冲击地压巷道的支护方法与流程

1.本发明涉及巷道施工方法技术领域，尤其涉及一种冲击地压巷道的支护方法。


背景技术：

2.冲击地压(冲击矿压)是指煤矿开采空间内煤岩体由于弹性能的瞬时释放出现的一种突然剧烈破坏的动力现象，煤岩体破坏过程中伴有震动、巨响及气浪等特征，具有很强的破坏性，是影响深部矿井安全的重大灾害之一。
3.对于深部矿井回采巷道，在支承压力作用下普遍处于高静载应力环境下，根据动静载叠加诱冲理论，静载应力集中程度越大，矿震扰动形成的动载荷与其叠加形成的高应力越容易超越煤岩体临界破坏强度界限，进而引起冲击地压灾害的发生。巷道支护作为抵抗冲击地压显现的最后一道防线，各支护构件与围岩形成承载结构的吸能作用对于具有冲击地压隐患的回采巷道来说，具有极其重要的作用。在发生大能量冲击时，采用小煤柱布置的回采巷道围岩破碎，支护材料抗冲击性能差，导致支护结构难以有效防冲。


技术实现要素：

4.本发明提供一种冲击地压巷道的支护方法，用以解决现有技术中巷道布置不合理导致的支护结构难以形成有效防冲的缺陷。
5.本发明提供一种冲击地压巷道的支护方法，包括：
6.巷道位置确定：在巷道煤柱侧布置多个钻孔应力计和多个微震探头，在工作面回采过程中实时监测煤柱应力变化规律和微震能量大小，通过应力变化规律和微震能量大小确定巷道的位置；
7.巷道掘进：所述巷道的位置确定后，在所述巷道掘进时，进行预应力支护和加固；
8.巷道回采：在所述巷道回采时，在所述巷道超前工作面布置超前防冲支架，并在所述巷道周围设置复合吸能防护结构。
9.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，一个所述钻孔应力计和一个所述微震探头为一组，多组所述钻孔应力计和所述微震探头距巷帮煤体距离分别为2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m和10m。
10.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述巷道位置确定的步骤还包括采用原位强度仪测试煤柱侧2～10m范围内围岩强度，每隔1m测试一次，综合应力变化规律、微震能量大小和围岩强度确定巷道的位置。
11.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述巷道掘进的步骤包括：利用锚杆和/或锚索进行预应力支护，并对巷道帮部破碎煤岩体进行注浆加固。
12.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述注浆加固具体包括：
13.第一步加固，对破裂煤岩体0～3m处进行注浆加固；
14.第二步加固，对破裂煤岩体3～5m处进行注浆加固。
15.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述复合吸能防护结构包括：在巷
道内设置的防护支架，以及在所述防护支架和顶板岩层之间设置的橡胶垫层。
16.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述复合吸能防护结构还包括：在所述防护支架顶梁设置的防冲吸能材料。
17.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述复合吸能防护结构还包括：在所述防护支架的顶梁和底梁分别安装的铰接式三角防冲装置。
18.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述防护支架由倒“八”字型立柱构成框架结构。
19.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述巷道掘进的步骤中，基于支护吸能量与巷道顶板实际能量释放量的关系，确定预应力支护的支护密度；
20.所述巷道回采的步骤中，基于支护吸能量与巷道顶板实际能量释放量的关系，确定复合吸能防护结构的设置密度。
21.本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，通过设置多个钻孔应力计和多个微震探头，实时监测煤柱应力变化规律和微震能量大小，综合考虑应力以及微震能量，将冲击地压回采巷道布置在合理位置。同时，采用预应力支护和加固提高巷帮破碎煤体的强度和完整性，实现二者的协同支护防冲作用。通过将巷道布置于合适位置，并采用支护、超前防冲支架以及复合吸能防护结构形成有效防冲，从而实现冲击地压巷道的有效防控。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明提供的冲击地压巷道的支护方法的示意图。
24.附图标记：
25.1：防护支架；2：防冲吸能材料；3：预应力锚网索支护。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.下面结合图1描述本发明的一种冲击地压巷道的支护方法，包括：
28.巷道位置确定：在巷道煤柱侧布置多个钻孔应力计和多个微震探头，在工作面回采过程中实时监测煤柱应力变化规律和微震能量大小，通过应力变化规律和微震能量大小确定巷道的位置；
29.巷道掘进：巷道的位置确定后，在巷道掘进时，进行预应力支护和加固；
30.巷道回采：在巷道回采时，在巷道超前工作面布置超前防冲支架，并在巷道周围设置复合吸能防护结构。
31.本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，通过设置多个钻孔应力计和多个微震探
头，实时监测煤柱应力变化规律和微震能量大小，综合考虑应力以及微震能量，将冲击地压回采巷道布置在合理位置。同时，采用预应力支护和加固提高巷帮破碎煤体的强度和完整性，实现二者的协同支护防冲作用。通过将巷道布置于合适位置，并采用支护、超前防冲支架以及复合吸能防护结构形成有效防冲，从而实现冲击地压巷道的有效防控。
32.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，一个所述钻孔应力计和一个所述微震探头为一组，多组所述钻孔应力计和所述微震探头距巷帮煤体距离分别为2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m和10m。
33.本实施例中，例如将一组钻孔应力计和微震探头设于距巷帮煤体距离为2m的位置处，而另一组则设置在3m位置处，以此类推。具体地，可采用煤柱应力不大于10mpa，微震能量不大于10kj，煤体强度不低于5mpa来综合确定煤柱尺寸，使巷道布置的位置应力较低，同时还具有一定的围岩强度和完整性，可实现巷道正常的支护。
34.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述巷道位置确定的步骤还包括采用原位强度仪测试煤柱侧2～10m范围内围岩强度，每隔1m测试一次，综合应力变化规律、微震能量大小和围岩强度确定巷道的位置。
35.本实施例中，在工作面回采过程中，实时监测煤柱应力变化规律和微震能量大小，同时还要采用原位强度仪测试煤柱侧2～10m范围内围岩强度，围岩强度每隔1m测试一次，以综合对比煤柱应力、微震能量和煤体强度来综合确定煤柱尺寸。
36.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述巷道掘进的步骤包括：利用锚杆和/或锚索进行预应力支护，并对巷道帮部破碎煤岩体进行注浆加固。
37.本实施例中，采用具有高预应力、高强度、高延伸率和高冲击韧性等特性的锚杆(索)，高冲击韧性锚杆最大破断载荷达到340kn以上，最大力延伸率要大于15％，吸收冲击动能要超过106j；高延伸率锚索强度大于1790mpa，最大力延伸率大于10％，吸收冲击动能要超过1.5*106j。需要说明的是，由于巷道布置在低应力区，巷帮煤体破碎严重，强度较低，导致高冲击韧性锚杆和锚索锚固力达不到设计要求，无法实现支护防冲要求，这就需要进行巷帮煤体注浆加固。注浆采用超细水泥注浆材料，超细水泥的颗粒直径达到5μm以下，颗粒直径显著降低，有利于在破碎煤体内扩散。金属网采用φ6.5mm的铁丝编制而成，同时，钢带、托盘也要使用抗冲击构件，各构件间相互匹配，大幅度提高支护系统抗冲击能力。可以理解的，多个锚杆和/或锚索可组成支护系统。
38.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，注浆加固具体包括：
39.第一步加固，对破裂煤岩体0～3m处进行注浆加固；
40.第二步加固，对破裂煤岩体3～5m处进行注浆加固。
41.本实施例中，注浆分为两步，第一步主要是对破裂煤岩体的浅部(0～3m)进行注浆加固，浅部裂隙发育，浆液渗透性好，适宜采用低压、高浓度浆液进行加固。通过第一步的注浆，使浅部围岩漏浆通道封堵，从而为第二步注浆提供了封堵屏障，有利于第二步注浆时浆液集中向深部扩散；第二步主要是对深部(3～5m)煤岩体进行加固，该区域裂隙发育相对较低，再加上高应力的影响，浆液渗透性较差，浆液扩散阻力大，适宜采用中高压、中等浓度浆液注浆。同时，要适当增加注浆时间，可增加浆液的扩散范围。
42.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述复合吸能防护结构包括：在巷道内设置的防护支架1，以及在所述防护支架1和顶板岩层之间设置的橡胶垫层。
43.本实施例中，防护支架1工作阻力6000kn，让位位移500mm，支架高度4000-5000mm，吸能量3000kj。可选地，橡胶垫层厚度50mm，弹性模型弹模6000kpa，阻尼比0.3。同时要设计支架的合理初撑力、工作阻力和让位位移，使防护支架1与锚杆支护协调变形，实现两种支护方式的协同防冲作用。采用立柱防冲柱窝和高强度单伸缩防冲立柱，可防止立柱冲击折断。可以理解的，锚杆(索)和防冲支架可共同组成支护系统。
44.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，还包括：所述复合吸能防护结构还包括：在所述防护支架1顶梁设置的防冲吸能材料2，防冲吸能材料2可吸收顶底板冲击产生的能量。
45.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述复合吸能防护结构还包括：在所述防护支架1的顶梁和底梁分别安装的铰接式三角防冲装置，铰接式三角防冲装置可防止顶板和底板冲击时顶梁和底梁折断。
46.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，防护支架1由倒“八”字型立柱构成框架结构，更有利于防止底板冲击。
47.根据本发明提供的冲击地压巷道的支护方法，所述巷道掘进的步骤中，基于支护吸能量与巷道顶板实际能量释放量的关系，确定预应力支护的支护密度；所述巷道回采的步骤中，基于支护吸能量与巷道顶板实际能量释放量的关系，确定复合吸能防护结构的设置密度。
48.针对锚杆(索)支护结构吸收能量：首先要判断巷道冲击地压发生时围岩破坏范围，若围岩破坏范围超过锚杆或锚索长度，那么锚杆或锚索吸收能量定为0j，若破坏范围小于锚杆或锚索长度，那么再计算其所吸收的能量。根据巷道临空面冲击速度和方向，在实验室落锤试验机上开展锚杆和锚索原尺寸冲击测试，确定出锚杆和锚索最大所能吸收的冲击能量；然后采用同样的方法确定金属网、钢带等构件所能吸收的能量。将锚杆支护系统各构件吸收的能量依次相加确定出锚杆(索)支护系统单位支护面积吸收能量e1。
49.针对防护支架1结构吸收的能量：防护支架1可在6500kn静-动复合加载液压冲击试验机上开展原尺寸测试，测试巷道所采用防护支架1所吸收的能量，测试过程中冲击速度和方向尽可能与现场保持一致，测试完成后确定出防护支架1单位支护面积所吸收的能量e2。
50.通过对比巷道微震监测获得的单位面积冲击能量与e1 e2之和的大小，判断巷道总体支护系统是否安全，若总体支护系统不安全，则增加锚杆支护结构和防护支架1的支护密度，从而使总体支护系统吸能能量大于巷道顶板释放的冲击能量。支护密度可以是锚杆支护结构和防护支架1的设置密度，例如多个锚杆的设置间距小则支护密度高。示例性的，当支护吸能量小于巷道顶板实际能量释放量则需要增加支护结构的数量来增加支护密度。
51.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。