[发明专利]一种应用于采动影响区薄夹矸煤巷的支护体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于采动影响区薄夹矸煤巷的支护体系。

背景技术

随着煤炭资源的不断开采，浅部煤层储量越来越少，很多煤矿都进入了深部开采。深部煤层上部煤层开采后，受到上部煤层的采动影响，改变了下采区原岩应力状态，导致应力重新分布。下采区煤巷掘进过程中，围岩易发生显著变形位移和压力增大，需要经过应力重新分布达到新的平衡，巷道围岩才能重新稳定下来。如果巷道的支护不能适应采动影响带来的应力变化，或者没有及时采取相应的加固补救措施，则巷道容易发生不同程度的破坏，或围岩大变形，或围岩松动失稳，影响巷道的正常安全使用。

尤其当遇到上覆煤层与下覆煤层之间为夹矸层，且夹矸层属于0-2米厚的薄夹矸层时，此时巷道顶板受采动影响极为破碎。巷道掘进及开采过程中破碎顶板冒顶严重，冒顶后容易与上层采空区导通，使得工作面通风困难，不利于安全生产；巷道维护工程量大，成本高；具有工作面生产成本高，影响生产工期，经济效益低等问题。

而且上覆煤层采空后，再开采顶板破碎的下部煤层，破碎顶板易超前漏冒，煤壁易片帮，采场围岩控制特别困难，制约工作面推进度甚至使工作面不能正常推进而被迫停产，难以实现安全高效开釆。

对于上覆开采完成，薄夹矸下覆煤层工作面的顶板有效管理方法研究很少。由于煤层的顶板为垮落的破碎矸石重新压实、稳定、胶结而成的再生顶板，整体极差，因此改善巷道顶板的受力状态，减小顶板冒落是保证薄夹矸下覆煤层巷道安全的关键。传统的支护方案只是采用静压巷道中的简单的联合支护方法，只考虑原岩应力场的作用，并未充分估计采动影响导致的顶板破碎和应力集中的影响，很容易发生顶板的垮塌和冒落。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种应用于采动影响区薄夹矸煤巷的支护体系。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于采动影响区薄夹矸煤巷的支护体系，包括锚杆结构、类梯形棚架和设于所述类梯形棚架外侧的防护网，所述类梯形棚架包括沿纵向每隔设定间距布设在巷道两侧对置的侧壁支撑件，两个所述侧壁支撑件的顶端通过顶梁连接；所述顶梁具有向上拱起的弧度，其曲率为0.1-0.3；所述锚杆结构包括侧壁锚杆和顶部锚杆，同一隧道断面上的相邻的所述侧壁锚杆之间的间距为0.7～1.5m，相邻的所述顶部锚杆之间的间距为0.7～1.5m。

巷道开挖后，由于开挖卸荷的作用，导致巷道的顶板、两帮和底板均会出现明显的应力释放区。针对薄夹矸煤巷上覆煤层与下覆煤层之间的厚度很薄且受采动影响极为破碎的情况，，采用具有向上拱起且弧度很小的类梯形的棚架结构，可以显著减小应力释放区和塑性破坏区，更好的控制顶板的帽落和垮塌，显著改善巷道顶梁的受力状态，有利于巷道顶板的稳定，提高薄夹矸巷道的支护效果。此外，当类梯形棚架顶部拱起的弧度曲率过大时，支护的弯矩和轴力会迅速增大；而曲率过小时，支护结构的下沉值得不到有效抑制。当采用上述曲率时，可以达到受力和位移的最佳平衡状态。

锚杆支护属于“主动”支护，可以充分利用围岩的自承能力，提高巷道围岩的稳定性，有着传统外部支承方法所不能获得的技术和经济优越性，更有利于改善巷道的维护状况，保持巷道围岩的长期稳定。

通过锚杆结构、类梯形棚架和防护网建立了“矿工钢类梯形棚+锚网”组合支护设计新工艺，在控制成本的同时，实现安全高效开采。

当薄夹矸的厚度为0-1m米时，所述顶梁弧度的曲率为0.3；当薄夹矸的厚度为1～2m米时，所述顶梁弧度的曲率为0.2；当薄夹矸的厚度为2～3米时，所述顶梁弧度的曲率为0.1。在满足上述条件下，采用相应弧度曲率的顶梁可以取得更好的支护效果。

所述侧壁支撑件和所述顶梁采用型钢制成。

所述侧壁支撑件与水平面的夹角为80゜-87゜。

所述顶梁的长度为3.5-4m，所述侧壁支撑件的高度为3-3.5m。即使在薄夹矸的条件下，采用类梯形棚架仍然可以保证常规尺寸下巷道的正常支护，无需缩小巷道的尺寸。

位于同一侧的所述侧壁支撑件通过侧壁连杆连接，所述侧壁支撑件上设有用以所述侧壁连杆通过的侧壁过孔。侧壁支撑件之间通过侧壁连杆连接，增强结构的整体性和稳定性。

所述侧壁连杆采用木材，其宽度为0.15m，高度为0.05m。

所述侧壁过孔位于所述侧壁连杆的上部，距离所述顶梁的距离为0.5m。在侧壁支撑件的上部连接侧壁连杆，结构受力更科学，支护效果更好。