[發明專利]一種綜放沿空煤巷穩定頂板-煤柱結構的構建方法

有效

• 申請號: 202010220259.2
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111364995B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 陳冬冬;謝生榮;何富連
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21D20/02
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

1.一種綜放沿空煤巷穩定頂板-煤柱結構的構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1）在超前綜放開采工作面的回采巷道靠近非回采幫側頂板布置膨脹致裂鉆孔，并對鉆孔對稱割微縫，各膨脹致裂鉆孔割微縫的連線平行于工作面推進方向；

步驟2）在膨脹致裂鉆孔內安裝抗拉錨索，所述抗拉錨索的由里端向外依次安裝有圓臺式擋盤、膨脹劑、封孔劑、圓臺式擋盤、錨具、凹槽帽以及安裝桿；位于里端的圓臺式擋盤與錨索端頭的距離為錨固區，錨固區處于基本頂上覆的軟巖層中，實現膨脹劑從基本頂的上側面開始施加膨脹力，由于基本頂上側面的拉應力最大，且在膨脹劑膨脹力的雙重作用下，易實現基本頂沿著膨脹致裂孔發生裂縫擴展，并形成膨脹致裂后基本頂斷裂線，有效切斷基本頂；

步驟3）對非回采幫側的巷道厚頂煤進行水力、機械或密集鉆孔切縫，形成頂煤切縫線；沿頂煤切縫線安裝采空側鎖固錨索和Z型鎖固托盤；隨工作面向前推進，安裝膨脹劑的頂板進入采空區，工作面懸頂區域的基本頂上側拉應力顯著增大，加之膨脹劑膨脹力的雙重作用，基本頂沿膨脹致裂后的裂縫斷裂并垮落，直接切斷了實體煤與采空區上覆基本頂結構及力學聯系；

步驟4）在鄰側的待綜放開采煤體區域開掘沿空煤巷并安裝煤柱側肩窩穩固錨索和異形四邊形托盤，巷道頂煤和煤柱處于基本頂懸臂梁穩定結構的保護之下；煤柱側肩窩穩固錨索和異形四邊形托盤與鄰側工作面開采時的采空側鎖固錨索及Z型鎖固托盤形成互鎖結構，同時配合傳統支護，并充分利用上一區段回采巷道遺留錨桿及上一區段回采巷道鋼帶，最終構建了綜放沿空煤巷穩定頂板-煤柱結構，并實現安全回采。

2.根據權利要求1所述的一種綜放沿空煤巷穩定頂板-煤柱結構的構建方法，其特征在于，步驟1）中，膨脹致裂鉆孔距非回采幫距離a₁為15cm~25cm。

3.根據權利要求1所述的一種綜放沿空煤巷穩定頂板-煤柱結構的構建方法，其特征在于，步驟1）中，所述膨脹致裂鉆孔與鉛錘方向的夾角為-10°~10°；所述膨脹致裂鉆孔間距為b，膨脹致裂鉆孔的致裂范圍為整個基本頂和較為堅硬的厚直接頂；膨脹致裂鉆孔間距b的設置分為三種類型：

1）基本頂厚度小于6m且單軸抗壓強度小于40MPa時，膨脹致裂鉆孔間距b為1.6m~3m；

2）基本頂厚度為6m~12m且單軸抗壓強度40MPa~60MPa時，膨脹致裂鉆孔間距b為1m~1.6m；

3）基本頂厚度大于12m且單軸抗壓強度大于60MPa時，膨脹致裂鉆孔間距b為0.4m~1m。

4.根據權利要求1所述的一種綜放沿空煤巷穩定頂板-煤柱結構的構建方法，其特征在于，步驟2）中，位于里端的圓臺式擋盤與錨索端頭的距離為c，即錨固區的錨固長度為c，所述膨脹劑和封孔劑為中空圓柱體形狀，能夠串在抗拉錨索上。

5.根據權利要求1所述的一種綜放沿空煤巷穩定頂板-煤柱結構的構建方法，其特征在于，封孔劑的封孔長度f主要有三類：

1）當直接頂的單軸抗壓強度不小于30MPa且厚度不小于4m時，膨脹劑膨脹致裂范圍p為整層基本頂以及直接頂厚度的20%~50%，封孔劑處于直接頂范圍內，封孔長度f為10cm~20cm；

2）當直接頂的單軸抗壓強度不小于20MPa且厚度不大于4m時，膨脹劑膨脹致裂范圍為整層基本頂，封孔劑處于直接頂范圍內，封孔長度f為10cm~20cm；

3）當直接頂的單軸抗壓強度不大于20MPa時且裂隙較多不具備封孔條件時，膨脹劑膨脹致裂范圍為整層基本頂，封孔劑處于基本頂的下部，封孔長度f為25cm~35cm，即膨脹致裂鉆孔的膨脹段長度p與封孔長度f的和為基本頂厚度。