專利名稱：井下超大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦井下支護(hù)技術(shù)，具體為ー種井下超大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在煤礦開采中，正常生產(chǎn)的巷道寬度一般不超過4米，采取通用的支護(hù)措施即可達(dá)到效果。隨著我國煤炭開采的規(guī)模越來越大，采掘技術(shù)進(jìn)步使用的設(shè)備種類越來越先迸，體積越來越大，巷道的斷面也要求越來越大，眾所周知井下開采中的支護(hù)是煤礦日常安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是所有工作的重中之重。如何在滿足通風(fēng)、運(yùn)輸、行人、設(shè)備檢修及安裝需要的同時(shí)，保證其支護(hù)強(qiáng)度，確保施工安全。理論上，斷面越寬，受到地應(yīng)カ的影響越大，變形就越明顯，垮塌的危險(xiǎn)也越高。巷道斷面的増大，給巷道維護(hù)帶來了巨大的困難，嚴(yán)重影響了煤礦安全高效生產(chǎn)。關(guān)于超大斷面支護(hù)理論，已經(jīng)有多篇技術(shù)方案，但是大都集中在不超過7米的巷道范圍內(nèi)。井下復(fù)雜的地質(zhì)條件下，每增加一米的寬度，都會帶來地應(yīng)カ的巨大變化，為了保證煤礦生產(chǎn)安全，必須對地應(yīng)カ的變化進(jìn)行詳細(xì)的研究，采取最為安全的支護(hù)手段。如圖4所示意，某礦十五號煤154307綜采工作面采用沿空留巷布置，可以實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，降低巷道掘進(jìn)率；沿空留巷采用三個(gè)充填模板支架，為安裝支架，需開個(gè)支架備ロ區(qū)7，最后形成長X寬X高=20X10X2. 9米的超大斷面，即圖中x，y，m，n四點(diǎn)所包圍的區(qū)域，方能滿足充填模板支架的安裝需求，針對超大斷面如何支護(hù)，成為一道擺在全礦技術(shù)方面的難題。在現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料中，還沒有見到關(guān)于10米及以上的寬度巷道支護(hù)的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決在特定生產(chǎn)條件下出現(xiàn)的超大斷面的支護(hù)問題，提供了ー種井下超大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案是，ー種井下超大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)，其所在位置為工作面切眼、泄水巷、軌道巷的交匯處，軌道巷寬4. 6米，工作面切眼和泄水巷總寬為10米，支架備ロ寬5. 4米，長10米，形成的矩形斷面為20米長X 10米寬X 2. 9米高的超大斷面，
該斷面的支護(hù)結(jié)構(gòu)為，(I)頂板支護(hù)在原有的軌道巷的単體錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上，對支架備ロ進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，再進(jìn)行開幫起底施工，每排新增3根錨桿，頂板的錨桿安設(shè)角度與頂板垂直，排距為I. 5米，預(yù)緊カ矩大于300N M，錨固カ大于150KN ;每兩排錨桿之間打注ー排單體錨索，每排5套，錨索間距2米，排距I. 5米，錨索外露長度不大于300 mm,預(yù)緊カ達(dá)100KN以上。在中部采用三排單體液壓支柱進(jìn)行輔助加強(qiáng)支護(hù)，排距I. 5米；
(2)巷幫支護(hù)采用單體巷幫錨桿支護(hù)，除肩角、底角錨桿與水平成20度外，其余均于幫部垂直，排距為I. 5米，預(yù)緊カ矩大于300N M，錨固カ大于150KN，間距700mm。本發(fā)明所述超大斷面支護(hù)技術(shù)方案的有益效果在于在特定的巷道內(nèi)為充填模板支架安裝提供了安裝空間，從支護(hù)強(qiáng)度上講，是目前煤巷掘進(jìn)過程中支護(hù)強(qiáng)度最大的支護(hù)方式；從支護(hù)效果上講，安裝過程中未發(fā)現(xiàn)頂板下沉等現(xiàn)象，真正實(shí)現(xiàn)掘后零下沉；從安裝效果上講，安裝過程操作簡單方便；從安全生產(chǎn)上講，安裝過程安全無事故；從支護(hù)斷面上講，第一次實(shí)現(xiàn)20X 10X2. 9米斷面支護(hù)，為日后更大斷面的有效支護(hù)提供了寶貴的參考；從技術(shù)含量上講，此套支護(hù)理論設(shè)計(jì)合理，支護(hù)強(qiáng)度大，安全系數(shù)高，施工簡便；為我礦154307綜采工作面的順利回采打開了一個(gè)新的局面。開采前，巖層處于原始應(yīng)カ狀態(tài)，除重力應(yīng)カ外，還存在構(gòu)造應(yīng)力、溫度應(yīng)カ及膨脹應(yīng)カ等，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。采動后，原始穩(wěn)定的應(yīng)カ狀態(tài)遭到破壞，各部分應(yīng)カ將重新分布，其中頂板及各巖層將因失去支撐而在自重的作用 下，彎曲下沉，結(jié)果在其底部出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)カ超過限度，頂板即遭到破壞。由干支架備ロ處掘出后，沒有煤體的支撐，頂板巖層失去支撐，直接頂在自重及支護(hù)體產(chǎn)生的切頂阻力作用下，沿煤體邊緣破斷，破斷直接頂呈倒臺階的懸臂梁狀態(tài)。巷內(nèi)支護(hù)只需保持直接頂?shù)耐暾团c老頂?shù)木o貼，不能改變頂板巖層過渡期活動時(shí)頂板下沉量的大小、巷內(nèi)支架和巷旁支護(hù)也不能約束頂板巖層后期活動而引起的平移下沉，支護(hù)阻カ的大小對后期活動頂板的平移下沉沒有影響。也就是說，平移下沉有“給定變形”特點(diǎn)，此時(shí)支護(hù)載荷完全取決于支護(hù)有效剛度的大小。有效剛度越大，載荷也越大，這個(gè)規(guī)律稱為“硬支多載”規(guī)律。平移下沉的另ー個(gè)重要特征是一般不破壞前期形成的平衡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且能使巖層沿平衡結(jié)構(gòu)的內(nèi)界面向巷道空間“收縮”，也就是說，巖層自身平衡結(jié)構(gòu)的范圍加大了。如果頂板巖層比較完整時(shí)，巖層結(jié)構(gòu)的內(nèi)臨界面能夠“收縮”到巷道輪廓面上，此時(shí)，巷道支護(hù)對巷道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響不大。由于該15#區(qū)域煤頂板為K2石灰?guī)r，而其厚度達(dá)9. 01米，因而采取加大支護(hù)強(qiáng)度，先將頂部巖層聯(lián)結(jié)為一整體，再采用適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)支護(hù)，以防止其頂板下沉即可滿足安裝充填支架的要求。


圖I為巷道布置結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為圖I的A-A剖面圖
圖3為圖2的俯視圖 圖4為巷幫支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖
圖中1-泄水巷、2-工作面切眼、3-放頂鉆場、4-回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、5-絞車硐、6-軌道巷、7-支架備 ロ、8，9，10，11，12，13-錨桿，14，15，16，17，18-錨索、19，20，21-單體柱、22，23，
24-巷幫錨桿。
具體實(shí)施例方式ー種井下超大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)，如圖4所示意，其所在位置為工作面切眼2、泄水巷
I、軌道巷6的交匯處，軌道巷6寬4. 6米，工作面切眼2和泄水巷I總寬為10米，支架備ロ7寬5. 4米，長10米，形成的矩形斷面為20米長X 10米寬X2. 9米高的超大斷面，如圖4中所述的區(qū)域(x、y、m、n)，該斷面的支護(hù)結(jié)構(gòu)為，(I)頂板支護(hù)在原有的軌道巷6単體錨桿
8、9、10支護(hù)基礎(chǔ)上，對支架備ロ 7進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，再進(jìn)行開幫起底施工，每排新增3根錨桿11、
12、13，錨桿米用22-M24-2000 mm聞強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，錨固方式為樹脂加長錨固，米用兩支錨固劑，一支規(guī)則為K2335，另ー支規(guī)格為Z2360，鉆孔直徑28 mm,錨固長度1208 mm,托盤采用配套的高強(qiáng)度拱形托盤，頂板錨桿安設(shè)角度與頂板垂直，排距為I. 5米，預(yù)緊カ矩大于300N M，錨固カ大于150KN ;每兩排錨桿之間打注ー排單體錨索，即在錨桿8、9、10、11、12、13相鄰錨桿之間打錨索14、15、16、17、18，每排5套，錨索間距2米，排距I. 5米，錨索索體為高強(qiáng)度低松馳鋼絞線，長度6. 3米，直徑17. 8 mm，頭部設(shè)有樹脂錨固劑攪拌頭，尾部配有高強(qiáng)度錨具，有效支護(hù)長度6米，錨固方式為端錨，采用三支錨固劑，一支規(guī)則為K2335，另兩支規(guī)格為Z2360，鉆孔直徑28 mm，錨固長度1485 mm，錨索外露長度不大于300 mm，預(yù)緊カ達(dá)100KN以上。在中部采用三排單體液壓支柱19、20、21進(jìn)行輔助加強(qiáng)支護(hù)，排距I. 5米；
(2)巷幫支護(hù)如圖3所示意，采用單體錨桿支護(hù)，巷幫錨桿22、23、24采用C 22-M24-2000 mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，錨固方式為樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，一支規(guī)則為K2335，另ー支規(guī)格為Z2360，鉆孔直徑28 mm，錨固長度1208 mm，托盤采用配套的高強(qiáng)度拱形托盤，除肩角、底角錨桿與水平成20度外，其余均于幫部垂直，排距b為I. 5米，預(yù)緊カ矩大于300N M，錨固カ大于150KN,間距a為700mm。
權(quán)利要求
1.ー種井下超大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)，其所在位置為工作面切眼(2)、泄水巷(I)、軌道巷(6)的交匯處，軌道巷(6)寬4. 6米，工作面切眼(2)和泄水巷(I)總寬為10米，支架備ロ(7)寬5. 4米，長10米，形成的矩形斷面為20米長X 10米寬X 2. 9米高的超大斷面，其特征在干該斷面的支護(hù)結(jié)構(gòu)為，(I)頂板支護(hù)在原有的軌道巷(6)単體錨桿(8、9、10)支護(hù)基礎(chǔ)上，對支架備ロ(7)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，再進(jìn)行開幫起底施工，每排新增3根錨桿(11、12、13)，頂板錨桿安設(shè)角度與頂板垂直，姆兩排錨桿之間打注一排單體錨索，即在錨桿(8、9、10、11、12、13)相鄰錨桿之間打錨索(14、15、16、17、18)，每排5套，錨索間距2米，排距I. 5米，在中部采用三排單體液壓支柱(19、20、21)進(jìn)行輔助加強(qiáng)支護(hù)，排距I. 5米； (2)巷幫支護(hù)采用單體錨桿支護(hù)，巷幫錨桿(22、23、24)托盤采用配套的拱形托盤，除肩角、底角錨桿與水平成20度外，其余均于幫部垂直，排距b為I. 5米，預(yù)緊カ矩大于300N · M，錨固カ大于150KN,間距a為700mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井下超大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于頂部的錨桿采用$22-M24-2000 mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，錨固方式為樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，一支規(guī)則為K2335，另ー支規(guī)格為Z2360，鉆孔直徑28 mm，錨固長度1208 mm，托盤采用配套的高強(qiáng)度拱形托盤，排距為I. 5米，預(yù)緊カ矩大于300N · M，錨固カ大于150KN ;錨索索體為高強(qiáng)度低松馳鋼絞線，長度6. 3米，直徑17. 8 mm，頭部設(shè)有樹脂錨固劑攪拌頭，尾部配有高強(qiáng)度錨具，有效支護(hù)長度6米，錨固方式為端錨，采用三支錨固劑，一支規(guī)則為K2335，另兩支規(guī)格為Z2360，鉆孔直徑28 mm，錨固長度1485 mm，錨索外露長度不大于300 mm，預(yù)緊カ達(dá)100KN以上；巷幫錨桿米用C 22-M24-2000 mm聞強(qiáng)度螺紋鋼錨桿,錨固方式為樹脂加長錨固，米用兩支錨固劑，一支規(guī)則為K2335，另ー支規(guī)格為Z2360，鉆孔直徑28 mm，錨固長度1208 mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤礦井下支護(hù)技術(shù)，具體為一種井下超大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)。解決在特定生產(chǎn)條件下出現(xiàn)的超大斷面的支護(hù)問題，該斷面的支護(hù)結(jié)構(gòu)為，(1)頂板支護(hù)在原有的軌道巷的單體錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上，對支架備口進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，再進(jìn)行開幫起底施工，每排新增3根錨桿，每兩排錨桿之間打注一排單體錨索，在中部采用三排單體液壓支柱進(jìn)行輔助加強(qiáng)支護(hù)，排距1.5米。(2)巷幫支護(hù)采用單體錨桿支護(hù)，除肩角、底角錨桿與水平成20度外，其余均于幫部垂直，排距為1.5米，預(yù)緊力矩大于300N·M，錨固力大于150KN，間距700mm。本發(fā)明所述超大斷面支護(hù)技術(shù)方案的有益效果在于在特定的巷道內(nèi)為充填模板支架安裝提供了安裝空間，從支護(hù)強(qiáng)度上講，是目前煤巷掘進(jìn)過程中支護(hù)強(qiáng)度最大的支護(hù)方式；從支護(hù)效果上講，安裝過程中未發(fā)現(xiàn)頂板下沉等現(xiàn)象，安全系數(shù)高，施工簡便。
文檔編號E21D21/00GK102839984SQ201210317918
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者劉西西, 王永志, 宋強(qiáng)軍, 吉路波, 陳路, 李永澮, 趙學(xué)斌, 張廣云, 陳江華, 牛海軍 申請人:山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司