参数和巷道围岩样本的岩石力学参数；

根据所述生产技术参数和岩石力学参数，建立巷道模型；

根据巷道应力及塑性区破坏范围，将巷道划分为五个阶段，并标注在所述巷道模型中；

根据所述五个阶段，确定重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段；

所述五个阶段分别为：一次采动超前影响阶段、一次采动滞后剧烈影响阶段、一次采动滞后稳定阶段、一次采动滞后未充分采动阶段和二次采动超前剧烈影响阶段五个阶段；其中，所述一次采动滞后稳定阶段为重复采动影响下巷道防冒顶的理论关键阶段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时采集所述实际关键阶段范围的破坏深度，包括：

根据所述顶板位移量，在所述实际关键阶段范围布置钻孔电视；

利用所述钻孔电视采集所述实际关键阶段范围的破坏深度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集巷道的顶板位移量，包括：

在所述理论关键阶段布置深基点位移计；

利用所述深基点位移计采集巷道的顶板位移量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述破坏深度，对巷道进行补强支护，包括：

根据所述破坏深度，采用锚杆及锚索，配合钢带对巷道进行补强支护。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述二次采动超前剧烈影响阶段内布置超前液压支架。

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