[发明专利]一种近距离煤层巷道顶板冒落防治方法

说明书

技术领域

本发明属于巷道施工技术领域，尤其是涉及一种近距离煤层巷道顶板冒落防治方法。

背景技术

近年来，随着中厚煤层资源的逐步枯竭，近距离薄煤层群开采(也称为近距离煤层开采)成为当今煤炭资源发展的必然趋势之一。通常认为煤层层间距很近，开采时具有显著相互影响的煤层；一般指煤层间距小于30m的煤层。由于近距离煤层中煤层间距较小，受上部煤层开采后遗留煤柱形成的集中压力的影响，围岩变形剧烈，其中巷道两帮的煤体强度通常较顶底板的煤体强度软弱，巷道两帮煤体的变形量大已成为下部回采巷道支护工作的重点和难点，并且诸多专家和现场工程技术人员对此进行了深入研究。其中，张炜通过对近距离煤层巷道变形进行现场实测发现下部煤层的回采巷道布置在应力降低区，依然出现了巷道一帮变形大于另一帮的情形；胡敏军等认为由于下煤层巷道两帮所受的水平应力大小不等，巷道靠近煤柱侧的帮部变形和破坏区大于靠近实体煤侧；张继华等运用数学计算软件分析了近距离下部煤层巷道帮部变形失稳出现的非对称现象，指出靠近煤柱侧的变形情况远远超过靠近实体煤侧；杨智文提出从巷道布置、支护措施、预爆破上覆煤柱等来解决极近距离煤层多采空区下巷道的稳定问题；方新秋采用现场实测、理论分析及数值模拟，通过设计顶板及两帮不同支护参数，分析了不同计算模型下巷道煤帮及顶底板的位移。此外，还有一些文献也通过数值模拟和理论分析对近距离下部煤层巷道围岩的变形及支护技术进行了探讨。

由上述内容可知，现如今对近距离下煤层回采巷道变形及其支护的研究取得了较多的成果，但都是采用数值模拟和现场实测来开展的，而基于工程类比或施工经验来确定的开挖、支护方案及参数具有很大的随意性和盲目性。由于近距离采空区下回采巷道的受力环境较单一煤层巷道具有显著的差异，现有单一煤层巷道变形及支护的研究成果并不适用于近距离采空区下的回采巷道。

另外，工程实践表明，矩形巷道开挖以后，顶板岩体由于节理的切割而产生塌落，当塌落到一定程度后，上部岩体会形成一个自然平衡拱而稳定下来。由于自然平衡拱的支护参数与其形态及矢高密切关系，科学确定其形态及矢高可以合理设计支护参数，最大程度节约支护材料，达到预期的顶板支护效果。因此，对自然平衡拱的形态及矢高进行研究，具有极其重要的理论意义和工程实际意义。普氏冒落拱基本理论的基本假设为：①岩体中存在很多节理、裂隙及各种软弱夹层，岩体被上述非连续夹层切割成几何尺寸相对很小的岩块，其间还存在黏结力，因此巷道围岩可以视为一种有一定黏结力，但抗拉、抗弯及抗剪能力都很弱的松散体；②巷道开挖后，如不及时进行支护，巷道顶部岩体将冒落成一个拱：当巷道两帮稳定时，则初期冒落拱随塌落的发展而不断增高；若两帮不稳定，则拱跨和拱高会同时增大；当巷道埋深H大于5倍拱跨时，冒落拱不会无限发展，最终将在围岩中形成一个自然平衡拱；③拱脚处的摩擦抵抗着拱脚的移动并维护拱的稳定；④在拱脚处的水平推力小于拱脚处岩体的最大摩擦力，多余的摩擦力保证拱的稳定性，避免偶然移动而破坏，并且用这个储备为最大的条件来决定冒落拱的矢高。实践表明，普氏冒落拱基本理论在一定程度上反映了客观地压规律，但其尚存在以下不足：第一、忽略了水平应力σ_h对冒落拱的影响，实际上侧压力系数λ对顶板冒落拱的形态及矢高均有影响；第二、对两帮片帮形式的简化不当，而片帮形式对冒落拱矢高有较大影响；第三、两帮稳定时顶板冒落拱的形状简化过于单一；第四、忽略两帮楔形破坏对顶板冒落拱矢高的影响，实际上楔形破坏后沿竖直方向拉裂，各种形态的冒落拱矢高较理论值偏低。由此可见，工程实际中冒落拱的形态及矢高均与矩形回采巷道顶板的水平地应力和两帮的破坏形式均相关，因此有必要在考虑两帮变形破坏形式和水平地应力对顶板影响的前提下来确定冒落拱的形态及矢高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种近距离煤层巷道顶板冒落防治方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，根据近距离下部煤层巷道的围岩变形情况对巷道两帮预留开挖量分别进行确定，并采用注浆锚杆与巷道支护单元配合对巷道帮部与顶板进行有效支护。