[发明专利]用于沿空掘巷小煤柱的对拉式锚杆及其支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿回采巷道支护技术，尤其涉及沿空掘巷小煤柱支护技术。

背景技术

在煤炭开采过程中，沿空掘巷具有良好的技术优势和经济效益，既有效缓解了矿井工作面接替紧张又显著提高了煤炭资源回采率，对煤矿实现安全、高效现代化开采具有重要意义。然而受上覆岩层结构演化及采动强烈扰动影响，沿空掘巷小煤柱破坏严重、变形大、稳定性差，随着巷道服务时间增加煤体承载性能逐渐降低，其支护难题包括：①小煤柱横向变形量大，片帮时有发生；②小煤柱塑性区范围大，内部破坏严重；③普通锚杆支护体长度短，支护范围小、容易出现杆体破断失效。

针对目前沿空掘巷小煤柱支护问题，国内学者发明了不同种类的支护方法，由于小煤柱宽度约为3～6m，大部分采用锚杆、锚索联合支护，如中国专利申请CN104533482A公开的一种提高沿空掘巷小煤柱稳定性的加固方法、中国专利申请CN103244122B公开的沿空掘巷煤柱稳定性三位一体耦合支护控制方法；或者只采用锚索支护，如中国专利申请CN103899342A公开的沿空掘巷煤柱锚索对穿加固方法。然而这些支护方法都没有考虑到沿空掘巷小煤柱的大变形特征，使得支护体系与煤柱变形不协调，导致支护结构破断失效，煤柱最终发生整体破坏，因此沿空掘巷小煤柱支护装置及方法亟需改进和发展。

发明内容

为克服现有小煤柱支护技术所存在的不足，本发明提供一种用于沿空掘巷小煤柱的对拉式锚杆，并同时提供一种利用对拉式锚杆支护的方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于沿空掘巷小煤柱的对拉式锚杆，其特征在于，它包括一根中间拉杆，在中间拉杆上间隔套有两个橡胶止浆阀，在其中一个橡胶止浆阀上设有注浆孔；在中间拉杆两端对称连接有结构相同的大变形装置以及配套的托盘、螺母；其中：所述的大变形装置包括套筒、高强压缩弹簧、紧固螺栓和连接件；所述的套筒一端为带通孔的封底、另一端为开口端，开口端通过内螺纹拧在连接件的外螺纹上，连接件的另一端通过内螺纹拧在中间拉杆端部的外螺纹上；在套筒内装有高强压缩弹簧，紧固螺栓穿过高强压缩弹簧后螺纹头从套筒封底的通孔中露出，使用时在露出端套上托盘和螺母。

一种利用对拉式锚杆对沿空掘巷小煤柱进行支护的方法，包括以下步骤：

第一步、当在煤层中掘进出上区段下顺槽后，在预留小煤柱的煤壁上打钻孔，钻孔深度为预留小煤柱的宽度值，钻孔的排间距按照设计要求布置；

第二步、钻孔后，将对拉式锚杆逐步装入钻孔中，且使设有注浆孔的橡胶止浆阀朝向孔口，保证两个橡胶止浆阀间隔一定的间距；

第三步、将注浆管从钻孔中插入到橡胶止浆阀的注浆孔中，通过注浆装置对两个橡胶止浆阀之间区域进行注浆，形成沿空小煤柱的中间注浆区；

第四步、待浆液凝固后，在孔口端的紧固螺栓的螺纹头上安装托盘和螺母，拧紧螺母，此时孔口端套筒内高强弹簧被压缩一定长度，直至达到预紧力设计要求，从而使预留小煤柱的上区段下顺槽一侧的煤壁得到紧固；

第五步、待下区段上顺槽掘进完成后，处在孔底端的大变形装置的紧固螺栓端部从煤壁上露出，露出后在紧固螺栓的螺纹头上安装托盘和螺母，拧紧螺母施加预紧力，对小煤柱另一侧的煤壁进行紧固，从而使小煤柱形成了“中间注浆、两端预紧”的可适应大变形的煤柱体。

本发明的有益效果：

本发明解决了利用锚杆支护沿空掘巷小煤柱的技术难题，提出了“中间注浆、两端预紧”的对拉式锚杆支护方法，实现了一次锚固、两次安装的支护技术，锚杆对拉支护体系与煤柱大变形协调作用，弥补了现有锚杆支护范围小、受采动影响易破断失效的缺点，同时锚杆中间注浆区大大提高了小煤柱核心部位的承载强度，减小了横向变形量，在高强压缩弹簧的作用下紧固螺栓可以适当拉出，为下区段上顺槽的锚固施工带来便利，操作简单，实用性强，本发明的锚杆支护装置及方法既适应了煤柱的大变形，又保证了煤柱的安全稳定，具有较强的推广与应用价值。

附图说明

图1-图4为利用对拉式锚杆对沿空掘巷小煤柱进行支护的方法步骤示意图；

图5为对拉式锚杆构造示意图；

图6为对拉式锚杆的套筒构造示意图；

图7为对拉式锚杆的连接件构造示意图。