[发明专利]一种非对称围岩巷道平衡支护设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤岩层巷道支护技术领域，尤其涉及一种非对称围岩巷道平衡支护设计方法。

背景技术

随着煤矿开采深度和开采强度地不断增大，深井高地应力带来的问题逐渐凸显。在工作面之间采用沿空掘巷或煤层倾斜角度较大等特殊采矿条件下，巷道围岩结构和受力常呈现非对称性，给巷道支护带来了一定困难。

当工作面接替紧张时，常出现相邻下工作面掘进与上工作面回采同时进行，即是典型的采掘相向，此时，下区段巷道掘进过程中由于受工作面超前支承压力和侧向支承压力的影响，围岩原有平衡遭到破坏，应力重新分布，围岩应力分布不均匀，沿空侧为小煤柱，小煤柱的强度远低于实体侧煤体强度，巷道周围压力显现不均衡，巷道位移显著增大。

当煤层倾斜角度较大时，由于倾斜应力场的存在造成巷道两侧围岩结构和围岩受力不均等，在巷道下帮拱形顶板部位产生应力集中，巷道下帮直墙部位应力集中远大于上帮。巷道顶板拱形部位产生挤压剪切破坏，下帮煤壁直墙将发生较大变形破坏。总体来说，巷道围岩结构和应力分布不对称，巷道破坏形态及围岩破碎程度也不均等。

为满足巷道使用要求，巷道总体变形量要控制在一定范围内，且巷道局部变形不宜过大，所以应采取特殊支护方式使非对称围岩巷道的变形量和应力分布均控制在基本对称的范围内。

发明内容

本发明的目的是为了解决非对称围岩巷道破坏形态及围岩破碎程度不均等的问题，提供一种非对称围岩巷道平衡支护设计方法。

本发明是通过一下技术方案实现的：

一种非对称围岩巷道平衡支护设计方法，包括如下步骤：对巷道非对称围岩的应力进行测量分析，确定非对称围岩巷道的应力分布特征。

运用理论公式、支护经验等方式，确定巷道围岩普通应力区的基本支护参数。 通过对围岩高应力区加大锚杆支护密度，加大锚杆长度，增加锚索支护等方式，设计多种围岩高应力区不同支护强度的方案。

运用数值模拟软件对比分析上述不同方案下，巷道围岩应力分布和变形量。

对模拟结果进行分析，从设计的不同方案中，选择巷道应力平衡和位移平衡的支护方案。

确定该非对称围岩条件下的巷道支护方案。

所述巷道应力平衡，即是支护后，支护结构与巷道围岩共同承载，达到非对称围岩两侧的应力分布基本相同。

所述巷道位移平衡，即是支护后，支护结构与巷道围岩共同承载，非对称围岩巷道两侧变形量基本相等。

所述的选择巷道围岩加强支护方案，首先保证巷道围岩变形量在允许的合理范围之内。

所述的非对称围岩巷道平衡支护设计方法中，确定高应力区合理的加强支护程度是非对称围岩平衡支护设计方法的关键。

本发明的有益效果如下：通过对比分析各加强支护方案的巷道围岩应力分布和变形量大小，实现了非对称围岩巷道的平衡稳定支护。本发明支护效果优良，支护参数选取合理，提高了巷道支护效率系数，体现出了支护成本低、支护效果好、质量可靠、适应性强、安全性好等优点，尤其特别适用于非对称围岩的巷道支护。

附图说明

图1为本发明提供的非对称围岩巷道平衡支护设计方法流程示意图。

图2为非对称围岩巷道平衡支护布置图。

具体实施方式

下面结合采掘相向沿空掘巷实例对本发明进行详细说明。采掘相向沿空掘巷围岩结构和应力均非对称分布，巷道一侧为沿空巷帮1，另一侧为实体煤帮2，由于上区段工作面超前支承压力和侧向支承压力的影响，围岩原有平衡遭到破坏，应力重新分布，围岩应力分布不均匀，沿空巷帮1为小煤柱，小煤柱的强度远低于实体煤帮2的强度，巷道周围压力显现不均衡，巷道位移显著增大。

运用非对称围岩平衡支护设计方法对采掘相向沿空掘巷支护方案的确定进行详细阐述。

a.对采掘相向沿空掘巷的应力进行测量分析，得出巷道沿空巷帮1煤柱应力远高于实体煤帮2的应力，沿空巷帮1煤柱围岩破碎，塑性区发育。

b.运用理论公式、支护经验等方式，确定巷道选用无纵筋螺纹钢锚杆，顶锚杆4型号为Φ20×2200mm，帮锚杆5型号为Φ20×2000mm，顶锚杆4间排距为800×900mm，实体煤帮2间排距为800×900mm，锚索6为左旋钢绞线，型号为Φ17.8×6000mm。

c.设计方案。

设计方案Ⅰ：偏向沿空巷帮1顶板3布置三根锚索6，沿空帮1锚杆5间排距为800×900mm。