煤柱下方巷道修複方法與流程

2023-12-01 08:52:06 1

本發明涉及煤礦巷道支護技術，特別是一種煤柱下方巷道修複方法。
背景技術：
：由於煤柱集中載荷向底板深部傳遞，位於煤柱下方的巷道將處於高應力環境。若支護強度不夠，巷道圍巖在高應力作用下將劇烈變形。當圍巖破碎區範圍超過樹脂錨固錨杆的有效錨固範圍時，錨杆錨固性能將大大降低，支護強度將進一步減小，圍巖變形將更加劇烈，最終導致錨杆支護失效，巷道圍巖處於無支護狀態，更深處的圍巖逐漸進入塑性區、破碎區。若得不到有效的修復，巷道圍巖將持續劇烈變形，尤其是在受到回採動壓影響後，巷道可能閉合，不能滿足生產要求。因此，對於煤柱下方的巷道，應確保足夠的支護強度，儘量一次支護就能有效控制圍巖變形。若一次支護強度不夠，圍巖變形較大，應儘快採取修復措施，控制變形向圍巖深處發展。技術實現要素：本發明提供一種煤柱下方巷道修複方法，以控制巷道圍巖持續劇烈變形。為解決以上技術問題，本發明採用的技術方案是：一種煤柱下方巷道修複方法，包括步驟：（1）首先對修復段頂板錨杆進行復緊，然後從開始修復處每次拆1~3架工字鋼棚進行修復，在施工地點前後5m範圍內用單體液壓支柱支護頂板；（2）將巷道兩幫鬆散破碎的煤清理掉，並用風鎬將巷道兩幫煤壁刷平整，保證w鋼帶與煤幫貼實；（3）在頂板原先兩排錨杆之間補打直徑20mm、長2.2m的螺紋鋼錨杆，與w鋼帶組合支護，間距800mm，用一支ck2340和一支k2360樹脂藥卷錨固；用直徑17.8mm、長7.3m錨索補強支護，每排3根，用一支ck2340和兩支k2360兩支樹脂藥卷錨固，錨索託板採用一塊300mm×300mm×16mm的鋼託板；錨杆預緊扭矩不低於220n·m，錨索預緊力不低於30mpa；（4）對兩幫表面鬆散破碎煤體進行清理並將失效錨杆鋸掉之後，重新鋪設雙層金屬網，架設w鋼帶，補打水力膨脹錨杆，託盤尺寸φ100mm×4mm，間距800mm，排距不大於700mm；（5）修復過後在巷道中間打一排單體液壓支柱，柱距1.5m。進一步地，步驟（3）和步驟（4）中所述的w鋼帶寬度280mm，厚3mm，長2800mm。進一步地，步驟（4）中所述的水力膨脹錨杆直徑30mm、長2.5m。本發明針對針對區段煤柱下方巷道在原支護失效後，兩幫煤體破碎深度大、頂板下沉量大的特點，提出在頂板原先兩排錨杆之間補打螺紋鋼錨杆，與w鋼帶組合支護；同時，將失效錨杆鋸掉之後，重新鋪設雙層金屬網，架設w鋼帶，補打水力膨脹錨杆。在已破裂圍巖內形成一個防止破裂區擴展的承壓拱，足以承受破裂區外破碎巖石的徑向載荷，保持圍巖固有的強度和自身的支承力，達到了控制巷道圍巖持續劇烈變形的目的。附圖說明圖1為本發明支護布置示意圖。圖中，1-原有的螺紋鋼錨杆，2-補打的錨索，3-補打的螺紋鋼錨杆，4-w鋼帶。具體實施方式由於煤柱集中載荷向底板深處傳遞，位於煤柱下方的巷道，圍巖應力高度集中，圍巖變形量較大，一般都超過500mm。若得不到有效支護，圍巖的破裂區寬度將超過3~4m，塑性區寬度會達到5~10m；巷道從開掘直至受回採影響，服務期間巷道圍巖將持續不斷的變形，尤其在受到回採工作面超前支承壓力作用時，圍巖變形會急劇增長，巷道頂板巖層會出現大量離層，煤幫破裂範圍會迅速擴大，若不進行修復，巷道最終可能閉合，嚴重影響安全高效生產。基於此，本發明提出對兩幫刷擴後採用w鋼帶組合水力膨脹錨杆支護，頂板補打樹脂錨杆、錨索加強支護。具體方案如下：（1）首先對修復段頂板錨杆進行復緊，然後從開始修復處每次拆1~3架工字鋼棚進行修復，在施工地點前後5m範圍內用單體液壓支柱支護頂板。（2）將巷道兩幫鬆散破碎的煤清理掉，並用風鎬將巷道兩幫煤壁刷平整，保證w鋼帶能與煤幫貼實。（3）在頂板原先兩排錨杆之間補打直徑20mm、長2.2m的高強螺紋鋼錨杆，與w鋼帶，優選採用寬度280mm，厚3mm，長2800mm的w鋼帶，組合支護，間距800mm，用一支ck2340和一支k2360樹脂藥卷錨固，配用100mm×100mm×10mm的拱形高強度鋼板。用直徑17.8mm、長7.3m錨索補強支護，每排3根，一支ck2340和兩支k2360樹脂藥卷錨固，錨索託板採用一塊300mm×300mm×16mm的鋼託板。錨杆預緊扭矩不低於220n·m，錨索預緊力不低於30mpa。具體支護布置見圖1。（4）對兩幫表面鬆散破碎煤體進行清理並將失效錨杆鋸掉之後，重新鋪設雙層金屬網，架設w鋼帶，優選採用寬度280mm，厚3mm，長2800mm的w鋼帶，補打水力膨脹錨杆，水利膨脹錨杆直徑30mm、長2.5m，託盤尺寸φ100mm×4mm，間距800mm，排距不大於700mm。保證w鋼帶貼緊、貼實煤幫。注液壓力不低於20~22mpa，注液時間不少於2min。（4）由於清理兩幫破碎浮煤後，巷道斷面增大，為安全起見，修復過後在巷道中間打一排單體液壓支柱，柱距1.5m。錨杆是依靠與煤（巖）體直接接觸而產生錨固力，而錨固力在很大程度上取決於所錨煤（巖）體的力學性能，所以巷道深部圍巖的變形和破壞對錨固力產生重要影響，這對高應力大變形巷道的錨杆支護至關重要。錨杆支護的主要作用是實現煤（巖）體結構的轉化及形成承壓拱，以充分發揮巷道圍巖的自承能力。現有的樹脂錨杆錨固深度一般只有1.8~2.5m，遠小於圍巖大變形後的破裂區寬度，錨固區往往都位於圍巖的強烈變形區內。而且隨著時間延續及受到採動影響後，圍巖變形和破裂區都會迅速增長，樹脂錨杆對圍巖的握裹力和可錨性會急劇降低，錨固力迅速下降，甚至喪失殆盡。此外，由於圍巖變形的不均勻性和破裂區的不規則性，必然造成錨固層受力不均，失去平衡，引起局部破壞而使整個巷道失穩。因此，在高應力大變形巷道中，樹脂錨杆支護要在已破裂圍巖內形成一個防止破裂區擴展的承壓拱，足以承受破裂區外破碎巖石的徑向載荷，保持圍巖固有的強度和自身的支承力，關鍵是錨杆應具備強初撐、急增阻和高阻力的工作性能，並及早封閉圍巖，控制那些不穩定的巖塊，防止巖層過大離層而引起巖體鬆動及大範圍的圍巖變形，及在巷道圍巖變形損傷過程中避免錨杆錨固力的顯著喪失。水力膨脹錨杆是一種特殊的全長錨固錨杆，其錨固力包括三部分，除託錨力和依靠與圍巖的相互摩擦產生的剪錨力外，還有沿錨杆全長對圍巖擠壓產生的環柱狀壓力，並且起主要錨固力作用。水力膨脹錨杆沿全長的環柱狀壓力很高，在嚴重破碎的巖石和土類材料中，膨脹會產生一定的軸向預緊作用和徑向壓實作用，提高煤（巖）體強度，使錨杆獲得較大的錨固力，且隨著圍巖對其杆體擠壓力的增大，錨固力也增大，從而使水力膨脹錨杆成功地應用於粘土、密實砂和軟巖地層。表1為數值模擬水力膨脹錨杆和螺紋鋼錨杆支護煤柱下方巷道兩幫時的巷道變形量。表1錨杆支護形式水力錨杆支護螺紋鋼錨杆支護頂板下沉量/mm264314底鼓量/mm1822兩幫移近量/mm690945由表1可知，兩幫採用水力錨杆支護較兩幫採用螺紋鋼錨杆支護的頂板下沉量較小，頂板下沉量在巷道圍巖變形中較大；兩幫採用水力錨杆支護較兩幫採用螺紋鋼錨杆支護的底鼓量較小，底鼓量在巷道圍巖變形中不明顯；兩幫採用水力錨杆支護較兩幫採用螺紋鋼錨杆支護的頂板下沉量較小，兩幫移近量在巷道圍巖變形中最為突出。綜上所述，兩幫採用水力錨杆支護較兩幫採用螺紋鋼錨杆支護巷道圍巖變形量較小。故兩幫採用水力錨杆支護對煤柱下巷道進行修復效果較好。由於煤柱底板應力集中、原支護強度低和原修複方案不合理使巷道變形嚴重，但仍然可以通過改變支護方式，提高支護強度，改善巷道支護狀況，使其滿足生產要求。由於兩幫煤壁破碎區深度達到1.2m以上，普通樹脂錨杆雖然具備主動支護、改善圍巖體應力狀態，發揮圍巖自承載能力的優勢，在ⅰ、ⅱ、ⅲ類巷道圍巖中得到廣泛推廣應用，但對類似位於煤柱下方的ⅳ、ⅴ類巷道圍巖，不僅巷道淺部圍巖產生的強烈剪脹變形，造成錨杆預應力極易喪失，而且由於巖體結構面的剪切滑動，造成樹脂錨固劑與巖體膠結面損傷，錨杆錨固力急劇下降，錨杆支護難以形成穩定、有效的承載結構。而水力膨脹錨杆錨固性能隨圍巖性質變化不大，且能實現全長錨固，尤其適用於鬆散破碎圍巖巷道的支護。當前第1頁12