一种煤矿大断面开切眼一次成巷方法技术

本发明专利技术属于煤矿地下工程中的大断面开切眼一次成巷的一种施工方法，该方法主要包括：大断面切眼围岩质量评价、一次成巷工程类比、围岩稳定机理分析方法、支护结构、施工工艺及设备、补强支护和现场监测。发明专利技术的特征在于：通过围岩质量评价、工程类比、围岩机理分析等前期工程环境研判的基础上设计大断面切眼的支护结构及相关参数，施工大断面切眼，在施工期间对大断面切眼的围岩变形和支护结构受力现场监测，再监测数据调整施工方案。本发明专利技术能从工时、材料和安全改变目前大断面开切眼施工存在的不足，以提高大断面开切眼施工效率和降低工程成本，以保证开切眼工程安全高效施工。以保证开切眼工程安全高效施工。以保证开切眼工程安全高效施工。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿大断面开切眼一次成巷方法


[0001]本专利技术属于地下工程施工领域，采用施工工艺优化，提高大断面开切眼施工效率和降低工程成本的问题，以保证开切眼工程安全高效施工。

技术介绍

[0002]煤矿的综采工作面开切眼的使用时间短、宽度大，其用于安装综采设备。开切眼施工通常采用分断面掘进成巷后二次扩巷,即初次成巷和二次扩巷，如专利(201510318210.X)公开了一种三软岩层切眼大断面施工及其支护方法，该方法采用切眼大断面二次扩刷施工；专利(201711174321.3)公开了一种大断面切眼施工及其支护方法，该方法采用初次小断面施工、拉底、不强支护、二次扩帮、拉底和辅助支护等步骤，并提供了支护方法和参数；专利 (201110355928.8)公开了一种大断面切眼分次成巷安全快速掘进方法，该方法采用大断面切眼分次扩刷施工；该工艺存在的缺陷：1)分断面成巷需要对二次扩巷巷帮进行支护，增加了工序，延长了工期；2)巷道顶板二次扩巷时挠动了巷道周围已形的应力分布，使开切眼顶板经受了二次应力的重新分布，顶板下沉、离层量大；3)二次扩巷施工工艺复杂，工期长，效率低。
[0003]大断面开切眼一次成巷开挖空间较大，但及时支护可避免围岩受到二次开挖扰动的破坏，有利于大断面开切眼稳定。一次成巷施工工艺简单，生产易于组织协调，能很好发挥人力效率，同时又减少了劳动工序，工人劳动强度大幅降低；缺点是巷道一次施工形成大跨度断面，如何保持巷道围岩稳定成为难点，需采用合理有效的实施方案以减少安全隐患。

技术实现思路

[0004]为改变大断面开切眼一次成巷存在的工程问题和现有技术措施和方法所存在的不足，本专利技术在于提供一种煤矿大断面开切眼一次成巷方法。通过对大断面开切眼工程条件的前期分析、施工工艺优化及现场观测，实现大断面开切眼工程安全高效施工。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种煤矿大断面开切眼一次成巷方法，包括大断面切眼围岩质量评价、一次成巷工程类比、围岩稳定机理分析方法、支护结构、施工工艺及设备、补强支护和现场监测；
[0007]大断面切眼围岩质量评价包括两个方面：(1)岩样力学测定，包括：单轴压缩强度和抗拉强度；(2)切眼的围岩煤岩地质力学参数评估，包括：BQ岩体质量评价和RQD岩体质量评价。
[0008]大断面切眼一次成巷的工程类比相似性包括：(1)地质条件的相似性；(2)工程围岩强度条件相似；(3)工程条件的相似性；(4)施工工艺相似。
[0009]大断面切眼围岩稳定机理分析包括：大断面切眼一次成巷作业方式对围岩控制的影响研究，大断面切眼交替掘进围岩变形规律、应力时空演化规律、以及巷道围岩损伤破坏机理，分析围岩控制效果。
[0010]大断面开切眼一次成巷施工工艺及设备包括：(1)施工工艺：两次交替掘进，一次
成巷，交接班
→
安全质量检查、设备检查
→
开机截割(首次掘进段面)
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敲帮问顶
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临时支护、安装防片帮网
→
顶部永久支护
→
开机截割(二次掘进段面)
→
敲帮问顶
→
临时支护、安装防片帮网
→
顶部永久支护
→
帮部永久支护；(2)装岩方式：掘进施工中采用综掘机装货、皮带机出煤(矸)；(3)打眼机具：岩石使用Z7665气腿式凿岩机配合φ22
×
2000mm六棱钻杆及φ 43mm一字型钻头；煤巷使用MQS
‑
50/1.6型气动手持式钻机，配合麻花钻杆、人字φ43mm风煤钻头打眼；顶部锚杆采用MQT
‑
130/3.2型锚杆钻机配合φ19
×
1.2m六棱接杆钻杆、φ32mm 二翼复合片锚杆钻头；施工锚索时使用φ32mm二翼复合片锚杆钻头。后路帮部锚杆采用 ZQS
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65/2.5型气动手持式钻机、φ26
×
1.2/2.5m湿式麻花钻杆及φ28mm湿式麻花钻头；(4) 运输方式：综掘机
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切眼(链板机)
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风巷(皮带机)
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车场集中巷(皮带机)
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车场煤仓
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辅助运输上山(皮带机)
→
运输大巷(皮带机)
→
主运石门(皮带机)
→
主井煤仓
→
地面。
[0011]大断面开切眼一次成巷支护结构包括：(1)临时支护选用机载临时支护；(2)支护方式采用锚带网索联合支护，其中顶板和帮部(老塘侧)采用左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，帮部 (开采侧)采用玻璃钢锚杆，均采用钢带+金属编织网护表；(3)锚索采用钢绞线，正中矩形布置，巷中3根锚索间距800mm，顶板锚索长度不小于7m，有效锚固长度不小于1.5m。
[0012]大断面开切眼的补强支护采用滞后迎头30m沿巷中布置一排单元式支架，间距5m，初撑力不低于24MPa。
[0013]大断面开切眼一次成巷施工效果的现场监测包括：(1)表面收敛观测采用三角法，共计 6条测线，用于分析顶板、左帮、右帮和底板的累计位移量；(2)深部多点位移监测采用4 基点，分别监测锚索锚固区域、锚杆锚固区域和施工影响区之间的相对位移量；(3)支护结构受力监测采用锚杆(索)测力计，监测锚杆(索)轴力的变化；(4)钻孔窥视观察围岩控制范围内开挖扰动的次生裂隙发育情况；(5)单元支架受力监测验证围岩控制效果。
[0014]本专利技术的有益技术效果在于：
①
从工时利用上，两次交替掘进、一次成巷比两次掘进成巷的方案节省了时间；
②
从材料使用上，与两次成巷相比，节约了1个帮的支护材料；
③
从安全角度考虑，与两次成巷相比，不仅避免了切眼顶板受二次掘进的影响，而且减少了空顶时间。
附图说明
[0015]图1导硐扩帮交替作业循环示意图(方案一支护设计图)
[0016]图2浅导硐扩帮交替作业循环示意图(方案二支护设计图)
[0017]图3导硐扩帮交叉作业示意图(方案三支护设计图)
[0018]图4支护断面示意图(支护断面图)
具体实施方式
[0019]1.岩样物理力学测定及岩层质量评价
[0020]按《煤和岩石物理力学性质测定的采样一般规定》对工程顶板取芯，遵照《煤和岩石物理力学性质测定方法》对岩样试件加工，并测定的单轴压缩强度，表1。
[0021]表1岩石单轴压缩及变形试验结果
[0022][0023](1)BQ岩体质量评价
[0024]根据我国工程岩体分级标准(GB50218
‑
94)，见表2，结合实验室测试的煤岩力学参数，公式如1所示。
[0025]BQ＝90+3R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿大断面开切眼一次成巷方法，其特征在于：包括大断面切眼围岩质量评价、一次成巷工程类比、围岩稳定机理分析方法、支护结构、施工工艺及设备、补强支护和现场监测。2.根据权利要求1所述的大断面切眼围岩质量评价，其特征在于：(1)岩样力学测定，包括：单轴压缩强度和抗拉强度；(2)切眼的围岩煤岩地质力学参数评估，包括：BQ岩体质量评价和RQD岩体质量评价。3.根据权利要求1所述的大断面切眼一次成巷工程类比，其特征在于：(1)地质条件的相似性；(2)工程围岩强度条件相似；(3)工程条件的相似性；(4)施工工艺相似。4.根据权利要求1所述的大断面切眼围岩稳定机理分析方法，其特征在于：大断面切眼一次成巷作业方式对围岩控制的影响研究，大断面切眼交替掘进围岩变形规律、应力时空演化规律、以及巷道围岩损伤破坏机理，分析围岩控制效果。5.根据权利要求1所述的大断面开切眼一次成巷施工工艺及设备，其特征在于：(1)施工工艺：两次交替掘进，一次成巷，交接班
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安全质量检查、设备检查
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开机截割(首次掘进段面)
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敲帮问顶
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临时支护、安装防片帮网
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顶部永久支护
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开机截割(二次掘进段面)
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敲帮问顶
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临时支护、安装防片帮网
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顶部永久支护
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帮部永久支护；(2)装岩方式：掘进施工中采用综掘机装货、皮带机出煤(矸)；(3)打眼机具：岩石使用Z7665气腿式凿岩机配合φ22
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2000mm六棱钻杆及φ43mm一字型钻头；煤巷使用MQS
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50/1.6型气动手持式钻机，配合麻花钻杆、人字φ43mm风煤钻头打眼；顶部锚杆采用MQT
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘增辉，冯英华，王贵虎，王帅帅，孙梦迪，黄凯，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：