一种三软煤层沿空巷道支护方法

摘要

本发明涉及一种三软煤层沿空巷道支护方法：（1）在巷道的两帮和顶板铺设金属网，并安设钢带，将长度为2.5~4m的锚注锚杆穿过钢带锚固在围岩内，两帮上靠近顶板的锚杆上仰10°~20°，底角的锚杆下扎角度为15°~45°，其余锚杆与岩面垂直，锚杆破断力大于180 kN。（2）巷道开挖后，先用树脂对锚杆伸入围岩的一端进行锚固，再对锚杆进行预紧，预紧力不小于30KN。（3）对预紧后的锚杆进行注浆，注浆泵压力达到7Mpa时，关闭注浆泵，等待2~3分钟再进行注浆。（4）当巷道两帮变形超过300mm时，采用中空锚注锚索进行二次加固，将锚索穿过钢带锚固在围岩内，使用树脂对锚索伸入围岩的一端进行锚固，并进行预紧，预紧后向锚索内进行注浆。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿巷道支护技术领域，尤其涉及到一种针对三软煤层沿空巷道的支护方法。

背景技术

煤炭资源开采过程中，为了提高煤炭资源回采率与减小多煤层开采应力集中，留小煤柱沿空掘巷应用越来越多。沿空掘巷煤柱宽度一般为5~8m，可以防止老空区积水、有害气体窜入巷道内。由于沿空煤柱宽度较小，巷道围岩体受临近工作面回采动压影响，围岩体裂隙发育，整体性破坏严重，强度降低。软岩本身强度低，在矿山压力作用下极易发生塑性流变，并且软岩遇水会发生泥化作用，进一步使锚固体锚固失效。在国内，软岩巷道支护一直是矿山巷道支护的难题，沿空巷道软岩支护更加困难。当前，国内沿空巷道重点支护顶板，巷道服务期间内需要进行多次修复和加固，不仅增加巷道支护成本，还严重制约煤炭资源的高效开采。

沿空巷道围岩经历过上一工作面回采动压的作用，其整体性、完整性受到破坏，强度大大降低。沿空巷道存在顶板-煤柱-底板组成的大结构，大结构的稳定性对沿空巷道的整体稳定性起着关键作用。软岩具有蠕变性、泥化性，强度比较低，顶板无法形成铰接岩梁自稳结构，底板因应力集中发生底臌。现有技术一般是通过临近工作面回采和沿空掘巷加固小煤柱的支护方法，对于条件相对较好的沿空巷道支护较为适用，但三软沿空巷道支护无法起到支护作用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种三软煤层沿空巷道支护方法，通过超长、高强锚注锚杆加固两帮、采用钢带增加护表强度、施工下扎锚注锚杆、二次补强加固巷帮等措施，重点支护沿空巷道两帮与控制底板变形，提高煤柱的稳定性及两帮对顶板的支撑能力，从而减小沿空巷道的变形，成功解决复杂软岩沿空巷道支护难题。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种三软煤层沿空巷道支护方法：

（1）在巷道的两帮和顶板铺设金属网，并安设钢带，将长度为2.5~4m的锚注锚杆穿过钢带锚固在围岩内，两帮上靠近顶板的锚杆上仰10°~20°，底角的锚杆下扎角度为15°~45°，其余锚杆与岩面垂直，锚杆破断力大于180 kN。

（2）巷道开挖后，先用树脂对锚杆伸入围岩的一端进行锚固，再对锚杆进行预紧，预紧力不小于30KN。

（3）对预紧后的锚杆进行注浆，注浆时注浆泵的转速由慢到快逐步提高，注浆泵压力达到7Mpa时，关闭注浆泵，等待2~3分钟再进行注浆；通过此种注浆方法，可以实现锚杆的全长锚固，并使浆料更好地扩散到围岩的缝隙中，将破碎的煤岩体重新胶结，改善软岩岩体自身力学性能，提高煤柱乃至整个巷道围岩的整体性。

（4）当巷道两帮变形超过300mm时，采用中空锚注锚索进行二次加固，将锚索穿过钢带锚固在围岩内，使用树脂对锚索伸入围岩的一端进行锚固，并进行预紧，预紧力不低于150KN，预紧后向锚索内进行注浆；煤柱侧锚索的长度比煤柱宽度短1~3m；实体煤侧锚索的长度为5~8m。

本方案采用超长锚杆进行支护，提高两帮围岩强度和整体性，底角锚杆倾斜下扎可以有效控制底臌，提高两帮整体刚度，通过金属网和钢带增加了护表刚性，减小了软岩风华破坏，根据变形情况采用锚索进行二次加固，补强了两帮支护。

作为优选，所述锚注锚杆成排布置，排间距为600~1200mm，每排中相邻锚杆的间距为600~1000mm。此种高密度布置型式更利于达到锚固的整体性。

作为优选，所述中空锚注锚索位于相邻两排锚杆的中间并成排布置，每排锚索数量为1~3根。

作为优选，注浆用的浆料为水泥浆、无机复合浆或有机化学浆的一种，水灰质量比为1:3.5。

作为优选，对锚杆进行注浆时，按照先下部锚杆再上部锚杆的顺序进行。保证高强度锚注的同时，更利于与掘进的平行施工，提高施工效率。

本发明的有益效果为：通过布置在沿空巷道两帮大密度、超长、高强锚注锚杆，达到加固两帮、控制底臌的目的，提高巷道围岩体的稳定性和支撑顶板的能力；通过钢带增加护表刚性，减小围岩风化破坏；依据变形情况，进行二次锚注补强加固；下扎锚注锚杆可有效低控制底臌；通过高强锚注，提高了沿空巷两帮的强度和刚度，保证了沿空巷道大结构稳定，从而解决沿空巷道难支护的难题；可掘进、注浆平行施工，施工效率高；支护成本低，经济效益高；支护效果好，满足软岩沿空巷道围岩控制的要求。

附图说明

图1为本发明支护巷道示意图；

图2为采用本发明方法的某矿支护示意图；

图中所示：

1、巷道的两帮，2、底角的锚杆，3、靠近顶板的锚杆，4、钢带，5、锚索，6、实体煤，7、底板，8、煤柱， 9、采空区，10、直接顶，11、老顶。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

一种三软煤层沿空巷道支护方法：

（1）在巷道的两帮1和顶板铺设金属网，并安设钢带4，将长度为2.5~4m的锚注锚杆穿过钢带锚固在围岩内，两帮上靠近顶板的锚杆3上仰10°~20°，底角的锚杆2下扎角度为15°~45°，其余锚杆与岩面垂直，锚杆破断力大于180 kN；所述锚注锚杆成排布置，排间距为600~1200mm，每排中相邻锚杆的间距为600~1000mm。

（2）巷道开挖后，先用树脂对锚杆伸入围岩的一端进行锚固，再对锚杆进行预紧，预紧力不小于30KN。

（3）对预紧后的锚杆进行注浆，注浆时注浆泵的转速由慢到快逐步提高，注浆泵压力达到7Mpa时，关闭注浆泵，等待2~3分钟再进行注浆。注浆用的浆料为水泥浆、无机复合浆或有机化学浆的一种，水灰质量比为1:3.5，且浆料凝固后的强度不低于40Mpa。对锚杆进行注浆时，按照先下部锚杆再上部锚杆的顺序进行。

（4）当巷道两帮变形超过300mm时，采用中空锚注锚索5进行二次加固，将锚索穿过钢带锚固在围岩内，使用树脂对锚索伸入围岩的一端进行锚固，并进行预紧，预紧力不低于150KN，预紧后向锚索内进行注浆；煤柱侧锚索的长度比煤柱宽度短1~3m；实体煤侧锚索的长度为5~8m。所述中空锚注锚索位于相邻两排锚杆的中间并成排布置，每排锚索数量为1~3根。

具体地，某矿工作面煤层直接顶10、老顶11为平均厚度7.2m的泥岩、泥质粉砂岩、薄煤层，底板7为平均厚度为1.5m的泥岩，老底为平均厚度为2.0m的泥质粉砂岩。顶底板岩性均较松软，遇水膨胀软化。

沿空巷道围岩经历过上一工作面回采动压的破坏，岩体的整体性、完整性受到破坏，强度大大降低。沿空巷道顶板-两帮-底板大结构岩体由破碎围岩组成，大结构的稳定性对沿空巷道的整体稳定性起着关键作用。

沿空巷道煤柱8预留6.0m，两帮采用MZGK200-42/25ZH Φ25×3400mm高强锚注锚杆提高破碎围岩的强度，间排距为800×800mm，靠近顶板锚杆与水平成15°角斜入顶板，底角锚杆与煤部成45°斜入底板。

顶板采用Φ22×2400mm高强左旋无纵筋锚杆，间排距为800×800mm，肩窝锚杆与水平成75°夹角；顶板施工Φ21.6×9000mm树脂锚索，间排距为1600×1600mm。

巷道开挖后，顶板采用金属前探梁进行临时支护，铺设金属网、W钢带，进行顶板Φ22×2400mm高强左旋无纵筋锚杆施工，锚杆从巷道中间到两帮逐次施工，肩窝锚杆与水平成75°左右夹角；钻孔深度为2300mm，使用一卷K2370锚固剂锚固。快速安装施工完一排锚杆后，用扭矩不低于3000N▪M的气扳机进行二次紧固。

待顶板锚杆施工完毕后，施工顶板锚索。顶板锚索紧跟迎头施工，执行一排一支的施工工艺。顶板锚索的预紧力不低于150 kN。如果出现卸载现象，必须进行二次紧固。

待顶板锚杆施工完毕后，施工巷帮锚杆。施工巷帮锚杆按先上部后下部的顺序施工，底角施工30~45°下扎角；两帮最上部的帮锚杆上仰15°。帮锚杆钻孔先用直径Ø30钻头施工钻孔深度3300mm；再用直径Ø40钻头扩孔深度400mm。帮锚杆用一支 K2370的锚固剂端锚，安装止浆塞后，对锚杆施加预紧力，施加预应力不低于30KN。

注浆料采用无机水泥复合注浆料，水灰质量比1:3.5，锚杆注浆按先下部后上部的顺序注浆。注浆设备到最远处注浆锚索的位置应在10米以内。应有一个注浆备用桶，将搅拌好浆液，倒到备用桶中，或一个桶搅拌；一个桶注浆。要求向搅拌桶内注入一定量的清水，开动搅拌机，开始时速度较慢，向桶内加入注浆材料，边加入边搅拌。启动注浆泵进行注浆，开始速度要慢些，逐步提高注浆流量。在注浆过程中，当听到注浆泵发出一种沉闷声音时，表明注浆泵压力已达到最大7MPa,可关闭注浆泵，等待2-3分钟再注浆。

沿空巷道两个月后进行二次两帮注浆锚索施工。注浆锚索为中空注浆锚索，间排距1600×1600mm，沿空侧锚索长度为4300mm，实体煤6侧长度7300mm，靠近顶板锚索上仰15°，靠近底板锚索下扎15°。沿空侧用直径Ø32钻头施工锚索孔深4000mm；实体煤侧用直径Ø32钻头施工锚索孔深7000mm。用一支K2350和一支K2370树脂锚固剂端锚，安装止浆塞后，进行张拉预紧，预紧力不低于100KN。及时进行注浆。

在该矿工作面沿空巷道进行了本支护方法的应用，支护后的软岩沿空巷道变形量得到控制，与使用现有技术加固方法的同类地质条件的小煤柱沿空掘巷相比，巷道变形量平均降低50%以上。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。