石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护方法

摘要

本发明具体为一种石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护方法，解决了石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护不完善的问题。石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护方法，由掘进机组向前截割到一定距离时的巷道进行临时支护，然后进行永久支护两个步骤组成，永久支护包括铺设钢丝网、上钢梁，安装顶板锚杆，安装帮部锚杆，安装顶板锚索。本发明减轻了掘进辅助运输工作量、提高了巷道内的安全系数、并具有很高的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及巷道的支护方法，具体为一种石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护方法。

背景技术

石炭纪在全世界是最早的重要成煤时期。石炭纪时期沉积的地层称为石炭系。石炭纪早期，中国南方由于海水时进时退，形成海陆交替相，沉积了1000米左右的碎屑岩、不纯灰岩和煤层；至晚石炭世，海水比较稳定，沉积以浅海相灰岩为主。自奥陶纪后，海水退出整个华北及东北南部地区，长期遭受风化剥蚀，直到晚石炭世时，海水才又重新侵漫到这一地区，形成一般不超过500米的海陆交替相的含煤沉积，所含动物群与华南相似。东北北部区下石炭统以海相碎屑岩为主夹灰岩，时夹陆相碎屑沉积，厚度较大；上石炭统以海相灰岩为主，所含动物群与华南相似。西北区的石炭系比较复杂，厚度大，所含动物群与华南相似。青藏区的石炭系沉积厚度较大，也含有火山岩系，所含动物群与华南相似。在中国华南有测水段，寺门段及万寿山段；在华北有本溪组和太原组，太原组是中国北部石炭系中最重要的煤系地层，广泛分布于华北、东北南部及西北等地区。其他沉积矿产有铁、锰、黄铁矿、铝土矿及石膏。

目前针对石炭系煤层开采多采用锚杆支护。锚杆支护可显著提高围岩的稳定性，与传统的棚式支护相比具有明显的技术和经济优越性，因而倍受世界各国岩土工程界所关注，并得到快速发展和广泛应用。目前，锚杆支护已经成为巷道支护的一个主要发展方向。然而，锚杆支护技术还存在不少问题，锚杆支护理论仍未完善，特别是大断面、软弱破碎围岩等困难条件巷道的支护加固问题还没有完全解决。

发明内容

本发明为了解决石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护不完善的问题，提供了一种石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护方法，由掘进机组向前截割到一定距离时对巷道进行临时支护，然后进行永久支护两个步骤组成，其特征在于：临时支护步骤包括，在离工作面最近的两排已支护好的顶锚杆上各固定一个“U”型吊环，利用槽钢作为前探梁穿入前后两个顶锚杆的“U”型吊环，在前探梁之间固定水平的木板梁，推出带有木板梁的前探梁组进行临时支护；永久支护的步骤包括，铺设钢丝网、上钢梁，安装顶板锚杆，安装帮部锚杆，安装顶板锚索；锚杆锚固形式采用全长锚固或加长锚固形式；锚杆长度必须大于围岩的最大松动深度，顶板锚杆长度选2.4m，帮锚杆长度选2.2m；锚杆安装时需要加预紧力，沿巷道顶面和侧面法线方向的锚杆的预紧力为55～57KN，靠近顶角和底角的锚杆预紧力为59～61KN；锚杆直径选择22mm；锚杆材料选择Ⅱ级20MnSi左旋无纵筋螺纹钢；锚杆间距选择为0.7～0.9m，排距选择为0.9～1.1m；钻孔直径比锚杆直径大6～10mm；树脂药卷的直径比钻孔直径小3～6mm；锚索选用7股直径为5mm的高强度钢绞线组成，根据锚杆的排距确定锚索排距为0.9～1.1m，锚索采用端头锚固方式锚固，锚索安装的预紧力根据锚杆预紧力确定，不低于100KN；选择4mm铁丝编制菱形金属网。锚杆长度的选择确保长度大于围岩的最大松动深度，保证安全的同时考虑了成本因素；锚杆安装时需要加的预紧力根据巷道的跨度和高度确定，保证支护安全有效；锚杆直径的选择为系列尺寸中较大的尺寸，保证强度；锚杆材料的选择保证了预紧力的要求；锚杆间距与排距的选择保证支护效果的情况下考虑了成本和施工经验；选择的金属网柔性好、强度高、孔形不变、连接方便，适用于本支护。工作时，在已有永久支护前方的工作面，使用掘进机掘进，掘进一定距离，便采取临时支护，临时支护完毕，人员可在临时支护下工作，完成已设计好的永久支护的安装固定。

本发明的有益效果如下：

本发明的经济效益：

锚杆支护5102巷道的该项费用244.8元/m，架棚支护巷道的该项费用为430元/m，二者总成本比较，锚杆支护巷道可减少支出686.89元/m，比架棚支护节约33.89%。锚杆支护有效控制了巷道围岩变形，巷道在后期只需要少量维护就可满足生产要求；架棚支护虽然也可以实现对巷道围岩稳定性的控制，但支护施工劳动强度大，且由于是被动支护，对巷道围岩变形控制效果相对较差，工作面推进期间会因增加超前支护的强度而投入较多的物力、人力以及时间，再加上必要的撤棚回料工序，会对工作面推进速度造成影响进而降低回采功效。采用锚杆支护的巷道，可以简化工作面端头和超前支护，取消撤棚回料工序，缩短了采煤机端头返刀时间，据经验测算，可提高采煤机22%的有效开机率。

本发明的社会效益：

1.掘进辅助运输工作量显著减轻。

与架棚支护相比，采用锚杆支护明显减少了巷道掘进期间的辅助运输工作量，千米巷道减少的钢材搬运量在300吨以上、减少坑木搬运量50m3左右，解决了煤巷掘进时辅助运输工作量大、占用人工多和辅助运输跟不上而影响正常施工的问题。

2.提高了巷道的安全可靠程度

锚杆支护的主动效果以及施加预紧力形成的整体锚固结构，可以有效防止掘进冒顶事故的发生；锚杆支护的巷道变形相对较小，巷道有效断面大，有利于通风、行人、运输的安全。

3.提高了煤炭生产企业的巷道支护技术水平

以往在遇到复杂地质条件时，企业技术人员更多想到的是架棚支护，不敢采用锚杆支护。本发明的使用极大地增强了企业工程技术人员在复杂地质条件下使用锚杆加固巷道围岩的信心，对锚杆支护技术有了新的认识。项目研究成果强化了企业工程技术人员的锚杆支护参数的设计理念，对企业巷道支护技术水平的提高起到了促进作用。

具体实施方式

石炭系地质构造带内破碎围岩巷道的支护方法，由掘进机组向前截割到一定距离时对巷道进行临时支护，然后进行永久支护两个步骤组成，其特征在于：临时支护步骤包括，在离工作面最近的两排已支护好的顶锚杆上各固定一个“U”型吊环，利用槽钢作为前探梁穿入前后两个顶锚杆的“U”型吊环，在前探梁之间固定水平的木板梁，推出带有木板梁的前探梁组进行临时支护；永久支护的步骤包括，铺设钢丝网、上钢梁，安装顶板锚杆，安装帮部锚杆，安装顶板锚索；锚杆锚固形式采用全长锚固或加长锚固形式；锚杆长度必须大于围岩的最大松动深度，顶板锚杆长度选2.4m，帮锚杆长度选2.2m；锚杆安装时需要加预紧力，沿巷道顶面和侧面法线方向的锚杆的预紧力为55～57KN，靠近顶角和底角的锚杆预紧力为59～61KN；锚杆直径选择22mm；锚杆材料选择Ⅱ级20MnSi左旋无纵筋螺纹钢；锚杆间距选择为0.7～0.9m，排距选择为0.9～1.1m；钻孔直径比锚杆直径大6～10mm；树脂药卷的直径比钻孔直径小3～6mm；锚索选用7股直径为5mm的高强度钢绞线组成，根据锚杆的排距确定锚索排距为0.9～1.1m，锚索采用端头锚固方式锚固，锚索安装的预紧力根据锚杆预紧力确定，不低于100KN；选择4mm铁丝编制菱形金属网。

安装顶板锚杆和安装帮部锚杆的步骤为，先安装安装顶锚杆，按照由外向里、由中间向两边的次序进行，然后再安装帮锚杆。