一种注浆锚索超前支护回采工作面巷道稳定性评价方法与流程

本发明涉及地下工程中安全技术领域，尤其涉及一种注浆锚索超前支护回采工作面巷道稳定性评价方法。

背景技术：

矿井工作面在回采过程中,直接顶板垮落,基本顶回转下沉，工作面前方产生应力增高区，造成围岩裂隙发育、松散破碎、破坏范围大，由此引发工作面巷道顶板强烈下沉、支护构件失效、变形剧烈，严重威胁着井下作业人员的生命安全。

现阶段工作面超前支护的方式为锚索、锚杆、金属网、钢带和钢筋梯、单体支柱等联合支护。目前单体支柱超前支护是比较成熟的技术，支护参数也是经验值，是矿井下经常选择的超前支护方式；但是单体支柱超前支护在操作时带来一些缺陷，比如但是随着工作面的推进，单体支柱超前支护工作面附近的单体支柱必须回撤、前移，造成工作面巷道支护效果差、支护速度慢、劳动强度大、成本高和稳定性差。

为了克服单体支柱超前支护在操作时需要回撤、前移单体支柱带来的技术缺陷，目前有采用注浆锚索超前支护，这种超前支护不涉及到单体支柱的回撤和前移,降低了工人的劳动强度和成本，提高了工作面回采速度，但是由于支护参数没有参考值，导致矿井操作工缺乏操作依据，只能盲目按照自己的经验设置支护参数，无法保证选择的支护参数是否满足安全要求。

技术实现要素：

为了优化注浆锚索超前支护的支护参数，确保工作面巷道的支护效果，提高支护速度和质量，降低劳动强度和支护成本，本发明提供一种稳定性评价更加全面科学合理的注浆锚索超前支护回采工作面巷道稳定性评价方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明提供的注浆锚索超前支护回采工作面巷道稳定性评价方法，其包括以下步骤：

s1、选择一个整体地质条件相同的工作面，沿着工作面回采方向设定第一支护段和第二支护段，所述第一支护段为注浆锚索超前支护试验段，所述第二支护段为单体支柱超前支护试验段；并确定第一支护段和第二支护段的压力升高区、超前支撑压力强烈区、超前支撑压力降低区；

s2、分别监测所述第一、二支护段三个区的参数数据，所述参数数据包括第一、二支护段三个区的巷道顶板离层临界点距离、巷道围岩应力峰值和巷道围岩应力峰值距离；

s3、根据步骤s2所述参数数据确定等效参数，所述等效参数包括第一、二支护段三个区的超前支护巷道顶板等效离层值、超前支护巷道等效离层临界点距离、超前支护巷道等效围岩应力峰值和超前支护巷道等效围岩应力峰值距离；

s4、根据步骤s3所述等效参数分别建立第一支护段和第二支护段的稳定性综合评价值r1和r2；

s5、比较所述r1值和r2值的大小判断巷道稳定性。

进一步地，所述单体支柱超前支护试验段包括采用锚网、钢带或钢筋梯和单体支柱配金属铰接顶梁联合支护方式进行支护；所述注浆锚索超前支护试验段为采用注浆锚索、钢筋网、钢带或钢筋梯的支护方式进行支护。

进一步地，所述步骤s2中，采用顶板离层实时监测系统和围岩应力实时监测第一、二支护段三个区的参数数据。

进一步，所述步骤s3中，基于步骤s2的参数数据，利用权重分析法确定等效参数，

进一步地，所述步骤s4中，基于所述等效参数，利用权重分析法，分别建立第一支护段和第二支护段的稳定性综合评价值r1和r2。

进一步地，所述步骤s5中，当r1≤r2时，所述第一支护段巷道稳定，当r1＞r2时，所述第一支护段巷道不稳定，调整所述第一支护段的支护参数，循环步骤s1-步骤s5，直至r1≤r2。

本发明的有益效果在于：本发明可以避免了单因素评价结果的局限性，克服了多因素评价结果相互矛盾的缺点，使注浆锚索超前支护回采巷道稳定性评价更加全面科学合理；加快了工作面回采速率，减轻了工人的劳动强度，降低了生产成本，增加了煤矿经济效益；增加了巷道的稳定性，避免了煤矿安全事故发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的注浆锚索超前支护回采工作面巷道稳定性评价方法的流程图；

图2是本发明的工作面超前支撑压力分布范围示意图；

图3是本发明的工作面围岩应力分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1-3所示，本发明的注浆锚索超前支护回采工作面巷道稳定性评价方法，其包括以下步骤：

s1、选择一个整体地质条件相同的工作面，沿着工作面回采方向设定第一支护段和第二支护段，第一支护段为注浆锚索超前支护试验段，第二支护段为单体支柱超前支护试验段，并确定第一支护段和第二支护段的压力升高区、超前支撑压力强烈区、超前支撑压力降低区；

具体地，上述单体支柱超前支护试验段包括采用锚网、钢带或钢筋梯和单体支柱配金属铰接顶梁联合支护方式进行支护；注浆锚索超前支护试验段为采用注浆锚索、钢筋网、钢带或钢筋梯的支护方式进行支护。

s2、采用顶板离层实时监测系统(如：顶板离层仪等)和围岩应力实时监测系统(如：应力监测仪等)分别实时监测第一支护段和第二支护段三个区的参数数据；所述参数数据包括：

第一支护段或第二支护段工作面超前支撑压力升高区，超前支撑压力强烈区和超前支撑压力降低区的巷道顶板离层值，分别用d1，d2，d3表示，mm；

第一支护段或第二支护段工作面超前支撑压力升高区，超前支撑压力强烈区和超前支撑压力降低区的巷道顶板离层临界点距离，分别用g1，g2，g3表示，mm；

第一支护段或第二支护段工作面超前支撑压力升高区，超前支撑压力强烈区和超前支撑压力降低区的巷道围岩应力峰值，分别用e1，e2，e3表示，mpa；

第一支护段或第二支护段工作面超前支撑压力升高区，超前支撑压力强烈区和超前支撑压力降低区的巷道围岩应力峰值距离，分别h1，h2，h3用表示，mm；

s3、根据步骤2监测到的第一支护段或第二支护段的压力升高区、超前支撑压力强烈区、超前支撑压力降低区的参数数据，如图1所示，利用权重分析法得到第一支护段或第二支护段的超前支护巷道顶板等效离层值f、超前支护巷道等效离层临界点距离g、超前支护巷道等效围岩应力峰值e和超前支护巷道等效围岩应力峰值距离h；其中：

f＝b11d1+b12d2+b13d3

g＝b21g1+b22g2+b23g3

e＝b31e1+b32e2+b33e3

h＝b41h1+b42h2+b43h3

式中：

b11、b12、b13为计算第一或二支护段压力升高区、超前支撑压力强烈区、超前支撑压力降低区超前支护巷道顶板等效离层值f时的权重系数，b11、b12、b13的取值分别为(0.3-0.5),(0.4-0.6)(0.1-0.3)，且b11+b12+b13＝1；

b21、b22、b23为计算第一或二支护段压力升高区、超前支撑压力强烈区、超前支撑压力降低区超前支护巷道等效离层临界点距离g时的权重系数，b21、b22、b23的取值分别为；(0.3-0.5),(0.4-0.6)，(0.1-0.3)，且b21+b22+b23＝1

b31、b32、b33为计算第一或二支护段压力升高区、超前支撑压力强烈区、超前支撑压力降低区超前支护巷道等效围岩应力峰值e的权重系数，b31、b32、b33的取值分别为；(0.3-0.5),(0.4-0.6)，(0.1-0.3)，且b31+b32+b33＝1，b41+b42+b43＝1

b41、b42、b43为计算第一或二支护段压力升高区、超前支撑压力强烈区、超前支撑压力降低区超前支护巷道等效围岩应力峰值距离h的权重系数，b41、b42、b43的取值分别为；(0.3-0.5),(0.4-0.6)，(0.1-0.3)，且b41+b42+b43＝1；

上述超前支护巷道顶板等效离层值f、超前支护巷道等效离层临界点距离g、和超前支护巷道等效围岩应力峰值距离h的单位均为mm，超前支护巷道等效围岩应力值e单位为mpa；

s4、根据s3得到的数据利用权重分析法，得到第一支护段或第二支护段各自的前支护巷道稳定性综合评价值r。其中第一支护段和第二支护段的稳定性综合评价值分别用r1和r2表示，也就是说，r1为注浆锚索超前支护巷道稳定性综合评价值，r2为传统单体支柱超前支护巷道稳定性综合评价值。

上述r＝fk1+gk2+ek3+hk4

其中k1、k2、k3、k4为利用f、g、e和h计算r值的权重系数，k1、k2、k3、k4的取值分别为；(0.3-0.4),(0.1-0.2)，(0.2-0.3)，(0.1-0.2)，且k1+k2+k3+k4＝1；

s5、比较r1值和r2值的大小判断巷道稳定性。

当r1≤r2时，说明第一支护段巷道稳定，当r1＞r2时，说明第一支护段巷道不稳定，调整第一支护段的支护参数，如：提高注浆锚索的强度，循环步骤s1-步骤s5，直至r1≤r2。这时，回采工作面超前支护就可以取消单体支柱，稳定性综合评价值r1和r2可以评价注浆锚索超前支护巷道的稳定性，指导现场注浆锚索支护。

本发明可以避免了单因素评价结果的局限性，克服了多因素评价结果相互矛盾的缺点，使注浆锚索超前支护回采巷道稳定性评价更加全面科学合理；加快了工作面回采速率，减轻了工人的劳动强度，降低了生产成本，增加了煤矿经济效益；增加了巷道的稳定性，避免了煤矿安全事故发生。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。