[發明專利]深部回采巷道錨注切頂主控留巷方法

有效

• 申請號: 201810486543.7
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108678769B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 劉學生;范德源;譚云亮;顏磊;寧建國;蔣邦友;張廣超;江寧
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D20/02;E21D11/10
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 黃鈺

1.一種深部回采巷道錨注切頂主控留巷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、測定深部回采巷道實現切頂留巷所需技術參數

技術參數包括：

采高h，單位為m；

基本頂斷裂線距煤壁距離L₀，單位為m；

基本頂巖梁長度L₁，單位為m；

直接頂懸頂長度L_S，單位為m；

巷道寬度L_R，單位為m；

上覆巖層容重γ_S，單位為kN/m³；

上覆巖層厚度m_S，單位為m；

基本頂巖層容重γ_E，單位為kN/m³；

基本頂巖層厚度m_E，單位為m；

直接頂巖層容重γ_Z，單位為kN/m³；

直接頂巖層厚度m_Z，單位為m；

步驟二、深部回采巷道掘進期間注漿錨索支護施工

步驟2.1、確定掘進期間注漿錨索長度L

L＝L_a+L_b+L_c+L_d，

式中：L為注漿錨索長度，單位為m；

L_a為注漿錨索深入到較穩定巖層的錨固長度，單位為m；

L_b為有效長度，單位為m；

L_c為上托盤及錨具的厚度，單位為m；

L_d為需要外露的張拉長度，單位為m；

其中，注漿錨索深入到較穩定巖層的錨固長度L_a由下式確定：

式中：d₁為注漿錨索鋼絞線直徑，單位為mm；

f_a為鋼絞線抗拉強度，單位為MPa；

f_c為注漿錨索與錨固劑的粘合強度，單位為MPa；

K為安全系數；

步驟2.2、確定注漿錨索直徑d

注漿錨索索體的破斷力應不小于其錨固力，則注漿錨索直徑應滿足的條件為：

式中：F_M為注漿錨索錨固力，由拉拔試驗可得，單位為kN；

σ_t為注漿錨索的設計抗拉強度，單位為MPa；

步驟2.3、確定注漿錨索間排距a

注漿錨索間排距a應滿足下列公式：

式中：f為煤層堅固性系數；

γ為被懸吊巖層的重力密度，單位為kN/m³；

Q為錨索錨固力，單位為kN；

步驟2.4、按照掘進期間注漿錨索長度L、直徑d和間排距a，對回采巷道圍巖進行支護，滯后進行注漿，有利于應力釋放、漿液擴散和圍巖加強支護；

步驟三、工作面回采期間巷旁超前切頂鉆孔施工

步驟3.1、確定巷旁切頂高度m_c

確定側向基本頂的允許回轉角[θ]：

式中：△h為滿足運輸、通風功能要求時回采巷道頂板最大下沉量，單位為m；

根據幾何關系，巷旁切頂高度m_c應滿足下列關系：

m_c·K_A+L₁ sin[θ]-(m_c-m_Z)＝m_Z+h，

式中：K_A為頂板巖層壓實后的碎脹系數，與垮落矸石性質有關，取1.15～1.35，由此，可確定切頂高度m_c：

步驟3.2、在工作面超前支承壓力影響范圍外進行巷旁超前切頂鉆孔施工，超前切頂鉆孔垂直于巷道軸向并向正開采工作面傾斜一定角度，傾角α取75至85°，超前切頂鉆孔長度為m_c/sinα，使工作面切頂線附近頂板產生初始裂隙；

步驟四、工作面回采期間注漿錨索支護施工

步驟4.1、根據步驟二中掘進期間掘進期間注漿錨索長度L，再根據回采期間注漿錨索長度L_M應大于切頂高度以保證回采期間注漿錨索錨固在穩定的巖層中，綜合確定回采期間注漿錨索長度L_M：

L_M＝max{L,m_c/sinα+1.0～2.0m}；

步驟4.2、在工作面超前支承壓力影響范圍內，按照回采期間注漿錨索長度L_M、直徑d，沿切頂線內側補打一排注漿錨索進行鎖邊支護，注漿錨索傾角應大于超前切頂鉆孔傾角α，滯后一段時間再進行注漿；

步驟五、工作面回采期間巷旁單體支柱支護施工

步驟5.1、確定巷旁單體支柱切頂力P_c

為能夠在巷道沿空側有效切頂，切頂力P_c必須滿足如下力學條件：

P_c＝max{P₁,P₂}

式中：P₁為直接頂與基本頂處于連續接觸，但基本頂對直接頂作用力為0的情形下，僅由直接頂懸頂所產生的單位寬度上的作用力，P₁＝m_zγ_zL_S；

P₂為上覆巖層垮落時單體支柱所提供的支護反力，單位為kN；

由于頂板的抗拉強度最低，所謂的切頂就是在支護反力和頂板荷載的共同作用下，讓切頂線處頂板達到其極限抗拉強度值，頂板的極限抗拉強度為：

式中：q′為實現頂板拉破壞時的等效頂板載荷集度；

[σ_t]′_z為受工作面頂板運動影響后，回采巷道內頂板的極限抗拉強度，單位為MPa，

m_z′為受采動及頂板運動影響后，回采巷道內頂板有效抗彎厚度，單位為m，

q_E為基本頂作用于直接頂上的荷載值，單位為kN，

僅考慮直接頂與基本頂能夠連續接觸，但不承受其作用力的極限狀態時，q_E可視為0，但達到直接頂垮落情況下，q_E不為0，由此可得：

步驟5.2、確定巷旁單體支柱排距b

式中：R為巷旁單體支柱額定工作阻力，單位為kN/m²，

在工作面超前支承壓力影響范圍內，沿切頂線內側補打一排注漿錨索進行鎖邊支護的同時，按照巷旁單體支柱排距b沿切頂線內側布置一排單體支柱；

步驟六、輔助支護施工

隨著工作面的推進，緊跟端頭單體支柱利用金屬網進行擋矸支護，待采空區頂板垮落穩定后，逐步回撤回采巷道內的單體支柱，進行重復使用，待單體支柱回撤完成后對巷道沿空側進行噴砼。