[發明專利]一種非對稱圍巖巷道平衡支護設計方法

在審

• 申請號: 201611159899.7
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN107461214A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 張進鵬;劉立民;閆旭;劉廣婷;王志奎
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00;E21D23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及煤巖層巷道支護技術領域，尤其涉及一種非對稱圍巖巷道平衡支護設計方法。

背景技術

隨著煤礦開采深度和開采強度地不斷增大，深井高地應力帶來的問題逐漸凸顯。在工作面之間采用沿空掘巷或煤層傾斜角度較大等特殊采礦條件下，巷道圍巖結構和受力常呈現非對稱性，給巷道支護帶來了一定困難。

當工作面接替緊張時，常出現相鄰下工作面掘進與上工作面回采同時進行，即是典型的采掘相向，此時，下區段巷道掘進過程中由于受工作面超前支承壓力和側向支承壓力的影響，圍巖原有平衡遭到破壞，應力重新分布，圍巖應力分布不均勻，沿空側為小煤柱，小煤柱的強度遠低于實體側煤體強度，巷道周圍壓力顯現不均衡，巷道位移顯著增大。

當煤層傾斜角度較大時，由于傾斜應力場的存在造成巷道兩側圍巖結構和圍巖受力不均等，在巷道下幫拱形頂板部位產生應力集中，巷道下幫直墻部位應力集中遠大于上幫。巷道頂板拱形部位產生擠壓剪切破壞，下幫煤壁直墻將發生較大變形破壞。總體來說，巷道圍巖結構和應力分布不對稱，巷道破壞形態及圍巖破碎程度也不均等。

為滿足巷道使用要求，巷道總體變形量要控制在一定范圍內，且巷道局部變形不宜過大，所以應采取特殊支護方式使非對稱圍巖巷道的變形量和應力分布均控制在基本對稱的范圍內。

發明內容

本發明的目的是為了解決非對稱圍巖巷道破壞形態及圍巖破碎程度不均等的問題，提供一種非對稱圍巖巷道平衡支護設計方法。

本發明是通過一下技術方案實現的：

一種非對稱圍巖巷道平衡支護設計方法，包括如下步驟：對巷道非對稱圍巖的應力進行測量分析，確定非對稱圍巖巷道的應力分布特征。

運用理論公式、支護經驗等方式，確定巷道圍巖普通應力區的基本支護參數。 通過對圍巖高應力區加大錨桿支護密度，加大錨桿長度，增加錨索支護等方式，設計多種圍巖高應力區不同支護強度的方案。

運用數值模擬軟件對比分析上述不同方案下，巷道圍巖應力分布和變形量。

對模擬結果進行分析，從設計的不同方案中，選擇巷道應力平衡和位移平衡的支護方案。

確定該非對稱圍巖條件下的巷道支護方案。

所述巷道應力平衡，即是支護后，支護結構與巷道圍巖共同承載，達到非對稱圍巖兩側的應力分布基本相同。

所述巷道位移平衡，即是支護后，支護結構與巷道圍巖共同承載，非對稱圍巖巷道兩側變形量基本相等。

所述的選擇巷道圍巖加強支護方案，首先保證巷道圍巖變形量在允許的合理范圍之內。

所述的非對稱圍巖巷道平衡支護設計方法中，確定高應力區合理的加強支護程度是非對稱圍巖平衡支護設計方法的關鍵。

本發明的有益效果如下：通過對比分析各加強支護方案的巷道圍巖應力分布和變形量大小，實現了非對稱圍巖巷道的平衡穩定支護。本發明支護效果優良，支護參數選取合理，提高了巷道支護效率系數，體現出了支護成本低、支護效果好、質量可靠、適應性強、安全性好等優點，尤其特別適用于非對稱圍巖的巷道支護。

附圖說明

圖1為本發明提供的非對稱圍巖巷道平衡支護設計方法流程示意圖。

圖2為非對稱圍巖巷道平衡支護布置圖。

具體實施方式

下面結合采掘相向沿空掘巷實例對本發明進行詳細說明。采掘相向沿空掘巷圍巖結構和應力均非對稱分布，巷道一側為沿空巷幫1，另一側為實體煤幫2，由于上區段工作面超前支承壓力和側向支承壓力的影響，圍巖原有平衡遭到破壞，應力重新分布，圍巖應力分布不均勻，沿空巷幫1為小煤柱，小煤柱的強度遠低于實體煤幫2的強度，巷道周圍壓力顯現不均衡，巷道位移顯著增大。

運用非對稱圍巖平衡支護設計方法對采掘相向沿空掘巷支護方案的確定進行詳細闡述。

a.對采掘相向沿空掘巷的應力進行測量分析，得出巷道沿空巷幫1煤柱應力遠高于實體煤幫2的應力，沿空巷幫1煤柱圍巖破碎，塑性區發育。

b.運用理論公式、支護經驗等方式，確定巷道選用無縱筋螺紋鋼錨桿，頂錨桿4型號為Φ20×2200mm，幫錨桿5型號為Φ20×2000mm，頂錨桿4間排距為800×900mm，實體煤幫2間排距為800×900mm，錨索6為左旋鋼絞線，型號為Φ17.8×6000mm。

c.設計方案。

設計方案Ⅰ：偏向沿空巷幫1頂板3布置三根錨索6，沿空幫1錨桿5間排距為800×900mm。