CN110552731A - 一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构及其超前支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构及其超前支护方法，包括以下步骤：步骤一，在当前回采工作面确定至少一条待支护的回采巷道；回采巷道顶板及两侧具有永久支护，由于回采巷道提前掘好，并在掘进过程中就进行了永久支护，所述永久支护采用锚网联合支护；步骤二，对回采巷道进行超前支护，在回采工作面回采的同时，在回采巷道顶板上沿前进方向，每隔一排锚杆施工锚索孔，边施工锚索孔，边在锚索孔中安装注浆锚索和锚索托盘，并采用锁具进行预紧。本发明的有益技术成果：①在保证安全回采的同时大大提高了支护效率；②极大的节省了回采巷道的空间面积；③结构简单，操作方便，成本低。

Description

一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构及其超前支护方法

技术领域

本发明涉及放顶煤回采巷道主动式超前支护领域，尤其涉及一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构及其超前支护方法。

背景技术

放顶煤采煤方法是我国目前开采厚煤层的主要方法，在开采近水平、缓倾斜或中斜煤层时，先采出煤层底部长壁工作面的煤，随即放采上部顶煤的采煤方法。一般而言，放顶煤开采的煤层强度较低、煤体内裂隙较发育，而且工作面回采巷道沿厚煤层下部布置，巷道四周均是强度较低的煤层，且开采过程中，前方支承压力分布范围大，对巷道的影响范围大，有的达到百米以上，放顶煤工作面回采巷道的变形和破坏比较严重。为了防止工作面因超前支承压力和沿倾斜方向支承压力的叠加作用而出现巷道围岩变形、移动、破坏等现象，在工作面回采过程中，需要对回采巷道进行超前支护。目前放顶煤回采工作面主要采用超前液压支架进行超前支护，超前液压支架成本高，反复支承顶板，造成顶板破碎，不利于对顶板的安全管理和维护，对井下巷道工作人员生命及设备造成威胁；超前液压支架的上顶板为一个整体，支承顶板容易导致顶板锚索失效，安装、维护、拆卸这种支架时工作人员劳动强度非常大。另外针对长距离超前支护应用性很差，推移过程复杂，严重影响回采工作面安全高效开采。

中国专利，专利号为″201811583423.5″，专利名称为″一种注浆锚索超前支护方法″的发明专利公开了一种超前支护方法，但不能应用于放顶煤回采巷道。因此，有必要提出一种新的超前支护方法，一方面提高支护效率，改善作业环境，另一方面，保证放顶煤回采巷道围岩稳固性，对提高回采工作面安全、高效开采具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构及其超前支护方法，解决现在放顶煤回采巷道支护中施工效率低、人员劳动强度大、支护成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构，包括设置于回采巷道顶板及两侧的永久支护，所述永久支护包括紧贴回采巷道顶板及两侧的钢筋网、布置于钢筋网外侧的多个锚杆钢带、多根垂直穿过所述锚杆钢带和钢筋网的锚杆以及设置在锚杆外端的锚杆托盘，所述锚杆的锚固端连接于回采巷道顶板及两侧中；多个所述锚杆钢带间隔布置，每个锚杆钢带上安装有多个所述锚杆；相邻的两个锚杆钢带之间设置有锚索钢带，所述锚索钢带上安装有多个注浆锚索，所述注浆锚索穿过锚索钢带进入锚索孔中，注浆锚索的外端设置有锚索托盘。

进一步的，每个所述锚索钢带上设置有至少三根所述注浆锚索。

再进一步的，中间的所述注浆锚索居中布置。

一种放顶煤回采巷道注浆锚索超前支护方法，包括以下步骤：

步骤一，在当前回采工作面确定至少一条待支护的回采巷道；回采巷道顶板及两侧具有永久支护，由于回采巷道提前掘好，并在掘进过程中就进行了永久支护，在工作面回采过程中，在原有永久支护的基础上对回采巷道进行注浆锚索超前支护；所述永久支护采用锚网联合支护，包括钢筋网、锚杆钢带、锚杆组成的联合支护结构，钢筋网紧贴巷道顶板及两侧，锚杆钢带布置于钢筋网的外侧，多根锚杆垂直穿过锚杆钢带、钢筋网，锚杆的锚固端连接于回采巷道顶板及两侧中，锚杆的外端安装锚杆托盘，并采用锁具进行预紧；

步骤二，对回采巷道进行超前支护，在回采工作面回采的同时，在回采巷道顶板上沿前进方向，每隔一排锚杆施工锚索孔，边施工锚索孔，边在锚索孔中安装注浆锚索和锚索托盘，并采用锁具进行预紧；注浆锚索安装完后，采用高压泵利用注浆锚索对顶板裂隙进行注浆，待注浆作业完成后，对注浆锚索进行封孔，把破碎顶板的缝隙和孔体充实，将回采巷道顶板胶结成整体。

进一步的，所述锚杆、注浆锚索交替布置，锚杆、注浆锚索组合体沿回采巷道朝回采工作面回采的方向布置。

再进一步的，采煤时，回采工作面向前推进的同时，沿推进方向不断加装注浆锚索超前支护，使超前支护距离维持在安全范围内。

再进一步的，中间的注浆锚索居中布置，所有注浆锚索走向一条线。

再进一步的，位于同一排的注浆锚索安装在同一锚索钢带上，每排注浆锚索不少于三根。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

本发明采用注浆锚索配合锚网支护，可以形成一个多层有效的厚度加大的组合拱，即锚网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱，从而扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。注浆锚索可有效抑制围岩内部节理、裂隙的产生，也可以阻止围岩内部岩体和注浆浆液形成结石体的再次破坏，把某些能很好地和岩土体固结的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙等结构中去，使岩土体成为强度高、抗渗性能好、稳定性高的新结构体从而达到改善岩土体物理力学性质的目的，在松散破碎围岩、极软岩层、高应力破碎围岩及大埋深煤巷支护过程中起着重要作用。通过压注浆液进入岩体裂隙后，浆液与围岩的作用机制主要体现在两个方面：一是浆液对围岩体的物理作用，包括浆液的充填、渗透、挤压等，阻止了地下水的进入并防止外界潮湿空气对岩体的风化和泥化；二是浆液与裂隙围岩体的化学胶结作用，经在裂隙中固化后把围岩中两个弱面胶结在一起，重新使围岩受力时的二向受力变为三向平衡受力，杜绝了围岩体受压先从弱面发生破坏的现象，从而改善了围岩体的岩性，一定程度上增加了顶板围岩的抗拉、抗压、抗剪的能力。注浆锚索起到了锚索在挤压加固、多层组合拱以及注浆等方面的多重作用；提高了岩体强度，使顶板二次加固，围岩本身和作为支护结构的一部分，且与原岩形成一个整体，使回采巷道保持稳定而不易产生破坏。因此，本发明提出的一种注浆锚索超前支护方法具有重要的理论意义和工程实践价值。

本发明的有益技术成果：①在保证安全回采的同时大大提高了支护效率；②极大的节省了回采巷道的空间面积，尤其在工作面端头位置；③结构简单，操作方便，成本低。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明第一种实施例的实施中回采工作面示面图；

图2为A-A剖面图；

图3为本发明第一种实施例的实施中回采巷道支护断面图；

图4为本发明第一种实施例的实施中回采巷道支护平面展开图；

附图标记说明：1、回采巷道；2、煤岩体；3、回采工作面；4、采空区；5、锚杆；6、注浆锚索；7、锚杆钢带；8、锚杆托盘；9、放落顶煤；10、锚索钢带；11、锚索托盘；

图1中A——工作面端头区，B——回采巷道超前支护区。

具体实施方式

图1、2示出了回采巷道1、煤岩体2、回采工作面3、采空区4及放落顶煤9之间的位置关系，在回采工作面3进行采煤作业的同时，回采巷道1的工作面端头区A和回采巷道超前支护区B进行超前支护，即在回采巷道1超前支护的支护距离范围内进行注浆锚索超前支护。

如图3、4所示，一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构的第一种具体实施例是，在回采巷道1顶板及两侧设永久支护，由于回采巷道提前掘好，并在掘进过程中就进行了永久支护，在工作面回采过程中，在原有永久支护的基础上对回采巷道进行注浆锚索超前支护。所述永久支护包括紧贴回采巷道1顶板及两侧的钢筋网(为现有技术，图中未示出)、布置于钢筋网外侧的多个锚杆钢带7、多根垂直穿过所述锚杆钢带7和钢筋网的锚杆5以及安装在锚杆外端的锚杆托盘8，所述锚杆5的锚固端连接于回采巷道1顶板及两侧中；多个所述锚杆钢带7间隔布置，每个锚杆钢带7上安装多个所述锚杆5。本具体实施例中，回采巷道顶板的每条锚杆钢带上固定六个锚杆5，每个锚杆上均安装锚杆托盘，并采用锁具进行预紧，六个锚杆中最两侧的两个锚杆分别向两侧偏斜。回采巷道两侧的每条锚杆钢带上固定三个锚杆5，每个锚杆上均安装锚杆托盘，三个锚杆中上下两侧的两个锚杆分别向上下两侧偏斜。相邻的两个锚杆钢带7之间固定有锚索钢带10，所述锚索钢带10上穿设有多个注浆锚索6，所述注浆锚索6穿过锚索钢带10进入锚索孔中，注浆锚索6的外端安装有锚索托盘11，并采用锁具进行预紧。本具体实施例中，每个所述锚索钢带上穿过有三根所述注浆锚索，且中间的注浆锚索居中布置。

本发明实施例提供了一种放顶煤回采巷道注浆锚索超前支护方法，通过以下步骤实现上述注浆锚索超前支护方法：

随着回采工作面3在煤岩体2的回采方向的向前推移，同步进行对回采巷道1的超前支护范围沿回采方向的向前推移，始终保持回采工作面3前方的超前支护距离维持在安全范围内。

本发明在回采巷道原有永久支护(锚网联合支护)的基础提供一种利用注浆锚索超前支护方法；原有的永久支护包括钢筋网、钢带、锚杆组成的联合支护结构，钢筋网紧贴巷道顶板，钢带布置于钢筋网的外侧，多根锚杆垂直穿过钢带、钢筋网，锚杆的锚固端连接于巷道顶板中。随着回采工作面的回采工作的进行，回采巷道采用注浆锚索进行超前支护，采用注浆锚索配合钢带实现，对围岩体结构进行加固，保证回采工作的安全高效进行。

一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构的第二种具体实施例，其中最两侧的注浆锚索倾斜布置，倾斜角度为15°-30°，而且最两侧的注浆锚索的长度加长，提高锚固强度。其它技术特征与上述相同，在此不再赘述。

本发明的第一种具体实施例是通过以下技术方案实现的。

步骤一：选择合适的回采工作面，选取某条或某几条回采巷道，回采巷道具有原有的永久支护，由于回采巷道提前掘好，并在掘进过程中就进行了永久支护，在工作面回采过程中，在原有永久支护的基础上对回采巷道进行注浆锚索超前支护。根据地质概况与生产技术条件，确定回采巷道超前支承压力分布规律以及超前支护最大安全距离，采用理论计算、数值模拟与工程类比等方法，确定回采巷道注浆锚索超前支护技术方案。

步骤二：对回采巷道进行超前支护。回采巷道顶板超前支护结构包括，注浆锚索穿过锚索孔、钢筋网，锚索的锚固端连接于巷道顶板上部相对较稳定岩层中。在回采工作面回采的同时，在回采巷道顶板上沿前进方向，每隔一排锚杆施工锚索孔。边施工锚索孔，边在锚索孔中安装注浆锚索、锚索钢带和锚索托盘，并采用锁具进行预紧；注浆锚索安装完后，采用高压泵利用注浆锚索对顶板裂隙进行注浆，待注浆作业完成后，对注浆锚索进行封孔，把破碎顶板的缝隙和孔体充实，将回采巷道顶板胶结成整体。所有注浆锚索走向一条线，每排注浆锚索不少于三根，中间的注浆锚索居中布置。

更为具体地，锚杆、注浆锚索交替布置，锚杆、注浆锚索组合体沿巷道朝工作面回采的方向布置。采煤时，回采工作面向前推进的同时，沿推进方向不断加装注浆锚索超前支护，使超前支护距离维持在安全范围内。

注浆锚索6起到了锚索在挤压加固、多层组合拱以及注浆等方面的多重作用；提高了岩体强度，使顶板二次加固，围岩本身和作为支护结构的一部分，且与原岩形成一个整体，使回采巷道1保持稳定而不易产生破坏。

本发明的第二种具体实施例的方法为在上述步骤二中，对回采巷道进行超前支护时最两侧的的注浆锚索倾斜布置，倾斜角度为15°-30°，而且最两侧的注浆锚索的长度加长。其它方法步骤与上述相同，在此不再赘述。

注：在围岩破碎带与地质构造异常带需要补打注浆锚索，另外在回采巷道中需要备一定数量的单体支柱，针对巷道围岩变形剧烈，采用单体支柱进行补强支护，保证生产的安全高效进行。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构，其特征在于，包括设置于回采巷道顶板及两侧的永久支护，所述永久支护包括紧贴回采巷道顶板及两侧的钢筋网、布置于钢筋网外侧的多个锚杆钢带、多根垂直穿过所述锚杆钢带和钢筋网的锚杆以及设置在锚杆外端的锚杆托盘，所述锚杆的锚固端连接于回采巷道顶板及两侧中；多个所述锚杆钢带间隔布置，每个锚杆钢带上安装有多个所述锚杆；相邻的两个锚杆钢带之间设置有锚索钢带，所述锚索钢带上安装有多个注浆锚索，所述注浆锚索穿过锚索钢带进入锚索孔中，注浆锚索的外端设置有锚索托盘。

2.根据权利要求1所述的放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构，其特征在于，每个所述锚索钢带上设置有至少三根所述注浆锚索。

3.根据权利要求2所述的放顶煤回采巷道注浆锚索支护结构，其特征在于，中间的所述注浆锚索居中布置。

4.一种放顶煤回采巷道注浆锚索超前支护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在当前回采工作面确定至少一条待支护的回采巷道；回采巷道顶板及两侧具有永久支护，由于回采巷道提前掘好，并在掘进过程中就进行了永久支护，在工作面回采过程中，在原有永久支护的基础上对回采巷道进行注浆锚索超前支护；所述永久支护采用锚网联合支护，包括钢筋网、锚杆钢带、锚杆组成的联合支护结构，钢筋网紧贴巷道顶板及两侧，锚杆钢带布置于钢筋网的外侧，多根锚杆垂直穿过锚杆钢带、钢筋网，锚杆的锚固端连接于回采巷道顶板及两侧中，锚杆的外端安装锚杆托盘，并采用锁具进行预紧；

步骤二，对回采巷道进行超前支护，在回采工作面回采的同时，在回采巷道顶板上沿前进方向，每隔一排锚杆施工锚索孔，边施工锚索孔，边在锚索孔中安装注浆锚索和锚索托盘，并采用锁具进行预紧；注浆锚索安装完后，采用高压泵利用注浆锚索对顶板裂隙进行注浆，待注浆作业完成后，对注浆锚索进行封孔，把破碎顶板的缝隙和孔体充实，将回采巷道顶板胶结成整体。

5.根据权利要求4所述的放顶煤回采巷道注浆锚索超前支护方法，其特征在于，所述锚杆、注浆锚索交替布置，锚杆、注浆锚索组合体沿回采巷道朝回采工作面回采的方向布置。

6.根据权利要求4所述的放顶煤回采巷道注浆锚索超前支护方法，其特征在于，采煤时，回采工作面向前推进的同时，沿推进方向不断加装注浆锚索超前支护，使超前支护距离维持在安全范围内。

7.根据权利要求4所述的放顶煤回采巷道注浆锚索超前支护方法，其特征在于，中间的注浆锚索居中布置，所有注浆锚索走向一条线。

8.根据权利要求4所述的放顶煤回采巷道注浆锚索超前支护方法，其特征在于，位于同一排的注浆锚索安装在同一锚索钢带上，每排注浆锚索不少于三根。