CN112360524A - 一种板结残矿堆巷道超前支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种板结残矿堆巷道的超前支护方法，它包括施工前期准备工作，还包括如下工艺步骤与条件：a.矩形断面支护，将出矿巷道断面由三心拱变为矩形，先架设Π型支架，其次在Π型支架柱1.5m处设置护腿锚杆，然后在前后排Π型支架横梁间设置排间连接杆，最后在排间连接杆上铺设木板后壁厚填充；b.锚杆超前支护，用加长钎尾连接套自进式中空锚杆超前支护，以靠近掌子面的Π型支架横梁上边缘为支点，在残矿堆中以外插角10～15°逐个间隙插入带柱齿型钻头的加长钎尾连接套自进式中空锚杆，在巷道拱顶形成斜排伞状支护拱，具有可有效地控制巷道拱部及掌子面前方残矿堆的松动和垮塌，实现了残矿堆不均匀硬岩介质中快速一次性超前支护施工，施工方便、成本低，可带来较好的经济性效应等优点，适于矿冶行业应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种大直径深孔二步骤采场残矿堆巷道超前支护，具体涉及一种含硫板结残矿堆及类似的不均质硬岩介质巷道超前支护方法。
背景技术
现有技术中，铜矿采用大直径深孔嗣后充填采矿方法是将采场分矿房、矿柱两步骤回采：一步骤回采矿房，二步骤回采矿柱。在回采二步骤采场时，出矿穿脉和进路须布置在已充填的一步骤采场中。铜矿的矿石类型主要为铜硫矿石和铜锌硫矿石，普氏系数在8～9之间，矿石坚固，矿石中含硫较高，S平均品位37.9％。一步骤采场最先爆破下来的矿石会在底部结构长期积压，进而氧化板结，造成出矿困难，导致二步骤采场回采时，出矿穿脉和进路需穿过残矿堆介质。
采用三心拱断面，拱上散体介质在重力作用下，向拱脚两侧方面滑动，拱部散体继续冒落并从拱脚处涌入巷道，影响巷道断面成型和清理；由于残矿堆为粉矿、块矿和充填体的混合物，在断面掘进过程中，顶板残矿堆散体向巷道内涌入，常导致顶板散体塌方，巷道施工与成巷困难。本领域人员采用管棚法虽然可以通过残矿堆，但残矿堆介质松散，存在钻孔易塌孔，无缝钢管无法顶入等问题；为解决这些问题，有人采用“超前钻杆”，可解决塌孔问题，但成本较高，超前钻杆支护费用占总支护费用的60％～70％；还有人采用集钻进、注浆、锚固等功能一体的“自进式中空注浆锚杆”，该杆为带螺纹的无缝钢管，它通过钎尾连接套与YT28钻机配套使用，主要用于土层、砂岩等中等坚固岩性的断层、破碎带超前支护，克服了诸如塌孔、无法插杆等问题且材料成本更低，但在残矿堆钻进过程中遇到较硬块矿或岩石时，中空锚杆杆体扭矩增大，钎尾连接套与中空锚杆会发生塑性变形，以致钎尾连接套难以卸载，若采用管钳卸载，在高空作业条件下会严重影响施工效率。
为此，针对含硫板结残矿堆及类似的不均质硬岩介质研发一种经济、合理、可行的巷道超前支护方法就显得尤为迫切。
发明内容
本发明的任务是克服现有技术的不足，提供一种板结残矿堆出矿巷道的超前支护方法。
本发明的任务是通过以下技术方案来完成的：
板结残矿堆出矿巷道的超前支护方法，它包括施工前支护材料材料进场、在巷道掌子面施工前照明工作并进行工作面顶板的浮石、其他危险源排险的先期准备工作，它还包括如下工艺步骤与条件：
a.矩形断面支护，将出矿巷道断面由三心拱变为矩形，先架设Π型支架，其次在Π型支架柱1.5m处设置护腿锚杆，然后在前后排Π型支架横梁间设置排间连接杆，最后在排间连接杆上铺设木板后壁厚填充；
b.锚杆超前支护，用加长钎尾连接套自进式中空锚杆超前支护，以靠近掌子面的Π型支架横梁上边缘为支点，在残矿堆中以外插角10～15°逐个间隙插入带柱齿型钻头的加长钎尾连接套自进式中空锚杆，在巷道拱顶形成斜排伞状支护拱，可防止顶板残矿堆坍塌、涌入，该加长钎尾连接套自进式中空锚杆包括内设预留空腔的加长钎尾连接套、扁平型限位凸点和公知的中空锚杆，钻机钎尾杆体的钎尾螺纹可套入加长钎尾连接套的尾端，所述的加长钎尾连接套内设预留空腔将中空锚杆与钎尾连接套内腔根部分离，可消除旋进过程中因大扭矩造成钎尾连接套根部与中空锚杆杆体接触而挤压变形且卸载快捷。
本发明原理或机理：
(1)超前支护的微拱和加固作用
通过改进型自进式中空锚杆超前支护，将中空锚杆伸入残矿堆围岩，对掌子面前方的残矿堆起到加固作用；同时中空锚杆杆体间见的微拱作用，可有效抑制巷道顶板残矿堆散体介质松动和垮塌。另外中空锚杆刚度较大，在周边的爆破振动影响下，塌碴也是落在管棚上部岩碴上，起到缓冲作用。
(2)改进型自进式中空锚杆
现有的研究表明：一般螺母各扣螺纹牙间载荷第一扣处最大，且载荷主要集中在前几扣，前三扣载荷占总载荷的60％～70％，同时螺纹牙根存在严重的应力集中，最大应力一般出现在第一螺纹牙根部。
在所设的钎尾连接套内部预留空腔，将中空锚杆(螺杆)与加长钎尾连接套(螺母)内腔根部分离，消除根部接触挤压。残矿堆钻进扭矩较大，通过杆体尾部扁平型限位凸点结构，限制中空锚杆在左旋钻进过程中钎尾连接套持续转动，避免钎尾连接套根部与中空锚杆杆体接触、挤压而引起的杆体塑性变形，实现钻进后通过敲振连击套松动方式快速卸载钎尾连接套。
与现有技术相比，本发明具有以下优点或效果：
(1)加固和改善了残矿堆散体介质的物理力学特性，有效地控制了巷道拱部及掌子面前方残矿堆的松动和垮塌，维持了巷道的稳定性。
(2)自进式中空锚杆通过加长钎尾连接套并在根部预留空腔、杆尾扁平型限位凸点改进措施，实现了残矿堆不均匀硬岩介质中快速一次性超前支护施工，解决了不均匀硬岩介质塌孔情况下钢管无法顶入的问题。
(3)施工方便、成本较低，能够有效控制不均质硬岩介质下超前支护成本，可带来较好的经济性效应。
附图说明
图1是公知大直径深孔嗣后充填采矿示意图。
图2是图1所示大直径深孔嗣后充填采矿底部结构示意图。
图3是依据本发明提出的一种板结残矿堆巷道超前支护方法的残矿堆管棚法超前支护立体图。
图4是依据本发明提出的一种板结残矿堆巷道超前支护方法的残矿堆超前支护布置图。
图5是依据本发明提出的一种板结残矿堆巷道超前支护方法的加长钎尾连接套自进式中空锚杆结构示意图。
附图中各标识数字分别表示：
1.凿岩穿脉2.出矿穿脉3.含硫板结残矿堆4.胶结充填5.矿房6.矿柱7.出矿巷道8.阶段运输巷9.Π型支架10.带加长钎尾连接套自进式中空锚杆10.1.中空锚杆10.2.扁平型限位凸点10.3.加长钎尾连接套10.4.预留空腔10.5.钎尾螺纹10.6.钎尾杆体11.护腿锚杆12.木板13.排间连接杆L.Π型支架排间距
以下结合附图对说明作进一步详细地描述。
具体实施方式
某矿石类型主要为铜硫矿石和铜锌硫矿石，普氏系数在8～9之间，矿石坚固，S平均品位37.9％，矿石中含硫较高。
如图1～5所示，本发明的一种板结残矿堆巷道超前支护方法，它包括施工前支护材料材料进场、在巷道掌子面施工前照明工作并进行工作面顶板的浮石、其他危险源排险的先期准备工作，它还包括如下工艺步骤与条件：
a.矩形断面支护，将出矿巷道断面由三心拱变为矩形，先架设Π型支架(9)，其次在Π型支架(9)立柱1.5m处设置护腿锚杆(11)，然后在前后排Π型支架(9)横梁间设置排间连接杆(13)，最后在排间连接杆(13)上铺设木板(12)后壁厚填充；
b.锚杆超前支护，用加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)超前支护，以靠近掌子面的Π型支架(9)横梁上边缘为支点，在残矿堆中以外插角10～15°逐个间隙插入带柱齿型钻头的加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)，在巷道拱顶形成斜排伞状支护拱，可防止顶板残矿堆坍塌、涌入，该加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)包括内设预留空腔(10.4)的加长钎尾连接套(10.3)、扁平型限位凸点(10.2)和公知的中空锚杆(10.1)，钻机钎尾杆体(10.6)的钎尾螺纹(10.5)可套入加长钎尾连接套(10.3)的尾端，所述的加长钎尾连接套(10.3)内设预留空腔(10.4)将中空锚杆(10.1)与钎尾连接套(10.3)内腔根部分离，可消除旋进过程中因大扭矩造成钎尾连接套(10.3)根部与中空锚杆(10.1)杆体接触而挤压变形且卸载快捷。
本发明的方法可以进一步是：
所述的Π型支架排间距(L)为0.8～1m。
所述的Π型支架(9)为I20a工字钢型制作。
所述的加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)斜排间距为10～20cm。
所述的加长钎尾连接套自进式中空锚杆每排平均为45根。
所述的护腿锚杆(11)头端入岩体并锚固1.0m，尾端连接Π型支架(9)立柱。
所述的排间连接杆(13)长度为Π型支架排间距(L)加20cm。
所述的排间连接杆(13)与护腿锚杆(11)均采用φ32mm螺纹钢。
工作时，参照图1～2，采用大直径深孔嗣后充填采矿，采场分矿房、矿柱两步骤回采，一步骤回采矿房(5)，二步骤回采矿柱(6)，在回采二步骤采场时，出矿穿脉(2)和出矿巷道(7)须布置在已充填的一步骤采场中，一步骤采场最先爆破下来的矿石会在底部结构长期积压成为含硫进而氧化板结残矿堆(3)，造成出矿困难，导致二步骤采场回采时，出矿穿脉(2)和出矿巷道(7)需穿过氧化板结残矿堆(3)；参照图3，矩形断面采用Π型支架(9)，现场施工首先进行Π型支架(9)架设，其次在Π型支架(9)立柱1.5m位置布置护腿锚杆(11)，然后在Π型支架(9)横梁间布置排间连接杆(13)，最后在排间连接杆(13)上铺设木板(12)后壁厚填充；参照图4～5，超前支护采用YT28凿岩机施工，带加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)以靠近掌子面的Π型支架(9)横梁上边缘为支点，在残矿堆中以外插角10°～15°逐个间隙插入φ25mm×5mm型自进式带柱齿型钻头的中空锚杆(10.1)，在巷道拱顶形成一伞状保护环，起到了超前支护作用，防止顶板残矿堆坍塌、涌入，以保证掘进与后续支护工艺安全运作；带加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)的加长钎尾连接套(10.3)将YT28钎尾杆体(10.6)的钎尾螺纹(10.5)螺纹联接，加长钎尾连接套(10.3)内部的预留空腔(10.4)可将中空锚杆(10.1)与加长钎尾连接套(10.3)内腔根部分离，消除旋进过程中因大扭矩造成钎尾连接套根部与中空锚杆杆体的挤压，避免根部螺纹牙间应力集中引起的中空锚杆塑性变形且不影响钎尾连接套的快速卸载。在带加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)的加长钎尾连接套(10.3)端头设置扁平型限位凸点(10.2)，通过旋和段螺纹联接和限位凸点的共同作用，限制钻进过程中加长钎尾连接套(10.3)的旋进转动，避免加长钎尾连接套(10.3)根部与中空锚杆杆体接触、挤压。
如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明最佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替换、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种板结残矿堆巷道超前支护方法，它包括施工前支护材料材料进场、在巷道掌子面施工前照明工作并进行工作面顶板的浮石、其他危险源排险的先期准备工作，其特征在于它还包括如下工艺步骤与条件：
a.矩形断面支护，将出矿巷道断面由三心拱变为矩形，先架设Π型支架(9)，其次在Π型支架(9)立柱1.5m处设置护腿锚杆(11)，然后在前后排Π型支架(9)横梁间设置排间连接杆(13)，最后在排间连接杆(13)上铺设木板(12)后壁厚填充；
b.锚杆超前支护，用加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)超前支护，以靠近掌子面的Π型支架(9)横梁上边缘为支点，在残矿堆中以外插角10～15°逐个间隙插入带柱齿型钻头的加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)，在巷道拱顶形成斜排伞状支护拱，可防止顶板残矿堆坍塌、涌入，该加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)包括内设预留空腔(10.4)的加长钎尾连接套(10.3)、扁平型限位凸点(10.2)和公知的中空锚杆(10.1)，钻机钎尾杆体(10.6)的钎尾螺纹(10.5)可套入加长钎尾连接套(10.3)的尾端，所述的加长钎尾连接套(10.3)内设预留空腔(10.4)将中空锚杆(10.1)与钎尾连接套(10.3)内腔根部分离，可消除旋进过程中因大扭矩造成钎尾连接套(10.3)根部与中空锚杆(10.1)杆体接触而挤压变形且卸载快捷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的Π型支架排间距(L)为0.8～1m。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的Π型支架(9)为I20a工字钢型制作。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的加长钎尾连接套自进式中空锚杆(10)斜排间距为10～20cm。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是所述的加长钎尾连接套自进式中空锚杆每排平均为45根。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的护腿锚杆(11)头端入岩体并锚固1.0m，尾端连接Π型支架(9)立柱。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的排间连接杆(13)长度为Π型支架排间距(L)加20cm。
8.根据权利要求1或6或7所述的方法，其特征是所述的排间连接杆(13)与护腿锚杆(11)均采用φ32mm螺纹钢。
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