CN108930543A - 一种大断面沿空掘巷耦合支护结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大断面沿空掘巷耦合支护结构，包括顶板部分、采空区侧部分、实体煤侧部分及底角锚管，其中顶板部分包括Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф6mm钢筋网Ⅰ、Ф20mm钢筋梯Ⅰ和Ф17.8×6500mm锚索，采空区侧部分包括Ф6mm钢筋网Ⅱ、400×400×12mm钢板托盘及上一工作面顺槽支护的锚索；实体煤侧部分包括Ф20×2400mm锚杆Ⅱ、Ф6mm钢筋网Ⅲ、Ф20mm钢筋梯Ⅱ；利用废旧的钢管作为底角锚管，外扎45度来控制底鼓。其施工方法包括煤柱预注浆、巷道超前深孔注浆、支护结构安装定位、底角锚管灌浆及动态注浆等五个步骤。本发明进行超前加固，减小了上一工作面回采时对煤柱的破坏；利用对拉锚索，最大限度的发挥锚索的抗拉强度高的优点，降低了二次投入。将锚梁支护引入到巷道支护，既防止了掘进期间片帮，又加强了对巷帮的支护。利用废旧钢管作为锚管治理底鼓，既起到了防止底鼓的作用，又做到了废物利用。
Description
技术领域
本发明涉一种大断面沿空掘巷耦合支护结构及施工方法，属采矿工程技术领域。
背景技术
目前，在进行煤炭资源开采时，留小煤柱的目的是将巷道与采空区隔离，防止采空区的水与有害气体串入巷道，危及安全生产，煤柱宽度对巷道的维护状况起决定作用，若煤柱过小，巷道容易失稳，片帮严重，若煤柱过大，则回采巷道布置在压力增高区内，将使巷道压力大，支护困难，且资源浪费严重。为了提高巷道支护结构强度和稳定性，同时提高施工效率和资源开采利用率，当前巷道支护主要有两种形式：一是采用型钢支护，二是采用锚（索）网支护。但在实际工程中发现，矿用工字钢梯形支架和U型钢拱形可缩支架等金属型钢支护结构为被动支护，支架支护强度较低，折损严重，支护效果相对较差，易造成顶板下沉、开裂、离层; 锚（索）网支护虽然为主动支护，但是由于受采动压力影响，巷道顶板、两侧煤煤层应力集中，且已经出现离层、碎裂等情况，普通锚（索）网支护满足不了压力及围岩的要求，出现锚杆、锚索拉断、冒顶、两帮外鼓、片帮、底鼓、断面缩小等情况，严重影响安全生产，甚至发生安全事故。因此，迫切需要开发一种全新的巷道强化支护结构，以满足沿空掘巷施工的需要。
发明内容
为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种大断面沿空掘巷耦合支护结构及施工方法。
为了实现上面提到的效果，提出了一种大断面沿空掘巷耦合支护结构及施工方法，其包括以下步骤：
一种大断面沿空掘巷耦合支护结构，包括顶板部分、采空区侧部分、实体煤侧部分及底角锚管，其中所述的顶板部分包括Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф6mm钢筋网Ⅰ、Ф20mm钢筋梯Ⅰ和Ф17.8×6500mm锚索，所述的Ф6mm钢筋网Ⅰ包覆在巷道顶部岩层外表面，并与巷道顶部岩层外表面平行分布，所述的Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф17.8×6500mm锚索均若干，各Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф 17.8 ×6500mm锚索前端均通过钻孔嵌入到巷道顶部岩层内，端部用树脂锚固剂和岩石黏结在一起，且各Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф17.8 ×6500mm锚索均与Ф6mm钢筋网Ⅰ相互垂直分布，其中所述的Ф20mm钢筋梯Ⅰ若干，垂直于巷道轴线均匀分布，压在Ф6mm钢筋网Ⅰ外表面，通过使用锚杆和锚索将钢筋梯和钢筋网固定顶板上，形成一个整体，防止顶板下沉、离层。所述的采空区侧部分包括Ф6mm钢筋网Ⅱ、400×400×12 mm钢板托盘及上一工作面顺槽支护的锚索，所述的Ф6mm钢筋网Ⅱ若干，包覆在巷道采空区侧的煤壁，所述的上一工作面顺槽支护的锚索若干，上一工作面顺槽支护的锚索均与巷道采空区煤柱轴线和Ф6mm钢筋网Ⅱ表面垂直分布，所述的400×400×12mm托盘若干，压在Ф6mm钢筋网Ⅱ外表面并通过锁具固定在上一工作面顺槽支护的锚索上，形成对拉锚索结构，所述的实体煤侧部分包括Ф20×2400mm锚杆Ⅱ、Ф6mm钢筋网Ⅲ、Ф20mm钢筋梯Ⅱ，所述的Ф6mm钢筋网Ⅲ包覆在实体煤侧巷道外表面并与巷道煤壁外表面平行分布，所述的Ф20mm钢筋梯Ⅱ若干，垂直于巷道轴线均匀分布，压在Ф6mm钢筋网网外表面，所述的Ф20×2400mm锚杆Ⅱ若干，垂直均布在巷道实体侧煤壁内，将钢筋梯和钢筋网固定在实体煤侧巷道煤壁上。所述的底角锚管若干，各底角锚管分别嵌于巷道采空区煤柱两侧对应的巷道底部和巷道实体侧对应的巷道底部内，且所述的底角锚管分别与巷道底板呈45°夹角。
进一步的，所述的Ф20×2400mm锚杆Ⅰ和Ф20×2400mm锚杆Ⅱ的间排距均为800×800mm；Ф6mm钢筋网Ⅰ、Ф6mm钢筋网Ⅱ和Ф6mm钢筋网Ⅲ的网格均为100×100mm，所述的Ф17.8 ×6500mm锚索的排距1600mm，每排3根。
进一步的，所述的对拉锚索结构，拉拔时拉力不低于100KN且不得有空帮。
进一步的，所述的底角锚管用直径为50～100mm的废旧钢管制成，长度不低于5.0m。
一种大断面沿空掘巷耦合支护结构的施工方法，包括以下步骤：
第一步，煤柱预注浆：利用上一工作面顺槽对煤柱进行预注浆，注浆孔深度5m，间排距1.0×2.0m，并在钻孔内内置长度接近于钻孔深度的铝塑管作为注浆管，然后选用高强水泥浆液进行注浆作业；
第二步，煤柱外侧底角锚管灌浆：利用上一工作面顺槽向煤柱下部外扎45度施工底角钻孔，***锚管，然后对底角锚管进行高强水泥浆液灌注作业；
第三步，超前深孔注浆：掘进前，利用钻机在巷道两侧煤壁内各施工3个超前钻孔，钻孔长200～300m，孔径75～100mm,内置和钻孔长度接近的规格为2025的铝塑管作为注浆管，浆液选用水泥基塑性浆，浆液凝固后形成的结石体与铝塑管一起和锚杆形成锚梁支护结构；
第四步，巷道支护：超前深孔注浆后，对巷道进行掘进，并及时对巷道顶板、实体煤侧进行挂网、安设钢筋梯、打锚杆、打锚索及对采空区侧挂网、加装锚索托盘并对锚索进行张拉，完成对巷道的支护。
第五步，巷道两底角锚管灌浆：在巷道两底角外扎45度施工底角钻孔，***锚管，然后对锚管进行高强水泥浆液灌注作业；
第六步，动态注浆：后期根据巷道变形情况对巷道进行注浆补强作业。
本发明的有益效果：
（1）利用上一工作面顺槽对煤柱进行超前加固，减小了上一工作面回采时对煤柱的破坏。
（2）利用对拉锚索，最大限度地发挥锚索抗拉强度高的优点，降低了二次投入。
（3）将锚梁支护引入到巷道支护，既防止了掘进期间片帮，又加强了对巷帮的支护。
（4）利用废旧钢管作为锚管治理底鼓，既起到了防止底鼓的作用，又做到了废物利用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所述的一种大断面沿空掘巷耦合支护结构，包括顶板部分、采空区侧部分、实体煤侧部分及底角锚管，其中顶板部分包括Ф20×2400mm锚杆Ⅰ1、Ф6mm钢筋网Ⅰ2、Ф20mm钢筋梯Ⅰ3和Ф 17.8×6500mm锚索4，Ф6mm钢筋网Ⅰ2包覆在巷道顶部岩层5外表面，Ф20mm钢筋梯Ⅰ3若干，压在Ф6mm钢筋网Ⅰ2外表面，并与巷道轴线垂直且等间距布置，Ф20×2400mm锚杆Ⅰ1穿过Ф20mm钢筋梯Ⅰ3、Ф6mm钢筋网Ⅰ2，通过钻孔嵌入到巷道顶部岩层5内，并通过锚固剂和岩层黏结在一起。Ф17.8 ×6500mm锚索4若干，前端均通过钻孔嵌入到巷道顶部岩层5内，并通过锚固剂和岩层黏结在一起，后端通过锁具将400×400×12mm托盘固定在Ф6mm钢筋网Ⅰ2外表面。采空区侧部分包括Ф6mm钢筋网Ⅱ6、400×400×12mm托盘7及上一工作面顺槽支护的锚索8，Ф6mm钢筋网Ⅱ6若干个，包覆在巷道采空区侧煤柱9两侧的松动区10，并与煤柱9两侧的松动区10外表面平行分布，上一工作面顺槽支护的锚索8若干，上一工作面顺槽支护的锚索8均与巷道采空区侧煤柱9轴线和Ф6mm钢筋网Ⅱ6表面垂直分布，400 ×400×12mm托盘7若干，压在Ф6mm钢筋网Ⅱ6外表面，并通过锁具固定在上一工作面顺槽支护的锚索8上，形成对拉锚索结构。实体煤侧部分包括Ф20×2400mm锚杆Ⅱ12、Ф6mm钢筋网Ⅲ13、Ф20mm钢筋梯Ⅱ14，Ф6mm钢筋网Ⅲ13包覆在巷道煤壁15松动区16外表面并与巷道煤壁15外表面平行分布，Ф20×2400mm锚杆Ⅱ12若干，均布在巷道煤壁15内，且Ф20×2400mm锚杆Ⅱ12分别与巷道煤壁15和Ф6mm钢筋网Ⅲ13相互垂直分布，Ф20mm钢筋梯Ⅱ14通过Ф20×2400mm锚杆Ⅱ12与Ф6mm钢筋网Ⅲ13外表面相互连接。底角锚管11若干，各底角锚管11分别嵌于巷道采空区煤柱9两侧对应的巷道底部和巷道煤壁15对应的巷道底部内，且底角锚管11分别与巷道底板呈45°夹角。
本实施例中，所述的Ф20×2400mm锚杆Ⅰ1和Ф20×2400mm锚杆Ⅱ12的间排距均为800×800mm；Ф6mm钢筋网Ⅰ2、Ф6mm钢筋网Ⅱ6和Ф6mm钢筋网Ⅲ13的网格均为100×100mm，所述的Ф17.8 ×6500mm锚索4的排距1600mm。
本实施例中，所述的对拉锚索结构，拉拔时拉力不低于100kN且不得有空帮。
本实施例中，所述的底角锚管用直径为50～100mm的废旧钢管制成，长度不低于5.0m。
一种大断面沿空掘巷耦合支护结构的施工方法，包括以下步骤：
第一步，煤柱预注浆：利用上一工作面顺槽对煤柱进行预注浆，注浆孔深度5m，间排距1.0×2.0m，并在钻孔内内置长度接近于钻孔深度的铝塑管作为注浆管，然后选用高强水泥浆液进行注浆作业；
第二步，煤柱外侧底角锚管灌浆：利用上一工作面顺槽向煤柱下部外扎45度施工底角钻孔，***锚管，然后对底角锚管进行高强水泥浆液灌注作业；
第三步，超前深孔注浆：掘进前，利用钻机在巷道两侧煤壁内各施工3个超前钻孔，钻孔长200～300m，孔径75～100mm,内置和钻孔长度接近的规格为2025的铝塑管作为注浆管，浆液选用高强水泥浆液，浆液凝固后形成的结石体与铝塑管一起和锚杆形成锚梁支护结构；
第四步，巷道支护：超前深孔注浆后，对巷道进行掘进，并及时对巷道顶板、实体煤侧进行挂网、安设钢筋梯、打锚杆、打锚索及对采空区侧挂网、加装锚索托盘并对锚索进行张拉，完成对巷道的支护。
第五步，巷道两底角锚管灌浆：在巷道两底角外扎45度施工底角钻孔，***锚管，然后对锚管进行高强水泥浆液灌注作业；
第六步，动态注浆：后期根据巷道变形情况对巷道进行注浆补强作业。
本实施例中，所述的煤柱合理宽度5m。
本发明利用上一工作面顺槽对煤柱进行超前加固，减小了上一工作面回采时对煤柱的破坏；利用对拉锚索，最大限度地发挥锚索抗拉强度高的优点，降低了二次投入；将锚梁支护引入到巷道支护，既防止了掘进期间片帮，又加强了对巷帮的支护；利用废旧钢管作为锚管治理底鼓，既起到了防止底鼓的作用，又做到了废物利用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种大断面沿空掘巷耦合支护结构，其特征在于：所述的大断面沿空掘巷耦合支护结构包括顶板部分、采空区侧部分、实体煤侧部分及底角锚管，其中所述的顶板部分包括Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф6mm钢筋网Ⅰ、Ф20mm钢筋梯Ⅰ和Ф 17.8 ×6500mm锚索，所述的Ф6mm钢筋网Ⅰ包覆在巷道顶部岩层外表面，并与巷道顶部岩层外表面平行分布，所述的Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф17.8×6500mm锚索均若干，各Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф17.8 ×6500mm锚索前端均通过钻孔嵌入到巷道顶部岩层内，端部用树脂锚固剂和岩石黏结在一起，且各Ф20×2400mm锚杆Ⅰ、Ф17.8×6500mm锚索均与Ф6mm钢筋网Ⅰ相互垂直分布，其中所述的Ф20mm钢筋梯Ⅰ若干，垂直于巷道轴线均匀分布，压在Ф6mm钢筋网Ⅰ外表面，通过使用锚杆和锚索将钢筋梯和钢筋网固定顶板上，形成一个整体，防止顶板下沉、离层，所述的采空区侧部分包括Ф6mm钢筋网Ⅱ、400×400×12mm钢板托盘及上一工作面顺槽支护的锚索，所述的Ф6mm钢筋网Ⅱ若干，包覆在巷道采空区侧的煤壁，所述的上一工作面顺槽支护的锚索若干，上一工作面顺槽支护的锚索均与巷道采空区煤柱轴线和Ф6mm钢筋网Ⅱ表面垂直分布，所述的400×400×12mm托盘若干，压在Ф6mm钢筋网Ⅱ外表面并通过锁具固定在上一工作面顺槽支护的锚索上，形成对拉锚索结构，所述的实体煤侧部分包括Ф20×2400mm锚杆Ⅱ、Ф6mm钢筋网Ⅲ、Ф20mm钢筋梯Ⅱ，所述的Ф6mm钢筋网Ⅲ包覆在实体煤侧巷道外表面并与巷道煤壁外表面平行分布，所述的Ф20mm钢筋梯Ⅱ若干，垂直于巷道轴线均匀分布，压在Ф6mm钢筋网Ⅲ外表面，所述的Ф20×2400mm锚杆Ⅱ若干，垂直均布在巷道实体侧煤壁内，将钢筋梯和钢筋网固定在实体煤侧巷道煤壁上，所述的底角锚管若干，各底角锚管分别嵌于巷道采空区煤柱两侧对应的巷道底部和巷道实体侧对应的巷道底部内，且所述的底角锚管分别与巷道底板呈45°夹角。
2.根据权利要求1所述的一种大断面沿空掘巷耦合支护结构，其特征在于：所述的Ф20×2400mm锚杆Ⅰ和Ф20×2400mm锚杆Ⅱ的间排距均为800×800mm；Ф6mm钢筋网Ⅰ、Ф6mm钢筋网Ⅱ和Ф6mm钢筋网Ⅲ的网格均为100×100mm，所述的Ф17.8×6500mm锚索的排距1600mm。
3.根据权利要求1所述的一种大断面沿空掘巷耦合支护结构，其特征在于：所述的对拉锚索结构，张拉时拉力不低于100kN且不得有空帮。
4.根据权利要求1所述的一种大断面沿空掘巷耦合支护结构，其特征在于：所述的底角锚管用直径为50～100mm的废旧钢管制成，长度不低于5.0m。
5.一种大断面沿空掘巷耦合支护结构的施工方法，其特征在于：所述的大断面沿空掘巷耦合支护结构的施工方法包括以下步骤：
第一步，煤柱预注浆：利用上一工作面顺槽对煤柱进行预注浆，注浆孔深度5m，间排距1.0×2.0m，并在钻孔内内置长度接近于钻孔深度的铝塑管作为注浆管，然后选用高强水泥浆液进行注浆作业；
第二步，煤柱外侧底角锚管灌浆：利用上一工作面顺槽向煤柱下部外扎45度施工底角钻孔，***锚管，然后对底角锚管进行高强水泥浆液灌注作业；
第三步，超前深孔注浆：掘进前，利用钻机在巷道两侧煤壁内各施工3个超前钻孔，钻孔长200～300m，孔径75～100mm,内置和钻孔长度接近的规格为2025的铝塑管作为注浆管，浆液选用高强水泥浆液，浆液凝固后形成的结石体与铝塑管一起和锚杆形成锚梁支护结构；
第四步，巷道支护：超前深孔注浆后，对巷道进行掘进，并及时对巷道顶板、实体煤侧进行挂网、安设钢筋梯、打锚杆、打锚索及对采空区侧挂网、加装锚索托盘并对锚索进行张拉，完成对巷道的支护；
第五步，巷道两底角锚管灌浆：在巷道两底角外扎45度施工底角钻孔，***锚管，然后对锚管进行高强水泥浆灌注作业；
第六步，动态注浆：后期根据巷道变形情况对巷道进行注浆补强作业。
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