一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构制造技术

一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构，包括超前卸压钻孔、巷道顶板支护装置、巷道两帮支护装置和钻孔注浆结构；超前卸压钻孔在巷道两帮的上部向巷道顶板的两侧倾斜钻进，每三个超前卸压钻孔为一组，在水平面上每组的三个超前卸压钻孔分别与巷道两帮夹角分别为α、β、γ，每组的三个超前卸压钻孔与巷道顶板的夹角分别为δ、ε、θ。本实用新型专利技术可卸载巷道顶板两侧的高水平应力，将高水平应力转移至巷道顶板深部，为肩角围岩变形提供补偿空间；显著提高巷道围岩的整体抗变形能力，有效避免现有支护方式顾此失彼造成的局部失稳以及全断面的失稳；强化肩角围岩承载及抗变形的能力，最终确保高水平应力作用下巷道顶板的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构
本技术属于巷道顶板变形控制
，具体涉及一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构。
技术介绍
煤矿地层应力往往以水平应力为主，随着煤矿开采日益进入深部，水平应力更为突出，在断层、褶皱等构造区域，水平应力更达到垂直应力的2～4倍。巷道开挖后，在顶板两侧的高水平应力作用下，顶板受到水平挤压作用而出现严重下沉、离层以及变形破坏，如若控制不合理，则会发生顶板冒落事故，对人员、设备及安全生产造成严重威胁。当前，对于高水平应力作用下的巷道顶板控制，多采用加大锚杆锚索支护强度的围岩控制思路，虽然对顶板控制起到一定改善作用，但是仍然存在以下问题：①加大锚杆锚索的支护强度所产生的支护应力难以抗衡高水平应力作用下顶板的变形破坏；②高水平应力作用下，巷道顶板和肩角（顶板和两帮的夹角位置）均易出现严重变形和破坏，肩角围岩的稳定性对顶板控制具有重要影响，然而现有的支护方式忽视了对肩角围岩的控制。③现有支护方式忽视对顶板、两帮及肩角的协同控制，顾此失彼造成局部失稳，局部失稳逐步扩展，最终造成顶板冒落、片帮、巷道全断面收缩等全局性的巷道失稳。
技术实现思路
本技术为克服现有技术存在的问题，提供一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构，旨在通过巷道顶板水平应力卸压和巷道顶板、巷道两帮及肩角围岩的协同支护控制技术，有效解决现有技术中存在的“巷道顶板水平应力高、巷道顶板和肩角围岩变形严重、局部加强支护难以控制巷道顶板变形”等技术难题，从而有效改善巷道顶板变形控制效果。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构，包括超前卸压钻孔、巷道顶板支护装置、巷道两帮支护装置和钻孔注浆结构；超前卸压钻孔在巷道两帮的上部向巷道顶板的两侧倾斜钻进，每三个超前卸压钻孔为一组，在水平面上每组的三个超前卸压钻孔分别与巷道两帮夹角分别为α、β、γ，每组的三个超前卸压钻孔与巷道顶板的夹角分别为δ、ε、θ,α、β、γ、δ、ε、θ的角度范围为0～90°。巷道顶板支护装置和巷道两帮支护装置均包括金属网、钢带和高强锚杆，金属网铺设在巷道顶板、肩角围岩和巷道两帮的表面上，钢带设置在金属网的表面，钢带沿巷道长度方向均匀布置若干条，巷道顶板上的每条钢带均水平设置，巷道两帮上的每条钢带均竖向设置，巷道顶板上的相邻两条钢带分别采用穿过钢带、金属网并伸入到巷道顶板内部的高强锚杆和高强锚索进行固定并支护，巷道两帮上的所有钢带均采用穿过钢带、金属网并伸入到巷道两帮内部的高强锚杆固定并支护；在巷道顶板的左右两侧和巷道两帮的上部分别采用朝向肩角围岩倾斜的注浆锚索进行支护，注浆锚索位于相邻两条钢带之间。巷道顶板及巷道两帮采用的高强锚杆屈服强度达到500MPa以上、预紧扭矩达到500N.m以上，巷道顶板的高强锚索规格为1×19结构的直径22mm以上的钢绞线，钢绞线拉断力达到500kN以上，钢绞线安装时的张拉力应达到200kN以上。钻孔注浆结构为沿着巷道长度方向，在巷道顶板、巷道两帮的注浆锚索之间打设朝向肩角围岩倾斜的注浆孔，并对注浆孔进行注浆，通过注浆加固强化肩角围岩的承载能力。采用上述技术方案，本技术具有以下有益效果：本技术通过在肩角围岩向顶板两侧钻进超前卸压钻孔，可以卸载巷道顶板两侧的高水平应力，将高水平应力转移至巷道顶板深部，并为巷道肩角围岩变形提供补偿空间；通过紧随掘进迎头实施“巷道顶板、巷道两帮、肩角围岩”高强高预紧力协同支护控制，可以显著提高巷道围岩的整体抗变形能力，并进一步改善巷道顶板受力环境，有效避免现有支护方式顾此失彼造成的局部失稳以及全断面的失稳；待卸压钻孔出现较大径缩和变形破坏后，通过对肩角围岩进行注浆加固，强化肩角围岩承载能力，增加其抵抗变形的能力，并将巷道顶板荷载传递至巷道两帮的深部，最终确保高水平应力作用下巷道顶板的稳定性。附图说明图1为在肩角围岩处设置的超前卸压钻孔布置断面投影图；图2为在肩角围岩处设置的超前卸压钻孔布置沿巷道走向水平投影图；图3为在肩角围岩处设置的超前卸压钻孔布置沿巷道走向垂直剖面投影图；图4为本技术中巷道顶板、巷道两帮及肩角围岩协同支护控制断面图图5为巷道顶板支护布置俯视图；图6为巷道两帮支护布置侧视图；图7为本技术巷道肩角围岩注浆孔布置断面图。图中，1为巷道，2为巷道两帮，3为巷道顶板，4为超前卸压钻孔，5为高水平应力，6为肩角围岩，7为高强锚杆，8为高强锚索，9为金属网，10为钢带，11为注浆锚索，12为注浆孔；H为巷道高度，L为巷道宽度，A为掘进迎头，B为下一个卸压循环的掘进迎头，a为超前卸压钻孔间距，b为两个掘进迎头A和B之间的距离，c为超前掘进迎头B的距离；δ、ε、θ为超前卸压钻孔与巷道顶板的夹角，α、β、γ为超前卸压钻孔在水平面上与巷道两帮的夹角。具体实施方式如图1-图7所示，本技术提出一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构，包括超前卸压钻孔4、巷道顶板支护装置、巷道两帮支护装置和钻孔注浆结构；超前卸压钻孔4在巷道两帮的上部向巷道顶板3的两侧倾斜钻进，每三个超前卸压钻孔4为一组，在水平面上每组的三个超前卸压钻孔4分别与巷道两帮2夹角分别为α、β、γ，每组的三个超前卸压钻孔4与巷道顶板3的夹角分别为δ、ε、θ；α、β、γ、δ、ε、θ的角度范围为0～90°。巷道顶板支护装置和巷道两帮支护装置均包括金属网9、钢带10和高强锚杆7，金属网9铺设在巷道顶板3、肩角围岩6和巷道两帮2的表面上，钢带10设置在金属网9的表面，钢带10沿巷道长度方向均匀布置若干条，巷道顶板3上的每条钢带10均水平设置，巷道两帮2上的每条钢带10均竖向设置，巷道顶板3上的相邻两条钢带10分别采用穿过钢带10、金属网9并伸入到巷道顶板3内部的高强锚杆7和高强锚索8进行固定并支护，巷道两帮2上的所有钢带10均采用穿过钢带10、金属网9并伸入到巷道两帮2内部的高强锚杆7固定并支护；在巷道顶板3的左右两侧和巷道两帮2的上部分别采用朝向肩角围岩6倾斜的注浆锚索进行支护，注浆锚索位于相邻两条钢带10之间。巷道顶板3及巷道两帮2采用的高强锚杆7屈服强度达到500MPa以上、预紧扭矩达到500N.m以上，巷道顶板3的高强锚索8规格为1×19结构的直径22mm以上的钢绞线，钢绞线拉断力达到500kN以上，钢绞线安装时的张拉力应达到200kN以上。钻孔注浆结构为沿着巷道长度方向，在巷道顶板3、巷道两帮2的注浆锚索之间打设朝向肩角围岩6倾斜的注浆孔12，并对注浆孔12进行注浆，通过注浆加固强化肩角围岩6的承载能力。本技术的高水平应力作用巷道顶板变形控制结构的控制方法，包括以下步骤，（1）对巷道1进行断面设计，在预留巷道变形量的基础上，综合考虑通风、运输、行人、设备安装及生产安全间隙的需要，确定合理的巷道1的宽度为L米和高度为H米；（2）掘进巷道1前，紧跟掘进迎头A，在巷道两帮2的上部向巷道顶板3的两侧钻进一组倾斜向上的超前卸压钻孔4，卸载巷道顶板3两侧的高水平应力5，将高水平应力5转移至巷道顶板3深部，并为巷道肩角围岩6提供变形补偿空间，下一个卸压循环掘进时，给掘进迎头B预留超前卸压距离c米，并在此掘进一组超前卸压钻孔4；掘进迎头A和掘进迎头B之间的距离为b米。超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构，其特征在于：包括超前卸压钻孔、巷道顶板支护装置、巷道两帮支护装置和钻孔注浆结构；超前卸压钻孔在巷道两帮的上部向巷道顶板的两侧倾斜钻进，每三个超前卸压钻孔为一组，在水平面上每组的三个超前卸压钻孔分别与巷道两帮夹角分别为α、β、γ，每组的三个超前卸压钻孔与巷道顶板的夹角分别为δ、ε、θ；α、β、γ、δ、ε、θ的角度范围为0～90°。

【技术特征摘要】
1.一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构，其特征在于：包括超前卸压钻孔、巷道顶板支护装置、巷道两帮支护装置和钻孔注浆结构；超前卸压钻孔在巷道两帮的上部向巷道顶板的两侧倾斜钻进，每三个超前卸压钻孔为一组，在水平面上每组的三个超前卸压钻孔分别与巷道两帮夹角分别为α、β、γ，每组的三个超前卸压钻孔与巷道顶板的夹角分别为δ、ε、θ；α、β、γ、δ、ε、θ的角度范围为0～90°。2.根据权利要求1所述的一种高水平应力作用巷道顶板变形控制结构，其特征在于：巷道顶板支护装置和巷道两帮支护装置均包括金属网、钢带和高强锚杆，金属网铺设在巷道顶板、肩角围岩和巷道两帮的表面上，钢带设置在金属网的表面，钢带沿巷道长度方向均匀布置若干条，巷道顶板上的每条钢带均水平设置，巷道两帮上的每条钢带均竖向设置，巷道顶板上的相邻两条钢带分别采用穿过钢带、金属网并伸入到巷道顶板内部的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖同强，李化敏，张兴国，许磊，陈恒光，神文龙，尹士花，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南,41