[发明专利]煤岩复合顶板差异尺度锚杆联合支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤岩复合顶板差异尺度锚杆联合支护方法，尤其适用于预防和治理煤矿埋深大、高应力作用下存在软弱夹层（煤线、泥岩）地质弱面的巷道（煤巷、岩巷）复合顶板。

背景技术

随着对煤炭资源的需求增大，我国大部分矿区煤矿开采已进入深部开采阶段。由于深部条件下，地质构造复杂，各种地质条件（断层、地下水等）相互影响，环境的未知性、复杂性、不可重复性使得深部巷道开挖与维护变得越来越困难。复合顶板巷道由于围岩内层理、节理等不连续面非常发育，岩层松软破碎，属困难条件巷道，支护难度大，巷道返修成本高，顶板层间粘结系数小，同层容易造成大面积冒顶事故，严重影响巷道的安全掘进。目前锚杆支护及其它锚杆组合支护体系中多采用统一长度的锚杆，虽能有效控制顶板变形，但是没有考虑顶板地质层分布形式，存在部分区域失稳现象，同时也造成了较大的成本浪费。也有采用长短锚杆组合支护结构，但是一般根据模拟计算的地应力进行设计，对地层结构考虑较少，支护效果随机风险性大，对顶板离层控制效果差。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、成本低、能控制高应力破碎的煤岩复合顶板差异尺度锚杆联合支护方法。

技术方案：本发明的煤岩复合顶板差异尺度锚杆联合支护方法，包括如下步骤：

a．在预开掘的巷道顶板中部安放沿掘进方向的纵、横面发射电磁脉冲的地质雷达，通过地质雷达向纵面发射多个不同角度α的电磁脉冲，沿横面发射多个不同角度β的电磁脉冲，横面发射电磁脉冲的多个角度β对应纵面发射电磁脉冲的多个角度α，构成向纵、横面多个角度乘积数量的多个方向发射电磁脉冲；

b．通过地质雷达接收纵、横面多个角度乘积数量的多个方向电磁脉冲的反射信号，根据反射信号得到每个角度方向的完整岩体区与上破裂岩体区的交界面、上破裂岩体区与下破碎岩体区交界面至地质雷达的距离L，通过距离L、角度α、角度β确定三维坐标系中对应的各点，连接各点构成三维复合顶板结构地质模型；

c．根据三维复合顶板结构地质模型中的完整岩体区、上破裂岩体区的破裂岩体区任意竖向截面高度和下破碎岩体区的破碎岩体区任意竖向截面高度，采用差异尺度的锚杆L1、L2、L3、金属网和钢带对开掘巷道的复合顶板进行联合支护，其中，差异尺度的锚杆L1、L2、L3满足：锚杆L1的长度﹥锚杆L2的长度﹥锚杆L3的长度；锚杆的间距为700cm～1000cm，排距为700cm～1000cm；

d.开掘巷道每前进50～100m时，重复步骤a、b、c，直至完成整个巷道的掘进。

所述纵面发射的多个不同角度α的电磁脉冲角度为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°七个角度；所述横面发射的不同角度β的电磁脉冲为0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°七个角度。

所述差异尺度的锚杆L1、L2、L3长度的确定：

锚杆L1的长度为开掘巷道顶板宽度范围内破裂岩体区任意竖向截面高度的最大值和开掘巷道顶板范围内破碎岩体区任意竖向截面高度的最大值之和加上10cm；

锚杆L2的长度为0.25倍的开掘巷道顶板宽度范围内破裂岩体区任意竖向截面高度的最大值与开掘巷道顶板范围内的破碎岩体区任意竖向截面高度的最大值之和；

锚杆L3的长度取0.75倍的开掘巷道顶板范围内破碎岩体区任意竖向截面高度的最大值。

所述差异尺度的锚杆L1、L2、L3选用：

若锚杆位置对应复合顶板竖向破裂岩体区任意竖向截面高度与破碎岩体区任意竖向截面高度之和小于2800cm，且开掘巷道顶板范围内破碎岩体区任意竖向截面高度的最大值小于1800cm或开掘巷道顶板范围内破碎岩体区任意竖向截面高度的最大值小于1800cm，选用锚杆L1；

若锚杆位置对应复合顶板竖向破碎岩体区任意竖向截面高度小于等于0.75倍的开掘巷道顶板范围内破碎岩体区任意竖向截面高度的最大值或开掘巷道顶板范围内破碎岩体区任意竖向截面高度的最大值小于1800cm，且破裂岩体区任意竖向截面高度与破碎岩体区任意竖向截面高度之和大于2800cm，选用锚杆L2；