[发明专利]深部回采巷道锚注切顶主控留巷方法

权利要求书

1.一种深部回采巷道锚注切顶主控留巷方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、测定深部回采巷道实现切顶留巷所需技术参数

技术参数包括：

采高h，单位为m；

基本顶断裂线距煤壁距离L₀，单位为m；

基本顶岩梁长度L₁，单位为m；

直接顶悬顶长度L_S，单位为m；

巷道宽度L_R，单位为m；

上覆岩层容重γ_S，单位为kN/m³；

上覆岩层厚度m_S，单位为m；

基本顶岩层容重γ_E，单位为kN/m³；

基本顶岩层厚度m_E，单位为m；

直接顶岩层容重γ_Z，单位为kN/m³；

直接顶岩层厚度m_Z，单位为m；

步骤二、深部回采巷道掘进期间注浆锚索支护施工

步骤2.1、确定掘进期间注浆锚索长度L

L＝L_a+L_b+L_c+L_d，

式中：L为注浆锚索长度，单位为m；

L_a为注浆锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，单位为m；

L_b为有效长度，单位为m；

L_c为上托盘及锚具的厚度，单位为m；

L_d为需要外露的张拉长度，单位为m；

其中，注浆锚索深入到较稳定岩层的锚固长度L_a由下式确定：

式中：d₁为注浆锚索钢绞线直径，单位为mm；

f_a为钢绞线抗拉强度，单位为MPa；

f_c为注浆锚索与锚固剂的粘合强度，单位为MPa；

K为安全系数；

步骤2.2、确定注浆锚索直径d

注浆锚索索体的破断力应不小于其锚固力，则注浆锚索直径应满足的条件为：

式中：F_M为注浆锚索锚固力，由拉拔试验可得，单位为kN；

σ_t为注浆锚索的设计抗拉强度，单位为MPa；

步骤2.3、确定注浆锚索间排距a

注浆锚索间排距a应满足下列公式：

式中：f为煤层坚固性系数；

γ为被悬吊岩层的重力密度，单位为kN/m³；

Q为锚索锚固力，单位为kN；

步骤2.4、按照掘进期间注浆锚索长度L、直径d和间排距a，对回采巷道围岩进行支护，滞后进行注浆，有利于应力释放、浆液扩散和围岩加强支护；

步骤三、工作面回采期间巷旁超前切顶钻孔施工

步骤3.1、确定巷旁切顶高度m_c

确定侧向基本顶的允许回转角[θ]：

式中：△h为满足运输、通风功能要求时回采巷道顶板最大下沉量，单位为m；

根据几何关系，巷旁切顶高度m_c应满足下列关系：

m_c·K_A+L₁ sin[θ]-(m_c-m_Z)＝m_Z+h，

式中：K_A为顶板岩层压实后的碎胀系数，与垮落矸石性质有关，取1.15～1.35，由此，可确定切顶高度m_c：

步骤3.2、在工作面超前支承压力影响范围外进行巷旁超前切顶钻孔施工，超前切顶钻孔垂直于巷道轴向并向正开采工作面倾斜一定角度，倾角α取75至85°，超前切顶钻孔长度为m_c/sinα，使工作面切顶线附近顶板产生初始裂隙；

步骤四、工作面回采期间注浆锚索支护施工

步骤4.1、根据步骤二中掘进期间掘进期间注浆锚索长度L，再根据回采期间注浆锚索长度L_M应大于切顶高度以保证回采期间注浆锚索锚固在稳定的岩层中，综合确定回采期间注浆锚索长度L_M：

L_M＝max{L,m_c/sinα+1.0～2.0m}；

步骤4.2、在工作面超前支承压力影响范围内，按照回采期间注浆锚索长度L_M、直径d，沿切顶线内侧补打一排注浆锚索进行锁边支护，注浆锚索倾角应大于超前切顶钻孔倾角α，滞后一段时间再进行注浆；

步骤五、工作面回采期间巷旁单体支柱支护施工

步骤5.1、确定巷旁单体支柱切顶力P_c

为能够在巷道沿空侧有效切顶，切顶力P_c必须满足如下力学条件：

P_c＝max{P₁,P₂}

式中：P₁为直接顶与基本顶处于连续接触，但基本顶对直接顶作用力为0的情形下，仅由直接顶悬顶所产生的单位宽度上的作用力，P₁＝m_zγ_zL_S；

P₂为上覆岩层垮落时单体支柱所提供的支护反力，单位为kN；

由于顶板的抗拉强度最低，所谓的切顶就是在支护反力和顶板荷载的共同作用下，让切顶线处顶板达到其极限抗拉强度值，顶板的极限抗拉强度为：

式中：q′为实现顶板拉破坏时的等效顶板载荷集度；

[σ_t]′_z为受工作面顶板运动影响后，回采巷道内顶板的极限抗拉强度，单位为MPa，

m_z′为受采动及顶板运动影响后，回采巷道内顶板有效抗弯厚度，单位为m，

q_E为基本顶作用于直接顶上的荷载值，单位为kN，

仅考虑直接顶与基本顶能够连续接触，但不承受其作用力的极限状态时，q_E可视为0，但达到直接顶垮落情况下，q_E不为0，由此可得：

步骤5.2、确定巷旁单体支柱排距b

式中：R为巷旁单体支柱额定工作阻力，单位为kN/m²，

在工作面超前支承压力影响范围内，沿切顶线内侧补打一排注浆锚索进行锁边支护的同时，按照巷旁单体支柱排距b沿切顶线内侧布置一排单体支柱；

步骤六、辅助支护施工

随着工作面的推进，紧跟端头单体支柱利用金属网进行挡矸支护，待采空区顶板垮落稳定后，逐步回撤回采巷道内的单体支柱，进行重复使用，待单体支柱回撤完成后对巷道沿空侧进行喷砼。