[发明专利]一种用于煤矿深井开采时煤层顶板、软岩顶板或复合顶板的巷道顶板支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿巷道支护领域，具体涉及一种煤矿深井开采时煤层顶板、软岩顶板和破碎复合顶板的巷道顶板支护方法。

背景技术

现行煤矿普遍采用锚杆、锚索、金属网互相配合的支护方式支护巷道顶板。这些方法运用的原理主要是用锚杆、锚索悬吊住已脱离母体顶板的离层岩块，防止巷道表层的岩层变形过大。这种支护方法的缺点，没有设法去解决煤层顶板、软岩顶板和破碎复合顶板中的层间剪应力超限问题，岩层间的剪应力一旦发生将驱使岩层刚度急剧下降，剪错变形量急剧增大，很快将抗剪能力较小的锚杆、锚索剪断，进而使得巷道失稳；顶板岩层刚度小到一定程度之后，顶板挠度也很难得到控制，导致顶板出现大量的拉断裂隙，最终使支护结构失去了支护作用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于煤矿深井开采时煤层顶板、软岩顶板或复合顶板的巷道顶板支护方法，通过在巷道的顶板以及巷帮上复合普通锚杆、高强度锚索等实现支护，与现有技术相比，具有支护强度高、支护效果好的优点。

为达到上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种用于煤矿深井开采时煤层顶板、软岩顶板或复合顶板的巷道顶板支护方法，其特征是通过以下步骤实现：

A、在巷道掘进迎头割煤或破岩放炮完成，露出顶板之后，紧接着在巷道的中部顶板两侧施工普通锚杆，将顶煤、软岩或破碎顶板组合成整体；

B、在上述巷道顶板中部，两普通锚杆之间打高强锚索到顶煤、软岩或破碎顶板以上的坚硬整体岩层内2m，将组合顶板锚固到其上坚硬顶板中；

C、在巷道的两肩各紧靠巷帮煤壁处，各施工一个阻剪锚杆，孔长到软岩、破碎复合顶板以上坚硬整体性岩层内0.5m以上；

D、在巷道的两肩部位各施工一个阻剪锚索，锚索孔需延长到复合顶板以上整体性岩层内2m以上；

E、在顶板支护施工完成，并将巷道内已破碎的浮煤运走之后，对巷道煤帮使用超长锚杆进行锚固。

进一步的，阻剪锚杆位于阻剪锚索外侧。

进一步的，步骤B中采用大直径钻孔钻眼后，用树脂锚固剂药卷将锚杆锚固在顶板深处坚硬整体岩层内，锚固剂药卷下段锚杆的外部套有阻剪管，锚杆从阻剪管中部穿过，到巷道顶板表面，用锚杆托盘和螺帽锁紧。

进一步的，步骤C中孔分两段，其中上段采用小孔径，用于将高强锚索锚固到顶板深处坚硬完整的岩层中，下段采用大孔径，长度比软岩或破碎复合顶板的厚度略长，用于安装阻剪管。高强锚索从阻剪管中部穿过，一直到巷道顶板表面，用锚索托盘和锚固机构锁紧。

进一步的，阻剪管的长度大于煤层顶板、软岩顶板或破碎复合顶板的厚度。

进一步的，普通顶板锚杆长度需使组合范围的复合顶板厚度小于被屈曲的临界厚度。

本发明的工作原理以及有益效果表现在：

本发明采用了以下新的方案：

第一，对巷道两帮软弱煤壁使用加长锚杆进行加长锚固，使深入煤壁内的顶板承受均匀的支承压力，减少其中的弯矩载荷，相应减小层间的剪切错动。

第二，对靠近巷道两帮煤壁的肩部顶板采用阻剪锚杆和阻剪锚索进行复合支护，利用阻剪锚杆和阻剪锚索的阻剪管对肩部顶板岩层层面或裂隙间的剪切力进行约束，预防肩部顶板岩层层面或裂隙间的剪应力超限而破坏。同时，利用阻剪锚杆和阻剪锚索中的锚固力对肩部软岩顶板或裂隙发育顶板进行锁紧，增大层面或裂隙面上的摩擦力，进而阻止层面或裂隙面发生滑动。

第三，在巷道中部使用高强锚索将煤层顶板、软岩顶板或复合顶板锚固在坚硬顶板上，减少其弯曲度，防止弯曲破坏。本发明根据巷道不同部位的变形特征使用不同性能的锚杆，施工简单、方便，施工速度快，工效高，对深井开采时的软岩顶板、复合顶板和破碎顶板的控制效果好，支护结构的承载能力强，巷道返修率较低。

综上：本发明与传统方法的主要不同是综合采用了三个措施阻止解决煤层顶板、软岩顶板和破碎复合顶板中的层间错动。深井煤层回采巷道煤帮上的集中支承压力不均匀分布是复合顶板产生巨大弯矩的主要原因。解决该问题的措施一是加长巷帮锚杆的锚固范围使得顶板深入到煤帮内的部分受到均衡的支承压力，减小了复合顶板内的弯矩变化。措施二是采用了抗剪锚杆和抗剪锚索，一方面抗剪锚杆或锚索中的阻力剪管能够平衡部分岩层中的剪切应力，另一方面，只要抗剪锚杆或锚索在阻剪管的保护下不被剪切破坏，就能够提供的强大锚固力增大了岩层层面间的正压力，使岩层间的剪切量得到进一步的平衡。