專利名稱：大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法，尤其適用于構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域以及深部復(fù)合型頂板大跨度切眼的穩(wěn)定性控制。
背景技術(shù)：
近年來，為了提高巷道掘進(jìn)速度，減少成巷成本，回采巷道的斷面形狀多采用矩形，為了滿足現(xiàn)代化大型礦井高產(chǎn)高效的要求，回采巷道斷面、跨度不斷增大，隨著巷道斷面、跨度的增大，巷道頂板的穩(wěn)定性隨之降低，頂板控制難度不斷加大，有時(shí)甚至是導(dǎo)致錨桿支護(hù)回采巷道冒頂事故發(fā)生的主要因素，嚴(yán)重威脅井下人員的生命安全。礦井開采深度越來越大，特別是受構(gòu)造應(yīng)力影響的深部大斷面、大跨度復(fù)合型頂板巷道，其頂板離層、破壞嚴(yán)重，大跨度矩形切眼一次成巷采用常規(guī)的錨網(wǎng)索支護(hù)難以控制頂板的穩(wěn)定性。巷道跨度是最敏感的穩(wěn)定參數(shù)之一，地下工程穩(wěn)定與其跨度尺寸密切相關(guān)，隨著跨度增大穩(wěn)定性明顯降低，為了保持該類工程的穩(wěn)定性，必須采用減跨措施。復(fù)合型頂板大跨度切眼頂板控制不能采用常規(guī)支護(hù)方法，必須先減跨再支護(hù)，特別是高瓦斯礦井構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域深部大跨度切眼的支護(hù)問題亟待解決。大跨度切眼頂板控制十分重要，關(guān)鍵是需要找到一種針對大跨度切眼的有效減跨支護(hù)方法，因此發(fā)明了大跨度切眼二次成巷+雙微拱斷面+錨網(wǎng) (索)+單體支柱+鉸接頂梁協(xié)同減跨支護(hù)方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)存在的問題，提供一種簡單、經(jīng)濟(jì)、安全的大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法。技術(shù)方案本發(fā)明的大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法，包括如下步驟
a.在靠近采空區(qū)煤柱一側(cè)先開掘一個(gè)小于切眼斷面一半的小斷面微拱巷道，采用錨網(wǎng)索加鋼帶進(jìn)行幫、頂支護(hù)，錨網(wǎng)索中的錨索布置在小斷面微拱巷道頂板上，且安裝在跨度方向上的1/4、3/4處;
b.小斷面微拱巷道掘進(jìn)后，在靠近截割幫一側(cè)再開掘一個(gè)與小斷面微拱巷道相連通的大斷面微拱巷道，形成雙微拱拱高為h、切眼跨度為c的雙微拱切眼，采用錨網(wǎng)索加鋼帶對大斷面微拱巷道進(jìn)行支護(hù)，錨網(wǎng)索中的錨索布置在大斷面微拱巷道頂板上，且安裝在跨度方向上的1/4、3/4處；
c.在形成雙微拱切眼拱腳重合處采用單體支柱加鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)。所述雙微拱切眼的雙微拱拱高h(yuǎn)為2(T40cm ；所述小斷面微拱巷道頂板支護(hù)中的鋼帶預(yù)留長度為0. Γ0. 6m的搭接段；所述的切眼跨度C不小于5. 5 m ；所述單體支柱支設(shè)在兩微拱拱腳重合處，其間距為錨桿排距的1/2。有益效果由于采用了上述技術(shù)方案，對大跨度切眼采用二次成巷+雙微拱斷面+ 錨網(wǎng)索+單體支柱+鉸接頂梁協(xié)同減跨支護(hù)方式，充分利用了二次成巷的優(yōu)點(diǎn)及微拱巷道的控頂效果好的優(yōu)勢，適用于構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域以及深部大跨度的巷道工程，特別是巷道跨度大、切眼跨度c ^ 5. 5m、頂板離層、變形量大的復(fù)合型頂板，解決了常規(guī)的一次成巷支護(hù)難以控制頂板穩(wěn)定性的問題，能有效節(jié)約工程支護(hù)材料，降低支護(hù)成本。由于先開掘的小斷面微拱巷道要經(jīng)受二次動(dòng)壓的影響，需要足夠的支護(hù)強(qiáng)度，頂板破壞相對嚴(yán)重，后開掘的大斷面微拱巷道是在釋放應(yīng)力后掘進(jìn)的，因此圍巖應(yīng)力小，支護(hù)難度小，需要的支護(hù)強(qiáng)度低，頂板相對較完整。采用第二次成巷的大斷面微拱巷道在第一次成巷釋放壓力的卸壓區(qū)施工， 成巷速度快，圍巖控制較容易，減少支護(hù)成本。由于雙微拱切眼拱高較小，施工也方便，不影響成巷速度，控制效果又好。本發(fā)明方法簡單、易行，安全經(jīng)濟(jì)，支護(hù)效果好，具有廣泛的實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明的大跨度切眼減跨支護(hù)布置示意圖。圖2是本發(fā)明大跨度切眼頂板支護(hù)示意圖。圖3是本發(fā)明的大跨度切眼截割幫幫部支護(hù)示意圖。圖4是本發(fā)明的大跨度切眼采空區(qū)煤柱幫部支護(hù)示意圖。圖中1-小斷面微拱巷道；2-單體支柱；3-大斷面微拱巷道；4-錨桿；5-錨索； 6-錨索托板；7-鋼帶；8-錨桿托盤；9-切眼截割幫玻璃鋼錨桿木托盤；10-玻璃鋼錨桿； 11-頂梁；a-小斷面微拱巷道跨度；b-大斷面微拱巷道跨度；C-切眼跨度；d-切眼直墻高； h_雙微拱拱高；m-頂錨桿排距；η-錨索排距；ρ-錨索間距；q_錨桿間距；g_大、小斷面微拱巷道相鄰錨桿間距；e_頂板邊排錨桿距切眼幫部距離；χ-幫上排錨桿距頂板距；ν -幫錨桿排距；U-幫錨桿間距；y_幫下排錨桿距切眼底板距離。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的說明
如圖1所示，某礦切眼跨度C為8m，高度為3. 2m，頂板為砂巖、泥巖復(fù)合型頂板，切眼埋深900m，且受構(gòu)造應(yīng)力影響，頂板離層、變形破壞嚴(yán)重。根據(jù)復(fù)合型頂板大跨度切眼圍巖條件，首先在靠近采空區(qū)煤柱一側(cè)先開掘一個(gè)小斷面微拱巷道1，小斷面微拱巷道跨度a小于切眼跨度C的一半，微拱拱高為h，通過開掘小斷面微拱巷道1以釋放圍巖應(yīng)力，減小支護(hù)難度。通過數(shù)值模擬、物理模擬以及理論分析，確定小斷面微拱巷道支護(hù)方式與參數(shù)，采用錨桿、金屬網(wǎng)、錨索加鋼帶對小斷面微拱巷道1進(jìn)行幫、頂支護(hù)，錨網(wǎng)索中的錨索5布置在小斷面微拱巷道1頂板上，且安裝在跨度方向上的1/4、3/4處；為增強(qiáng)支護(hù)效果，對小斷面微拱巷道1頂板支護(hù)的鋼帶7預(yù)留長度為 0. 4^0. 6m的搭接段，以便與后開掘的大斷面微拱巷道3頂板鋼帶7搭接。待小斷面微拱巷道形成后，在靠近截割幫一側(cè)再開掘一個(gè)大斷面微拱巷道3，與小斷面微拱巷道1相連通，小斷面微拱巷道跨度a和大斷面微拱巷道跨度b之和等于切眼跨度c，大、小斷面微拱巷道形成拱高為h、直墻高d、跨度為c的雙微拱切眼，微拱拱高h(yuǎn)為 2(T40cm，根據(jù)小斷面微拱巷道1頂板鋼帶7預(yù)留長度，待大斷面微拱巷道3支護(hù)時(shí)，大、小斷面微拱巷道中的鋼帶7重合搭扣在一起，使雙微拱切眼頂板鋼帶7形成一個(gè)整體。采用錨網(wǎng)索加鋼帶對大斷面微拱巷道3進(jìn)行幫、頂支護(hù)，錨網(wǎng)索中的錨索5布置在大斷面微拱巷道頂板上，且安裝在跨度方向上的1/4、3/4處。由于大斷面微拱巷道3在小斷面微拱巷道1充分釋放應(yīng)力的條件下，其所受壓力小，支護(hù)難度降低，可以確保大跨度切眼安全施工，支護(hù)成本低。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，確定小斷面微拱巷道跨度a為3. 5m，大斷面微拱巷道跨度b為 4. 5m，大、小斷面微拱巷道直墻高d為3. an。在形成雙微拱切眼拱腳重合處采用單體支柱2 加鉸接頂梁11進(jìn)行支護(hù)，單體支柱2支設(shè)在兩微拱拱腳重合處，其間距為頂錨桿排距m的 1/2，單體支柱2支護(hù)的間距為0. 4 0. 6m。根據(jù)大跨度切眼圍巖條件，通過數(shù)值模擬及物理模擬，建立力學(xué)模型對錨網(wǎng)索支護(hù)體系進(jìn)行分析計(jì)算，確定采用高強(qiáng)支護(hù)，如圖2、3、4所示，其頂板錨桿排距m為 0. 8πΓ · 0m,頂板錨桿間距q為0. 8πΓ · 0m,錨索排距η為2m,錨索間距ρ為2q,頂板及采空區(qū)煤柱幫錨桿4采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿，截割幫采用玻璃鋼錨桿10，木托盤9，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿、玻璃鋼錨桿10垂直圍巖安裝，加長錨固。頂板及采空區(qū)煤柱錨桿托盤8采用拱型高強(qiáng)度托盤，托盤大小為150X150X10mm，承載能力不低于30t，錨索托板6采用 300mmX 300mmX 16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板，錨索托板6強(qiáng)度要大于400 kN,鋼帶7采用W型鋼帶，采用金屬網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格50X50mm，網(wǎng)片規(guī)格3900 X IOOOmm和4900 X 1000mm。幫錨桿間距u為0. 8^0. 9m,幫錨桿排距ν為0. 9^1. Om,幫上排錨桿距離切眼頂板距離χ為0. 3^0. 5m，幫下排錨桿距離切眼底板距離y為0. 3^0. 5m，頂板邊錨桿距離幫距離 e為0. 25、. 3m,大、小斷面微拱巷道相鄰錨桿距離g為0. 4^0. 6m。根據(jù)數(shù)值模擬及物理模擬雙微拱切眼頂板圍巖錨桿4支護(hù)范圍內(nèi)全部受壓的條件，確定錨桿4、錨索5預(yù)緊力的大小。錨桿4的預(yù)緊力為70kN，錨索5的預(yù)緊力為250 kN。根據(jù)切眼設(shè)備安裝、回撤的要求以及生產(chǎn)、通風(fēng)的需要，確定切眼斷面尺寸，切眼采用二次成巷沿頂掘進(jìn)的方式施工，第一次成巷選擇在靠近采空區(qū)煤柱一側(cè)，先掘進(jìn)一個(gè)小斷面微拱巷道，充分釋放圍巖應(yīng)力，再掘進(jìn)靠近截割幫的一側(cè)的大斷面微拱巷道，先掘進(jìn)的小斷面微拱巷道要承受第二次成巷掘進(jìn)的動(dòng)壓影響，因此需要加強(qiáng)支護(hù)，這樣，大斷面微拱巷道在小斷面微拱巷道釋放壓力的情況下掘進(jìn)，承受的壓力小，支護(hù)較容易，便于維護(hù)巷道圍巖的穩(wěn)定性。但大、小斷面微拱巷道結(jié)合部是兩微拱腳重合處，因此應(yīng)力集中比較大， 需要加打一排單體支柱減跨支護(hù)。根據(jù)圍巖條件及模擬分析、理論計(jì)算的方法，確定錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)，確定預(yù)應(yīng)力的大小，使錨網(wǎng)索支護(hù)體系互相匹配，使錨網(wǎng)索支護(hù)范圍內(nèi)，圍巖全部受壓，不出現(xiàn)受拉區(qū)域，改變圍巖自身的受力狀態(tài)，提高切眼圍巖的強(qiáng)度，減少錨固區(qū)域頂板的離層值。根據(jù)切眼圍巖塑性區(qū)的分布規(guī)律，選擇錨桿、錨索合理的支護(hù)位置及時(shí)間， 錨索要滯后錨桿安裝，錨索選擇在應(yīng)變大的、變形小、位移小的部位安裝，充分發(fā)揮錨索的支護(hù)作用，一般錨索布置在巷道頂板上，在跨度方向的1/4、3/4處。雙微拱切眼截割幫部采用玻璃鋼錨桿支護(hù)便于采煤機(jī)截割，雙微拱切眼另一幫部采用預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)控制幫部圍巖變形破壞。大跨度切眼采用二次成巷+雙微拱斷面+錨網(wǎng)索+單體支柱+頂梁協(xié)同減跨支護(hù)方法，可確保大跨度切眼快速施工，其穩(wěn)定性得到較好的控制。
權(quán)利要求
1.一種大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法，其特征在于包括如下步驟a.在靠近采空區(qū)煤柱一側(cè)先開掘一個(gè)小于切眼斷面一半的小斷面微拱巷道(1)，采用錨網(wǎng)索加鋼帶(7)進(jìn)行幫、頂支護(hù)，錨網(wǎng)索中的錨索(5)布置在小斷面微拱巷道頂板上，且安裝在跨度方向上的1/4、3/4處；b.小斷面微拱巷道掘進(jìn)后，在靠近截割幫一側(cè)再開掘一個(gè)與小斷面微拱巷道(1)相連通的大斷面微拱巷道(3)，形成雙微拱拱高為h、切眼跨度為c的雙微拱切眼，采用錨網(wǎng)索加鋼帶(7)對大斷面微拱巷道(3)進(jìn)行支護(hù)，錨網(wǎng)索中的錨索(5)布置在大斷面微拱巷道頂板上，且安裝在跨度方向上的1/4、3/4處；c.在形成雙微拱切眼拱腳重合處采用單體支柱(2)加鉸接頂梁(11)進(jìn)行支護(hù)。
2.如權(quán)利要求1所述的大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法，其特征在于所述雙微拱切眼的雙微拱拱高h(yuǎn)為2(T40cm。
3.如權(quán)利要求1所述的大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法，其特征在于所述小斷面微拱巷道(1)頂板支護(hù)中的鋼帶(7)預(yù)留長度為0. 4^0. 6m的搭接段。
4.如權(quán)利要求1所述的大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法，其特征在于所述的切眼跨度c不小于5. 5 m。
5.如權(quán)利要求1所述的大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法，其特征在于所述單體支柱 (2)支設(shè)在兩微拱拱腳重合處，其間距為頂錨桿排距m的1/2。
全文摘要
一種大跨度切眼雙微拱減跨支護(hù)方法，適用于構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域以及深部復(fù)合型頂板大跨度切眼的減跨支護(hù)。采用二次成巷代替一次成巷，利用雙微拱切眼替代傳統(tǒng)的一次成巷大跨度矩形切眼，使用預(yù)應(yīng)力錨桿/索加固切眼圍巖，根據(jù)錨桿/索的特性及雙微拱切眼圍巖塑性區(qū)的分布規(guī)律，選擇合理的支護(hù)參數(shù)，充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力錨桿/索的支護(hù)作用，在雙微拱切眼中加一排單體支柱與頂梁減跨支護(hù)，控頂效果明顯。針對大跨度切眼，采用二次成巷+雙微拱斷面+錨網(wǎng)索+單體支柱和鉸接頂梁的減跨支護(hù)方式，解決了大跨度矩形切眼頂板難控制的問題，實(shí)現(xiàn)了大跨度切眼快速、安全、經(jīng)濟(jì)施工，其方法簡單、易行、支護(hù)成本低、支護(hù)效果好。
文檔編號E21D9/14GK102268998SQ20111021885
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者吳增光, 吳銳, 張玉東, 徐金海, 李沖, 李安洪, 李廣興, 李良兵, 王中奎, 王強(qiáng), 馬超 申請人:中國礦業(yè)大學(xué), 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司