[发明专利]一种防治无煤柱切顶成巷顶板非均匀沉降的动态治理方法

摘要

本发明涉及一种防治无煤柱切顶成巷顶板非均匀沉降的动态治理方法，巷道掘进期间，沿掘进方向交替布置第一锚杆索系统A1与第二锚杆索系统A2；对锚杆索参数及其安装位置分区设计，实现对顶板的分区域初期加固，两区域内锚杆索系统通过内在力的传递作用、相互影响、相互配合，共同实现掘进期间顶板稳定性控制。此外，锚杆与锚索一体化同排布置，有利于改善浅部煤岩体应力状态，提高浅部煤岩体的加固强度，限制浅部围岩变形破坏。工作面回采期间，对顶板进行内拉锚索参数及其安装位置的设计，重点实现对顶板不均匀沉降控制。通过掘进期间、回采期间的分时段支护措施，两个时段内安装的锚杆索的有效力传递、配合，共同实现对顶板的有效控制。

主权项

1.一种防治无煤柱切顶成巷顶板非均匀沉降的动态治理方法，其特征在于，采用分时段支护措施，掘进期间沿巷道掘进方向交替布置第一锚杆索系统(A1)与第二锚杆索系统(A2)，直至巷道掘进完毕；回采期间随着工作面推进，在第一锚杆索系统(A1)与第二锚杆索系统(A2)之间布置内拉锚索桁梁系统(A3)，直至工作面回采完毕，具体包括如下步骤：/n步骤一)在掘进期间沿巷道方向布置第一锚杆索系统(A1)与第二锚杆索系统(A2)；/n步骤1)布置第一锚杆系统(A1)，步骤如下：/n步骤1.11)根据煤层顶底板条件、巷道宽度与锚杆索参数型号，基于理论计算公式确定不同锚杆索组合方案，使得支护后顶板承载能力不得低于0.5MPa，计算公式如下：/n /n式中，σ为支护后顶板承载能力，Q为施加锚杆或锚索预紧力，l₀为锚杆或锚索有效长度；α为锚杆或锚索控制角，s₀为锚杆或锚索间距；为支护后顶板岩体内摩擦角，R为巷道有效半径；/n然后，结合实际地质条件，建立数值计算模型，验算不同锚杆索组合条件下顶板应力状态，据此确定锚杆索组合方案；/n步骤1.12)根据确定的锚杆索组合方案，自巷道中线起，向实体煤帮侧(3)，锚杆索依次命名为Z₁、Z₂·····Z_i，向煤柱帮侧(4)，锚杆索依次命名为Z₁＇、Z₂＇·····Z_i＇，i为巷道单侧锚杆索数量，相邻锚杆或锚索间隔600mm～1200mm设置；/n步骤1.13)确定锚杆索的锚杆、锚索位置，靠近实体煤帮侧(3)处的锚杆索Z_i必须为锚索，另外在为位于Z_i-2＇至Z_i-1的区域内设置1～2根锚索，其余位置为锚杆结构；/n步骤1.2)巷道顶板(2)上位于同一铅垂平面内，通过施工机具向顶板(2)内打进锚杆或锚索结构，锚索Z_i向煤帮侧(3)倾斜，其余锚杆或锚索垂直顶板(2)布置；/n步骤1.3)将锚杆和锚索通过带状连接结构连接，并施加预紧力，形成第一锚杆系统(A1)；/n步骤2)布置第二锚杆系统(A2)，步骤如下：/n步骤2.1)根据煤层顶底板条件、巷道宽度与可选用支护锚杆索参数型号，根据(式一)确定不同锚杆索组合，使得支护后顶板承载能力不得低于0.5MPa；/n步骤2.21)根据确定的锚杆索组合方案，自巷道中线起，向实体煤帮侧(3)，锚杆索依次命名为Y₁、Y₂·····Y_i，向煤柱帮侧(4)起，锚杆索依次命名为Y₁＇、Y₂＇·····Y_i＇，i为巷道单侧锚杆索数量，相邻锚杆或锚索间隔600mm～1200mm设置；/n步骤2.22)确定锚杆索的锚杆、锚索位置，靠近煤帮侧(4)与煤帮侧3处为Y_i＇与Y_i为锚杆，锚索位于巷道中部区域，即Y₂至Y₂＇的范围内；/n步骤2.2)巷道顶板(2)上位于同一铅垂平面内，通过施工机具向顶板(2)内打进锚杆或锚索结构，锚杆Y_i向实体煤帮侧3倾斜，其余锚杆或锚索垂直顶板(2)布置；/n步骤2.3)将锚杆和锚索通过带状连接结构连接，并施加预紧力，形成第二锚杆系统(A2)；/n步骤二)回采期间在第一锚杆索系统(A1)与第二锚杆索系统(A2)之间布置内拉锚索桁梁系统(A3)；/n步骤1)在工作面端头区域(6)，向巷道顶板(2)补打不少于2根的内拉锚索(7)、(8)，内拉锚索(7)、(8)向实体煤帮侧(3)倾斜，相邻锚索间跨度1500mm≤n≤3000mm，锚索与煤柱帮侧4距离500mm≤m≤1000mm；/n步骤2)在顶板表面选用桁梁结构将锚索在顶板表面连接，形成内拉锚索桁梁系统(A3)。/n