急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法及装置制造方法及图纸

一种急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法及装置，尤其适用于控制急倾斜煤层巷道非对称变形破坏的巷道围岩控制领域。将锚环套与锚爪套布置在注浆锚索出浆口两侧，形成固定长度的封闭钻孔空间，通过调整出浆口与锚环套、锚爪套的位置完成特定围岩裂隙区域的精准注浆加固。围岩裂隙区域的精准注浆提高围岩完整性、增强锚固结构承载性能的同时，注浆锚索仍保留有一定长度的自由段存在，保留注浆锚索的缓冲让压特性。该注浆锚索定长注的锚固装置结构简单、操作方便、成本低廉，辅以非对称控制方法，即依据巷道围岩变形破坏程度差异化设计支护参数用以控制非对称变形破坏的方法，对急倾斜煤层巷道围岩裂隙区域进行精准注浆加固，可实现急倾斜煤层巷道非对称变形破坏的有效控制。

【技术实现步骤摘要】
急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法及装置
本专利技术涉及一种急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法及装置，尤其适用于控制急倾斜煤层巷道非对称变形破坏的巷道围岩控制领域。
技术介绍
煤层倾角超过45°以上的煤层是国际公认的难采煤层。由于急倾斜煤层巷道顶板、巷帮与底板所处围岩应力与岩性分布有所差别，造成巷道变形与破坏也有明显差别，呈非对称变形破坏的特征，一般的控制技术在该条件下适应性较差，控制效果不佳。专利CN103291334B提出了一种用于急倾斜煤层的柔性支护装置，其本质是用于急倾斜巷道的液压可缩支架，属于被动防护控制，这种支护成本较高，效率低下，且工人劳动强度极大；专利CN109372559A专利技术了一种急倾斜煤层巷道支护装置及其支护方法，采取U型钢支架开孔，锚索与U型钢支架固定连接，属于主被动联合控制技术，这种控制方法可有效控制巷道的变形，同样面临支护工艺复杂，效率低下的问题，并且没有解决非对称变形破坏的问题；专利CN103899333B提出了一种急倾斜煤层巷道的支护方法，即在底板支护后采取回填处理，巷道偏压侧锚杆支护做加密处理，有效控制了底板的变形。值得说明的是，急倾斜煤层巷道围岩变形和破坏具有非对称性，围岩内部裂隙扩展、离层发育以及重力沿层理方向作用力增大易引起岩体沿层面滑移，使得急倾斜煤层巷道围岩完整性难以保证，垮冒风险加剧。棚式支护属于“护表”，不能主动加固围岩，只起外在支撑作用；端锚与加长锚，能抑制离层裂隙进一步发育，但对支护前已发育的离层裂隙束手无策；全长锚注既能抑制离层裂隙进一步发育，又能修补离层裂隙提高围岩完整性，但其存在封孔工艺复杂、易跑、漏浆等问题，且全长锚注后，锚杆索不再存在自由段，剥夺了主动支护的协调变形让压能力。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是克服已有技术中的不足，提供一种结构简单、操作方便、成本低廉的急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法及装置。技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术的一种急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法，首先对巷道周围的急倾斜煤层、急倾斜岩层中开挖的巷道进行裂隙发育情况的窥视，根据窥视数据对巷道周围的裂隙发育进行建模，从而划定出巷道围岩裂隙区范围，然后在巷道围岩裂隙区范围中利用分界线分为大裂隙区和小裂隙区，根据大裂隙区和小裂隙区的不同裂隙区支护要求来确定支护所需要使用的注浆锚索定长注的锚固装置长度，并根据各个不同的大裂隙区和小裂隙区的裂隙状态在注浆锚索定长注的锚固装置上设置适合位置的出浆口，在出浆口前后位置的锚固装置与钻孔孔壁之间设置注浆防漏装置，从而使注浆时浆液只在注浆防漏装置之间的钻孔段，即为注浆端，并实现利用注浆锚索定长注的锚固装置注浆时只在钻孔存在裂隙的区域注浆，其它钻孔段不注浆，最终实现注浆锚索定长注的锚固装置对巷道围岩裂隙区范围进行合适密度的定长注浆支护。具体如下：a利用钻孔窥视仪探测新掘巷道的围岩裂隙发育位置、范围及裂隙扩展深度，划定巷道围岩裂隙区范围，根据裂隙扩展深度、发育数量确在巷道围岩裂隙区范围内利用分界线将裂隙发育数量更多、范围更广扩展更深的一侧划分为大裂隙区，反之为小裂隙区，其中大裂隙区裂隙扩展深度L1，小裂隙区裂隙扩展深度L2；大裂隙区裂隙扩展深度L1明显大于小裂隙区裂隙扩展深度L2，大裂隙区裂隙发育数量明显大于小裂隙区裂隙发育数量；b利用公式分别计算大裂隙区所需要的注浆锚索长度L3＝L1+2m，小裂隙区所需要的注浆锚索长度L4＝L2+2m，其中大裂隙区支护密度是小裂隙区的1.2～1.5倍。c根据围岩大裂隙区裂隙扩展深度L1、小裂隙区裂隙扩展深度L2及围岩裂隙发育范围，制作出浆口位于裂隙发育范围正中位置的注浆锚索定长注的锚固装置，然后调节设置在出浆口前后端的注浆防漏装置位置，注浆防漏装置包括设置在出浆口前端的锚环套和设置在出浆口后端的锚爪套，锚环套和锚爪套之间的距离即为注浆长度，其中大裂隙区的注浆长度L5＝L1+0.5m，小裂隙区的注浆长度L6＝L2+0.3m；d施工注浆锚索钻孔，钻孔直径为26～28mm，依次放入锚固剂、注浆锚索定长注的锚固装置，利用锚杆钻机安装注浆锚索定长注的锚固装置，在大裂隙区安装对应注浆锚索定长注的锚固装置时的预拉力张拉到200kN，在小裂隙区安装的注浆锚索定长注的锚固装置的预拉力张拉到150kN；e滞后巷道掘进工作面20～50m后，利用注浆泵连接注浆锚索的进浆管实施注浆，待注浆完毕后用封口螺母旋入注浆锚索进浆管，以此完成对煤巷围岩特定裂隙区域的定长注浆加固。一种急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法的注浆锚索定长注的锚固装置，包括注浆锚索杆体，注浆锚索杆体的尾部设有托盘和锁具，注浆锚索杆体上对应需要注浆处开有出浆口，出浆口的前后端在注浆锚索杆体上设有注浆防漏装置，所述注浆防漏装置包括设置在出浆口前端的锚环套以及设置在出浆口后端的锚爪套，锚环套与锚爪套形成固定长度的封闭钻孔空间，即封孔段，注浆锚索杆体内设有与注浆孔连通的进浆管，进浆管的尾端设有封口螺母；所述的锚环套包括分体锥形锚环、内锥形环套及缠绕钢丝，分体锥形锚环为上下两半拼合而成，所述的分体锥形锚环外圆锥面与内锥形环套内圆锥面相贴合，分体锥形锚环由对称两个构件构成，分体锥形锚环在内锥形环套的前端设有内凹槽，内凹槽内设有缠绕钢丝从而固定两个构件，安装时内锥形环套的大环侧朝向托盘设置在注浆锚索杆体上。所述的锚环套的分体锥形锚环大环外径为27～29mm，分体锥形锚环小环外径为20～22mm，分体锥形锚环长度为18～22mm，所述的锚环套的内凹槽槽深2～3mm，内凹槽截面为圆弧形。所述的分体锥形锚环内环设置锯齿状螺纹，锯齿状螺纹外径为19～21mm，锯齿状螺纹内径为18～20mm，所述的锯齿状螺纹内径与外径之间的孔隙填充环氧树脂软胶。所述的内锥形环套直径为28～30mm，内锥形环套的橡胶套截面为椭圆形，橡胶套与锥形环为胶粘结。所述的锚爪套包括四根弧形钢丝、喇叭状橡胶套和环形钢套，其中四根弧形钢丝围绕环形钢套设置，喇叭状橡胶套套在四根弧形钢丝上形成喇叭口结构，所述的弧形钢丝强度为1500～1860MPa并具有弹性，所述的喇叭状橡胶套最大直径为30～32mm，长度为30～40mm，安装时锚爪套橡胶套侧朝向托盘设置。所述的锚爪套的环形钢套包括胶粘一起的钢圆环和橡胶圆环，所述的弧形钢丝和喇叭状橡胶套共同固定于钢圆环和橡胶圆环之间。锚环套和锚爪套之间为注浆段，注浆段长度为500～2500mm，所述的注浆锚索直径为20～26mm。有益效果：本专利技术能够克服注浆锚索全长锚固缓冲让压性能较弱的弊端，实现围岩裂隙区域的精准注浆，提高围岩完整性、增强锚固结构承载性能，辅以非对称控制方法，可实现急倾斜煤层巷道非对称变形破坏的有效控制。具有如下优点：1)实现精准注浆：通过钻孔窥视探测确定围岩裂隙区域，利用本专利技术中锚环套、锚爪套封闭该围岩裂隙区域钻孔空间，并通过滞后注浆实现精准封闭加固，提高围岩完整性、增强锚固结构承载性能。2)保留缓冲让压特性：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法，其特征在于：首先对巷道(3)周围的急倾斜煤层(1)、急倾斜岩层(2)中开挖的巷道(3)进行裂隙(4)发育情况的窥视，根据窥视数据对巷道(3)周围的裂隙(4)发育进行建模，从而划定出巷道围岩裂隙区范围(5)，然后在巷道围岩裂隙区范围(5)中利用分界线(6)分为大裂隙区(8)和小裂隙区(9)，根据大裂隙区(8)和小裂隙区(9)的不同裂隙区支护要求来确定支护所需要使用的注浆锚索定长注的锚固装置(7)长度，并根据各个不同的大裂隙区(8)和小裂隙区(9)的裂隙(4)状态在注浆锚索定长注的锚固装置(7)上设置适合位置的出浆口(17)，在出浆口(17)前后位置的锚固装置(7)与钻孔孔壁之间设置注浆防漏装置，从而使注浆时浆液只在注浆防漏装置之间的钻孔段，即为注浆端(18)，并实现利用注浆锚索定长注的锚固装置(7)注浆时只在钻孔存在裂隙(4)的区域注浆，其它钻孔段不注浆，最终实现注浆锚索定长注的锚固装置(7)对巷道围岩裂隙区范围(5)进行合适密度的定长注浆支护。/n

【技术特征摘要】
1.一种急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法，其特征在于：首先对巷道(3)周围的急倾斜煤层(1)、急倾斜岩层(2)中开挖的巷道(3)进行裂隙(4)发育情况的窥视，根据窥视数据对巷道(3)周围的裂隙(4)发育进行建模，从而划定出巷道围岩裂隙区范围(5)，然后在巷道围岩裂隙区范围(5)中利用分界线(6)分为大裂隙区(8)和小裂隙区(9)，根据大裂隙区(8)和小裂隙区(9)的不同裂隙区支护要求来确定支护所需要使用的注浆锚索定长注的锚固装置(7)长度，并根据各个不同的大裂隙区(8)和小裂隙区(9)的裂隙(4)状态在注浆锚索定长注的锚固装置(7)上设置适合位置的出浆口(17)，在出浆口(17)前后位置的锚固装置(7)与钻孔孔壁之间设置注浆防漏装置，从而使注浆时浆液只在注浆防漏装置之间的钻孔段，即为注浆端(18)，并实现利用注浆锚索定长注的锚固装置(7)注浆时只在钻孔存在裂隙(4)的区域注浆，其它钻孔段不注浆，最终实现注浆锚索定长注的锚固装置(7)对巷道围岩裂隙区范围(5)进行合适密度的定长注浆支护。


2.根据权利要求1所述的急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法，其特征在于步骤具体如下：
a利用钻孔窥视仪探测新掘巷道(3)的围岩裂隙发育位置、范围及裂隙扩展深度，划定巷道围岩裂隙区范围(5)，根据裂隙扩展深度、发育数量确在巷道围岩裂隙区范围(5)内利用分界线(6)将裂隙发育数量更多、范围更广扩展更深的一侧划分为大裂隙区(8)，反之为小裂隙区(9)，其中大裂隙区(8)裂隙扩展深度L1，小裂隙区(9)裂隙扩展深度L2；大裂隙区(8)裂隙扩展深度L1明显大于小裂隙区(9)裂隙扩展深度L2，大裂隙区(8)裂隙发育数量明显大于小裂隙区(9)裂隙发育数量；
b利用公式分别计算大裂隙区(8)所需要的注浆锚索长度L3＝L1+2m，小裂隙区(9)所需要的注浆锚索长度L4＝L2+2m，其中大裂隙区(8)支护密度是小裂隙区(9)的1.2～1.5倍；
c根据围岩大裂隙区(8)裂隙扩展深度L1、小裂隙区(9)裂隙扩展深度L2及围岩裂隙发育范围，制作出浆口(17)位于裂隙发育范围正中位置的注浆锚索定长注的锚固装置(7)，然后调节设置在出浆口(17)前后端的注浆防漏装置位置，注浆防漏装置包括设置在出浆口(17)前端的锚环套(2)和设置在出浆口(17)后端的锚爪套(3)，锚环套(2)和锚爪套(3)之间的距离即为注浆长度，其中大裂隙区(8)的注浆长度L5＝L1+0.5m，小裂隙区(9)的注浆长度L6＝L2+0.3m；
d施工注浆锚索钻孔，钻孔直径为26～28mm，依次放入锚固剂、注浆锚索定长注的锚固装置(7)，利用锚杆钻机安装注浆锚索定长注的锚固装置(7)，在大裂隙区(8)安装对应注浆锚索定长注的锚固装置(7)时的预拉力张拉到200kN，在小裂隙区(9)安装的注浆锚索定长注的锚固装置(7)的预拉力张拉到150kN；
e滞后巷道掘进工作面20～50m后，利用注浆泵连接注浆锚索的进浆管(15)实施注浆，待注浆完毕后用封口螺母(16)旋入注浆锚索进浆管(15)，以此完成对煤巷围岩特定裂隙区域的定长注浆加固。


3.一种适用于权利要求1所述急倾斜煤层巷道定长注的非对称控制方法的注浆锚索定长注的锚固装置，其特征在于：包括注浆锚索杆体(10)，注浆锚索杆体(10)的尾部设有托盘(13)和锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢正正，张农，王金，董太华，康虹，冯军成，廖孝东，
申请(专利权)人：中国矿业大学，四川广旺能源发展集团有限责任公司赵家坝煤矿，
类型：发明
国别省市：江苏;32