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专利号: 201710057753X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、分析沿空掘巷位置处的开掘条件;

步骤二、选择巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构,使沿空帮侧的支护密度大于实体煤帮侧的支护密度,使沿空帮侧的支护强度大于实体煤帮侧的支护强度;

步骤三、进行理论计算确定巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构的多种支护参数;

步骤四、对巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构的多种支护参数均进行数值模拟,基于相邻工作面采空区上覆岩层侧向破断、调整阶段侧向支承压力的分布特征、围岩破坏范围和支护体受力状况,分析不同支护参数下巷道围岩变形量及沿空帮窄煤柱的稳定性;

步骤五、选取围岩变形量较小、沿空帮窄煤柱稳定性较好的支护参数,作为巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构的初始支护参数;

步骤六、依据巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构,并依据巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构的初始支护参数,在沿空掘巷位置处进行试验段巷道的施工;

步骤七、试验段巷道布置巷道表面位移监测站、顶板离层监测站、锚杆受力监测站、锚索受力监测站、实体煤侧煤体应力监测站和窄煤柱煤体应力监测站,各监测站记录监测数据,依据监测数据绘制表面位移曲线、离层量变化曲线、锚杆受力监测曲线、锚索受力监测曲线和煤体应力分布曲线;

步骤八、根据表面位移曲线、离层量变化曲线、锚杆受力监测曲线、锚索受力监测曲线和煤体应力分布曲线修正初始支护参数而形成符合深部不稳定覆岩下沿空掘巷的支护参数。

2.根据权利要求1所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:步骤一中,开掘条件包括沿空掘巷位置处的地质条件、沿空掘巷位置处的支护条件、沿空掘巷位置处围岩结构的非对称特征条件、相邻工作面开采与沿空掘巷开掘之间的时间间隔条件和沿空掘巷位置处尚未稳定的上覆岩层运动对沿空掘巷巷道围岩变形破坏影响程度条件。

3.根据权利要求1所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:步骤二中,巷道顶板支护结构包括钢筋网、W钢带、高强预应力锚杆、由锚索和钢梁组成的锚索钢梁组合体,钢筋网紧贴巷道顶板,W钢带布置于钢筋网的外侧,多根高强预应力锚杆垂直穿过W钢带、钢筋网,高强预应力锚杆的锚固端连接于巷道顶板中,钢梁的两端开设有锚索孔,锚索穿过锚索孔、钢筋网,锚索的锚固端连接于巷道顶板上部相对较稳定岩层中并且锚索的锚固端向巷道实体煤帮侧偏向;巷道两帮非均称支护结构能够实现有控让压,巷道两帮非均称支护结构包括沿空帮支护结构和实体煤帮支护结构;沿空帮支护结构包括钢筋网、W钢带、高强预应力让压锚杆、由锚索和钢梁组成的注浆锚索钢梁组合体,钢筋网紧贴巷道沿空帮,W钢带布置于钢筋网的外侧,多根高强预应力让压锚杆垂直穿过W钢带、钢筋网,高强预应力让压锚杆的锚固端连接于巷道沿空帮中,钢梁的两端开设有锚索孔,注浆锚索穿过锚索孔、钢筋网,注浆锚索的锚固端连接于巷道沿空帮中;实体煤帮支护结构包括钢筋网、钢筋梁与钢带托盘组件、高强预应力让压锚杆、由锚索和钢梁组成的锚索钢梁组合体,钢筋网紧贴巷道实体煤帮,钢筋梁与钢带托盘组件布置于钢筋网的外侧,多根高强预应力让压锚杆垂直穿过钢筋梁与钢带托盘组件、钢筋网,高强预应力让压锚杆的锚固端连接于巷道实体煤帮中,钢梁的两端开设有锚索孔,锚索穿过锚索孔、钢筋网,锚索的锚固端连接于巷道实体煤帮中。

4.根据权利要求3所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:步骤三中,进行理论计算确定巷道顶板支护结构和巷道两帮非均称支护结构中锚杆、锚索的支护参数,锚杆的支护参数包括锚杆的直径、锚杆的长度、锚杆的强度、锚杆的支护密度、锚杆的预紧力,锚索的支护参数包括锚索的直径、锚索的长度、锚索的强度、锚索的支护密度、锚索的预紧力、锚索的锚固段的位置。

5.根据权利要求3所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:巷道顶板支护结构,还包括帮角锚杆,帮角锚杆的锚固端布置于巷道顶板和巷道底板中。

6.根据权利要求3所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:巷道顶板支护结构中,多根高强预应力锚杆形成一排高强预应力锚杆,每隔一排高强预应力锚杆布置一根锚索。

7.根据权利要求6所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:锚索交替靠近巷道的中部及巷道沿空帮侧,锚索钢梁组合体沿巷道延伸的方向布置。

8.根据权利要求3所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:沿空帮支护结构中,多根高强预应力让压锚杆形成一排高强预应力让压锚杆,每隔两排高强预应力让压锚杆布置注浆锚索钢梁组合体;实体煤帮支护结构中,多根高强预应力让压锚杆形成一排高强预应力让压锚杆,每隔两排高强预应力让压锚杆布置锚索钢梁组合体。

9.根据权利要求3所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:沿空帮支护结构中,注浆锚索的长度为煤柱宽度的3/5。

10.根据权利要求3所述的深部不稳定覆岩下沿空掘巷非均称支护设计方法,其特征在于:实体煤帮支护结构中,锚索锚固端要位于相邻工作面侧向支承压力峰值附近或峰值外侧。