[发明专利]大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层倾角为25°～45°的大倾角煤层异形回采巷道的支护方法，更具体地说是一种适用于围岩变形大、鼓帮严重的非对称结构煤层回采巷道的支护方法。

背景技术

煤层倾角在25°～45°的大倾角煤层在世界上有一定的赋存量，国内主要分布在乌鲁木齐、北京、淮南、开滦、徐州、长广、南桐、资兴、大同等20余个矿区，在可采煤层中所占比例大于14％。

目前，大倾角煤层的回采巷道大多采用U型钢可缩性支架或工字钢支架支护，回采期间巷道变形严重，维修次数多，维护极其困难，不仅支护成本高、工人劳动强度大，而且严重威胁矿井安全正常生产，制约着矿井的安全高效生产的发展。相对于U型钢可缩性支架或工字钢支架支护，属主动支护的锚杆支护可充分利用围岩的自承能力将载荷体变为承载体，对围岩能保持有较高的支护阻力进行支护，得到了广泛应用。但由于对煤层倾角为25°～45°的大倾角煤层回采巷道围岩结构特征、巷道围岩应力载荷传递特性、巷道矿山压力特征等研究不够深入，尤其对巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩的力学特征不清楚，采用常规的锚杆支护，致使巷道围岩变形特别严重、鼓帮强烈，维护十分困难，且需要经常返修，巷道支护成本高，难以适应大倾角煤层回采巷道围岩非对称变形的要求，也达不到安全控制巷道围岩稳定性的要求。

发明内容

本发明提供一种适用于围岩变形大、鼓帮严重，受动压影响和留小煤柱护巷的煤层倾角为25°～45°的大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法，以期有效控制巷道围岩变形，使支护效果更加稳定。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法是按如下步骤进行：

a、按巷道断面的形状开挖巷道，随即用预应力锚杆、钢筋网和钢带对巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩进行支护；

b、在巷道顶板上，位于顶板中央和两侧间隔设置顶板预应力锚索；

c、对于实体煤回采巷道和留小煤柱回采巷道按以下不同的方式进行：

对于实体煤回采巷道，在巷道掘出5～7天时，在巷道高帮实施高帮预应力锚索；并在巷道中央偏向低帮一侧安装支立在巷道底板和巷道顶板之间的支柱；

对于留小煤柱回采巷道，在巷道掘出5～7天时，在巷道低帮实施低帮预应力锚索，并在巷道中央偏向低帮一侧安装支立在巷道底板和巷道顶板之间的支柱。

本发明大倾角煤层异形回采巷道非对称锚网索组合支护方法的特点也在于：

所述支柱为木支柱或为单体液压支柱。

所述预应力锚杆的极限破断力不小于400kN、预紧力为200～300N.m。

所述顶板预应力锚索、高帮预应力锚索和低帮预应力锚索的极限破断力不小于470kN，延伸率不小于4％，预紧力为200～250N.m，并采用强度不小于1720MPa的锚索钢绞线。

所述巷道顶板、巷道高帮和巷道低帮围岩中的预应力锚杆间距为600mm～800mm、排距为800mm；位于所述巷道高帮和巷道低帮的底脚位置上的预应力锚杆安装方向为俯角15°～30°，位于巷道高帮上部位置上的预应力锚杆的安装方向为仰角25°～45°。

在所述顶板上，位于顶板中央和偏向低帮一侧的顶板预应力锚索的安装方向是垂直于顶板岩层；处在偏向高帮一侧的顶板预应力锚索朝向高帮一侧倾斜，倾斜的角度是与竖直方向呈5°～10°，顶板预应力锚索的间距为1200～1600mm，排距为800mm～1600mm。

所述高帮预应力锚索和低帮预应力锚索的安装方向是仰角15°～30°，排距为800mm～1600mm。

研究表明，煤层倾角达到25°～45°时引起的煤层回采巷道围岩结构的非对称性，导致大倾角煤层回采巷道围岩力学特征呈明显的非对称性，主要表现在：

1、巷道高帮是弱稳定性的结构，常常发生剪切破坏和片帮，巷道顶板发生下错式移动，且容易在上端发生拉破坏，进而使巷道低帮受明显的挤压力作用而破坏；

2、留小煤柱回采巷道的采动影响范围、围岩变形量和破坏区、底鼓量远大于实体煤回采巷道，且留小煤柱回采巷道低帮破坏区最大，而实体煤回采巷道高帮破坏区最大；

3、留小煤柱回采巷道主要是低帮应力大，实体煤回采巷道主要是高帮应力大，且实体煤回采巷道一般是高帮先发生变形破坏，随后顶板出现拉断或冒落，然后低帮压裂破坏，进而破坏向深部发展。