一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法与流程

技术特征：
1.一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，其特征在于：通过在迎面墙(1)应力显现明显的区域施工卸压钻孔，来实现掘进工作面(2)掘进前方积存应力的超前释放，并在掘进作业前对迎头前方先进行锚杆支护，在煤体深部形成应力超前骨架，对煤体内部弹性势能释放过程中形成卸荷带，保证释放弹性势能过程中煤体的整体性，具体包括以下步骤：步骤ⅰ，超前卸压钻孔位置确定：在迎面墙(1)上对应巷道断面肩窝及中心线的位置施工若干卸压孔，若干卸压孔的孔径孔深保持一致；步骤ⅱ，超前卸压钻孔设计：首先通过在煤层的顶板(3)进行钻孔，再利用钻孔窥视设备伸入孔内观测内壁状况，直至能明显的观测到区段煤体内存在多段煤体破坏区段以及多段煤体完整区段，再通过应力分布规律排除多段煤体完整区段中煤体基本处于稳定状态的区段，多段煤体完整区段中剩余区段则为弹性势能主要积存区段，最后以弹性势能主要积存区段所在深度范围区间计算钻孔深度；通过煤层在走向方向上存在的仰俯角确定钻孔倾角；通过工作面所在煤层的硬度及抗剪切强度，确定煤层布置钻孔时钻孔间最小抵抗线，以此确定泄压钻孔的施钻开孔间距；步骤ⅲ，超前支护及巷道支护：在距巷中两侧对称，以巷道宽度1/2～2/3宽度的位置范围内布设若干超前支护锚杆(6-1)，所述超前支护锚杆(6-1)由所述迎面墙(1)与所述顶板(3)的夹角处伸入煤体中，且所述超前支护锚杆(6-1)与顶板夹角控制在20
°
～30
°
；同时在巷道两帮及顶板(3)位置阵列布设若干锚杆(6)，每根所述锚杆(6)的压应力区相互靠近连为一体，形成整体支护结构，顶板(3)在巷道中心线两侧对称设置有两列顶板锚索(7)。2.根据权利要求1所述的一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，其特征在于：巷道的两帮包括回采帮(4)以及煤柱帮(5)，所述回采帮(4)上采用玻璃钢锚杆，所述顶板(3)及煤柱帮(5)上均采用左旋无纵肋螺纹钢锚杆，所有锚杆(6)的钻孔位置均均匀阵列分布于顶板(3)或两帮上，锚杆(6)垂直于巷道内壁方向伸入巷道围岩内部，特别的，位于所述顶板(3)两侧肩窝处的两列锚杆(6)分别向同侧煤帮方向倾斜设置，位于所述煤柱帮(5)上下两端的两列锚杆(6)分别向上下两侧倾斜设置。3.根据权利要求2所述的一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，其特征在于：所述两列顶板锚索(7)中均等距穿插设置有注浆锚索(8)，每两个所述顶板锚索(7)之间设置有一个所述注浆锚索(8)，所述注浆锚索(8)与两侧顶板锚索(7)等距设置。4.根据权利要求3所述的一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，其特征在于：所述注浆锚索(8)包括中空钢绞线(10)，所述中空钢绞线(10)伸入顶板注浆预留孔中，所述中空钢绞线(10)在靠近所述顶板注浆预留孔孔口处设置有止浆塞(11)，所述止浆塞(11)堵住顶板注浆预留孔孔口，所述止浆塞(11)外侧设置有托盘(12)，所述托盘(12)支撑于所述顶板注浆预留孔孔口周围的顶板板壁上，所述托盘(12)外侧设置有锁具(13)，所述中空钢绞线(10)最外端设置有丝堵(14)。5.根据权利要求4所述的一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，其特征在于：所述煤柱帮(5)上设置有若干双向注浆对穿锚索(9)，具体通过计算在不考虑多孔相互影响时的注浆扩散半径r来确定注浆锚索的间排距范围，其中：
6.根据权利要求5所述的一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，其特征在于：所述双向注浆对穿锚索(9)也包括中空钢绞线(10)，所述中空钢绞线(10)内设置有内置注浆管(15)，所述注浆管(15)管壁上设置有若干出浆口(16)，所述中空钢绞线(10)两端均依次设置有止浆塞(11)、托盘(12)以及锁具(13)，所述双向注浆对穿锚索(9)的中空钢绞线(10)穿过煤柱帮注浆预留贯穿孔，两端所述止浆塞(11)分别堵住所述煤柱帮注浆预留贯穿孔两端口，两端所述托盘(12)分别支撑于所述煤柱帮注浆预留贯穿孔两端口周围的帮壁上。7.根据权利要求6所述的一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，其特征在于：所述注浆锚索的安装包括以下步骤：首先施工锚索钻孔；再放入树脂药卷到孔内，使用风钻带动锚索连续推入孔中，将锚索顶推至孔底并搅拌，双向对穿注浆锚索(9)穿过煤柱后仅需双向张拉即可；随后将锚索自带所述止浆塞(11)顶推至孔内一定深度，在止浆塞后方缠绕足够的棉丝并压实，以锚索锚固时不阻挡入孔为宜；然后将千斤顶复位，再进行二次张拉，二次张拉时将锁具(13)和托盘(12)卡设安装好，且必须保证千斤顶不咬合在锚索端头焊接处；最后，将浆液搅拌均匀后，再将锚索后尾注浆孔打开，连接注浆嘴开始注浆，注满为止。

技术总结
本发明公开了一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，通过在迎面墙应力显现明显的区域施工卸压钻孔，来实现掘进工作面掘进前方积存应力的超前释放，并在掘进作业前对迎头前方先进行锚杆支护，在煤体深部形成应力超前骨架，对煤体内部弹性势能释放过程中形成卸荷带，保证释放弹性势能过程中煤体的整体性。本发明仅需在迎面墙应力显现明显的区域施工卸压钻孔，简化了施工工序，减少了整体掘进期间的钻孔施工，提升了施工效率，大大缩减了巷道掘进周期；超前精准卸压后巷道杜绝或减少了炸顶炸帮现象，并协同超前支护创造了良好的作业环境，为两个掘进工作面的交替施工实现快速掘进，奠定基础。奠定基础。奠定基础。


技术研发人员：康海通 单成方 王坚坚 王萧 张运强 姚志钟 刘洪林 吴沛祥 王鑫 苑创 李国栋 温颖远 王宏志
受保护的技术使用者：库车县榆树岭煤矿有限责任公司
技术研发日：2022.11.07
技术公布日：2022/12/30