一种井下巷道支护装置及支护方法

技术领域

本发明涉及井下巷道支护领域，更具体地说，涉及一种井下巷道支护装置及支护方法。

背景技术

井下巷道的顶板包括易垮落层和坚固层。易垮落层与坚固层的交界部位容易发生错位分离，从而导致易垮落层下沉，因此需要采用支护装置来对易垮落层进行支护，以防止易垮落层下沉。常规的支护方式是通过锚杆来进行支护。锚杆支护的具体操作是垂直于巷道顶部的易垮落层的进行钻孔，之后在锚孔中插入锚杆、注入锚固剂，锚杆外露端头通过锁具固定在易垮落层的表面上，利用锚杆的抗拉力来对抗易垮落层下沉。

但是，在支护的过程中，锚杆出现断裂的情况时有发生。为此，本领域技术人员会选择抗拉能力较优的锚杆。但是，无论锚杆的抗拉能力有多高，依然无法改善锚杆容易出现断裂的问题。

发明内容

本发明的目的是改善锚固支护出现断裂的问题，从而确保锚固支护的完整性和有效性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种井下巷道支护装置，包括：

锚孔，所述锚孔为弧形，所述锚孔嵌设于围岩中，所述锚孔的两个孔口开设在易垮落层的表面上；

贯穿设置于所述锚孔内的锚索；

填充于所述锚孔内的锚固剂，所述锚固剂充满所述锚孔。

优选地，所述锚孔为半圆形。

优选地，所述锚孔的最高点越过所述易垮落层和坚固层的交界部位。

优选地，所述锚索的端部通过锁具锁紧在所述易垮落层的表面上。

优选地，沿着巷道，所述锚孔成排布置。

优选地，在相邻两排所述锚孔中，其中一排包括并排设置的两个所述锚孔，另一排包括一个锚孔，该一个锚孔与两个所述锚孔错位设置。

本发明还公开了一种井下巷道支护方法，包括如下步骤：

S1：采用钻机在易垮落层内钻出弧形的锚孔；

S2：将锚索穿设在所述锚孔中；

S3：向所述锚孔中注满锚固剂，并通过锁具将所述锚索的第一端和第二端紧固在所述易垮落层的表面上。

优选地，所述步骤S3具体包括：

S31：利用锚固剂将所述锚索的第一端固定在所述锚孔内，并通过锁具将所述锚索的第一端紧固在所述易垮落层的表面上；

S32：将注浆机的注浆管从所述锚索的第二端所在的孔口插入到所述锚孔内，且所述注浆管的管口越过所述锚孔的最高点；

S33：通过所述注浆管向所述锚孔内注入液态的锚固剂；

S34：判断所述锚索的第二端所在的孔口是否有锚固剂溢出，若是，那么进入步骤S35；

S35：停止向所述锚孔内注入锚固剂；

S36：通过锁具将所述锚索的第二端紧固在所述易垮落层的表面上。

优选地，向所述锚孔注入锚固剂之前事先根据所述锚孔的体积以及所述锚索的体积计算得出注入锚固剂的预设量，若在注入量小于所述预设量时出现锚固剂溢出，那么调整注入锚固剂的注浆压力。

优选地，在所述步骤S1之前还包括将牵引绳的一端紧固在所述钻机的钻杆的后部；

所述步骤S2具体包括：在所述钻杆从钻出侧拔出后，将牵引绳从所述钻杆上卸下，之后在牵引绳的另一端紧固上所述锚索，通过所述牵引绳的牵引作用使所述锚索穿设在所述锚孔中。

从上述技术方案可以看出，本发明采用了锚索进行锚固支护，锚索不仅具有抗拉力，而且具有优良的抗剪力。在易垮落层和坚固层发生错位产生剪力时，锚索能够抵抗该剪力，从而确保支护装置的完整性和有效性。另外，本发明中的锚孔为弧形，那么也就是锚索成弧形布置，从而形成弧形锚固支护。本领域技术人员可以理解的是，在地壳的运转过程中易垮落层和坚固层的交界部很可能会出现褶皱，褶皱处容易发生斜向错位，而斜向错位会产生剪力。褶皱通常为不规则分布，也就是剪力的方向不固定。本发明中成弧形布置的锚固支护能够对不同方向的剪力产生有效抵抗，即本发明中的弧形锚固支护能够适应易垮落层与坚固层的交界部位复杂的剪力分布情况，从而对易垮落层形成有效支护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例提供的弧形锚固支护的剖面图；

图2为本发明一具体实施例提供的锚索承受不同剪力的示意图；

图3为本发明一具体实施例提供的井下巷道支护装置的主视图；

图4为本发明一具体实施例提供的井下巷道支护装置的顶视图。

其中，1为锚孔、2为锚索、3为易垮落层、4为锁具、5为孔口、6为坚固层。

具体实施方式

本发明公开了一种井下巷道支护装置，该支护装置能够抵抗易垮落层与坚固层的交界部位的剪力和拉力，从而确保支护装置的完整性和有效性。本发明还公开了一种井下巷道支护方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

利用锚杆对井下巷道进行支护时，申请人发现无论用抗拉能力多么强的锚杆，锚杆在支护作业的过程中依然会出现断裂的现象，且断裂处为整齐的断面。经过深入研究，申请人发现引起锚杆断裂的力并非为拉力，而是易垮落层3与坚固层6的交界部位发生斜向错位后形成的剪力。虽然锚杆具有较强的抗拉能力，但是并不具备较强的抗剪能力。在交界部位发生错位形成剪力时，锚杆就会发生断裂。对于一些锚杆和锚索共同支护的支护装置，虽然锚索具有抗剪力，但是锚杆会先于锚索来抵抗剪力，因此锚杆依然会发生断裂。基于该发现，申请人创造性地设计出了本发明中的井下巷道支护装置。

请参考附图1和附图2，本发明中的井下巷道支护装置包括：锚孔1、锚索2以及锚固剂。本发明中的锚孔1的形状较特殊，为弧形。锚孔1嵌设在围岩中。锚孔1的两个孔口5开设在易垮落层3的表面上。锚索2贯穿设置在锚孔1中。锚孔1填充有锚固剂，锚固剂将锚索2粘接在锚孔1的内壁上。并且，锚固剂充满了整个锚孔1，即本发明中的支护为全断面锚固支护。全断面锚固支护的作用是：一段被破坏后，其它部分仍能够保持抗拉、抗剪能力。

本发明采用了锚索2进行锚固支护，锚索2不仅具有抗拉力，而且具有优良的抗剪力。在交界部位发生斜向错位产生剪力时，锚索2能够抵抗该剪力，从而确保支护装置的完整性和有效性。另外，本发明中的锚孔1为弧形，那么也就是锚索2成弧形布置，从而形成弧形锚固支护。本领域技术人员可以理解的是，在地壳的运转过程中易垮落层和坚固层6的交界部位很可能会出现褶皱，褶皱处易发生斜向错位从而产生剪力。褶皱通常为不规则分布，也就是剪力的方向不固定。本发明中成弧形布置的锚固支护能够对不同方向剪力产生有效抵抗，即本发明中的弧形锚固支护能够适应交界部位复杂的剪力的分布情况，对易垮落层形成有效支护。请参考附图3，在附图3中示意出了锚索2承受F1-F7剪力的示意图。

本发明进一步将锚孔1的形状优化为半圆形状。半圆形状的锚固支护能够抵抗更多方向的剪力。

为了能够使本发明中的支护装置起到较佳的抗拉效果，从而防止易垮落层脱落，本发明限定弧形锚孔1的最高点越过；易垮落层3与坚固层6的交界部位，或者说锚索2的最高点位于交界部位的上方。位于易垮落层3上方的锚索2粘固在坚固层6中，在易垮落层具有下沉趋势时，锚索2会对易垮落层3形成向上拉力作用，从而阻止易垮落层3脱落。

需要说明的是，本发明中的锚索2成半圆形布置，相较于成直线布置的锚索2，本发明中的锚索2的让压能力较小，因此不会允许易垮落层3下沉较大的幅度，从而确保了巷道具有足够的空间。

为了提高锚索2的牢固性，本发明将锚索2的两个端部通过锁具4紧固在易垮落层3的表面上。

请参考附图3和附图4，本发明中弧形锚固支护的分布结构如下：沿着巷道，锚孔1成排布置，或者弧形锚固支护成排布置。每一排设置有一个或者两个、或者多个锚孔1。在较优的具体实施例中，弧形锚固支护按照2-1-2的方式进行布置，即第一排布置两个弧形锚固支护，第二排布置一个弧形锚固支护，第三排布置两个弧形锚固支护，依此类推。并且，布置一个弧形锚固支护的，该弧形锚固支护位于前排或者后排的两个弧形锚固支护的中间位置，或者说与前排或者后排的两个弧形锚固支护相互错开。如此，不仅确保了沿着巷道的宽度方向形成全覆盖支护，而且极大地减小了支护数量，提高了作业效率。

需要说明的是，在现有技术采用锚杆支护的方案中，每排的锚杆布置较密集，每排需要钻多个孔，而在本发明中，在每排最多钻两个弧形锚孔1，从而极大地减小了钻孔数量。

本发明还公开了一种井下巷道支护方法，包括如下步骤：

S1：采用钻机在易垮落层3钻出弧形的锚孔1。本发明采用定向圆弧钻机进行钻孔。

S2：将锚索2穿设在锚孔1中。

关于穿设锚索2的方法，本发明具体采用如下方案：

在钻孔之前将牵引绳的一端紧固在钻机的钻杆的后部，之后开始钻孔，在钻孔完毕，钻杆从钻出侧拔出后，将牵引绳从钻杆上卸下，之后在牵引绳的另一端紧固上锚索2，通过牵引绳的牵引作用使锚索2穿设在锚孔1中。

接下来进入步骤S3：向锚孔1中注满锚固剂，并通过锁具4将锚索2的第一端和第二端紧固在顶板上。具体的注入步骤如下：

S31：利用锚固剂将锚索2的第一端固定在锚孔1内，并通过锁具4将锚索2的第一端紧固在易垮落层3的表面上。

S32：将注浆机的注浆管从锚索2的第二端所在的孔口5插入到锚孔1内，且确保注浆管的管口越过锚孔1的最高点。

S33：通过注浆管向锚孔1内注入液态的锚固剂。

本发明中的注入方式为反流注入方式。如果规定锚索2的第一端所在的一侧为锚孔1的第一侧，锚索2的第二端所在的一侧为锚孔1的第二侧，那么注浆管从第二侧进入，之后向锚孔1的第一侧注入锚固剂。锚固剂在第一侧中逐渐上升，之后溢入到锚孔1的第二侧。接下来进入步骤S34。

S34：判断锚索2的第二端所在的孔口5是否有锚固剂溢出，若是，那么进入步骤S35。

S35：停止向锚孔1内注入锚固剂，如果锚索2的第二端所在的孔口5有锚固剂溢出，说明锚孔1内已经充满了锚固剂。

S36：通过锁具4将锚索2的第二端紧固在易垮落层的表面上。

需要说明的是，在向锚孔1注入锚固剂时，可能会由于注浆压力过大而出现锚固剂溢出。那么如何判断锚固剂的溢出是因为已注满还是因为注浆压力过大。为此，本发明采用如下方法解决：向锚孔1注入锚固剂之前事先根据锚孔1的体积以及锚索2的体积计算得出注入锚固剂的预设量，若在注入量小于预设量时出现锚固剂溢出，那么说明注浆压力过大，那么就要调整注入锚固剂的注浆压力。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。