一种泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护结构及其方法与流程

本发明涉及沿空小煤柱泥岩类顶板支护领域，尤其涉及一种泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护结构及其方法。

背景技术：

在煤矿生产过程中，综采工作面超前支护段受本工作面开采扰动的影响，矿压显现异常强烈，与普通综采工作面相比，超前支承压力大，影响范围远，并伴有一定的冲击危险性，受到超前支承压力、侧向顶板支撑压力以及采空区侧悬顶支撑压力的叠加作用，巷道围岩塑性区与破碎区范围进一步扩大，巷道围岩变形严重，影响巷道的正常使用。泥岩类顶板，稳固性较差，顶板节理裂隙比较发育，围岩自身强度低，尤其在淋水与通风作用下，顶板损伤破碎异常强烈，并且在巷道开挖后，顶板风干为片装结构，在工作面回采期间，容易发生顶板大面积垮落和冒顶事故的发生。泥岩类顶板小煤柱沿空巷道在工作面回采期间，巷道变形严重，顶板完整性差，围岩自身承载能力低，影响巷道的正常使用，并且具有会有系列的冲击危险性，因此采用合理有效的超前支护方式，保证回采巷道在服务期间内的稳固性，对工作面安全高效开采具有重要意义。

目前，工作面超前支护方式主要采用单体液压支护配合铰接顶梁和超前液压支架这两种被动式支护形式；单体液压支护配合铰接顶梁支撑力低，自身稳固性差，工人劳动强度高，并且针对破碎顶板稳固性较差；超前液压支架反复支撑顶板造成顶板破碎较为严重，导致原有支护结构失效，并且不适合长距离支护。并且以上两种均属于被动式支护方式，只能对巷道围岩表面进行承载，对巷道破坏初期不能及时提供相应的支撑力，导致初期的支护结构很容易失效，导致巷道塑性区与破碎区进一步扩大，并且该种支护方式，影响巷道行人、通风和运输，极大程度上，与工作面生产效率，延缓了作业效率。

中国专利，专利号为″201811583423.5″，专利名称为″一种注浆锚索超前支护方法″的发明专利公开了一种超前支护方法，但不能应用于泥岩类顶板小煤柱沿空巷道。现有必要针对泥岩类顶板小煤柱沿空巷道，在工作面回采期间，提出一种新的主动式超前支护方式，改善工作面的作业环境，保证巷道的正常使用，维持工作面开采期间回采巷道的稳固性，保证工作面安全高效开采具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护结构及其方法，解决现有泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护施工效率低、人员劳动强度大、支护成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护结构，包括设置于回采巷道顶板及两侧的永久支护，所述永久支护包括紧贴回采巷道顶板的钢筋网、布置于钢筋网外侧的多个锚杆钢带、多根垂直穿过所述锚杆钢带和钢筋网的锚杆以及设置在锚杆外端的锚杆托盘，所述锚杆的锚固端连接于回采巷道顶板及两侧中；多个所述锚杆钢带间隔布置，每个锚杆钢带上安装有多个所述锚杆；相邻的两个锚杆钢带之间设置有注浆锚索钢带或注浆锚杆钢带，所述注浆锚索钢带与注浆锚杆钢带交替布置；所述注浆锚索钢带上安装有多个注浆锚索，所述注浆锚索穿过注浆锚索钢带进入锚索孔中，注浆锚索的外端设置有注浆锚索托盘；所述注浆锚杆钢带上安装有多个注浆锚杆，所述注浆锚杆穿过注浆锚杆钢带进入锚杆孔中，注浆锚杆的外端设置有注浆锚杆托盘。

进一步的，每个所述注浆锚索钢带上设置有至少三根所述注浆锚索。

再进一步的，中间的所述注浆锚索居中布置。

再进一步的，每个所述注浆锚杆钢带上设置有至少五根所述注浆锚杆。

再进一步的，中间的所述注浆锚杆居中布置。

一种泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护方法，包括以下步骤：

步骤一，在当前回采工作面确定至少一条待支护的回采巷道；回采巷道顶板及两侧具有永久支护，由于回采巷道提前掘好，并在掘进过程中就进行了永久支护，在工作面回采过程中，在原有永久支护的基础上对回采巷道进行注浆锚索超前支护；所述永久支护采用锚网联合支护，包括钢筋网、锚杆钢带、锚杆组成的联合支护结构，钢筋网紧贴巷道顶板，锚杆钢带布置于钢筋网的外侧，多根锚杆垂直穿过锚杆钢带、钢筋网，锚杆的锚固端连接于回采巷道顶板及两侧中，锚杆的外端安装锚杆托盘，并采用锁具进行预紧；

步骤二，对回采巷道进行超前支护，在回采工作面回采的同时，在回采巷道顶板上沿前进方向，每隔两排锚杆施工一排注浆锚杆，每隔两排锚杆施工一排注浆锚索，相邻两排锚杆之间必须施工一排注浆锚杆或者注浆锚索，然后对注浆锚杆或注浆锚索进行高压注浆，将锚固范围内的围岩胶结成一个整体，注浆锚杆对浅部围岩进行注浆，形成一个浅部围岩范围内的胶结结构，注浆锚索对深部围岩进行注浆，并对浅部围岩体起到了悬吊作用，提高回采巷道围岩体的承载能力。

进一步的，在回采工作面进行采煤作业的同时，同步进行对回采巷道的超前支护范围沿回采方向的向前推移，始终保持回采工作面前方的超前支护距离维持在安全范围内。

再进一步的，所述注浆锚索与注浆锚杆交替布置。

再进一步的，中间的注浆锚杆居中布置，所有注浆锚杆走向一条线，每排注浆锚杆不少于五根。

再进一步的，中间的注浆锚索居中布置，所有注浆锚索走向一条线，每排注浆锚索不少于三根。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

本发明采用注浆锚杆与注浆锚杆联合支护，形成一个组合拱与锚杆压缩区，提高了巷道支护性能和自身的承载能力。注浆锚杆对浅部泥岩顶板的孔洞裂隙进行注浆充填，有效抑制节理裂隙的进一步发育，并且在浅部形成一段有效的承载结构。注浆锚索锚固于深部稳定煤岩体，并且对浅部承载起到了悬吊作用，形成局部范围内的悬吊顶梁。并且注浆锚杆和注浆锚索的浆液有效充填可以有效抑制风和水对泥岩顶板的损伤弱化作用，保证顶板结构的完整性，使岩土体成为强度高、抗渗性能好、稳定性高的新结构体从而达到改善岩土体物理力学性质的目的，并且能够阻止围岩破碎带和围岩塑性区的进一步发育，在根本上提高围岩的强度与自身承载能力，并且注浆锚杆与注浆锚杆的主动支护作用可以在巷道原有支护结构发生损伤破坏之前进行围岩加固，保证了原有支护的完整结构与承载能力。在破坏初期就具有承载能力。并且支护效率高，巷道有效作业面积增大，工人劳动强度低，提高了通风行人和运输效率。因此，本发明提出的针对泥岩类顶板小煤柱沿空巷道，采用注浆锚杆与注浆锚索的联合主动式超前支护方法具有重要的理论意义和工程实践价值。

本发明的有益技术成果：①在保证安全回采的同时大大提高了支护效率；②极大的节省了回采巷道的空间面积；③结构简单，操作方便，成本低，工人劳动强度低。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明第一种实施例的实施中回采工作面示面图；

图2为a-a剖面图(本示意图所示回采巷道的支护仅为超前支护结构)；

图3为本发明第一种实施例的实施中为泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护平面展开图；

图4为本发明第一种实施例的实施中泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护断面图；

附图标记说明：1、回采巷道；2、煤岩体；3、回采工作面；4、采空区；5、煤柱；6、注浆锚索；7、锚杆；8、锚杆托盘；9、注浆锚杆，10、锚杆钢带；11、注浆锚索钢带；12、注浆锚索托盘；13、注浆锚杆钢带；14、注浆锚杆托盘；

所述，″1、回采巷道″即为本发明实施中泥岩类顶板小煤柱沿空巷道。

具体实施方式

图1、2示出了回采巷道1、煤岩体2、回采工作面3、采空区4及煤柱5之间的位置关系，在回采工作面3进行采煤作业的同时，在回采巷道1沿工作面推进方向，一定距离内进行注浆锚杆与注浆锚索的联合主动式超前支护，同步进行对回采巷道1的超前支护范围沿回采方向的向前推移，始终保持回采工作面3前方的超前支护距离维持在安全范围内。

如图3、4所示，一种泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护结构的第一种具体实施例，在回采巷道1顶板及两侧安装永久支护，由于回采巷道提前掘好，并在掘进过程中就进行了永久支护，在工作面回采过程中，在原有永久支护的基础上对回采巷道进行注浆锚索超前支护。所述永久支护包括紧贴回采巷道顶板的钢筋网(现有技术，图中未示出)、布置于钢筋网外侧的多个锚杆钢带10、多根垂直穿过所述锚杆钢带10和钢筋网的锚杆7以及安装在锚杆7外端的锚杆托盘8，并采用锁具进行预紧，所述锚杆7的锚固端连接于回采巷道1顶板及两侧中。多个所述锚杆钢带间隔布置，每个锚杆钢带上安装有多个所述锚杆。本具体实施例中，回采巷道1顶板的每条锚杆钢带10上固定六个锚杆7，每个锚杆7上均安装锚杆托盘8，并采用锁具进行预紧，六个锚杆7中最两侧的两个锚杆分别向两侧偏斜。回采巷道1两侧的每条锚杆钢带10上固定三个锚杆7，每个锚杆7上均安装锚杆托盘8，并采用锁具进行预紧，三个锚杆平行。相邻的两个锚杆钢带10之间固定有注浆锚索钢带11或注浆锚杆钢带13，所述注浆锚索钢带11与注浆锚杆钢带13交替布置。所述注浆锚索钢带上安装有多个注浆锚索，所述注浆锚索穿过注浆锚索钢带进入锚索孔中，注浆锚索的外端安装有注浆锚索托盘，并采用锁具进行预紧。本具体实施例中，每个所述注浆锚索钢带上固定三根所述注浆锚索，中间的注浆锚索居中布置。所述注浆锚杆钢带13上安装有多个注浆锚杆9，所述注浆锚杆9穿过注浆锚杆钢带13进入锚杆孔中，注浆锚杆9的外端安装有注浆锚杆托盘14，并采用锁具进行预紧。本具体实施例中，每个所述注浆锚杆钢带上安装有五根所述注浆锚杆，中间的注浆锚杆居中布置。

本发明针对泥岩类顶板小煤柱沿空巷道，在开采巷道开挖时永久支护的基础上，提供一种基于注浆锚索和注浆锚杆的联合的主动式超前支护方式。通过以下步骤实现上述超前支护方法：

在回采工作面3进行采煤作业的同时，在回采巷道1沿工作面推进方向，一定距离内进行注浆锚杆9与注浆锚索6的联合主动式超前支护，同步进行对回采巷道1的超前支护范围沿回采方向的向前推移，始终保持回采工作面3前方的超前支护距离维持在安全范围内。

本发明在回采巷道进行原有永久支护的基础上，原有永久支护包括金属网、钢带、锚杆组成的联合支护结构，金属网紧贴巷道表面，钢带在金属网的外侧，采用多根锚杆穿过钢带、金属网锚固于巷道顶板中。随着工作面的回采，采用注浆锚杆和注浆锚索配合钢带，回采巷道超前支护区段进行支护，注浆锚杆对于浅部破碎围岩进行注浆加固，将围岩体胶结成一个整体，提高岩石的抗破坏能力，提高浅部围岩体的承载能力。注浆锚索对深部围岩进行加固，提高深部围岩的承载能力，对浅部的注浆锚杆锚固区起到了一个悬吊作用。保证巷道在回采期间巷道围岩的稳固性，保证行人、通风和运输开采活动的正常进行，保证工作面的安全高效开采。

一种泥岩类顶板小煤柱沿空巷道支护结构的第二种具体实施例，其中最两侧的注浆锚索及注浆锚杆倾斜布置，倾斜角度为15°-30°，而且最两侧的注浆锚索及注浆锚杆的长度加长，提高锚固强度。其它技术特征与上述相同，在此不再赘述。

本发明是通过以下技术方案实现的。

步骤一：选择合适的回采工作面，选取某条或某几条回采巷道，回采巷道具有原有的永久支护，由于回采巷道提前掘好，并在掘进过程中就进行了永久支护，在工作面回采过程中，在原有永久支护的基础上对回采巷道进行注浆锚索超前支护。根据地质概况与生产技术条件，确定回采巷道超前支承压力分布规律以及超前支护最大安全距离，采用理论计算、数值模拟与工程类比等方法，确定回采巷道注浆锚索超前支护技术方案。

步骤二：对回采巷道进行超前支护。在回采工作面3进行回采的同时，在回采巷道1顶板上沿前进方向，每隔两排锚杆7施工锚索孔，边施工锚索孔，边在锚索孔中安装注浆锚索6和注浆锚索托盘12，并采用锁具进行预紧，同一排的注浆锚索上固定注浆锚索钢带11。每排注浆锚索不少于三根，中间的注浆锚索居中布置，所有注浆锚索走向一条线。每隔两排锚杆7施工锚杆孔，边施工锚杆孔，边在锚杆孔中安装注浆锚杆9和注浆锚杆托盘14，并采用锁具进行预紧，同一排的注浆锚杆上固定注浆锚杆钢带13。每排注浆锚杆不少于五根，中间的注浆锚杆居中布置，所有注浆锚杆走向一条线。注浆锚索6与注浆锚杆9交替布置。注浆锚索6与注浆锚杆9安装完后，采用高压泵利用注浆锚索对顶板裂隙进行注浆，待注浆作业完成后，对注浆锚索进行封孔，把破碎顶板的缝隙和孔体充实，将回采巷道顶板胶结成整体。注浆锚杆对浅部围岩进行注浆，形成一个浅部围岩范围内的胶结结构，注浆锚索对深部围岩进行注浆，并对浅部围岩体起到了悬吊作用，提高巷道围岩体的承载能力。

更为具体地，沿着工作面的推进方向，按锚杆、注浆锚杆、锚杆、注浆锚索、锚杆、注浆锚杆依次出现。在回采巷道中，按照设计要求施工注浆锚杆和注浆锚索，使回采巷道的超前支护距离始终保持在安全范围内。

注浆锚杆9和注浆锚索6起到了挤压加固、多层组合拱以及注浆等方面的多重作用；提高了岩体强度，使顶板二次加固，围岩本身和作为支护结构的一部分，且与原岩形成一个整体，使回采巷道1保持稳定而不容易破坏。

本发明的第二种具体实施例的方法为在上述步骤二中，对回采巷道进行超前支护时最两侧的注浆锚索及注浆锚杆倾斜布置，倾斜角度为15°-30°，而且最两侧的注浆锚索及注浆锚杆的长度加长。其它方法步骤与上述相同，在此不再赘述。

注：在地质构造异常带需要补打注浆锚索，另外在回采巷道中需要备一定数量的单体支柱，针对巷道围岩变形剧烈，采用单体支柱进行补强支护，保证生产的安全高效进行。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。