CN102661144B - 深部沿空顺槽实体煤侧巷帮锚索锚固深度确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深部沿空顺槽实体煤侧巷帮锚索锚固深度确定方法，它主要是在钻煤孔过程中收集记录一次钻出的煤粉克重量，获得煤粉量与深度之间关系曲线和绘制出当量应力分布形态图；根据应力分布形态图，把钻粉量最低处所处的位置确定为基本顶板超前断裂缝位置，钻粉量最多处所处的位置确定为超前应力高峰位置，超前应力高峰位置和基本顶板超前断裂缝位置之间的区域确定为煤体弹塑性挤压区；将弹塑性挤压区作为锚索加固的终端，要求取锚索加固长度至少超过超前断裂缝位置2.0m。本发明通过先确定顶板超前断裂位置再确定锚索长度，突破传统锚索加固设计中凭经验确定长度的瓶颈，实现了沿空巷道实体煤侧帮锚索长度的定量确定方法。
Description
技术领域
本发明涉及煤巷支护技术，尤其涉及沿空顺槽实体煤侧巷帮的支护技术。
背景技术
随着煤矿向深部开采的转移，巷道围岩破坏范围大、变形严重、支护困难，严重影响了巷道安全。这一情形在800米以上深部沿空综放顺槽支护中尤为突出，巷道两帮支护成为难点。巷道两帮支护涉及到沿空侧巷帮支护、实体煤侧巷帮和顶板支护。其中，在沿空侧通过充填材料等支护技术(例如中国专利CN200810159579.0公开的煤层综放工作面沿空留巷巷帮支护法，以及中国专利CN200710026096.9公开的沿空留巷巷帮支护法)，使得该侧巷帮支护有了明显改善；但在巷道实体煤侧巷帮支护越来越困难。
与本申请有关的是巷道实体煤侧巷帮支护方法，目前公开的支护方法主要有以下几种方法：
1、中国专利CN201010243094.7公开的强帮强角煤巷锚杆支护方法，包括设于巷道顶板的多根顶锚杆及顶锚索和设于巷道侧壁的多根帮锚杆及帮锚索，多根顶锚杆及顶锚索中，靠近巷道两侧的顶锚杆及顶锚索分别向巷道的外侧倾15-30°；多根帮锚杆及帮锚索中，最上层帮锚杆及帮锚索向上倾斜15°-30°，最下层帮锚杆及帮锚索向下倾斜15-30°。该方法在一定程度上提高了巷道整体稳定性，减少了巷道变形量与塑性破坏区。
2、中国专利CN201010196509.X公开的煤巷围岩冒顶垮帮的锚索桁架防治方法，通过在煤巷顶板间隔设置多组顶板单体锚索和顶板桁架锚索对煤巷顶板进行支护，在巷帮间隔设置多组帮单体锚索和帮桁架锚索对巷帮进行支护，整个设计充分利用了锚索施工灵活，少占用断面、工期短、安全可靠、节约资金和施加预应力强等优点，顶板桁架锚索可以深入煤巷顶部的最大剪应力区，形成很强的预应力，帮桁架锚索可以伸入巷帮深处，并使用槽钢固定，形成很强的预应力。
3、中国专利CN2008100475908公开的留小煤柱沿空掘巷帮部支护装置，该装置包括支腿、三角形固定支架、支腿横撑和固定锚杆，支腿呈“工”字型，在支腿的上、下端各焊有一个三角形固定支架，支腿上端和下端的固定锚杆穿过三角形固定支架的锚杆孔，一段锚入巷道顶、底板稳定岩层中，另一端挂上托板，将支腿上、下端固定在巷道上帮煤壁上，与金属网、高强预应力锚杆、钢带等支护联合形成一个坚强的支护整体，有效地提升了整体支护的可靠性和安全性。
4、中国专利CN200620126610.7公开的钢管钢丝绳巷帮锚杆，包括钢管和设在钢管内的钢丝绳，钢管上开有3～4条缝隙，钢管的顶端设有托盘，尾端设有带孔的挡圈，设在钢管内的钢丝绳一端固定在托盘上，另一端固定在螺杆上，螺杆通过螺母固定在挡圈上。当围岩横向错动使钻孔变弯曲时，钢管钢丝绳巷帮锚杆随之变形，与围岩接触更紧密，锚固力更强，可有效控制巷道的帮、底鼓等。
上述几种方法虽然解决了一定问题，但只对浅部开采有效，而随着煤矿向深部开采的转移，地压愈来愈大，巷道围岩破坏范围大、变形严重，上述几种方法仍然解决不了问题。分析原因，是由于随着采煤工作面的推进，沿空巷道外侧的直接顶板冒落形成碎状矸石，而直接顶以上的基本顶板形成断裂结构，端部的断裂将在煤体上部的产生，如图1所示。根据顶板运动与压力分布之间关系，顶板在断裂前产生应力集中，断裂后该区域应力则下降，形成低应力区，应力高峰向深部转移，形成高应力区。而上述几种方法的锚固深度是模糊的，只是凭经验确定锚固长度，往往仍锚固在低应力区之内，达不到断裂缝以外的高应力区位置，所以没有起到有效地锚固效果。
发明内容
本发明的目的是克服目前锚固深度模糊的问题，提出一种实体煤侧巷帮锚固深度的确定方法，从而确定出加固范围，计算出锚索的有效长度。
本发明的技术方法是：
第一步：在沿空巷道实体煤侧帮的中部垂直煤壁钻直径40-50mm的孔；
第二步：在钻孔的过程中，每钻进100mm，便收集记录一次钻出的煤粉克重量，直至钻至规定的深度为止；
第三步：根据不同钻进深度对应的煤粉量，获得煤粉量与深度之间关系曲线；并根据煤粉量与应力对应一致的关系，绘制出当量应力分布形态图；
第四步：根据顶板运动与压力分布之间关系可知，顶板在断裂前产生应力集中，一旦断裂，在该区域应力下降，形成低应力区，应力高峰向深部转移，进一步形成高应力区；依据上述机理，并根据应力分布形态图，把钻粉量最低处所处的位置确定为基本顶板超前断裂缝位置，钻粉量最多处所处的位置确定为超前应力高峰位置，超前应力高峰位置和基本顶板超前断裂缝位置之间的区域确定为煤体弹塑性挤压区。
第五步：将基本顶板超前断裂缝位置以外的弹塑性挤压区作为锚索加固的终端，要求取锚索加固长度至少超过超前断裂缝位置2.0m；也就是说，顶板超前断裂距离至少加上2.0m才是锚索的锚固长度。
本发明是通过钻屑法获得应力当量分布形态和顶板超前断裂位置，由此来确定实体煤侧帮锚索锚固长度，以达到对沿空巷道实体煤侧锚索有效加固，保障巷道稳定性。
本发明的积极效果：
1、通过先确定顶板超前断裂位置再确定锚索长度，突破传统锚索加固设计中凭经验确定长度的瓶颈，实现了沿空巷道实体煤侧帮锚索长度的定量确定方法；
2、可以获取钻孔不同深度应力当量分布形态，为科学确定出顶板超前断裂位置和应力高峰位置，反演顶板断裂结构提供了有效途径。
3、应用范围广，对在采矿和各类岩体工程锚索加固长度确定均具有直接应用价值。
附图说明
图1是本发明钻孔和顶板断裂结构示意图；
图2是本发明钻粉量监测分布意图，图中示出了煤粉量与深度之间关系曲线以及煤粉量与应力对应一致的关系；
图3是本发明一个实施例的锚杆支护效果图。
图中：1-沿空巷道；2-护巷煤柱；3-实体煤；4-煤孔；5-直接顶板；6-基本顶板；7-断裂缝；8-采空区；9-锚索；10-钻粉量分布曲线；11-当量应力分布曲线；12-基本顶板超前断裂缝位置；13-超前应力高峰位置；14-顶煤。
L1为顶板超前断裂距离，L2为锚索9的锚固长度。
具体实施方式
如图所示，本发明的实体煤侧巷帮锚固深度的确定方法包括以下步骤：
①在沿空巷道1内实体煤3侧，沿着帮的中部，用装有直径40mm钻头的钻机，垂直煤壁钻一个40-50mm深的煤孔4(见图1)。
②在钻煤孔4的过程中，每钻进100mm，便记入一次钻出的煤粉量(单位克，可用电子秤即时称量)，直至钻至规定的深度为止。
③根据不同深度处排出的煤粉量，获得煤粉量与深度之间关系曲线，即钻粉量分布曲线10(见图2)；并根据煤粉量与应力对应一致的关系，绘制出当量应力分布形态图，即当量应力分布曲线11(见图2)；
④对于沿空巷道1而言，在宽度一般为3～4m护巷煤柱2外侧，直接顶板5冒落形成碎状矸石8，而上部基本顶板6形成断裂结构，其中端部断裂缝7将在煤体内产生。根据顶板运动与压力分布之间关系，顶板在断裂前产生应力集中，一旦断裂，在该区域应力下降，形成低应力区，应力高峰向深部转移(图2)，形成高应力区，根据应力分布形态图，把钻粉量最低处的位置确定为基本顶板超前断裂缝位置12，钻粉量最多处所处的位置为超前应力高峰位置13，且超前应力高峰位置13和基本顶板超前断裂缝位置12之间的区域为煤体弹塑性挤压区。
⑤将基本顶板超前断裂缝位置12以外的煤体弹塑性挤压区作为锚索9加固的终端，取锚索9锚固长度至少超过基本顶板超前断裂缝位置12 2.0m，从图2中获得顶板超前断裂距离为L1，由此可知锚索9的锚固长度L2至少为超前断裂距离L1再加2.0m，即L2至少为L1+2.0m。考虑锚索外露段长度0.2m，从而可以获得整个锚索长度为L2+0.2m。
下面以某矿为例，根据附图3进一步说明本发明的实例。
某矿主采三号煤层，煤层平均厚度9m左右，采用综合机械化放顶煤一次采全高的高产高效开采技术。试验的巷道为14308综放工作面轨道平巷该，平巷为沿空巷道1。埋深约600m，平巷净宽4.2m，净高3.2m。采空区8一侧的护巷煤柱2宽度为4m，沿底掘进，顶煤14厚度5.8m，上部直接顶板5为2.6m厚粉砂岩，基本顶板6为厚22m中粒砂岩(见图3)。原来采用模糊方法支护，设计6m长的锚索支护，结果发现帮位移量900mm。
为此，采用发明本方法重新确定锚固深度。首先在实体煤侧钻煤孔4，取直径40mm，当钻孔深15m时，获得煤粉量与深度之间关系曲线10；并根据煤粉量与应力对应一致的关系，绘制出当量应力分布形态曲线11.
由图3可知，基本顶板6在煤体内断裂位置L1＝8.0m左右，从而确定实体煤侧锚索的锚固长度L2＝L1+2.0＝8.0+2.0＝10.0m(见图3)。考虑锚索外露段长度0.2m，从而可以获得整个锚索长度至少为L2+0.2m＝10m+0.2m＝10.2m。
图3还示出了锚索支护情况。设计锚索9为中空注浆锚索，直径22mm，注浆压力6Mpa，树脂锚固长度1m，预紧力300KN。为了便于施工，顶板也采用同样的锚索，沿空侧护巷煤柱2采用对穿注浆锚索。实践表明，受14308综放工作面开采影响，巷道两帮共移近量600mm，而实体煤侧帮移近量仅为200mm，与原来6m长的锚索支护相比，实体煤侧帮位移量由原来900mm减少到200mm，减少了3.5倍，有力地保障巷道的畅通与安全。
Claims (1)
1.一种深部沿空顺槽实体煤侧巷帮锚索锚固深度确定方法，其特征在于，步骤如下：
第一步：在沿空巷道实体煤侧帮的中部垂直煤壁钻直径40-50mm的孔；
第二步：在钻孔的过程中，每钻进100mm，便收集记录一次钻出的煤粉克重量，直至钻至规定的深度为止；
第三步：根据不同钻进深度对应的煤粉量，获得煤粉量与深度之间关系曲线；并根据煤粉量与应力对应一致的关系，绘制出当量应力分布形态图；
第四步：根据应力分布形态图，把煤粉量最低处所处的位置确定为基本顶板超前断裂缝位置，煤粉量最多处所处的位置确定为超前应力高峰位置，超前应力高峰位置和基本顶板超前断裂缝位置之间的区域确定为煤体弹塑性挤压区；
第五步：将基本顶板超前断裂缝位置以外的弹塑性挤压区作为锚索加固的终端，要求取锚索加固长度至少超过基本顶板超前断裂缝位置2.0m；也就是说，基本顶板超前断裂距离至少加上2.0m才是锚索的锚固长度；
上述基本顶板超前断裂距离指的是沿空巷道实体煤侧帮与基本顶板超前断裂缝位置之间的距离。
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Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104712348B (zh) * | 2014-12-11 | 2019-03-29 | 山东科技大学 | 一种坚硬直接顶下大采高工作面沿空小煤柱巷道支护方法 |
| CN105952487B (zh) * | 2015-09-14 | 2018-07-17 | 安徽建筑大学 | 一种分析深部软弱围岩锚固体内外碎胀程度及稳定性的装置 |
| CN109630201B (zh) * | 2018-12-14 | 2020-06-30 | 山东科技大学 | 一种基于顶板岩层水平挤压力监测的锚杆长度确定方法 |
| CN109490086B (zh) * | 2018-12-24 | 2021-03-02 | 山东科技大学 | 一种巷道围岩支护强度试验装置及强度确定方法 |
| CN110344866B (zh) * | 2019-08-23 | 2024-03-19 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种适用于大变形隧道的锚杆-锚索支护体系及使用方法 |
| CN113107489A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-13 | 宿州市金鼎安全技术股份有限公司 | 一种高地压三软煤层沿空顺槽超前注浆加固方法 |
| CN113236251B (zh) * | 2021-06-09 | 2024-06-18 | 临沂矿业集团菏泽煤电有限公司 | 一种深井沿空顺槽支-卸-封-注多级协同控制方法及装置 |
| CN113530544B (zh) * | 2021-08-16 | 2022-05-10 | 太原理工大学 | 基于顶板断裂规律的局部加强间隔充填沿空留巷方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4052860A (en) * | 1974-12-09 | 1977-10-11 | Environmental Engineering Dr. Ing. Alterman Ltd. | Construction of underground tunnels and rock chambers |
| CN1693670A (zh) * | 2005-05-19 | 2005-11-09 | 中国矿业大学 | 高应力巷道碎裂围岩三锚耦合支护方法 |
| CN101117890A (zh) * | 2007-08-17 | 2008-02-06 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 沿空留巷巷帮支护法 |
| CN101413393A (zh) * | 2008-11-28 | 2009-04-22 | 兖州煤业股份有限公司 | 煤层综放工作面沿空留巷巷帮支护法 |
| CN101915112A (zh) * | 2010-08-02 | 2010-12-15 | 中国矿业大学(北京) | 强帮强角煤巷锚杆支护方法 |
| CN102121389A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-07-13 | 中国矿业大学(北京) | 一种煤巷围岩冒顶垮帮的锚索桁架防治方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4052860A (en) * | 1974-12-09 | 1977-10-11 | Environmental Engineering Dr. Ing. Alterman Ltd. | Construction of underground tunnels and rock chambers |
| CN1693670A (zh) * | 2005-05-19 | 2005-11-09 | 中国矿业大学 | 高应力巷道碎裂围岩三锚耦合支护方法 |
| CN101117890A (zh) * | 2007-08-17 | 2008-02-06 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 沿空留巷巷帮支护法 |
| CN101413393A (zh) * | 2008-11-28 | 2009-04-22 | 兖州煤业股份有限公司 | 煤层综放工作面沿空留巷巷帮支护法 |
| CN102121389A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-07-13 | 中国矿业大学(北京) | 一种煤巷围岩冒顶垮帮的锚索桁架防治方法 |
| CN101915112A (zh) * | 2010-08-02 | 2010-12-15 | 中国矿业大学(北京) | 强帮强角煤巷锚杆支护方法 |
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