一种缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构与建造方法

1.本发明涉及巷道围岩技术领域，尤其涉及一种缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构与建造方法。


背景技术：

2.松散煤层在煤矿工程中比较常见，由于煤层破碎、松散，煤体手搓可碎，呈碎块状且随掘随落，易导致煤壁片帮。而且，松软煤层的巷道两帮难以甚至无法钻装锚杆，导致许多煤矿不得不采用架棚方式进行支护。由于架棚属于被动支护，导致巷道两帮和顶板的破碎、松动范围会越来越大，最终带来巷道产生大变形直至破坏，且修巷难度很大。
3.针对近水平松散煤层帮部与顶板力学性能差异大、难控制等问题，发明一种对顶板进行锚杆－锚索－锚网主动控制，对帮部进行锚杆－护帮梁－锚网主动与被动相结合的锚护结构，对实现松散煤层巷道稳定性控制和安全生产具有重大意义和价值。


技术实现要素：

4.鉴于上述分析，本发明旨在提供一种缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构与建造方法，以解决现有的缓倾斜松散煤层两帮与顶板力学性能差异大、难控制的问题。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.一种缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构的建造方法，包括以下步骤：
7.步骤s1：巷道掘进及顶板围岩锚固，为锚护结构的建造做准备；
8.步骤s2：巷道掘进后，根据巷道进尺，即时挂好前控梁，然后建造临时支护；
9.步骤s3：临时支护建造完成后，建造固定锚护结构；
10.步骤s4：根据巷道进尺，完成固定锚护结构的施工后，进入下一个循环的掘进与锚护结构的建造。
11.进一步地，步骤s1中，包括以下步骤：
12.步骤s1.1：开挖巷道，巷道底板开挖宽度不小于设计宽度，超挖宽度作为巷道开挖后松散煤体变形破坏甚至片帮的预留空间；
13.步骤s1.2：在巷道掘进的过程中进行顶板围岩锚固，顶板使用锚杆、锚索和锚网进行协同锚固；
14.步骤s1.3：安装锚杆，并在位于巷道设计宽度处的两侧的锚杆上安装工型托盘。
15.进一步地，步骤s1.2中，沿巷道顶板的宽度方向布置不小于3根锚索。
16.进一步地，步骤s1.3中，位于巷道设计宽度处的两根锚杆垂直于巷道顶板安装。
17.进一步地，步骤s1.3中，工型托盘的腹板与巷道走向平行。
18.进一步地，步骤s2中，临时支护包括工字钢棚，相邻两个工字钢棚的棚距等于锚杆的排距，工字钢棚与锚杆错排布置和架设。
19.进一步地，步骤s3中，包括以下步骤：
20.步骤s3.1：架设好临时支护后，在每两架工字钢棚中间的巷道的设计宽度处架设
护帮梁；
21.步骤s3.2：架设好处于同一断面的左右两侧的护帮梁后，拆除护帮梁后方的临时支护用的工字钢棚，并铺设第二钢丝网；
22.步骤s3.3：在第二钢丝网与护帮梁之间铺设阻燃板。
23.进一步地，步骤s3.1中，护帮梁安装完成后，将护帮梁与工型托盘进行绑定。
24.一种缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构，使用上述技术方案所述的建造方法建造，包括临时支护结构和固定锚护结构，临时支护结构包括工字钢棚和第一钢丝网，固定锚护结构包括护帮梁、锚杆和工型托盘，固定锚护结构建造过程中拆除临时支护结构。
25.进一步地，护帮梁的长度大于护帮梁安装位置处的顶板到底板的高度。
26.本发明至少可实现如下有益效果之一：
27.(1)本发明的缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构与建造方法，通过巷道两侧的第二钢丝网、阻燃板、护帮梁和靠近肩角锚杆的协同锚护作用，阻抗帮部煤体产生明显的变形破坏，避免发生片帮或垮帮，以保证巷道的安全稳定。
28.(2)本发明通过将工型托盘与护帮梁上部进行绑定，将护帮梁所承受的部分侧压通过锚杆向顶板肩角内部转移，实现顶板与帮部的协同控制，从而保持巷道的稳定和安全生产。
29.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
30.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
31.图1为本发明实施例缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮临时支护结构示意图；
32.图2为本发明实施例缓倾斜松散煤层巷道顶板锚固示意图；
33.图3为本发明实施例缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮固定锚护结构示意图；
34.图4为图3的a区域局部放大图；
35.图5为本发明实施例工型托盘的结构示意图；
36.图6为本发明实施例护帮梁的结构示意图。
37.附图标记：
38.1-锚杆，2-锚索，3-工型托盘，301-托盘体，302-腹板，303-通孔，304-锁孔，4-工字钢棚，5-第一钢丝网，6-阻燃板，7-第二钢丝网，8-护帮梁，801-牛鼻环。
具体实施方式
39.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
40.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械
连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
42.实施例1
43.本发明的一个实施例，如图1至图6所示，公开了一种缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构的建造方法，包括以下步骤：
44.步骤s1：巷道掘进及顶板围岩锚固，为锚护结构的建造做准备，具体包括以下步骤：
45.步骤s1.1：开挖巷道，巷道开挖宽度不小于设计宽度，超挖宽度作为巷道开挖后松散煤体变形破坏甚至片帮的预留空间。
46.具体地，巷道设计宽度为a(单位为mm，下同)，但巷道掘进时，为了保持巷道所需的宽度，同时给掘进时松散煤层可能会塌落预留一定空间，实际掘进的宽度为x＝a 2b，其中b为巷道两帮超挖宽度。
47.进一步地，b的取值范围为：巷道开挖后，当煤帮稳定且不会自行散落时，b＝0-20mm；当煤帮出现散落现象但不会塌帮时，b＝80-120mm；当煤帮出现明显散落甚至局部片帮时，b＝160-200mm；当煤帮开挖后即出现片帮时，b＝260-300mm。
48.步骤s1.2：在巷道掘进的过程中进行顶板围岩锚固，顶板使用锚杆1、锚索2和锚网进行协同锚固，减少顶板下沉量和对煤帮的压力，以防止帮部出现煤体塌落或塌帮后发生冒顶。
49.具体地，巷道顶板钻装锚索2，沿巷道顶板的宽度方向布置不少于3根锚索2。当锚索2为3根时，其中一根锚索2沿顶板轴中线居中布置；当锚索2大于3根时，根据锚索2的具体数量，沿顶板轴中线对称布置锚索2。
50.进一步地，顶板最靠近肩角的左右侧各布置一根锚索2，此处的锚索2偏入煤帮一定角度θ，使锚索2起到斜拉控制作用，减少顶板下沉，进而防止冒顶。
51.进一步地，θ的取值范围为：巷道开挖后，当煤帮稳定且不会自行散落时，θ＝8-10
°
；当煤帮出现散落现象但不会片帮时，θ＝15-17
°
；当煤帮出现明显散落甚至局部片帮时，θ＝25-27
°
；当煤帮开挖后即出现片帮时，θ＝30-32
°
。
52.进一步地，顶板锚索2的预紧力为200kn，锚索2进行张拉力检测和破坏性试验，保证锚索2的锚固力和预紧力符合要求，最大限度减少顶板下沉和对两帮的压力。
53.步骤s1.3：安装锚杆1，并在位于巷道设计宽度处的两侧的锚杆1上安装工型托盘3。
54.具体地，沿巷道顶板的宽度方向布置锚杆1，在位于巷道设计宽度处的两侧各布置一根锚杆1，两根锚杆1上分别安装工型托盘3，其余锚杆1布置在两根锚杆1之间，锚杆数量根据顶板长度和岩性等确定。
55.进一步地，位于巷道设计宽度处的两根锚杆1垂直于巷道顶板安装，以便于工型托盘3的安装。
56.本实施例中，工型托盘3包括托盘体301和腹板302，托盘体301为长方形板，两个托
盘体301相互平行，腹板302位于两个托盘体301之间且垂直于托盘体301。工型托盘3还设有通孔303，通孔303贯穿腹板302和两个托盘体301，用于连接锚杆。腹板302上还设有锁孔304，两个锁孔304贯穿腹板301的厚度方向且分布位于通孔303的两侧。
57.本实施例中，在巷道掘进和进行围岩锚固时，位于巷道设计宽度处的锚杆1上安装工型托盘3，安装时，锚杆1穿过工型托盘3的通孔303，随后在锚杆1上装入托盘和螺母，旋紧螺母，从而固定工型托盘3。
58.进一步地，工型托盘3的腹板302与巷道走向平行。
59.本实施例中，其余位置的锚杆1安装锚杆托盘，锚杆托盘为中间开孔的方形板，示例性地，锚杆托盘6规格为150
×
150
×
10mm，锚杆1穿过锚杆托盘的通孔并通过螺母固定。
60.进一步地，锚杆1的预紧力为100kn，锚杆1进行预紧力检测和破坏性试验，保证锚杆1的锚固力和预紧力符合要求。
61.步骤s2：巷道掘进后，根据巷道进尺，即时挂好前控梁，然后建造临时支护。
62.具体地，巷道掘进后，根据巷道进尺，即时挂好前控梁，然后架设工字钢棚4做临时支护，防止巷道发生较大面积片帮和冒顶。
63.本实施例中，相邻两个工字钢棚4的棚距等于锚杆1的排距，工字钢棚4与锚杆1错排布置和架设，且工字钢棚4架设在每两排锚杆中间位置并贴紧帮部。
64.每个工字钢棚4由三根工字钢组成，分别设置在巷道的两帮和顶板处。顶板处的工字钢紧贴顶板，两帮处的工字钢与顶板处的工字钢通过固定装置搭接，从而固定工字钢棚4。
65.进一步地，工字钢棚4架好后，随即在工字钢棚4与煤帮之间铺设第一钢丝网5，阻止煤体发生较多塌落。第一钢丝网5起临时支护作用，当巷道顶板及两帮锚护结构建造完成后，第一钢丝网5与工字钢棚4一并拆除。
66.步骤s3：临时支护建造完成后，建造固定锚护结构，具体包括以下步骤：
67.步骤s3.1：架设好工字钢棚4作为临时支护后，根据巷道进尺，随即在每两架工字钢棚4中间的巷道的设计宽度处架设护帮梁8，用作帮部煤体的锚护控制。
68.本实施例中，护帮梁8采用型钢(如，工字钢、h型钢、方钢等)制作。当护帮梁8采用工字钢或h型钢制作时，工字钢或h型钢的两个翼板上部分别焊有牛鼻环801；当护帮梁8采用方钢制作时，方钢的两个相对的面上部分别焊有牛鼻环801。
69.进一步地，护帮梁8架设在巷道宽度方向的两侧且位于工型托盘3的外侧(即靠近帮部的一侧)。
70.进一步地，护帮梁8的下部需扎入底板以下，示例性地，护帮梁8扎入底板以下200mm，如图3所示，采用挖坑方式将底板扎入。
71.进一步地，护帮梁8安装完成后，用钢丝绳等将护帮梁8上部的牛鼻环801与工型托盘3的锁孔304进行绑定，防止护帮梁8受力后倾倒。
72.步骤s3.2：架设好处于同一断面的左右两侧的护帮梁8后，拆除护帮梁8后方的临时支护，并铺设第二钢丝网7。
73.具体地，每架设好处于同一断面的左右两侧的护帮梁8后，随即拆除其后方(巷道掘进方向的后方)的工字钢棚4和第一钢丝网5，并铺设第二钢丝网7，第二钢丝网7铺设在护帮梁8与煤帮之间。
74.进一步地，第二钢丝网7从底板一直铺到顶板，第二钢丝网7的上部与顶板锚网进行搭接和捆绑，不留空隙，以防止松散煤体掉入巷内。
75.进一步地，第二钢丝网7铺设过程中，沿巷道走向对第二钢丝网7进行搭接和捆绑，使之连接成一个整体。
76.步骤s3.3：铺设好第二钢丝网7后，随即在第二钢丝网7与护帮梁8之间铺设阻燃板6，阻止松散煤体滑入巷内空间。
77.本实施例中，阻燃板6厚度不低于10mm，阻燃板6选用耐火板等材料，阻燃板6铺设过程中，沿巷道走向对阻燃板6进行搭接和捆绑，使之连接成一个整体。
78.步骤s4：根据巷道进尺，完成固定锚护结构的施工后，进入下一个循环的掘进与锚护结构的建造。
79.根据巷道进尺，完成两侧护帮梁8、第二钢丝网7和阻燃板6的施工后，进入下一个循环的掘进与锚护结构的建造。
80.本实施例中，当松散煤体产生片帮拟滑入巷内空间时，阻燃板、第二钢丝网和护帮梁起到阻抗支护作用。进一步地，通过工型托盘对工字网棚腿上部的绑定，将护帮梁所承受的部分侧压通过工字型托盘和锚杆向顶板肩角内部转移，发挥帮部与顶板的协同锚护作用。
81.实施例2
82.本发明的一个实施例，如图1至图6所示，公开了一种缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构，采用实施例1的建造方法建造，锚护结构包括临时支护结构和固定锚护结构，临时支护结构包括工字钢棚4和第一钢丝网5，固定锚护结构包括护帮梁8、锚杆1和工型托盘3，固定锚护结构建造过程中拆除临时支护结构。
83.如图1所示，每个工字钢棚4包括三根相互搭接的工字钢，三根工字钢分别设置在巷道的两帮和顶板处，顶板处的工字钢紧贴顶板，两帮处的工字钢与顶板处的工字钢通过固定装置搭接，从而固定工字钢棚4，且利于后期的拆除。
84.第一钢丝网5设于工字钢棚4与煤帮之间，形成临时支护结构，阻止煤体发生较多塌落。
85.本实施例中，工型托盘3包括托盘体301和腹板302，托盘体301为长方形板，两个托盘体301相互平行，腹板302位于两个托盘体301之间且垂直于托盘体301。工型托盘3还设有通孔303，通孔303贯穿腹板302和两个托盘体301，用于连接锚杆。腹板302上还设有锁孔304，两个锁孔304贯穿腹板301的厚度方向且分布位于通孔303的两侧。
86.优选地，工型托盘3的尺寸为长度为300mm，宽度为200mm，总高度为200mm；其中，托盘体301为300mm
×
200mm
×
30mm的长方形板，腹板302的尺寸为300mm(长度)
×
140mm(高度)
×
50mm(厚度)。
87.进一步地，通孔303的直径为30mm，孔高为200mm，穿透上、下的托盘体301和腹板302。锁孔304的直径为60mm，穿透腹板302。
88.工型托盘3安装在位于巷道设计宽度处的锚杆1上，锚杆1穿过工型托盘3的通孔303，随后在锚杆1上装入托盘和螺母，旋紧螺母，从而固定工型托盘3。
89.进一步地，工型托盘3安装时，腹板302与巷道走向平行。
90.本实施例中，护帮梁8采用型钢(如，工字钢、h型钢、方钢等)制作。当护帮梁8采用
工字钢或h型钢制作时，工字钢或h型钢的两个翼板上部分别焊有牛鼻环801；当护帮梁8采用方钢制作时，方钢的两个相对的面上部分别焊有牛鼻环801。图6示出了采用工字钢制作的护帮梁8。
91.进一步地，护帮梁8架设在巷道宽度方向的两侧且位于工型托盘3的外侧(即靠近帮部的一侧)。
92.进一步地，护帮梁8的长度大于护帮梁8安装位置处的顶板到底板的高度，使得护帮梁8的底部能够扎入底板以下，从而固定护帮梁。
93.优选地，护帮梁8的长度大于护帮梁8安装位置处的顶板到底板的高度200mm。
94.进一步地，护帮梁8上部的牛鼻环801与工型托盘3的锁孔304通过钢丝绳等进行绑定，防止护帮梁8受力后倾倒。
95.进一步地，固定锚护结构还包括第二钢丝网7和阻燃板6，第二钢丝网7铺设在护帮梁8与煤帮之间，第二钢丝网7从底板一直铺到顶板，第二钢丝网7的上部与顶板锚网进行搭接和捆绑，不留空隙，以防止松散煤体掉入巷内。
96.进一步地，阻燃板6铺设在第二钢丝网7与护帮梁8之间，阻燃板6厚度不低于10mm，阻燃板6铺设过程中，沿巷道走向对阻燃板6进行搭接和捆绑，使之连接成一个整体。
97.综上所述，本发明实施例提供的一种缓倾斜松散煤层巷道顶板及两帮锚护结构与建造方法，通过巷道两侧的第二钢丝网、阻燃板、护帮梁和靠近肩锚杆的协同锚护，阻抗帮部煤体产生明显的变形破坏，避免发生片帮或垮帮。同时，通过将工型托盘与护帮梁上部进行绑定，将护帮梁所承受的部分侧压通过锚杆向顶板肩角内部转移，实现顶板与帮部的协同控制，从而保持巷道的稳定和安全生产。
98.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。