一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法与流程

1.本发明属于煤矿岩石力学技术领域，具体涉及一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法。


背景技术：

2.受成矿地质条件的影响，我国许多矿区煤层为层状复合顶板，其裂隙发育、层间黏结力小，开挖后容易离层破坏；软弱破碎复合顶板岩层强度低、整体稳定性差，且松软岩层累计的厚度越大，越易产生顶板大面积垮落，给煤巷支护带来了较大困难，深部软弱破碎复合顶板治理是国内外亟待解决的技术难题之一。
3.现有的技术方法主要是以深、浅孔注浆结合对顶板及围岩改性，再进行树脂锚杆等主动支护方法对破碎顶板及围岩进行支护，这种联合支护方法操作步骤复杂，工人工作时间长，效率低；普通浆液使用效果差，而特定化学浆液价格昂贵，且反应发热容易造成高温灾害甚至火灾；在煤壁中使用普通树脂锚杆支护必须进行回收，以防止随着工作面推进，采煤机切割锚杆产生火花，引发煤尘或瓦斯爆炸，回收锚杆无疑增加工人工作量，降低生产效率。为此，本发明提供了一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法，使用中空玻璃钢注浆锚索，将注浆与锚杆锚固优势结合，具有生产成本低，工人工作量少，生产施工更加安全高效的特点，为软弱破碎顶板提供了一种新的治理方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法，包括以下步骤：
7.步骤1、选择锚注区域与浆液
8.考虑到工作面的动态性，注浆区域应选择工作面前方高应力向原岩应力过渡且靠近原岩应力的区域，成孔率高，施工安全，将破碎顶板和接近塑性区的煤岩进行锚注，强化煤岩强度，随着工作面推进，锚注区域逐渐受力承载，发挥作用；基于治顶先治帮，治帮先治底的原则，锚固注浆范围应包括破碎顶板、塑性区煤壁和底板区域；由于深孔注浆时浆液渗透时间较长，要求浆液初凝速度不能过快，在40～60min内浆液能够保持均一性和流动性，以满足施工和渗流的需要；根据顶板破碎程度，在工作面煤壁布置锚注孔，进行锚固注浆；
9.步骤2、设计钻孔布置方式
10.基于治顶先治帮，治帮先治底的原则，锚固注浆范围应包括破碎顶板、塑性区煤壁和底板区域的思想，钻孔设置成同排钻孔，方向分别为倾斜向上孔ⅰ、水平孔ⅱ、倾斜向下孔ⅲ，在孔ⅰ左右各有一个倾斜向上的孔
ⅵ
和孔
ⅴ
，孔
ⅵ
和孔
ⅴ
的倾斜角度为20～30
°
，且孔
ⅵ
和孔
ⅴ
的倾斜角度大于孔ⅰ，孔
ⅵ
和孔
ⅴ
的的孔深小于孔ⅰ的孔深，若底板区域呈破碎状态，则在孔
ⅵ
、孔
ⅴ
同排设置倾斜向下的孔
ⅵ
、孔
ⅶ
；根据施工现场的具体施工工况，灵活调整钻孔数量、钻孔长度、钻孔角度及间排距；
11.步骤3、钻进锚注孔，并完成锚固和注浆
12.用钻机钻进锚注孔，达到预定孔深后，用中空玻璃钢注浆锚索将树脂锚固剂推入孔底，边推进边搅拌，待树脂锚固剂到达孔底与锚索前端螺纹段充分接触且凝固后，安装托盘、钢垫圈、锁具；在锚索后端安装注浆机，用注浆机将浆液输入中空管，浆液沿中空管流动，从锚索前部端头出浆孔流出，充填钻孔和煤岩裂隙，待浆液充满钻孔及煤岩裂隙且凝固后，在锚索尾端装上止浆塞，完成锚注工作。
13.所述中空玻璃钢注浆锚索包括中空管和玻璃钢绞线，中空管外侧旋扭缠绕6～12根玻璃钢绞线组成中空锚索，中空锚索前端面与螺纹段连接，中空锚索前端外表面钻有沿轴向设置的多个出浆孔，中空锚索后端通过托盘与锁具固定，且在托盘与锁具之间设置有钢垫圈，中空锚索后端安装有止浆塞；中空管选用空心pvc管，为锚索中的浆液流动提供通道，螺纹段的设置增加树脂锚固剂与锚索之间的粘结力，出浆孔设置在前端头，使浆液尽可能充满钻孔及煤岩裂隙，保证注浆效率。
14.本发明的技术效果为：
15.破碎顶板是由于采掘影响破坏了原有应力状态，引起应力重分布，造成煤层上方区域伪顶、直接顶破碎离层，不利于工作面推进与顶板管理，但在破碎顶板上方往往存在较厚的基本顶，具有一定承载作用。本发明方法是从顺槽和工作面中打入钻孔，一部分钻孔直至基本顶，将中空玻璃钢注浆锚索端头固定在具有承载作用的基本顶中，通过注浆机注浆将软弱破碎顶板进行粘结改性，充分发挥基本顶的承载作用、锚索的悬吊作用和浆液的粘结作用；另一部分钻孔打入煤体深部，主要发挥浆液的粘结作用，通过多种角度注浆锚固，最终达到治理破碎顶板的目的。
16.本发明所述支护方法，在回采巷道煤壁进行锚固与注浆后，能充分发挥锚索的悬吊作用和浆液粘结作用，将破碎的顶板和煤层连接成一个整体，提升煤岩体承载能力；在工作面煤壁进行锚固注浆后，在工作面前方形成一个超前的扇形范围，此范围内的煤岩体强度明显提高，对于承载煤壁拐角处集中应力和工作面超前支撑压力具有显著作用。
17.本发明支护方法包含了树脂锚固和注浆锚固两种方式，在具体工况条件下，为加强支护，除使用水泥浆液外，可在不同钻孔中使用其他浆液；除所述支护方法外，可使用多种支护方法联合支护。
18.本发明具有节省时间、降低工人工作量、安全高效等特点，通过中空玻璃钢锚索，将锚索的悬吊作用和浆液的粘结作用充分发挥，根据现场条件布置钻孔，从而治理软弱破碎顶板这一生产难题。
19.本发明中空玻璃钢注浆锚索具有阻燃、抗静电、重量轻、高承载力等特点，可以避免煤壁切割过程中产生火花，保证工作面安全生产。
20.本发明所述中空玻璃钢注浆锚索，锚索杆体既作为支护结构又作为运送注浆浆液的载体，并且注浆工作发生在向工作面煤壁和顶板设置锚索之后，最终注浆浆液注入岩石的入口发生在岩石内部，这就使得浆液更容易被注入破碎顶板的关键部位，进一步提高了安全性和准确性。
附图说明
21.图1本发明所述一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法的钻孔布置和锚注
区域示意图；
22.图2本发明所述一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法的钻孔布置和锚注区域
ⅱ‑ⅱ
剖面示意图；
23.图3本发明所述一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法的钻孔布置和锚注区域
ⅲ‑ⅲ
剖面示意图；
24.图4本发明所述一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法的钻孔布置和锚注区域
ⅳ‑ⅳ
剖面示意图；
25.图5本发明所述一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法所用中空玻璃钢注浆锚索示意图；
26.图6本发明所述一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法所用中空玻璃钢注浆锚索
ⅰ‑ⅰ
剖面示意图；
[0027]1‑
螺纹段，2
‑
出浆孔，3
‑
玻璃钢绞线，4
‑
中空管，5
‑
托盘，6
‑
钢垫圈，7
‑
锁具，8
‑
止浆塞，9
‑
坚硬基本顶，10
‑
孔ⅰ，11
‑
孔ⅱ，12
‑
孔ⅲ，13
‑
孔ⅳ，14
‑
孔
ⅴ
，15
‑
孔一，16
‑
孔二，17
‑
孔三，18
‑
孔四，19
‑
顶板，20
‑
底板。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0029]
如图1至图4所示，一种治理软弱破碎顶板的玻璃钢锚索支护方法，包括以下步骤：
[0030]
步骤1、选择锚注区域与浆液
[0031]
考虑工作面的动态性，根据现场检测的矿压值，确定工作面前方应力分布，选择工作面前方高应力向原岩应力过渡且靠近原岩应力的区域，将破碎顶板和接近塑性区的煤岩进行锚注，强化煤岩强度，随着工作面推进，锚注区域逐渐受力承载，发挥作用；基于治顶先治帮，治帮先治底的原则，锚固注浆范围应包括破碎顶板、塑性区煤壁和底板区域；选用1根中空管和6根玻璃钢绞线组成的中空玻璃钢注浆锚索；深孔注浆时浆液渗透时间较长，要求浆液初凝速度不能过快，在40～60min内浆液能够保持均一性和流动性，以满足施工和渗流的需要，所用注浆材料选用425#快硬水泥，水灰体积比为0.9～1.1；
[0032]
步骤2、布置钻浆孔并钻孔
[0033]
基于治顶先治帮，治帮先治底的原则，锚固注浆范围应包括破碎顶板、塑性区煤壁和底板区域的思想，布置钻孔，具体为：
[0034]
如图2和图4所示，布置巷道煤壁钻孔：钻孔可设置成同排3个钻孔，巷道煤壁锚注钻孔，孔ⅰ10距顶板0.9m，孔ⅲ12距底板0.9m，孔ⅰ10、孔ⅱ11及孔ⅲ12之间间隔0.9m，孔ⅰ10、孔ⅱ11及孔ⅲ12的孔径为42mm、孔深为20m；孔ⅰ10沿煤壁斜向上打入坚硬基本顶9至少2m，仰角8
°
；孔ⅱ11垂直煤壁布置；孔ⅲ12沿煤壁斜向下打入底板至少2m，俯角8
°
；孔
ⅵ
13和孔
ⅴ
14之间间隔1.6m，孔径42mm，孔深15m，均斜向上打入坚硬基本顶8至少2m，仰角20
°
；
[0035]
如图3所示，布置工作面煤壁钻孔：采煤工作面煤壁锚注钻孔，孔一15距顶板1m，孔二16距底板1m，孔一15和孔二16的孔径为42mm、孔深为20m；孔一15沿煤壁斜向上打入坚硬基本顶9至少2m，仰角12
°
；孔二16沿煤壁斜向下打入底板至少2m，俯角12
°
；孔三17和孔四18均垂直煤壁布置，孔径42mm，孔深15mm；
[0036]
步骤3、完成锚固和注浆
[0037]
用中空玻璃钢注浆锚索将树脂锚固剂推入孔底，边推进边搅拌，待树脂锚固剂达到孔底，与锚索前端螺纹段1充分接触而凝固后，安装托盘5、钢垫圈6、锁具7，安装注浆机，用注浆机将浆液输入中空管4，浆液沿中空管4流动，从锚索前部端头出浆孔2流出，充填钻孔和煤岩裂隙，待浆液充满钻孔及破碎区域裂隙且凝固后，在锚索尾端装上止浆塞8，完成锚注工作。
[0038]
如图5和图6所示，所述中空玻璃钢注浆锚索包括中空管4和玻璃钢绞线3，中空管4外侧旋扭缠绕6～12根玻璃钢绞线3组成中空锚索，中空锚索前端面与螺纹段1连接，中空锚索前端外表面钻有沿轴向设置的多个出浆孔2，中空锚索后端通过托盘5与锁具7固定，且在托盘5与锁具7之间设置有钢垫圈6，中空锚索后端安装有止浆塞8；中空管4选用空心pvc管，为锚索中的浆液流动提供通道，螺纹段1的设置增加树脂锚固剂与锚索之间的粘结力，出浆孔2设置在前端头，使浆液尽可能充满钻孔及煤岩裂隙，保证注浆效率。
[0039]
本实例并非对本发明所述的锚注区域、锚注角度、布孔方式、锚索长度等做任何形式上的限制，凡是依据本发明的基本思想和技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。