一种采空区下极薄顶板巷道支护方法与流程

1.本发明涉及煤炭开采过程巷道支护领域，尤其涉及一种用于采空区下极薄顶板巷道支护方法。


背景技术：

2.一般情况下煤矿进行地下煤炭开采时，需要自上而下开采多个煤层，若两个煤层间距极小，则上部煤层开采后，下部煤层巷道将处于上部采空区及极薄顶板之下，下煤层工作回采过程，顶板岩层将出现周期性来压现象，周期来压使巷道矿压显现剧烈，巷道围岩变形量剧增，极易引发冒顶事故；因此，采空区下极薄顶板巷道如何进行有效支护，是实现煤矿安全生产的关键环节。
3.现有技术条件下，采空区下极薄顶板巷道主要采用槽钢棚配合锚杆、锚索支护；这种支护的缺点是：
①
槽钢棚属于刚性支护，顶板周期来压时，巷道围岩变形量迅速增加，槽钢棚无法进行适当让压，会使槽钢棚弯折，失去支护作用；
②
由于巷道顶板极薄，顶板锚杆、锚索一部分锚固于顶板之上采空区破碎的煤岩中，锚固基础差，随着巷道变形也会脱落、失效；
③
另外，由于槽钢棚重量大、安装复杂，导致支护工人劳动强度大、支护效率低。


技术实现要素：

4.基于上述分析，本发明的目的在于提供一种采空区下极薄顶板巷道支护方法，用来解决现有支护技术中支护结构易损坏、顶板锚固构件易脱落、劳动强度大及支护效率低的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现。
6.一种采空区下极薄顶板巷道支护方法，包括以下步骤：步骤一，通过理论计算，得出巷道顶板周期来压载荷q；步骤二，根据巷道断面尺寸及步骤一得出的顶板周期来压载荷q制作让压梁；步骤三，在已掘巷道顶板进行注浆锚索预注浆试验，得出最佳的注浆压力及浆液扩散半径；步骤四，在巷帮安装注浆锚索及螺纹钢锚杆进行加固，并在巷帮顶部掏梁窝；步骤五，将让压梁安装于梁窝内，并用注浆锚索将让压梁固定于巷道顶板上，之后在让压梁一侧边缘安装螺纹钢锚杆，完成巷道顶板支护。
7.进一步的，步骤一具体的为：顶板周期来压载荷q的计算公式为：q=kmγ/(k
p-1)。
8.式中：k为顶板周期来压动载系数，一般取1.2~2.0（可根据相邻工作面矿压监测数据而定）；m为煤层厚度；k
p
顶板岩石碎胀系数；γ顶板岩层平均容重。
9.进一步的，步骤二具体的为：所述的让压梁由槽钢、活塞、伸缩缸、支撑板、缓冲垫组成；槽钢上面开设有圆孔，两端分别焊接有伸缩缸；伸缩缸连接活塞，活塞与支撑板焊接；伸缩缸上设置注液孔及泄压阀，侧面连接有缓冲垫。
10.所述的槽钢型号为14#，其长度等于巷道的宽度。
11.所述的圆孔直径为30mm。
12.所述的缓冲垫厚度为150~200mm。
13.所述的泄压阀的泄压值p计算公式为：p=qs 。
14.式中，q为步骤一计算出的周期来压载荷；s为支撑板的面积。
15.进一步的，步骤四具体的为：
①
巷道开挖后，紧贴巷帮铺设金属网，所述的金属网由8#冷拔丝焊接而成，网孔为80mm
×
80mm的正方形。
16.②
通过金属网向巷帮围岩安装注浆锚索，并利用注浆泵通过注浆锚索向巷帮围岩注入水泥浆液，当注浆压力达到步骤三所确定的最佳注浆压力值时停止注浆；所述的注浆锚索的直径不小于20mm、长度不小于2500mm，间距依据步骤三所确定的最佳浆液扩散半径而定、排距不大于800mm。
17.③
向巷帮安装螺纹钢锚杆，进一步加固围岩；所述的螺纹钢锚杆直径不小于18mm、长度不小于2000mm，间距、排距不大于800mm。
18.④
在巷帮顶部掏梁窝，梁窝的深度为300~400mm。
19.进一步的，所述的步骤五具体的为：
①
紧贴巷道顶板铺设金属网，所述的金属网由8#冷拔丝焊接而成，网孔为80mm
×
80mm的正方形。
20.②
将让压梁两端置于梁窝内，并通过注液口向伸缩缸注入液压油，使让压梁压紧金属网并对顶板形成一定的支撑力。
21.③
穿过让压梁圆孔向顶板安装注浆锚索，并利用注浆泵通过注浆锚索向顶板及采空区内注入水泥浆液，当注浆压力达到步骤三所确定的最佳注浆压力值时停止注浆，水泥浆液在顶板及采空区中扩散，凝结顶板中裂隙及采空区中的破碎煤岩块体，从而增强顶板强度并在采空区形成一定厚度的浆液加固层；所述的注浆锚索的直径不小于22mm、长度为1.3~1.4倍的直接顶厚度，间距依据步骤三所确定的最佳浆液扩散半径而定、排距不大于800mm。
22.④
沿着让压梁一侧边缘向顶板安装螺纹钢锚杆，完成顶板支护；所述的螺纹钢锚杆长度要能够贯穿直接顶，且进入采空区形成的浆液加固层内300mm左右；所述的螺纹钢锚杆直径不小于20mm，间距、排距不大于800mm。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
①
本发明所设计的让压梁具有伸缩缸及缓冲垫构件，当巷道顶板来压时，围岩压力超过伸缩缸设定的泄压阈值时，液压阀开启泄压，可以对巷道进行恒阻让压，缓冲垫同样起到一定的让压作用，这样可以避免支护构件被破坏而失效，同时保证巷道围岩不会发生大变形而失稳。
24.②
通过注浆锚索对巷帮围岩进行注浆加固，进一步增强巷帮围岩本身的强度，提高其承载能力，可以大大减少巷帮变形。
25.③
利用注浆锚索对顶板及采空区进行注浆，浆液可以填充顶板裂隙增强顶板整体强度，且浆液也可以胶结住采空区的破碎煤岩体，使其形成一个稳定的浆液加固层，更有利于锚杆（索）锚固，减少锚杆（索）脱落失效几率。
26.④
本发明提出的支护方法，大大减少了现有支护技术中槽钢的使用量，节约了支护成本、降低了劳动强度、提高了支护效率。
附图说明
27.图1为本发明实施中巷道支护断面图。
28.图2为图1中a-a’剖面图。
29.图3为本发明中让压梁结构示意图。
30.附图标记：1-采空区；2-顶板；3-巷道；4-巷帮；5-金属网；6-螺纹钢锚杆；7-注浆锚索；8-让压梁；9-梁窝；10-浆液加固层；81-槽钢；82-圆孔；83-活塞；84-伸缩缸；85-支撑板；86-缓冲垫；87-泄压阀；88-注液孔。
具体实施方式
31.下面结合附图1~3及实施例对本发明一种采空区下极薄顶板巷道支护方法进行详细说明。
实施例
32.一种采空区下极薄顶板巷道支护方法，包括以下步骤。
33.步骤一、通过理论计算得出巷道3顶板周期来压载荷q，q计算公式为：q=kmγ/(k
p-1) ，式中：k为顶板周期来压动载系数，一般取1.2~2.0（可根据相邻工作面矿压监测数据而定）；m为煤层厚度；k
p
顶板岩石碎胀系数；γ顶板岩层平均容重。
34.步骤二，根据巷道3断面尺寸及步骤一中计算出的顶板周期来压载荷q制作让压梁8，具体的为：看图3，让压梁8由槽钢81、活塞83、伸缩缸84、支撑板85、缓冲垫86组成；槽钢81上面开设有圆孔82；槽钢81两端分别焊接有伸缩缸84，伸缩缸连接活塞83，活塞83与支撑板85焊接，伸缩缸84上设置注液孔88及泄压阀87，伸缩缸84侧面连接有缓冲垫86。
35.所述的槽钢81型号为14#，其长度等于巷道3的宽度。
36.所述的圆孔82直径为30mm。
37.所述的缓冲垫86厚度为150~200mm。
38.所述的泄压阀87的泄压值p为：p=qs。
39.式中，q为步骤一计算出的周期来压载荷；s为支撑板的面积。
40.步骤三，在已掘出的巷道3顶板进行注浆锚索7预注浆试验，得出最佳的注浆压力及浆液扩散半径。
41.步骤四，在巷道3的巷帮4安装注浆锚索7及螺纹钢锚杆6进行加固，并在巷帮4顶部掏梁窝9，具体的为：
①
巷道4开挖后，紧贴巷帮4铺设金属网5，所述的金属网5由8#冷拔丝焊接而成，网孔为80mm
×
80mm的正方形。
42.②
穿过金属网5向巷帮4围岩安装注浆锚索7，并利用注浆泵通过注浆锚索7向巷帮4围岩注入水泥浆液，当注浆压力达到步骤三所确定的最佳注浆压力值时停止注浆；所述的巷帮4安装的注浆锚索7的直径不小于20mm、长度不小于2500mm，间距依据步骤三所确定的最佳浆液扩散半径而定、排距不大于800mm。
43.③
向巷帮4安装螺纹钢锚杆6，进一步加固帮部围岩，增加其整体强度及承载能力；所述的巷帮4安装的螺纹钢锚杆6直径不小于18mm、长度不小于2000mm，间距、排距不大于800mm。
44.④
在巷帮4顶部掏梁窝9，所述的梁窝9深度为300~400mm。
45.步骤五，将让压梁8安装于梁窝9内，并用注浆锚索7将让压梁9固定于顶板2上，之后在让压梁8一侧边缘安装螺纹钢锚杆6，完成顶板2支护，具体的为：
①
紧贴巷道顶板铺设金属网5，所述的金属网5由8#冷拔丝焊接而成，网孔为80mm
×
80mm的正方形。
46.②
将让压梁8两端置于梁窝9内，并通过注液口88向伸缩缸84注入液压油，使让压梁8压紧金属网5并对顶板2形成一定的支撑力。
47.③
穿过让压梁10上的圆孔82向顶板2安装注浆锚索7，并利用注浆泵通过注浆锚索7向顶板2及采空区1内注入水泥浆液，当注浆压力达到步骤三所确定的最佳注浆压力值时停止注浆，水泥浆液在顶板2及采空区1中扩散，凝结住顶板2中的裂隙及采空区1中的破碎煤岩体，可以提高顶板2的强度并在采空区1形成一定厚度的浆液加固层10；所述的顶板2安装的注浆锚索7的直径不小于22mm、长度为1.3~1.4倍的顶板2厚度，间距依据步骤三所确定的最佳浆液扩散半径而定、排距不大于800mm。
48.④
沿着让压梁8一侧边缘向顶板2安装螺纹钢锚杆6，螺纹钢锚杆6长度要能够贯穿顶板2，且进入采空区形成的浆液加固层12内300mm左右；所述的顶板2安装的的螺纹钢锚杆5直径不小于20mm，间距、排距不大于800mm。
49.本发明的支护方法利用让压梁的伸缩缸及缓冲垫实现对巷道围岩恒阻让压，避免在巷道顶板周期来压时造成支护构件损坏，同时又保证巷道不会产生较大变形而失稳；采用注浆锚索向巷道围岩注入水泥浆液，提高巷道围岩自身的强度及承载能力，并在采空区形成具有一定厚度的浆液加固层，最终形成“稳定巷帮-让压梁-浆液加固层”有效支护架构，为解决采空区下极薄顶板巷道支护难题提供新的思路，同时也降低了巷道支护成本、减轻了劳动强度、提高了支护效率。
50.以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不仅限于此，任何熟悉本领域的技术人员根据本发明所做出的等同替代、变换形式，均涵盖在本发明的保护范围之内。