[发明专利]一种用于形成采区矩形巷道顶板组合岩梁的支护系统及方法

说明书

本发明属于煤矿巷道支护技术领域，公开了一种用于形成采区矩形巷道顶板组合岩梁的支护系统及方法。沿着煤层顶板布置的采区矩形巷道，针对不同的顶板岩层情况，分别对顶板实施支护，形成顶板组合岩梁的支护系统与方法，形成的顶板组合岩梁承受巷道顶板上部的荷载，实现采区矩形巷道顶板的支护与稳定。本发明结合具体的巷道顶板岩层条件，利用锚杆等对顶板岩层的支护作用，在巷道顶板岩层中形成一种顶板组合岩梁的支护系统及方法；形成的顶板组合岩梁利用结构中简支梁的承载原理和作用，使得巷道顶板岩层能像结构中的梁一样承受荷载作用，保证巷道稳定。既能解决此类巷道支护技术问题，保证巷道稳定；又不过于增加支护成本，施工简单，易于操作。

技术领域

本发明涉及煤矿巷道支护技术领域，尤其涉及一种用于形成采区矩形巷道顶板组合岩梁的支护系统及方法。

背景技术

目前，我国煤炭开采已经进入深部，为了实现快速开采，减少开采成本，大量布置在煤层内的采区矩形巷道被广泛采用，其总量已占煤矿支护巷道的60～80％左右。此类巷道沿着巷道顶板在煤层内布置，经掘进、支护后，即使两帮与底板较为稳定，矩形巷道顶板仍会出现大面积冒落，有的巷道顶板较为破碎，下沉严重；有的巷道顶板离层明显，造成巷道顶板破坏等。此类巷道经松动圈测试和现场取芯钻孔发现，巷道顶板围岩多为砂岩、页岩、泥岩等，其破碎深度在3.0～5.0m左右。

支护此类巷道现在普遍采用的是锚网支护技术。锚网支护就是在巷道顶板下方铺设一层金属网，利用锚杆锚入顶板岩层，并将金属网固定，或在此基础上增加锚索支护。在浅部煤矿开采时，由于巷道顶板破坏深度较小，锚网支护技术一定程度上有效解决了巷道顶板的支护问题，但随着煤矿开采进入深部，现有技术存在的问题是：

(1)不能有效解决顶板压力过大造成的巷道破坏问题。压力主要来自巷道上方破碎岩体自重压力，或构造应力引起的垂直应力。

(2)顶板岩石节理裂隙较为发育，两节理面之间的摩擦力受断层、褶曲地带等地质构造影响较大，使顶板岩石极易破碎，同时深部巷道顶板砂岩普遍软化严重，泥岩极易崩解，从而造成岩石的强度降低，塑性区范围随之变大问题。

(3)采区巷道顶板岩层中多有泥岩夹层存在，使其在支承压力作用下产生向外的位移，从而导致顶板的下沉问题。

(4)顶板层状岩层整体性差，各层刚度较小，在上部压力作用下，各分层独自受力，独自变形，致使整个巷道顶板抗弯承载力低，变形大问题。

(5)现有技术存在支护深度、支护强度不够，或支护形成的顶板支护系统、方法不合理，但又不能不计成本增加支护深度、强度，支护形成的顶板支护系统不能有效的发挥围岩的自身稳定性、不能提高巷道顶板的稳定性等问题。

此类问题的长期存在，致使巷道顶板支护后的破坏频繁发生，已经严重影响到大多数煤矿巷道的正常施工、正常生产和安全，亟需一种安全可靠、经济合理、便于施工的巷道顶板支护系统及方法，用于此类巷道顶板的支护治理，确保巷道稳定。

解决上述技术问题的难度：多年来，各级政府和相关企事业单位投入了大量技术和资金支持进行研究，期望解决布置在煤层内的采区矩形巷道的顶板支护稳定，但由于此类巷道顶板岩层条件的复杂性、动态性、变化性以及不可预测性，到目前为止也没有找到能够解决上述所有技术问题的方法，解决上述技术问题的难度非常大。