本發(fā)明涉及到一種煤礦的掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)施，以及掘進(jìn)巷道支護(hù)工藝。屬于煤礦開采領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

急傾斜煤層賦存角度為45°以上，是國際公認(rèn)的難采煤層。我國大傾角和急傾斜煤層占15％～20％的儲量，其年產(chǎn)量占全國煤炭總產(chǎn)量的10％左右。急傾斜煤層巷道的頂板、兩幫和底板各自巖性不同，且?guī)r層易沿層面滑移，所以巷道的圍巖應(yīng)力分布、礦壓顯現(xiàn)和支架的承載狀況都要比其他煤層復(fù)雜，其主要特點為：(1)巷道圍巖變形和破壞具有非對稱性；(2)因煤層傾角大，重力沿層理方向的作用力增大，受回采影響后，很易引起巖體沿層面滑移；(3)急傾斜煤層巷道底板多為煤層，其強(qiáng)度一般都低于頂?shù)装鍘r層，尤其是急傾斜煤層的頂?shù)装迮c煤層的強(qiáng)度相差懸殊時，巷道底臌現(xiàn)象嚴(yán)重?？梢?，急傾斜煤層巷道的礦壓顯現(xiàn)較劇烈，支架的受載狀況具有非對稱性，而現(xiàn)用支架又都單一地仿照緩傾斜煤層巷道用的以承受頂壓為主的對稱性支架，導(dǎo)致支架因受局部應(yīng)力集中而損壞，巷道往往需要多次維修與翻修后仍不能滿足礦井安全生產(chǎn)的需求，巷道維修費用大大超過成巷費用，大量的巷道因維護(hù)不當(dāng)而報廢。

在實踐中，采用采區(qū)前進(jìn)，區(qū)內(nèi)后退式回采采煤法進(jìn)行開采。先采上層煤，后采下一區(qū)段層煤。上、下層保持一定的超前距離。回采巷道主要采用沿空留巷的方式，即上一區(qū)段工作面的運輸平巷留作下一區(qū)段工作面的回風(fēng)平巷。

因此，沿煤層布置的回采巷道要受到兩次以上采面回采的影響。

在現(xiàn)有的巷道支護(hù)條件下，巷道圍巖變形破壞通常具有以下特征：(1)巷道變形量大，在工字鋼棚支護(hù)下無穩(wěn)定期，表現(xiàn)出明顯的軟巖巷道特性。(2)巷道首先從底板開始變形，出現(xiàn)底鼓，繼而引起幫腳失穩(wěn)，最后導(dǎo)致頂板下沉。(3)巷道變形不對稱，呈現(xiàn)“底板隆起，頂板下挫”的相互錯動變形特征。(4)棚架頂梁沒有明顯彎曲現(xiàn)象，而棚腿出現(xiàn)嚴(yán)重的彎曲、扭轉(zhuǎn)和鉆底現(xiàn)象。(5)部分地段巷道受到水的影響，圍巖出現(xiàn)泥化膨脹現(xiàn)象，造成巷道的變形加重。

很多時候，回采巷道在掘進(jìn)過程中會變形破壞嚴(yán)重，部分區(qū)域頂?shù)装逡平拷咏?m左右，兩幫煤巖體松散破碎，通常需多次維修才能勉強(qiáng)維持巷道基本穩(wěn)定，維修投入費用高，加之以后該巷道為后續(xù)采煤工作面服務(wù)后將受到更多次采動影響，巷道穩(wěn)定性維護(hù)更加困難，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，因此，非常有必要解決回采巷道支護(hù)問題，使用回采巷道保持穩(wěn)定，為更多后續(xù)開采服務(wù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)設(shè)施，以及支護(hù)設(shè)施的施工工藝方法。

本發(fā)明提供的技術(shù)如下。

本發(fā)明提供的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)設(shè)施，設(shè)置在回采巷道內(nèi)，回采巷道設(shè)置有拱頂、頂板、底板。所述的回采巷道的巷道斷面為斜墻拱形；具體為：回采巷道的正上方為拱頂3；頂板4為斜墻，自巷道拱頂沿煤層傾角直線傾斜向下；底板為拱形反底5，自巷道拱頂部弧線拱形向下至平底6；拱頂下方為巷道底面，將巷道底面分為左右側(cè)，靠近頂板一側(cè)為下一區(qū)段煤層11，靠近底板一側(cè)為平底6；所述的拱頂高2.4-2.6m，巷道底面寬3-4m。

所述的支護(hù)設(shè)施包括由錨桿1、錨索2、鋼帶、金屬網(wǎng)12共同形成的錨網(wǎng)支護(hù)；以及在巷道表面噴射混凝土形成的噴漿封閉層7。

所述的頂板上設(shè)置4排錨桿，靠近拱頂?shù)囊慌佩^桿向拱頂方側(cè)傾斜37-43度；其余的3排錨桿垂直于頂板設(shè)置。

所述的拱頂布置一排錨桿，錨桿垂直于拱頂弧形的切線。

所述的拱形反底5布置4排錨桿，錨桿均垂直于拱形反底弧形的切線。

所述的平底6設(shè)置兩排錨桿，其中一排錨桿設(shè)置在拱形反底與平底的夾角處，并向拱形反底方向傾斜40-50度，另一排錨桿設(shè)置在平底中部，并向拱形反底方向傾斜12-17度。

所述的頂板4中部設(shè)置1排錨索，并垂直于頂板；拱頂中部設(shè)置1排錨索，并向頂板側(cè)傾斜8-12度；拱形反底設(shè)置3排錨索，并均垂直于拱形反底弧形的切線，錨索排距為950-1050mm。

如上所述的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)設(shè)施，更進(jìn)一步說明為，所述的金屬網(wǎng)為10#鉛絲編制，網(wǎng)格規(guī)格80×80mm；所述的鋼帶為W型鋼帶，寬度280mm，厚度3mm，破斷力大于30KN。

如上所述的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)設(shè)施，更進(jìn)一步說明為，所述的回采巷道內(nèi)各處的錨桿的排距為0.8m，錨桿之間的間距為0.8m；錨桿為直徑20mm，長度為2500mm，預(yù)緊力不小于70KN。

如上所述的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)設(shè)施，更進(jìn)一步說明為，所述的拱形反底設(shè)置的三排錨索其排距為1000mm。

如上所述的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)設(shè)施，更進(jìn)一步說明為，所述的回采巷道內(nèi)各處的錨索長度為9000mm，錨索間距均為3200mm。

本發(fā)明提供的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)工藝，由以下過程實現(xiàn)：

(1)在巷道巷層內(nèi)進(jìn)行鉆孔眼，用于安裝錨桿與錨索；錨桿孔眼直徑28mm；孔眼打到穩(wěn)定的巖層中，孔眼深2450～2500mm；然后用錨桿連接機(jī)錨桿將2只樹脂藥卷同時送到孔眼底，送進(jìn)時緩慢推進(jìn)并連續(xù)攪拌，時間為20～30秒；攪拌完畢后，靜待2～3分鐘待樹脂凝固。

(2)鋪裝金屬網(wǎng)12，在金屬網(wǎng)下方拱形安裝W型鋼帶，錨桿尾端安裝托盤，托盤壓住W型鋼帶，并固定金屬網(wǎng)。

(3)打錨索的孔眼，孔眼打到穩(wěn)定的巖層中，孔眼深9000mm以上，孔眼間距為3200mm，排距為1000mm，誤差不超過100mm。

將注漿管用自粘帶固定在錨索的一端，注漿管深入錨索0.5～1m，注漿管尾部超出錨索最外端300mm；將排氣管綁在距錨索頂端30～50mm處，排氣管尾部超出錨索尾端2～3m，然后將裝好注漿管與排氣管的錨索裝入錨索孔眼并封閉錨索孔眼，然后注漿并養(yǎng)護(hù)水泥漿24h；在水泥凝固后，在錨索尾端上托盤、緊固定錨索。

(4)在巷道表面噴射混凝土，形成噴漿封閉層；噴射順序為先噴巷道上幫、下幫，然后噴頂板，最后噴底板；噴射上幫和下幫時，從底部自下而上噴射；在噴射過程中，噴槍頭應(yīng)當(dāng)與受噴面垂直，噴槍頭與受噴面的垂直距離為0.8～1m；噴層厚度為100mm。

如上所述的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)工藝，更進(jìn)一步說明為，所述的混凝土按如下配料比配制：425#硅酸鹽水泥10份、中粒河沙40份、粒徑小于15mm的石子40份、速凝劑0.4份、水灰比為1:0.4～0.5。

如上所述的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)工藝，更進(jìn)一步說明為，安裝錨索過程中，所述的錨索外露長度為250～300mm，預(yù)緊力為23～24Mpa，錨固力為

如上所述的急傾斜回采巷道圍巖穩(wěn)定支護(hù)工藝，更進(jìn)一步說明為，噴射混凝土分兩次噴射，第一次噴40mm厚度，間隔24小時后，再噴60mm厚度。

有益效果：

本技術(shù)針對重復(fù)采動影響沿空回采巷道，利用高強(qiáng)度錨桿、錨索，結(jié)合W型鋼帶、金屬網(wǎng)，再結(jié)合巷道表面噴混凝土的非對稱多介質(zhì)耦合支護(hù)方式，能夠有效控制巷道圍巖的變形，滿足巷道安全生產(chǎn)需求。

本技術(shù)之前，煤礦采用的架棚支護(hù)，要經(jīng)過多次維修，大大的增加了巷道的維護(hù)成本。而采用本支護(hù)技術(shù)后，大大地提高了支護(hù)效率，降低了維護(hù)成本，保證了工作面正常生產(chǎn)，增加了原煤產(chǎn)量。

本技術(shù)也極大地降低了工人勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，消除了掘進(jìn)與開采工作面安全隱患。

本技術(shù)為礦區(qū)推廣錨網(wǎng)柔性聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的起到了示范與推動作用。

本技術(shù)提出了“主動支護(hù)、關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù)、二次噴混凝土、耦合支護(hù)”的巷道圍巖穩(wěn)定性控制原則，形成了急傾斜煤層重復(fù)采動沿空軟巖巷道多介質(zhì)耦合支護(hù)理論與技術(shù)，豐富了我國急傾斜角煤層的開采理論，拓展了核心技術(shù)研究領(lǐng)域，有力地促進(jìn)了本行業(yè)科學(xué)技術(shù)研究水平的進(jìn)一步提高。

急傾斜煤層在我國其儲量占總儲量15％-20％，西部礦區(qū)50％以上的礦井開采該類煤層，而且是許多礦區(qū)或礦井的主采煤層。本技術(shù)為該類煤層巷道支護(hù)奠定了堅實的基礎(chǔ)，其市場巨大，推廣應(yīng)用前景非常廣闊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明巷道結(jié)構(gòu)分布圖。

圖2是本發(fā)明巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)號對應(yīng)：1-錨桿，2錨索，3-拱頂，4-頂板，5-拱形反底，6-平底，7-噴漿封閉層，8-頂板巖層，9-底板巖層，10-煤層，11-下一區(qū)段煤層，12-金屬網(wǎng)。

具體實施方式

本發(fā)明實施過程產(chǎn)生良好效果的原理如下：

影響急傾斜巷道圍巖穩(wěn)定性的三個因素為：圍巖應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度、支護(hù)。

(1)改善圍巖應(yīng)力。在未受回采影響的巖體內(nèi)，巷道的圍巖變形是由巷道應(yīng)力集中，以及相鄰巷道的影響引起的。合理的巷道斷面形狀可降低巷道圍巖應(yīng)力，控制圍巖變形。對于高應(yīng)力作用下有劇烈變形的巷道，可通過在巷道掘進(jìn)中預(yù)留變形量，并采用柔性的主動支護(hù)形式，使圍巖在與支護(hù)的協(xié)調(diào)變形中釋放高應(yīng)力并共同承載。

(2)強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度。錨桿支護(hù)強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度，錨桿與巖體粘結(jié)在一起，提高了巖體的整體強(qiáng)度，增強(qiáng)了巖體的抗變形能力，加強(qiáng)了巖體的整體性；由于錨桿的抗拉作用，當(dāng)錨桿穿越破碎巖層深入穩(wěn)定巖層時，對不穩(wěn)定巖層起著懸吊作用；對于層狀巖體，由于錨桿的作用，對巖層離層的產(chǎn)生有著一定的阻礙作用，并增大了巖層間的摩擦力，與錨桿本身的抗剪作用阻住巖層間產(chǎn)生相對滑動，從而將各個巖層加緊形成組合梁，提高了巖層的承載能力。

(3)加強(qiáng)支護(hù)。錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、噴混凝土層等主動支護(hù)，就能實現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的主動及時承載，避免圍巖出現(xiàn)自由變形，同時錨桿、錨索伸入巖層內(nèi)部對破碎圍巖起到很好的加固作用，能充分調(diào)動圍巖的自承能力。柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)具有較好的變形協(xié)調(diào)能力，能在支護(hù)過程中充分發(fā)揮其承載能力。支護(hù)結(jié)構(gòu)除了要具有較高的承載能力外，還應(yīng)具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)采用錨網(wǎng)等穩(wěn)定性較好的支護(hù)形式。

綜合以上分析結(jié)果，單一的小范圍的加固方法往往不能有效控制巷道圍巖的變形與破壞，利用高強(qiáng)度錨桿、錨索，結(jié)合W鋼帶、金屬網(wǎng)，再結(jié)合巷道表面噴混凝土的非對稱多介質(zhì)耦合支護(hù)方式，能夠有效控制巷道圍巖的變形，滿足巷道安全生產(chǎn)需求。

示例一：

本發(fā)明進(jìn)行實驗性實施，其實驗實施條件如下：

礦井回采巷道具有如下特征：

(1)均屬于半煤巖巷，且巷道的頂?shù)装寰哂邪朊簬r特征，巷道的兩側(cè)分別為煤層的頂板和底板，這與一般傾角煤層截然不同。

(2)巷道所處煤巖體強(qiáng)度小，傾角大(平均64°)，頂?shù)装寰鶠槟?、炭質(zhì)軟弱巖石，底板距下一煤層距離小，僅1.78m，部分段距離僅為0.3m。

(4)回采巷道既要作為本采煤區(qū)段煤層的運輸巷，又要作為下一采區(qū)段煤層工作面的回風(fēng)巷道，屬于沿空巷道，巷道的服務(wù)時間較一般回采巷道長。

(5)巷道掘進(jìn)爆破震動對圍巖擾動影響大，巷道成形困難。

本示例的回采巷道設(shè)置：

回采巷道斷面為斜墻拱形，具體為：回采巷道的正上方為拱頂3；頂板4為斜墻，自巷道拱頂沿煤層傾角直線傾斜向下；底板為拱形反底5，自巷道拱頂部弧線拱形向下至平底6；拱頂下方為巷道底面，將巷道底面分為左右側(cè)，靠近頂板一側(cè)為下一區(qū)段煤層11，靠近底板一側(cè)為平底6；所述的拱頂高2.5m，巷道底面寬3.4m。頂板向上為頂板巖層，拱頂?shù)恼戏綖楸緟^(qū)段煤層10，煤層向拱形反底側(cè)傾斜，為大傾角急傾斜煤層。拱形反底與平底均搌進(jìn)在底板巖層9中。頂板4向上為頂板巖層8。

支護(hù)設(shè)置：

支護(hù)設(shè)施包括由錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)共同形成的錨網(wǎng)支護(hù)；以及在巷道表面噴射混凝土形成的噴漿封閉層。

所述的頂板上設(shè)置4排錨桿，靠近拱頂?shù)囊慌佩^桿向拱頂方側(cè)傾斜40度；其余的3排錨桿垂直于頂板設(shè)置。

所述的拱頂布置一排錨桿，錨桿垂直于拱頂弧形的切線。

所述的拱形反底布置4排錨桿，錨桿均垂直于拱形反底弧形的切線。

所述的平底設(shè)置兩排錨桿，其中一排錨桿設(shè)置在拱形反底與平底的夾角處，并向拱形反底方向傾斜45度，另一排錨桿設(shè)置在平底中部，并向拱形反底方向傾斜15度。

所述的頂板中部設(shè)置1排錨索，并垂直于頂板；拱頂中部設(shè)置1排錨索，并向頂板側(cè)傾斜10度；拱形反底設(shè)置3排錨索，并均垂直于拱形反底弧形的切線，錨索排距為1000mm。

本示例支護(hù)工藝：

1、錨桿的安裝。

(1)、錨桿間距為0.8m，排距0.8m，施工時錨桿全部進(jìn)入巖體，外露長度不大于50mm，錨桿間距、排距偏差不超過100mm。

(2)、錨桿孔眼鉆徑為28mm，孔眼必須打到穩(wěn)定巖層中，孔眼深2450～2500mm。

(3)、用錨桿將樹脂藥卷送至孔底，送進(jìn)時緩慢推進(jìn)并連續(xù)攪拌，時間為20-30秒，每根錨桿裝2根樹脂藥卷。

(4)、樹脂錨桿攪拌完畢后，用錨桿連接機(jī)支撐2-3分鐘，待樹脂錨固劑凝固再取錨桿連接機(jī)。

(5)、安裝錨桿托盤應(yīng)在攪拌完成2分鐘后進(jìn)行。錨桿托盤采用規(guī)格為寬度200mm，長度200mm，厚底14mm的可調(diào)心托盤。

2、錨桿安裝完畢后，再安裝金屬網(wǎng)、鋼帶。金屬網(wǎng)采用10#鉛絲編制，網(wǎng)格規(guī)格80×80mm。鋼帶寬度280mm，厚度3.0mm，破斷力大于304kN。

3、安裝錨索。

錨索采用雙股籠形錨索。單股錨索鋼絞線Φ17.8mm，強(qiáng)度級別為1860MPa，單股破斷載荷不低于250kN，錨索長度9000mm。錨固方式采用樹脂藥卷端錨，并注水泥漿全長加固。

錨索注漿加固水泥漿采用普通425#硅酸鹽水泥，加水玻璃量為水泥重量的3％，其水灰比為(水：水泥)＝1:2。注漿管采用普通4分焊接鋼管制作(內(nèi)徑15mm、壁厚3.5mm)。排氣管采用內(nèi)徑4mm、外徑6mm的塑料管。

錨索孔眼打到穩(wěn)定的巖層中，嚴(yán)格控制眼深與錨索長度相一致，錨索外露長度控制在250～300mm，預(yù)緊力23～24MPa(80～100kN)，錨固力200kN。錨索孔眼的孔徑、錨索直徑與錨固劑直徑相一致，錨索間距、排距允許誤差±100mm。施工過程如下：

(1)、打眼：錨索孔眼徑65mm，眼深8700mm。

(2)、安裝錨索：將注漿管用自粘帶固定在錨索的一端，注漿管深入錨索0.5m～1.0m，注漿管尾部超出錨索最外端300mm。將錨索拉直，把排氣管綁在距錨索端30mm～50mm處，用膠帶固定，排氣管尾部超出錨索外端2m～3m。將錨索連同排氣管、注漿管一同送入鉆孔內(nèi)。用棉紗將錨索孔眼四周封裝嚴(yán)密，再用快硬水泥封堵嚴(yán)密確保不漏漿。

(3)、注漿：按水與水泥1∶2比例混合攪拌，再加入水玻璃攪拌完成配漿。將排氣管放入盛滿水的水桶內(nèi)，開動注漿泵進(jìn)行注漿，邊攪拌邊注漿。觀察排氣管，發(fā)現(xiàn)氣泡冒出最多時放慢注漿速度，待排氣管不再冒氣時表明錨索孔已注滿。

當(dāng)水泥漿養(yǎng)護(hù)24h后，上錨索托盤、緊固錨索，錨索托盤采用18#槽鋼制成，長度為1600mm，上下兩根錨索共用一根槽鋼托盤。

4、噴射混凝土?；炷僚浔葹?，水泥：沙子：石子＝1：2：2，水泥選用425#硅酸鹽水泥，沙子選用中粒河沙，石子粒徑不大于15mm，速凝劑用量為水泥重量的4％，水灰比為0.4～0.5，混凝土強(qiáng)度為15MPa，噴層厚度為100mm，分兩次噴射。錨網(wǎng)、W鋼帶裝好后先初噴40mm，24小時后再復(fù)噴60mm。噴漿后巷道表面平整度不大于±100mm，無明顯錯差，巷道觀感質(zhì)量良好、表面平整，無明顯裂縫、蜂窩、孔洞、露筋現(xiàn)象。

5、本實施例在實驗性使用過程中，得到的結(jié)論如下：

(1)、巷道圍巖變形量在正常值范圍內(nèi)，在開掘巷道25天左右時間，巷道圍巖變形進(jìn)入穩(wěn)定期。從觀測數(shù)據(jù)顯示，拱形反底的底臌明顯大于斜墻頂板，拱形反底圍巖位移量也明顯大于斜墻頂板。

(2)、頂板圍巖深部位移：頂板在2m范圍內(nèi)位移量最大為6mm，在2～6m范圍內(nèi)位移量達(dá)到38mm，頂板巖層離層量相對較小，說明錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)較可靠，并且已充分發(fā)揮了其主動支護(hù)作用。

(3)、通過現(xiàn)場觀察和錨桿測力計監(jiān)測表明，錨桿端部受力大小為拱頂最大，拱形返底次之，頂板最小。拱頂和拱形返底錨桿受力在安設(shè)4天后，開始下降，之后趨于穩(wěn)定，而拱形返底錨桿端部受力緩慢增加。

(4)、觀測歷時278天，期間僅對巷道實驗段拱形返底進(jìn)行了1～2次拉底處理，巷道基本能保證正常生產(chǎn)。

因此，采用本技術(shù)后，巷道表面位移變化屬于正常范圍內(nèi)，保持了頂板巖層的整體性，有效的控制了圍巖變形，避免了工字剛棚支護(hù)時在采面回采前的多次返修。

上述實施方式用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。