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专利号: 2018104865437
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种深部回采巷道锚注切顶主控留巷方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、测定深部回采巷道实现切顶留巷所需技术参数技术参数包括:

采高h,单位为m;

基本顶断裂线距煤壁距离L0,单位为m;

基本顶岩梁长度L1,单位为m;

直接顶悬顶长度LS,单位为m;

巷道宽度LR,单位为m;

上覆岩层容重γS,单位为kN/m3;

上覆岩层厚度mS,单位为m;

基本顶岩层容重γE,单位为kN/m3;

基本顶岩层厚度mE,单位为m;

直接顶岩层容重γZ,单位为kN/m3;

直接顶岩层厚度mZ,单位为m;

步骤二、深部回采巷道掘进期间注浆锚索支护施工步骤2.1、确定掘进期间注浆锚索长度LL=La+Lb+Lc+Ld,

式中:L为注浆锚索长度,单位为m;

La为注浆锚索深入到较稳定岩层的锚固长度,单位为m;

Lb为有效长度,单位为m;

Lc为上托盘及锚具的厚度,单位为m;

Ld为需要外露的张拉长度,单位为m;

其中,注浆锚索深入到较稳定岩层的锚固长度La由下式确定:式中:d1为注浆锚索钢绞线直径,单位为mm;

fa为钢绞线抗拉强度,单位为MPa;

fc为注浆锚索与锚固剂的粘合强度,单位为MPa;

K为安全系数;

步骤2.2、确定注浆锚索直径d

注浆锚索索体的破断力应不小于其锚固力,则注浆锚索直径应满足的条件为:式中:FM为注浆锚索锚固力,由拉拔试验可得,单位为kN;

σt为注浆锚索的设计抗拉强度,单位为MPa;

步骤2.3、确定注浆锚索间排距a注浆锚索间排距a应满足下列公式:式中:f为煤层坚固性系数;

3

γ为被悬吊岩层的重力密度,单位为kN/m;

Q为锚索锚固力,单位为kN;

步骤2.4、按照掘进期间注浆锚索长度L、直径d和间排距a,对回采巷道围岩进行支护,滞后进行注浆,有利于应力释放、浆液扩散和围岩加强支护;

步骤三、工作面回采期间巷旁超前切顶钻孔施工步骤3.1、确定巷旁切顶高度mc确定侧向基本顶的允许回转角[θ]:式中:△h为满足运输、通风功能要求时回采巷道顶板最大下沉量,单位为m;

根据几何关系,巷旁切顶高度mc应满足下列关系:mc·KA+L1 sin[θ]-(mc-mZ)=mZ+h,式中:KA为顶板岩层压实后的碎胀系数,与垮落矸石性质有关,取1.15~1.35,由此,可确定切顶高度mc:步骤3.2、在工作面超前支承压力影响范围外进行巷旁超前切顶钻孔施工,超前切顶钻孔垂直于巷道轴向并向正开采工作面倾斜一定角度,倾角α取75至85°,超前切顶钻孔长度为mc/sinα,使工作面切顶线附近顶板产生初始裂隙;

步骤四、工作面回采期间注浆锚索支护施工步骤4.1、根据步骤二中掘进期间掘进期间注浆锚索长度L,再根据回采期间注浆锚索长度LM应大于切顶高度以保证回采期间注浆锚索锚固在稳定的岩层中,综合确定回采期间注浆锚索长度LM:LM=max{L,mc/sinα+1.0~2.0m};

步骤4.2、在工作面超前支承压力影响范围内,按照回采期间注浆锚索长度LM、直径d,沿切顶线内侧补打一排注浆锚索进行锁边支护,注浆锚索倾角应大于超前切顶钻孔倾角α,滞后一段时间再进行注浆;

步骤五、工作面回采期间巷旁单体支柱支护施工步骤5.1、确定巷旁单体支柱切顶力Pc为能够在巷道沿空侧有效切顶,切顶力Pc必须满足如下力学条件:Pc=max{P1,P2}

式中:P1为直接顶与基本顶处于连续接触,但基本顶对直接顶作用力为0的情形下,仅由直接顶悬顶所产生的单位宽度上的作用力,P1=mzγzLS;

P2为上覆岩层垮落时单体支柱所提供的支护反力,单位为kN;

由于顶板的抗拉强度最低,所谓的切顶就是在支护反力和顶板荷载的共同作用下,让切顶线处顶板达到其极限抗拉强度值,顶板的极限抗拉强度为:式中:q′为实现顶板拉破坏时的等效顶板载荷集度;

[σt]′z为受工作面顶板运动影响后,回采巷道内顶板的极限抗拉强度,单位为MPa,mz′为受采动及顶板运动影响后,回采巷道内顶板有效抗弯厚度,单位为m,qE为基本顶作用于直接顶上的荷载值,单位为kN,仅考虑直接顶与基本顶能够连续接触,但不承受其作用力的极限状态时,qE可视为0,但达到直接顶垮落情况下,qE不为0,由此可得:步骤5.2、确定巷旁单体支柱排距b式中:R为巷旁单体支柱额定工作阻力,单位为kN/m2,在工作面超前支承压力影响范围内,沿切顶线内侧补打一排注浆锚索进行锁边支护的同时,按照巷旁单体支柱排距b沿切顶线内侧布置一排单体支柱;

步骤六、辅助支护施工

随着工作面的推进,紧跟端头单体支柱利用金属网进行挡矸支护,待采空区顶板垮落稳定后,逐步回撤回采巷道内的单体支柱,进行重复使用,待单体支柱回撤完成后对巷道沿空侧进行喷砼。

2.根据权利要求1所述的深部回采巷道锚注切顶主控留巷方法,其特征在于:注浆用的浆液包括硅酸盐水泥、添加剂和水,其中,添加剂包括早强剂、超塑化剂和微膨胀剂。

3.根据权利要求1所述的深部回采巷道锚注切顶主控留巷方法,其特征在于:步骤六中,在工作面推采过后,当巷旁切顶效果较差无法形成稳定的矸石墙时,采取辅助爆破切顶支护。

4.根据权利要求1所述的深部回采巷道锚注切顶主控留巷方法,其特征在于:步骤六中,每块金属网长度大于回采巷道高度2至3米,相邻的金属网重叠布置。