CN112412506B - 一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法，利用煤矿巷道围岩控制中的锚索支护技术，首先依据煤巷地质条件和单日掘进进尺等因素确定合理的迎头加固锚索施工参数；在开始掘进前，依据巷道断面尺寸和工况条件确定需要加固锚索的数量和施工位置；随后开始施工其中一组的首轮加固锚索，待完成一个单日掘进进尺作业后，在当前迎头位置施工其余组的首轮加固锚索，然后继续进行掘进作业，完成后在当前迎头位置重复上述过程施工下一组加固锚索，以此类推，保证掘进工作面前方迎头煤壁内始终布置有2～3根加固锚索。本发明仅需锚索支护就能保证掘进巷道迎头的抗冲击能力，同时其能保证掘进速度。另外施工过程中对迎头煤壁扰动较小，能保证施工安全性。

Description

一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法
技术领域
本发明涉及一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法，属于煤矿安全开采技术领域。
背景技术
近年来煤炭资源开采逐渐转向深部，掘进工作面冲击地压事故频繁发生，由于掘进工作面一般为独头巷道，存在作业空间狭小、作业工序繁琐、作业人数众多的特点。迎头一旦发生煤体冲击，人员逃生通道容易被冲出的煤体快速堵塞，对掘进工作面的设备和人员安全产生严重威胁。煤巷掘进工作面迎头煤体冲击灾害的有效防治对保证快速掘进成巷和深部矿井煤炭资源安全开采意义重大。目前，煤巷掘进工作面迎头煤体冲击的防治方法较为单一，主要依赖施工迎头煤壁大直径钻孔进行卸压。受限于掘进工作面巷道断面较小，每次施工大直径钻孔时，均需要将综掘设备向后退出迎头煤壁一定距离才能保证钻机设备具有足够的作业空间，完成大直径钻孔卸压后，再次将综掘设备靠近迎头进行下一阶段掘进，如此交替施工对巷道掘进速度影响较大。另外，在强冲击危险区域迎头施工大直径钻孔时，卸压作业本身也会对处于临界冲击状态的围岩稳定性产生扰动，有可能诱发掘进工作面迎头煤体冲击。因此如何能在保证巷道迎头抗冲击能力的前提下还能有效提高掘进速度，是本行业的研究方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法，无需额外增加设备投入，仅需锚索进行支护，就能保证巷道迎头抗冲击能力，同时其施工方便因此能保证掘进速度；另外施工过程中对煤壁扰动较小，从而也能保证施工安全性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法，具体步骤为：
步骤一、开始掘进前，依据地质条件、煤层厚度、巷道掘进仰角和单日掘进进尺等因素确定合理的加固锚索施工参数，所述施工参数包括钢绞线类型、锚索直径、锚索长度、锚索角度、静载性能和抗拔力性能，具体参数要求确定如下：
A、确定钢绞线类型：加固锚索的钢绞线采用数根钢丝捻成的绞线状预应力钢丝束；
B、确定锚索直径：选取的不同钢绞线结构对应不同的公称直径，并对应不同的最大拉伸力、屈服力以及最大力总伸长率，最终选择最大拉伸力、屈服力以及最大力总伸长率不小于当前地质条件下所需值；钢绞线结构代号一般选取1×3或1×7，钢绞线直径一般为6.2mm、6.5mm、8.6mm、8.74mm、10.8mm和12.90mm。
C、确定锚索长度：加固锚索的长度应大于1.2倍的单日掘进进尺；
D、确定静载性能：对加固锚索进行静载试验，选择加固锚索的一锚具组装件静载试验测得的锚具效率系数ηa不小于0.95，且组装件受力长度的总应变εapu不小于2％；
E、确定抗拔力性能：加固锚索的抗拔力应不小于锚索设计承载力的1.05倍；
F、确定锚索角度：加固锚索的施工角度与煤层走向平行，且顺煤层布置；
步骤二、开始掘进前，依据掘进巷道断面尺寸和工况条件确定需要施工加固锚索的数量和施工位置，首先确定工作面巷道的断面尺寸，若断面尺寸小于15m2则进入步骤①；否则进入步骤④；
①对于断面尺寸小于15m2的工作面巷道，选择2组加固锚索，分别为1#加固锚索和2#加固锚索；根据巷道断面尺寸确定巷道中线位置，包括水平中线和垂直中线，并确定巷道断面中心点；在垂直中线一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为1#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；然后在该位置施工钻孔并将该加固锚索安装，完成后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为步骤一确定的单日掘进进尺；作业后当前迎头位置与之前相比向前移动距离为单日掘进进尺；此时1#加固锚索中首轮加固锚索仍有部分长度保留在迎头的煤壁内，起到加固煤壁、防止其向外冲击的作用；
②在当前迎头所在位置垂直中线另一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为2#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；该加固锚索的施工参数与1#加固锚索保持一致，完成该加固锚索的安装过程，此时当前迎头的煤壁内同时具有两个加固锚索，分别属于1#加固锚索和2#加固锚索；
③然后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为步骤一确定的单日掘进进尺；作业后在当前迎头所在位置垂直中线一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为1#加固锚索中次轮加固锚索的施工位置；该加固锚索的施工参数与1#加固锚索的首轮加固锚索保持一致，完成该加固锚索的安装过程；然后再次进行掘进作业，如此重复，保证工作面掘进过程中前方迎头的煤壁内始终布置有两个加固锚索，直至完成巷道掘进；
④对于断面尺寸大于等于15m2的工作面巷道，考虑到巷道宽度和高度较大，掘进过程中较容易发生迎头煤体冲击，需要对掘进迎头的宽度方向开展补强支护，选择3组加固锚索，分别为1#加固锚索、2#加固锚索和3#加固锚索；根据巷道断面尺寸确定巷道中线位置，包括水平中线和垂直中线，并确定巷道断面中心点；在垂直中线两侧各0.5m的水平中线处确定为1#加固锚索和2#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；然后在该位置施工钻孔并将相应的加固锚索安装，完成后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为步骤一确定的单日掘进进尺；作业后当前迎头位置与之前相比向前移动距离为单日掘进进尺；此时1#加固锚索和2#加固锚索中首轮加固锚索仍有部分长度保留在迎头的煤壁内，起到加固煤壁、防止其向外冲击的作用；
⑤在当前迎头所在位置巷道中点上方0.5m的垂直中线处，确定为3#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；该处加固锚索的施工参数与1#加固锚索、2#加固锚索保持一致，完成该加固锚索的安装过程，此时当前迎头煤壁内同时具有三个加固锚索，分别属于1#加固锚索、2#加固锚索和3#加固锚索；
⑥然后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为步骤一确定的单日掘进进尺；作业后在当前迎头所在位置垂直中线两侧各0.5m的水平中线处确定为1#加固锚索和2#加固锚索中次轮加固锚索的施工位置；该处加固锚索的施工参数与1#加固锚索和2#加固锚索的首轮加固锚索保持一致，完成该处加固锚索的安装过程；然后再次进行掘进作业，如此重复，保证工作面掘进过程中前方迎头的煤壁内始终布置有三个加固锚索，直至完成巷道掘进。
进一步，所述钢绞线采用的钢丝为冷拉光圆钢丝或刻痕钢丝。
进一步，所述加固锚索的长度为10～15m。
与现有技术相比，本发明利用煤矿巷道围岩控制中常用的锚索加固支护技术，首先依据地质条件、煤层厚度、巷道掘进仰角和单日掘进进尺等因素确定合理的加固锚索施工参数；在开始掘进前，依据巷道断面尺寸和使用条件确定需要加固锚索的数量和施工位置；随后开始施工其中一组的首轮加固锚索，待完成一个单日掘进进尺作业后，在迎头当前位置施工另一组的首轮加固锚索，然后继续进行掘进作业，完成后再当前迎头位置重复上述过程施工下一组加固锚索，以此类推，保证掘进工作面前方迎头煤壁内始终布置有2～3根加固锚索。本发明无需额外增加设备投入，仅需锚索进行支护，就能保证掘进巷道迎头抗冲击能力，同时其施工方便因此能保证掘进速度；另外施工过程中对煤壁扰动较小，从而也能保证施工安全性。
附图说明
图1是本发明在掘进巷道迎头上的布设示意图；
图2是本发明中安装1#加固锚索中首轮加固锚索的结构示意图；
图3是本发明中完成一次单日掘进进尺的结构示意图；
图4是本发明中完成两次单日掘进进尺的结构示意图；
图5是图4的旋转俯视图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例：某矿工作面具有强冲击危险，煤巷掘进期间频发迎头煤体冲击显现；采用本发明进行锚索加固支护防冲，以图1的上方为上方进行描述，具体步骤为：
步骤一、开始掘进前，测量得出所采煤层的平均煤厚3m，煤层倾角为近水平，无明显地质构造。该工作面运输顺槽巷道断面净宽4.6m，净高2.8m，巷道断面为12.88m2，掘进工作面的单日掘进进尺平均为8m，依据以上地质条件、煤层厚度、巷道掘进仰角和单日掘进进尺的因素确定合理的加固锚索施工参数，具体参数为：锚索钢绞线类型为普通型，采用的钢丝为冷拉光圆钢丝；钢绞线根数为1×7，钢绞线直径选择6.5mm，锚索长度选择10m，并且均达到所需的静载性能和抗拔力性能；
步骤二、开始掘进前，依据掘进巷道断面尺寸和使用条件确定需要施工加固锚索的数量和施工位置，
①由于该巷道断面为12.88m2，因此属于断面尺寸小于15m2的工作面巷道，选择2组加固锚索，分别为1#加固锚索和2#加固锚索；根据巷道断面尺寸确定巷道中线位置，包括水平中线和垂直中线，并确定巷道断面中心点；在垂直中线一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为1#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；然后在该位置施工钻孔并将该加固锚索安装，完成后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为8m；作业后当前迎头位置与之前相比向前移动距离为8m；此时1#加固锚索中首轮加固锚索仍有部分长度保留在迎头的煤壁内，起到加固煤壁、防止其向外冲击的作用；如图1至3所示；
②在当前迎头所在位置垂直中线另一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为2#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；该加固锚索的施工参数与1#加固锚索保持一致，完成该加固锚索的安装过程，此时当前迎头的煤壁内同时具有两个加固锚索，分别属于1#加固锚索和2#加固锚索；如图4和5所示；
③然后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为8m；作业后在当前迎头所在位置垂直中线一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为1#加固锚索中次轮加固锚索的施工位置；该加固锚索的施工参数与1#加固锚索的首轮加固锚索保持一致，完成该加固锚索的安装过程；然后再次进行掘进作业，如此重复，保证工作面掘进过程中前方迎头的煤壁内始终布置有两个加固锚索，直至完成巷道掘进。

Claims (3)

1.一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、开始掘进前，依据地质条件、煤层厚度、巷道掘进仰角和单日掘进进尺的因素确定合理的加固锚索施工参数，所述施工参数包括钢绞线类型、锚索直径、锚索长度、锚索角度、静载性能和抗拔力性能，具体参数要求确定如下：
A、确定钢绞线类型：加固锚索的钢绞线采用数根钢丝捻成的绞线状预应力钢丝束；
B、确定锚索直径：选取的不同钢绞线结构对应不同的公称直径，并对应不同的最大拉伸力、屈服力以及最大力总伸长率，最终选择最大拉伸力、屈服力以及最大力总伸长率不小于当前地质条件下所需值；
C、确定锚索长度：加固锚索的长度应大于1.2倍的单日掘进进尺；
D、确定静载性能：对加固锚索进行静载试验，选择加固锚索的一锚具组装件静载试验测得的锚具效率系数ηa不小于0.95，且组装件受力长度的总应变εapu不小于2%；
E、确定抗拔力性能：加固锚索的抗拔力应不小于锚索设计承载力的1.05倍；
F、确定锚索角度：加固锚索的施工角度与煤层走向平行，且顺煤层布置；
步骤二、开始掘进前，依据掘进巷道断面尺寸和工况条件确定需要施工加固锚索的数量和施工位置，首先确定工作面巷道的断面尺寸，若断面尺寸小于15m2则进入步骤①；否则进入步骤④；
①对于断面尺寸小于15m2的工作面巷道，选择2组加固锚索，分别为1#加固锚索和2#加固锚索；根据巷道断面尺寸确定巷道中线位置，包括水平中线和垂直中线，并确定巷道断面中心点；在垂直中线一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为1#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；然后在该位置施工钻孔并将该加固锚索安装，完成后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为步骤一确定的单日掘进进尺；作业后当前迎头位置与之前相比向前移动距离为单日掘进进尺；此时1#加固锚索中首轮加固锚索仍有部分长度保留在迎头的煤壁内，起到加固煤壁、防止其向外冲击的作用；
②在当前迎头所在位置垂直中线另一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为2#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；该加固锚索的施工参数与1#加固锚索保持一致，完成该加固锚索的安装过程，此时当前迎头的煤壁内同时具有两个加固锚索，分别属于1#加固锚索和2#加固锚索；
③然后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为步骤一确定的单日掘进进尺；作业后在当前迎头所在位置垂直中线一侧的水平中线上距离巷道断面中心点0.5m处，确定为1#加固锚索中次轮加固锚索的施工位置；该加固锚索的施工参数与1#加固锚索的首轮加固锚索保持一致，完成该加固锚索的安装过程；然后再次进行掘进作业，如此重复，保证后续工作面掘进过程中前方迎头的煤壁内始终布置有两个加固锚索，直至完成巷道掘进；
④对于断面尺寸大于等于15m2的工作面巷道，考虑到巷道宽度和高度较大，掘进过程中较容易发生迎头煤体冲击，需要对掘进迎头的宽度方向开展补强支护，选择3组加固锚索，分别为1#加固锚索、2#加固锚索和3#加固锚索；根据巷道断面尺寸确定巷道中线位置，包括水平中线和垂直中线，并确定巷道断面中心点；在垂直中线两侧各0.5m的水平中线处确定为1#加固锚索和2#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；然后在该位置施工钻孔并将相应的加固锚索安装，完成后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为步骤一确定的单日掘进进尺；作业后当前迎头位置与之前相比向前移动距离为单日掘进进尺；此时1#加固锚索和2#加固锚索中首轮加固锚索仍有部分长度保留在迎头的煤壁内，起到加固煤壁、防止其向外冲击的作用；
⑤在当前迎头所在位置巷道断面中心点上方0.5m的垂直中线处，确定为3#加固锚索中首轮加固锚索的施工位置；该处加固锚索的施工参数与1#加固锚索、2#加固锚索保持一致，完成该加固锚索的安装过程，此时当前迎头煤壁内同时具有三个加固锚索，分别属于1#加固锚索、2#加固锚索和3#加固锚索；
⑥然后进行掘进作业，掘进作业的施工距离为步骤一确定的单日掘进进尺；作业后在当前迎头所在位置垂直中线两侧各0.5m的水平中线处确定为1#加固锚索和2#加固锚索中次轮加固锚索的施工位置；该处加固锚索的施工参数与1#加固锚索和2#加固锚索的首轮加固锚索保持一致，完成该处加固锚索的安装过程；然后再次进行掘进作业，如此重复，保证后续工作面掘进过程中前方迎头的煤壁内始终布置有三个加固锚索，直至完成巷道掘进。
2.根据权利要求1 所述的一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法，其特征在于，所述钢绞线采用的钢丝为冷拉光圆钢丝或刻痕钢丝。
3.根据权利要求1 所述的一种煤巷掘进迎头锚索支护的防冲方法，其特征在于，所述加固锚索的长度为10~15m。
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