一种用于超高巷道超前支护段的支护装置及支护方法

本发明属于矿山工程的，具体是一种用于超高巷道超前支护段的支护装置及支护方法。

背景技术：

1、沿空留巷是一种在采煤工作面后方沿采空区边缘维护原回采巷道的技术，其目的是为了回收传统采矿方式中留设的保护煤柱，并最大限度地回收资源，避免煤体损失。沿空留巷的具体操作是在上一区段的顺槽位置保留巷道，以便下一个区段使用。

2、随着开采技术和支护体系的迅速发展，沿空留巷得到了广泛的应用，也取得了良好的应用效果。但是目前沿空留巷应用主要集中在3.5m以下的煤层巷道中，3.5m以上的厚煤层还未涉及，在进行沿顶掘进并实施沿沿空留巷工程时，为了尽可能回收底部煤层以及工作面的三角煤，需要对顺槽在超前支护段范围卧底形成超高巷道，以利于工作面进行沿底回采，尽可能回收厚煤层煤炭资源，超高巷道的稳定控制是一项必须解决的技术问题。

3、如申请公布日为2018.11.13、申请公布号为cn108798723a的中国发明专利公开的一种应用于厚煤层的含托顶煤的超高回采巷道支护方法，采用“锚网索、u型拱顶梁、木垛、π型梁、单体液压支柱”分次卧底绞顶联合支护技术，巷道支护高度超过6m以上，具体使用方法为：工作面回采前，超前工作面60m对原托顶煤u型拱顶梁进行补强支护，之后拆掉u型拱棚腿，对巷道帮部加强支护；然后进行分次卧底绞顶，补齐巷帮支护，最终对巷道进行分次卧底绞顶联合支护技术的支护方式。

4、上述现有技术中，对超高巷道起到了支护作用，但是瓦斯等易燃易爆气体的相对分子质量小于空气，这些气体易聚集在巷道顶部搭建的圆木与木垛形成的多个空隙中，瓦斯通过空隙移动至顶部而造成瓦斯难以排除。另外，绞顶木垛容易腐蚀，且存在较多空隙，支护强度低，相互之间没有联接，在留巷期间很容易向采空区发生移动，并引起超高巷道失稳，不利于下一个工作面开采。

5、因此，如何有效解决在厚煤层实施沿空留巷，保证尽可能回收煤炭资源形成的超高巷道的长期稳定性，同时防止瓦斯等易燃易爆气体易进入巷道顶部空隙中是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种用于超高巷道超前支护段的支护装置及支护方法，解决了在厚煤层实施沿空留巷，保证尽可能回收煤炭资源形成的超高巷道的长期稳定性，同时解决防止瓦斯等易燃易爆气体易进入巷道顶部空隙的问题。

2、本技术的技术方案为：

3、一种用于超高巷道超前支护段的支护装置，包括设置于巷道顶部的永久支护单元、设置于巷道地面的支撑单元，所述支撑单元通过吊拉单元与所述永久支护单元连接，所述支撑单元顶部设置有与所述吊拉单连接的填充单元，本发明能够有效减小因巷道过高而造成的瓦斯聚集现象，适用范围广，施工效率高；力学与结构性能优越，生产成本低，对于提高巷道超高支护的效果显著。

4、进一步地，所述永久支护单元包括若干永久支护锚索，所述永久支护锚索的上端与巷道固定，所述永久支护锚索的下端依次穿过锚索托盘一、锚索锚具一并通过锚固块定位，所述锚固块卡接在所述锚索锚具一的内壁与所述永久支护锚索之间，所述永久支护锚索的底端与所述吊拉单元连接。

5、进一步地，所述吊拉单元包括吊环，所述永久支护锚索的底端依次穿过所述吊环上的孔一、锚索锚具二并通过锚固块二定位，悬吊锚索的上端穿过所述吊环并通过卡扣卡紧，所述悬吊锚索的下端与所述支撑单元连接。

6、进一步地，所述卡扣包括插接配合的u型螺杆、u型卡箍，所述u型螺杆穿过所述u型卡箍上的孔二与螺母螺纹配合，加强对所述永久支护锚索的固定作用。

7、进一步地，所述支撑单元包括底部呈平面的支撑横梁支撑横梁，所述悬吊锚索的下端依次穿过所述支撑横梁、锚索托盘二、锚索锚具三，所述支撑横梁的底部支撑有若干高度可调的单体液压支柱，所述支撑横梁上连接有若干所述悬吊锚索，所述支撑横梁平行设置若干，所述支撑横梁底部的平面与所述托板贴合。

8、进一步地，所述单体液压支柱的上表面设置有托板，所述托板上设置有用于限位所述支撑横梁的锁柱，所述支撑横梁卡接在若干所述锁柱之间，有助于单体液压支柱进行支护，托板能够保证u型钢均匀受力，锁柱能够固定u型钢，避免位移。

9、进一步地，所述填充单元包括铺设于所述吊拉单元中的第一填充块、第二填充块，所述第一填充块的侧面设置有供所述悬吊锚索穿过的让位槽口一，所述第二填充块的侧面设置有供所述吊环、所述卡扣穿过的让位槽口二，若干个第一填充块、若干个第二填充块填满所述吊拉单元内部的空间。

10、进一步地，所述第一填充块与所述支撑横梁之间设置有防风布，防止瓦斯等气体穿入。

11、一种用于超高巷道超前支护段支护装置的支护方法，包括以下步骤：

12、s1：对单体液压支柱的工作阻力进行验算；

13、s2：将吊环与永久支护锚索的下端部连接，为后续支护工作做准备；

14、s3：将悬吊锚索的上端穿过吊环并通过卡扣卡紧；

15、s4：铺设若干列单体液压支柱并将支撑横梁搭设于每列单体液压支柱上，并将防风布铺设在支撑横梁上方；

16、s5：将悬吊锚索的下端依次穿过防风布、支撑横梁、锚索托盘二、锚索锚具二并通过锚索锚具二挡止；

17、s6：将第一填充块、第二填充块运输至防风布上方，进行搭设；

18、s7：通过锚索张拉设备对悬吊锚索施加预紧力并调节单体液压支柱至合适高度。

19、进一步地，所述s1中，单体液压支柱的工作阻力pmax的计算公式如下：

20、

21、

22、其中，rmax是单体液压支柱需要支撑的总重量，单位为kn；

23、p是掘进巷道空顶区顶板的总荷载，单位为kn/m；

24、l是掘进巷道长度，单位为m；

25、gh是支撑横梁在重力作用下产生的力，单位为kn；

26、gz是防风布与第一填充块、第二填充块在重力作用下产生的力，单位为kn；

27、a是支撑整个组合梁的单体数量；

28、d是单体液压支柱的直径，单位为m。

29、本发明具体的有益效果包括：

30、1、本发明设计了不同形状结构的填充块，能够充分适应因不同顶板、锚索等情况而造成的难以支护的问题，能够适应矩形或者梯形断面巷道，能够有效减小因巷道过高而造成的瓦斯聚集现象，适用范围广，施工效率高；

31、2、本发明设计采用悬吊锚索与锚索托盘、锚索锚具等结构对充填物进行支撑，能够通过锚索张拉设备方便快速调节充填物与顶板间紧密程度，使整体结构更加稳定、有效；

32、3、本发明使用充填块代替原木、煤袋等常用充填物，能够减小施工工人劳动量，能够充分充填巷道超高部分，减少充填物间隙，防止瓦斯通过充填物间隙而移动至顶板而造成瓦斯难以排除等问题；

33、4、本发明采用新型的悬吊锚索连接方法，采用锚链环配合锚索锚具锚索卡扣对悬品锚索与永久支护锚索连接固定，使整体结构受力稳定，提高结构安全性、稳定性，且材料易于获得，减少设备加工环节；

34、5、本发明力学与结构性能优越，生产成本低，对于提高巷道超高支护的效果显著。