一种沿空掘巷窄煤柱加固支护方法

技术领域

本发明属于煤柱加固的技术领域，尤其涉及一种沿空掘巷窄煤柱加固支护方法。

背景技术

在煤矿采掘中，沿空掘巷是指完全沿采空区边缘留设窄煤柱的掘进巷道，具体的说，就是把巷道布置在位于靠近煤柱一侧的低应力场中，便于巷道维护，减少变形量。在沿空掘巷中，煤柱宽度对巷道的维护状况起决定作用，若煤柱过大，一方面，回采巷道布置在压力增高区内，将使巷道压力大，支护困难，另一方面，宽度较大的煤柱必将造成煤炭资源的浪费、煤炭资源采出率低；因此在最大限度的提高煤炭资源采出率背景下，留设4～8m宽的窄煤柱作为沿空掘巷与上区段采空区的“隔离墙支护体”。在支承压力的作用下，窄煤柱两侧会发生塑性变形，尤其是靠近采空区一侧变形更为严重。但是，目前煤柱支护的方法主要采用区段煤柱煤壁帮锚杆支护，将其应用在窄煤柱的支护上时会产生煤柱内中心弹性核区小、塑性区大、巷道片帮严重、底臌明显、安全稳定性差等问题，同时不利于后期维护，需要频繁返修，对于窄煤柱支护中出现的持续变形难题，现有技术中缺少相应的有效加固手段。

CN103899342A公开了一种沿空掘巷煤柱锚索对穿加固方法，该方法是在上区段下顺槽内向煤柱打钻孔，在钻孔内安装预置可伸缩式或者可弯曲锚索，并在打钻孔一侧的煤壁上依次喷射混凝土喷层、安装细孔网、安装钢筋网和锚固托盘，锚索外端的锁头固定在锚固托盘上；待下区段上顺槽掘进完成后，在新掘巷道内将钻孔内的预置锚索进行加长，最后施行上述相同的工序，完成锚固工作。该方法需要贯穿煤柱并且需要喷射混凝土和使用可收缩的钢索，且涉及了下一区段的施工。

CN105971640A、CN106050282A公开了一种沿空掘巷窄煤柱的加固方法，该方法首先在上区段回采巷道内向窄煤柱钻入超长水平钻孔和顶、底板倾斜钻孔，超长水平钻孔的长度大于窄煤柱的宽度，在各自钻孔内安装防跑浆袋、水平和倾斜注浆锚杆，在回采巷道一侧构成单侧斜拉锚固系统、单侧横向限帮加固装置和单侧沿掘对拉锚固系统，待下区段待掘巷道开掘后，在下区段沿空掘巷中切断可切削杆，在窄煤柱的另一侧对应位置安装对接短锚杆和斜拉锚固系统及横向限帮加固装置，最后对注浆锚杆注浆，并对各自螺母施加预应力。前述方法涉及了在非水平方向钻孔，且钻孔长度大于煤柱的长度、需要额外安装防跑浆袋注浆锚杆，并且也需要在下一区段施工。

CN107060811A公开了一种巷道间窄煤柱的加固装置，包括窄煤柱、顶板和底板，所述窄煤柱上方固定设有顶板，所述窄煤柱下方固定设有底板，所述窄煤柱包括锚索和护表构件板，所述窄煤柱上开设有锚孔，所述护板构件板固定安装于窄煤柱两侧，且护板构件板上部和下部均设有衔接装置，所述锚索位于所述锚孔内，且锚索贯穿锚孔，所述锚索的两端均延伸至护板构件板上，所述锚索两端均设有固定锁具，所述锚孔为五个，所述窄煤柱上部对称设有两个锚孔，中部设有一个锚孔，下部对称设有两个，所述窄煤柱上设有第一注浆层和第二注浆层，所述第一注浆层位于锚孔内壁上。所述衔接装置包括设有滑动槽的上构件板和设有球形滑块的下构件板，并且上构件板远离滑动槽的一侧设有上橡胶层，下构件板远离球形滑块的一侧设有下橡胶层。护板构件板为高抗压强度的钢板，且护板构件板上设有加强槽，加强槽上设有加强筋。第一注浆层和第二注浆层为水泥浆层和化学固结材料层；第二注浆层为实心层，且第二注浆层两端分别连接第一注浆层中间位置，第一注浆层与所述第二注浆层呈三角型结构。

CN205370610U公开了一种巷道间窄煤柱的加固装置，所述窄煤柱上方设有顶板，下方设有底板，所述加固装置包括锚索和护表构件板，所述窄煤柱上开设有锚孔，所述护表构件板设置于窄煤柱两侧，锚索贯穿锚孔设置，且锚索两端突出于护表构件板，锚索两端加装有鼓形托盘，鼓形托盘通过索具固定。锚孔有五个，分布在煤柱上部两个、中部一个、下部两个；锚索与锚孔之间加注有注浆层，注浆层为水泥浆层或化学固结材料层。

但是，很显然的，上述的技术方案都涉及了贯穿窄煤柱，并且需要涉及鼓形托盘或衔接装置，且对于钻孔的位置有要求。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种沿空掘巷窄煤柱加固支护方法，提高井下回采巷道支护的稳定性尤其是采空区侧窄煤柱的稳定性，借此提高煤炭的采出率，避免煤炭资源的浪费。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种沿空掘巷窄煤柱加固支护方法，包括以下步骤：

S1：首先在回采巷道内，采用坑道钻机或者锚杆钻机向区段窄煤柱钻进水平钻孔和上下对称的顶、底板倾斜钻孔，水平钻孔和顶、底板倾斜钻孔在沿窄煤柱长度方向上依次间隔设置，钻孔完毕后清孔；

S2：在窄煤柱位于区段回采巷道侧的各个顶、底板倾斜钻孔内，分别安装倾斜锚杆，并在倾斜锚杆露出顶、底板的端头上安装斜锚杆锚头，构成单侧斜拉锚固系统；

S3：在回采巷道内，将安装的倾斜锚杆位于窄煤柱煤壁的外露段穿过拉筋螺母件的斜钻孔，并采用螺母将拉筋螺母件固定在煤壁上，拧紧螺母施加一定预紧力；同时，将安装在底板上的倾斜锚杆位于窄煤柱煤壁的外露段穿过“U”槽拉筋件的斜钻孔，并采用螺母将“U”槽拉筋件固定在煤壁上，拧紧螺母施加一定预紧力；

S4：在回采巷道内，把“U”型拉筋杆的弯曲段卡在“U”槽拉筋件的U型槽内，“U”型拉筋杆的两端穿过“U”槽拉筋件上方的拉筋螺母件的拉筋穿过孔，并在两端的螺纹处采用拉筋螺母上紧，并施加一定预应力，构成纵向桁架拉筋结构，形成单侧横向限帮加固装置；

S5：将锚索安装进水平钻孔内，并保留一定的外露长度；

S6：向水平钻孔内插入小直径的注浆管，然后通过注浆管向安装有锚索的水平钻孔内注入加固材料；

S7：待水平钻孔内加固材料凝固后，在锚索的外露端依次安装托盘和锁具，然后对锚索施加一定的预紧力。

可选的，在步骤S6和步骤S7中：所述加固材料波雷因加固材料或马丽散加固材料。

由上，本发明的沿空掘巷窄煤柱加固支护方法主要解决发生在沿空掘巷过程中窄煤柱由于应力集中导致的失稳状况，通过加强对窄煤柱的支护，提高沿空掘巷的整体稳定性，最终实现提高煤炭资源的回采率的目的。其中倾斜锚杆及纵向桁架装置构成的斜拉锚固系统防止煤壁出现片帮现象，同时在水平方向钻孔进行的注浆，将锚索周围的松动圈重新固结成具有一定承载能力的锚固体，提高了煤柱自身承载能力，且在锚固材料固结后对锚索施加一定的预紧力以达到更好的支护效果。跟其他类似方案相比，本发明优势在于降低了支护密度的同时，在支护成本同支护效果中达到了一个平衡。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明的加固支护装置的结构示意图；

图2为本发明的拉筋螺母件的示意图；

图3为图1中的A-A剖面图；

图4为图1中的B-B剖面图。

图中，1-水平钻孔，2-顶、底板倾斜钻孔，3-倾斜锚杆，4-斜锚杆锚头，5-拉筋螺母件(5-1-拉筋穿过孔，5-2-斜钻孔)，6-螺母，7-“U”槽拉筋件，8-“U”型拉筋杆，9-拉筋螺母，10-锚索，11-托盘，12-锁具，13-注浆管，14-回采巷道，15-窄煤柱，16-采空区。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

如图1至图4所示，本发明的沿空掘巷窄煤柱加固支护方法包括以下步骤：

步骤1、首先在回采巷道内，采用坑道钻机或者锚杆钻机向区段窄煤柱钻进水平钻孔(深度超过窄煤柱一半宽度0.5m到1m)和上下对称的顶、底板倾斜钻孔(长度在垂直方向应至少打入上覆(或下部)岩层0.5m)，水平钻孔1和顶、底板倾斜钻孔2在沿窄煤柱长度方向上依次间隔设置，钻孔完毕后清孔；

步骤2、在窄煤柱位于区段回采巷道侧的各个顶、底板倾斜钻孔内，分别安装倾斜锚杆3，并在倾斜锚杆露出顶、底板的端头上安装斜锚杆锚头4，构成单侧斜拉锚固系统；

步骤3、在回采巷道内，将安装的倾斜锚杆位于窄煤柱煤壁的外露段穿过拉筋螺母件5的斜钻孔，并采用螺母6将拉筋螺母件固定在煤壁上，拧紧螺母施加一定预紧力；同时，将安装在底板上的倾斜锚杆位于窄煤柱煤壁的外露段穿过“U”槽拉筋件7的斜钻孔，并采用螺母将“U”槽拉筋件固定在煤壁上，拧紧螺母施加一定预紧力；

步骤4、在回采巷道内，把“U”型拉筋杆8的弯曲段卡在“U”槽拉筋件的U型槽内，“U”型拉筋杆8的两端穿过“U”槽拉筋件7上方的拉筋螺母件5的拉筋穿过孔，并在两端的螺纹处采用拉筋螺母9上紧，并施加一定预应力，构成纵向桁架拉筋结构，形成单侧横向限帮加固装置；

步骤5、将锚索10安装进水平钻孔1内，并保留合理的外露长度(注：水平钻孔的深度比窄煤柱宽度的一半长50-100cm)。

步骤6、向水平钻孔1内插入小直径的注浆管13，然后通过注浆管向安装有锚索10的水平钻孔1内注入波雷因加固材料；

步骤7、待水平钻孔1内波雷因加固材料凝固后，在锚索的外露端依次安装托盘11和锁具12，然后对锚索施加一定的预紧力。

发明的倾斜锚杆所采用的打设方式为全长锚固，替换为端头锚固形式亦可。当围岩破碎程度较大时，顶底板倾斜锚杆可替换为倾斜注浆锚杆，在其钻孔处预留注浆孔，并于注浆材料凝结后施加预紧力也可达到类似效果。

另外，可以根据需要将步骤7中的波雷因替换成其他加固材料，包括但是不局限于波雷因和马丽散。其中，波雷因和马丽散均为商品名，前者为有机高分子双液型注浆材料，后者为一种低粘度，双组分合成高分子——聚亚胺胶脂材料。

本发明的沿空掘巷窄煤柱加固支护方法本发明主要解决发生在沿空掘巷过程中窄煤柱由于应力集中导致的失稳状况，通过加强对窄煤柱的支护，提高沿空掘巷的整体稳定性，提高煤炭资源的回采率。其中倾斜锚杆及纵向桁架装置构成的斜拉锚固系统防止煤壁出现片帮现象，同时在水平方向钻孔进行的注浆，将锚索周围的松动圈重新固结成具有一定承载能力的锚固体，提高了巷道围岩强度，且在锚固材料固结后对锚索施加一定的预紧力以达到更好的支护效果。

本发明的关键点主要有两点：

1、顶底板倾斜锚杆通过纵向桁架形成斜拉锚固系统，主要作用在于限制窄煤柱巷道侧的帮部变形、出现片帮。

2、注浆锚索所需的水平钻孔长度应长于窄煤柱一半宽度0.5m到1m左右。否则在注浆步骤中无法有效改变窄煤柱中应力状态分布。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。