一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法


[0001]本专利技术涉及掘进
，特别是一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法。

技术介绍

[0002]对于位于特厚煤层的掘进工作面，其直接顶、基本顶岩性为粉砂岩、细砂岩、中粗砂岩、含砾粗砂岩，岩石普氏系数7，相对坚硬，工作面断面一般为矩形断面，现有的掘进的技术采用综掘施工工艺，支护形式采用锚网索式，组织方式为“三八制”，在掘进期间经常出现响煤炮现象，对职工造成较大心里阴影；同时顶帮落煤，煤层层理和节理发育，弹出小煤块，给作业人员正常作业造成麻烦，严重制约矿井安全生产，成为高效快速掘进的瓶颈；另外，在掘进期间还易出现炸顶炸帮现象，导致巷道顶帮成型差，且局部片帮深度超过600mm，进而导致巷道成型差，这严重影响掘进工作面安全生产标准化标准的提升，考虑到瓦斯治理周期以及人员生产组织等因素，选择两个掘进工作面的交替施工，基于上述存在的弊端，如何实现高效快速掘进，达到两个工作面掘进时间匹配，成为难题；为此，提供一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，保障安全前提下巷道快速高效掘进，为类似地质条件矿区提供了理论参考和技术指导。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种煤层弹性势能超前释放协同超前支护快速掘进方法，通过实现煤层弹性势能超前释放以及选择合理的支护方案两者协同作用，来减少炸顶炸帮现象发生，保障安全前提下巷道快速高效掘进。
[0004]技术方案：为实现上述目的，本专利技术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，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，具体包括以下步骤：
[0005]步骤Ⅰ，超前卸压钻孔位置确定：在迎面墙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；
[0006]步骤Ⅱ，超前卸压孔设计：首先通过在煤层的顶板进行钻孔，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；
[0007]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，所述超前支护锚杆由所述迎面墙与所述顶板的夹角处伸入煤体中，且所述超前支护锚杆与顶板夹角控制在20
°
～30
°
；
[0008]同时在巷道两帮及顶板位置阵列布设若干锚杆，每根锚杆的压应力区相互靠近连为一体，形成整体支护结构，顶板在巷道中心线两侧对称设置有两列顶板锚索。
[0009]进一步地，在迎面墙上对应巷道断面肩窝处，由上至下竖向排列设置有四个超前卸压孔：a1、a2、a3、a4，所述a1、a2、a3、a4的钻孔位置等距排列设置，其中，a1以仰角15
°
延伸设置，a2、a3、a4均以仰角3
°
延伸设置。
[0010]进一步地，在迎面墙上对应巷道断面中心线处，由上至下竖向排列设置有两个超前卸压孔：a5、a6，其中a5以仰角10
°
延伸设置，a6垂直于迎面墙中心位置延伸设置。
[0011]进一步地，巷道的两帮包括回采帮以及煤柱帮，所述回采帮上采用玻璃钢锚杆，所述顶板及煤柱帮上均采用左旋无纵肋螺纹钢锚杆，所有锚杆的钻孔位置均均匀阵列分布于顶板或两帮上，锚杆垂直于巷道内壁方向伸入巷道围岩内部，特别的，位于所述顶板两侧肩窝处的两列锚杆分别向同侧煤帮方向倾斜设置，位于所述煤柱帮上下两端的两列锚杆分别向上下两侧倾斜设置。
[0012]进一步地，所述两列顶板锚索中均等距穿插设置有注浆锚索，每两个所述顶板锚索之间设置有一个所述注浆锚索，所述注浆锚索与两侧顶板锚索等距设置。
[0013]进一步地，所述注浆锚索包括中空钢绞线，所述中空钢绞线伸入顶板注浆预留孔中，所述中空钢绞线在靠近所述顶板注浆预留孔孔口处设置有止浆塞，所述止浆塞堵住顶板注浆预留孔孔口，所述止浆塞外侧设置有托盘，所述托盘支撑于所述顶板注浆预留孔孔口周围的顶板板壁上，所述托盘外侧设置有锁具，所述锁具用于锚紧所述托盘于所述顶板上，所述中空钢绞线最外端设置有丝堵。
[0014]进一步地，所述煤柱帮上设置有若干双向注浆对穿锚索，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：
[0015][0016]进一步地，所述双向注浆对穿锚索也包括中空钢绞线，所述中空钢绞线内设置有内置注浆管，所述注浆管管壁上设置有若干出浆口，所述中空钢绞线两端均依次设置有止浆塞、托盘以及锁具，所述双向注浆对穿锚索的中空钢绞线穿过煤柱帮注浆预留贯穿孔，两端所述止浆塞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，所述锁具用于锚紧所述托盘于煤柱两侧煤壁上。
[0017]进一步地，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，对穿注浆锚索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，二次张拉时将锁具和托盘卡设安装好，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。
[0018]有益效果：本专利技术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，至
少包括以下优点：
[0019](1)巷道掘进施工中，帮部锚索和部分顶部锚索、后巷帮部卸压钻孔不再施工，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，降低了工人成本，缓解了矿井采掘接替的紧迫性，为两个掘进工作面的交替施工，奠定基础。
[0020](2)超前精准卸压后巷道杜绝或减少了炸顶炸帮现象，创造了良好的作业环境，职工施工期间不再因煤炮声而恐慌，同时避免片帮、掉顶伤人的风险。
[0021](3)解决掘进期间炸顶炸帮以及煤柱回采期间变形失稳影响掘进难题，可推广应用于特厚煤层工作面各巷道的安全掘进，同时为类似地质条件矿区提供了理论参考和技术指导，具有一定的实用性和创新性。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
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，
申请(专利权)人：库车县榆树岭煤矿有限责任公司，
类型：发明
国别省市：