CN109441502A - 基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法 - Google Patents

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张小强
杨光辉
王开
张东峰
魏国帅
姜玉龙
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Abstract

本发明公开了基于拱‑梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，涉及煤巷支护技术领域；具体为计算巷道上覆各岩层曲率，根据曲率判断岩层之间离层情况；计算各岩层的极限跨距，根据极限跨度将岩层分为稳定锚固层和不稳定锚固层；确定存在离层情况的稳定锚固层，且对存在离层情况的稳定锚固层进行阶梯分层锚固；阶梯分层锚固是对各离层分别进行锚固；本发明采用阶梯束锚索支护对存在离层可能性的岩层按曲率差异进行分层重点锚固；使离层发生的可能性降到最低，避免巷道顶板发生整层垮落，此外，还减少了深部顶板煤层锚索孔的数目，从而避免煤层受多次钻孔扰动，增加了深部顶板整体抗拉、抗剪性能，减小了煤帮破坏程度。

Description

基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法
技术领域
本发明涉及煤巷支护技术领域，具体涉及一种基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法。
背景技术
复合顶板(离层型顶板)巷道广泛存在于我国煤矿。因其浅部岩层与深部岩层在强度、容重等物理特性方面组合各异，受工程扰动后，无粘结力的分层之间存在较大的挠度差，因而容易产生显著的离层现象。伴随深井高地应力下的含煤特厚复合顶板巷道支护困难在于：(1)岩层弱面发育，高地应力下难以形成自承载结构，容易发生大规模冒顶事故；(2)顶板煤层厚度大、强度低，采用普通锚索支护时悬吊重量大，增加支护密度后多重钻孔容易引起煤层进一步破坏；(3)特厚顶板内部存在多层位离层，单一锚索支护未能针对不同层位离层进行有针对性地锚固，顶板煤层往往无法锚固在深部较稳定岩层中。以此进一步的还会造成煤帮变形破坏较大。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，提供一种基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法。本发明是通过如下技术方案实现的。
基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，包括以下步骤：
a)计算巷道上覆各岩层曲率，根据所述的各岩层曲率，判断岩层之间离层情况。
b)计算各岩层的极限跨距，根据所述的极限跨度将岩层分为稳定锚固层和不稳定锚固层；所述的稳定锚固层的岩层极限跨距＞巷道宽度；所述的不稳定锚固层的岩层极限跨距＜巷道宽度。
c)确定存在离层情况的稳定锚固层，且对所述的存在离层情况的稳定锚固层进行阶梯分层锚固；所述的阶梯分层锚固是对各离层分别进行锚固。
优选的，所述的步骤c中，阶梯分层锚固是采用束锚索进行锚固，所述的束锚索由浅部锚索、中部锚索、深部锚索构成。
优选的，所述的步骤c中，阶梯分层锚固是采用束锚索和多个锚杆联合进行锚固，所述的束锚索由浅部锚索、中部锚索、深部锚索构成；所述的多个锚杆形成锚杆组合梁。
更优的，所述的锚杆抗拉强度＞500MPa，锚杆长度为2.0-2.5m，锚杆的排距为800-1000mm。
更优的，所述的浅部锚索、中部锚索和深部锚索的拉断载荷各＞353kN；束锚索之间的排距为1600-2000mm。
所述的岩层曲率是通过计算得到，其中：ki为各岩层曲率，ri为各岩层曲率半径，Mi为岩层弯矩，Ei为各岩层弹性模量，Ii为岩层惯性矩；对顶板上覆各岩层由下到上进行编号，当ki<ki+1时，判定为岩层之间未发生离层；当ki>ki+1时，判定为岩层之间发生离层。
所述的极限跨距是通过计算得到，其中：RTj为各岩层抗拉强度，qj为各岩层承受的载荷，hj为各岩层厚度。
所述锚杆为高强锚杆，其抗拉强度超过500MPa，束锚索中各锚索拉断载荷超过353kN，高强锚杆长度为2.0m～2.5m，束锚索中各锚索长度依据锚固层深度而定。
所述高强锚杆或束锚索需垂直布置，允许误差不能超过5°。
所述高强锚杆排距为800mm～1000mm，束锚索排距为1600mm～2000mm。
所述高强锚杆预紧力为300-400N·m，束锚索中各锚索预紧力为200kN～300kN。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
1)本发明采用“阶梯型束锚索强力支护***”与高强锚杆联合支护的方法对存在离层可能性的岩层按曲率差异进行分层重点锚固，使巷道上覆岩层形成了多重拱-梁耦合结构，增加了深部岩层整体抗拉、抗剪性能，进而增加了巷道上覆岩层稳定性，使巷道顶板发生整层垮落的可能性降到了最低。
2)运用本发明支护方法，降低了浅部锚索的支护密度，进而减少了深部顶板煤层锚索孔的数目，从而避免煤层受多次钻孔扰动的影响，进而增加煤层顶板的稳定性，并且可使顶板煤层锚固在深部较稳定岩层中。
3)由于顶板形成完整的多重拱-梁耦合结构，使煤帮的压力大幅度缓解，同时将帮部峰值压力的位置转移到靠近煤壁侧，从而促使煤帮由“支”向“护”的转变，使得煤帮的变形与破坏深度大幅度减小。
附图说明
图1为现有技术中巷道支护形式示意图。
图2为本发明的基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法示意图。
其中，1为巷道；2为岩层；3为锚杆；4为束锚索；5为浅部锚索；6为中部锚索；7为深部锚索。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
如图2所示，本发明的一种基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法步骤为：根据巷道1上覆各岩层2岩石力学参数，计算比较巷道1上覆各岩层2曲率大小，判断岩层2之间离层情况，并根据组合梁理论对各岩层2进行极限跨距计算，确定是否为稳定的锚固层，进而采用“阶梯型束锚索强力支护***”与锚杆联合支护的方法对存在离层可能性的稳定的锚固岩层按曲率差异进行分层重点锚固。
详细步骤如下：
a)根据巷道1上覆各岩层2岩石力学参数，利用曲率公式:计算各岩层2曲率大小，其中：ki为各岩层曲率，ri为各岩层曲率半径，Mi为岩层弯矩，Ei为各岩层弹性模量，Ii为岩层惯性矩。
b)对顶板上覆各岩层2由下到上进行编号，当ki<ki+1时，判断岩层2之间未发生离层；当ki>ki+1时，判断岩层2之间发生离层。
c)根据组合梁理论，可用公式对各岩层2进行极限跨距计算，其中：RTj为各岩层抗拉强度，qj为各岩层承受的载荷，hj为各岩层厚度。
d)当岩层2极限跨距Lj大于巷道1宽度时，判断该岩层2为稳定的锚固层；当岩层2极限跨距Lj小于巷道1宽度时，判断该岩层2为不稳定锚固层，不能进行锚索锚固。
e)通过确定存在离层情况的稳定锚固层，对所述的存在离层情况的稳定锚固层进行阶梯分层锚固；所述的阶梯分层锚固是对各离层分别进行锚固。
或者采用阶梯分层锚固与锚杆联合支护的方法对存在离层可能性的稳定的锚固层按曲率差异进行分层重点锚固。
阶梯分层锚固通过阶梯型束锚索强力支护***实现，所述的阶梯型束锚索强力支护***为浅部锚索5、中部锚索6、深部锚索7构成的束锚索4，多个束锚索4形成锚索压缩拱。多个高强锚杆3联合支护形成锚杆组合梁，这样就形成了拱-梁耦合的结构。
所述高强的锚杆3抗拉强度为600MPa，束锚索4中各锚索拉断载荷为400kN，锚杆3长度为2.0m，束锚索4中各锚索长度依据锚固层深度而定。
锚杆3和束锚索4均需垂直布置，允许误差不能超过5°。
锚杆3排距为1000mm，束锚索4排距为2000mm。
锚杆3的预紧力为400N·m，束锚索4中各锚索预紧力为200kN～300kN。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (7)

1.基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)计算巷道上覆各岩层曲率，根据所述的各岩层曲率，判断岩层之间离层情况；
b)计算各岩层的极限跨距，根据所述的极限跨度将岩层分为稳定锚固层和不稳定锚固层；所述的稳定锚固层的岩层极限跨距＞巷道宽度；所述的不稳定锚固层的岩层极限跨距＜巷道宽度；
c)确定存在离层情况的稳定锚固层，且对所述的存在离层情况的稳定锚固层进行阶梯分层锚固；所述的阶梯分层锚固是对各离层分别进行锚固。
2.根据权利要求1所述的基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，其特征在于，所述的步骤c中，阶梯分层锚固是采用束锚索进行锚固，所述的束锚索由浅部锚索、中部锚索、深部锚索构成。
3.根据权利要求1所述的基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，其特征在于，所述的步骤c中，阶梯分层锚固是采用束锚索和多个锚杆联合进行锚固，所述的束锚索由浅部锚索、中部锚索、深部锚索构成；所述的多个锚杆形成锚杆组合梁。
4.根据权利要求3所述的基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，其特征在于，所述的锚杆抗拉强度＞500MPa，锚杆长度为2.0-2.5m，锚杆的排距为800-1000mm。
5.根据权利要求2或3所述的基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，其特征在于，所述的浅部锚索、中部锚索和深部锚索的拉断载荷各＞353kN；束锚索之间的排距为1600-2000mm。
6.根据权利要求1所述的基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，其特征在于，所述的岩层曲率是通过计算得到，其中：ki为各岩层曲率，ri为各岩层曲率半径，Mi为岩层弯矩，Ei为各岩层弹性模量，Ii为岩层惯性矩；对顶板上覆各岩层由下到上进行编号，当ki<ki+1时，判定为岩层之间未发生离层；当ki>ki+1时，判定为岩层之间发生离层。
7.根据权利要求1所述的基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护方法，其特征在于，所述的极限跨距是通过计算得到，其中：RTj为各岩层抗拉强度，qj为各岩层承受的载荷，hj为各岩层厚度。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110230510A (zh) * 2019-06-11 2019-09-13 中国矿业大学 一种厚层复合顶板煤巷的协同锚固复式结构的建造方法
CN112392507A (zh) * 2020-11-26 2021-02-23 太原理工大学 一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备及方法
CN113252450A (zh) * 2021-04-14 2021-08-13 浙江大学 一种评估弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102704965A (zh) * 2012-05-21 2012-10-03 严红 一种防止剧烈采动影响巷道顶板垮冒方法
CN205117366U (zh) * 2015-07-27 2016-03-30 山西潞安矿业(集团)有限责任公司 一种大断面松软破碎煤巷双承压拱支护装置
CN105736022A (zh) * 2016-03-10 2016-07-06 安徽理工大学 基于深部软弱复合顶板的矩形煤巷的分层支护方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102704965A (zh) * 2012-05-21 2012-10-03 严红 一种防止剧烈采动影响巷道顶板垮冒方法
CN205117366U (zh) * 2015-07-27 2016-03-30 山西潞安矿业(集团)有限责任公司 一种大断面松软破碎煤巷双承压拱支护装置
CN105736022A (zh) * 2016-03-10 2016-07-06 安徽理工大学 基于深部软弱复合顶板的矩形煤巷的分层支护方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
魏国帅等: "基于拱-梁耦合结构的深井含煤复合顶板支护研究", 《煤矿安全》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110230510A (zh) * 2019-06-11 2019-09-13 中国矿业大学 一种厚层复合顶板煤巷的协同锚固复式结构的建造方法
CN112392507A (zh) * 2020-11-26 2021-02-23 太原理工大学 一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备及方法
CN113252450A (zh) * 2021-04-14 2021-08-13 浙江大学 一种评估弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法

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