一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，包括步驟：一、圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定；二、巷道兩幫預(yù)留開挖量確定；三、巷道開挖：根據(jù)兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖量進(jìn)行開挖；四、巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)確定：巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)巷道幫部支護(hù)單元和多根注漿錨桿，巷道幫部支護(hù)單元與注漿錨桿呈交錯(cuò)布設(shè)；五、巷道幫部圍巖支護(hù)施工；六、下一節(jié)段開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工；七、多次重復(fù)步驟六，直至完成近距離煤層巷道的全部開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工過(guò)程。本發(fā)明方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便、使用效果好，根據(jù)近距離下部煤層巷道的圍巖變形情況對(duì)巷道兩幫預(yù)留開挖量分別進(jìn)行確定，并采用注漿錨桿與巷道幫部支護(hù)體系配合對(duì)巷幫進(jìn)行有效支護(hù)。
【專利說(shuō)明】
一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于巷道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著中厚煤層資源的逐步枯竭，近距離薄煤層群開采(也稱為近距離煤層 開采)成為當(dāng)今煤炭資源發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。通常認(rèn)為煤層層間距很近，開采時(shí)具有顯著 相互影響的煤層;一般指煤層間距小于30m的煤層。由于近距離煤層中煤層間距較小，受上 部煤層開采后遺留煤柱形成的集中壓力的影響，圍巖變形劇烈，其中巷道兩幫的煤體強(qiáng)度 通常較頂?shù)装宓拿后w強(qiáng)度軟弱，巷道兩幫煤體的變形量大已成為下部回采巷道支護(hù)工作的 重點(diǎn)和難點(diǎn)，并且諸多專家和現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了深入研究。其中，張煒通過(guò)對(duì)近 距離煤層巷道變形進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)下部煤層的回采巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)，依然出現(xiàn)了 巷道一幫變形大于另一幫的情形;胡敏軍等認(rèn)為由于下煤層巷道兩幫所受的水平應(yīng)力大小 不等，巷道靠近煤柱側(cè)的幫部變形和破壞區(qū)大于靠近實(shí)體煤側(cè);張繼華等運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算軟 件分析了近距離下部煤層巷道幫部變形失穩(wěn)出現(xiàn)的非對(duì)稱現(xiàn)象，指出靠近煤柱側(cè)的變形情 況遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)靠近實(shí)體煤側(cè);楊智文提出從巷道布置、支護(hù)措施、預(yù)爆破上覆煤柱等來(lái)解決極 近距離煤層多采空區(qū)下巷道的穩(wěn)定問(wèn)題;方新秋采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、理論分析及數(shù)值模擬，通過(guò) 設(shè)計(jì)頂板及兩幫不同支護(hù)參數(shù)，分析了不同計(jì)算模型下巷道煤幫及頂?shù)装宓奈灰?。此外，還 有一些文獻(xiàn)也通過(guò)數(shù)值模擬和理論分析對(duì)近距離下部煤層巷道圍巖的變形及支護(hù)技術(shù)進(jìn) 行了探討。
[0003] 由上述內(nèi)容可知，現(xiàn)如今對(duì)近距離下煤層回采巷道變形及其支護(hù)的研究取得了較 多的成果，但都是采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)來(lái)開展的，而基于工程類比或施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定 的開挖、支護(hù)方案及參數(shù)具有很大的隨意性和盲目性。由于近距離采空區(qū)下回采巷道的受 力環(huán)境較單一煤層巷道具有顯著的差異，現(xiàn)有單一煤層巷道變形及支護(hù)的研究成果并不適 用于近距離采空區(qū)下的回采巷道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種近距離煤 層巷道的巷幫支護(hù)方法，其方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便、使用效果好，根據(jù)近距離 下部煤層巷道的圍巖變形情況對(duì)巷道兩幫預(yù)留開挖量分別進(jìn)行確定，并采用注漿錨桿與巷 道幫部支護(hù)體系配合對(duì)巷幫進(jìn)行有效支護(hù)，避免了近距離下部煤層巷道的返修工作，且施 工成本低。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種近距離煤層巷道的巷幫支 護(hù)方法，其特征在于:沿巷道縱向延伸方向由后向前分多個(gè)節(jié)段對(duì)近距離煤層巷道進(jìn)行開 挖及巷幫圍巖支護(hù)施工;所述近距離煤層巷道的橫斷面為矩形且其為在下部煤層內(nèi)開采的 巷道，所述近距離煤層巷道位于上煤層巷道的一側(cè)下方，所述上煤層巷道為在上部煤層內(nèi) 開采的巷道，所述上部煤層位于下部煤層上方，且上部煤層與下部煤層之間通過(guò)夾層進(jìn)行 分隔；所述近距離煤層巷道與上煤層巷道呈平行布設(shè);所述上煤層巷道的一側(cè)為采空區(qū)且 其另一側(cè)為預(yù)留的保護(hù)煤柱，所述近距離煤層巷道位于采空區(qū)下方;所述近距離煤層巷道 靠近上煤層巷道的一側(cè)巷道幫部為煤柱下壓側(cè)煤幫，近距離煤層巷道的另一側(cè)巷道幫部為 上覆巖層下壓側(cè)煤幫；對(duì)近距離煤層巷道進(jìn)行開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工時(shí)，多個(gè)所述節(jié)段 的開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工方法均相同；對(duì)于近距離煤層巷道的任一節(jié)段進(jìn)行開挖及巷幫 圍巖支護(hù)施工時(shí)，包括以下步驟：
[0006] 步驟一、圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定:通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取巖樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前所施 工節(jié)段的圍巖基本力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行同步記錄；
[0007] 步驟二、巷道兩幫預(yù)留開挖量確定:根據(jù)步驟一中所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)，對(duì) 當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖量分別進(jìn)行確定；
[0008] 對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)開挖完成 后當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值Si進(jìn)行確定；其中
(1);公式（1)中，4，1!為近距離煤層巷道（1)的凈 高，且a和h單位均為m; Ah為開挖完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的頂板最大下沉量;E為當(dāng)前所施 工節(jié)段兩幫巖體的綜合彈性模量且其單位為Pa;Pi為當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體彈塑性界面 上的水平壓力且?1 = 1·!^· γΗ (2)，公式(2)中匕為當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體彈塑性界面 上的應(yīng)力集中系數(shù)，γ為當(dāng)前所施工節(jié)段上覆巖層的平均容重且其單位為N/m 3，H為當(dāng)前所 施工節(jié)段的埋深且其單位為πι，λ為當(dāng)前所施工節(jié)段中彈性地基梁的彈性特征值，所述彈性 地基梁為當(dāng)前所施工節(jié)段的兩幫巖體;hixo+L (3)，公式(3)中U為當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫 巖體彈性區(qū)的寬度且le = h± Ah'，Ah'=0m~0.3m;x〇為當(dāng)前所施工節(jié)段的巷幫極限平衡 區(qū)寬度且
（4)，公式(4)中c為當(dāng)前所施工節(jié)段巷道兩幫巖 體的粘聚力，皆為當(dāng)前所施工節(jié)段巷道兩幫巖體的內(nèi)摩擦角；# = A (5)，公式(5)中1為 laL· 當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道兩幫巖體與頂?shù)装彘g交界面的切向剛度系數(shù)；
[0009] 對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)開挖完成后當(dāng) 前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S 2進(jìn)行確定；其中
(6);公 式(6)中12為保護(hù)煤柱的寬度，ρ2 = λ·1?· γΗ (8)，公式(8)中1?為當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱 下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)且位于保護(hù)煤柱正下方的巖體的應(yīng)力集中系數(shù)；
[0010]步驟三、巷道開挖:根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留 開挖量，由后向前對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段進(jìn)行開挖；
[0011]步驟四、巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)確定:所采用的巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)巷道幫部 支護(hù)單元和多根注漿錨桿，多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元沿近距離煤層巷道的巷道縱向延伸 方向由后向前布設(shè)，多根所述注漿錨桿沿近距離煤層巷道的巷道縱向延伸方向由后向前布 設(shè)，且所述巷道幫部支護(hù)單元與注漿錨桿呈交錯(cuò)布設(shè)；
[0012] 多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元的結(jié)構(gòu)均相同；所述巷道幫部支護(hù)單元為布設(shè)在近距 離煤層巷道兩側(cè)巷道幫上的巷道幫部支護(hù)體系，所述巷道幫部支護(hù)體系布設(shè)在當(dāng)前所施工 節(jié)段的一個(gè)巷道斷面上，所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)當(dāng)前所施工節(jié)段的 巷幫極限平衡區(qū)寬度X0進(jìn)行確定；
[0013] 多根所述注漿錨桿均呈平行布設(shè)且其均與當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫呈 垂直布設(shè);所述注漿錨桿位于當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的中部且其布設(shè)在當(dāng)前所 施工節(jié)段的一個(gè)巷道斷面上；
[0014] 步驟五、巷道幫部圍巖支護(hù)施工:根據(jù)步驟四中所確定的巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)當(dāng) 前所施工節(jié)段進(jìn)行支護(hù)施工；
[0015] 步驟六、下一節(jié)段開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工:重復(fù)步驟一至步驟五，對(duì)下一節(jié)段進(jìn) 行開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工；
[0016] 步驟七、多次重復(fù)步驟六，直至完成近距離煤層巷道的全部開挖及巷幫圍巖支護(hù) 施工過(guò)程。
[0017] 上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：所述近距離煤層巷道為回 采巷道且其凈高與下部煤層的凈高相同；步驟三中進(jìn)行巷道開挖時(shí)，按照常規(guī)礦山回采巷 道開挖的施工方法，對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段進(jìn)行開挖。
[0018] 上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：多個(gè)所述節(jié)段的縱向長(zhǎng)度 均為10m~50m，所述近距離煤層巷道與上煤層巷道之間的水平間距為8m~12m。
[0019] 上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：步驟二中根據(jù)開挖完成后 當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值Si，對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下 壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)公式A cUiSd △ dl (9)進(jìn)行確定;公式(9)中，Δ dl=0.05m ~0.12m;
[0020] 根據(jù)開挖完成后當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S2,對(duì)當(dāng)前施 工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)公式A d2 = S2+Ad2 (10)進(jìn)行確 定；公式（10)中，Δ d2 = 0 · 05m~0 · 12m。
[0021] 上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：步驟三中進(jìn)行巷道開挖之 前，先根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖量，并結(jié)合近距離 煤層巷道的設(shè)計(jì)寬度B，對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫一側(cè)的實(shí)際開挖寬度bdP 煤柱下壓偵幌幫一側(cè)的實(shí)際開挖寬度匕分別進(jìn)行確定;其中，h = b+Δ cU，b2 = b+Δ d2，/> = f 且b和B的單位均為m;
[0022] 當(dāng)前施工節(jié)段的實(shí)際開挖寬度b ' ih+te;
[0023] 步驟三中進(jìn)行巷道開挖時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道中心線，并結(jié) 合所確定的bi和b2,對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段進(jìn)行開挖。
[0024]上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：步驟四中所述注漿錨桿的 長(zhǎng)度為rm' ；其中
的單位為m;公式（11)中，ro為 近距離煤層巷道的等效圓半徑且
B為近距離煤層巷道的設(shè)計(jì)寬度，ro、 a、b和B的單位均為m;l = 2 · r〇。
[0025] 上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：步驟四中前后相鄰兩根所 述注漿錨桿之間的間距為0.8m~1.2m，前后相鄰兩個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元之間的間距為 0 · 8m~1 · 2m〇
[0026] 上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：步驟四中所述巷道幫部支 護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)；
[0027] 步驟五中對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段進(jìn)行支護(hù)施工時(shí)，先由后向前對(duì)多根所述注漿錨桿進(jìn) 行施工，再由后向前對(duì)多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。
[0028]上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：所述巷道幫部支護(hù)體系所 采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)分別對(duì)稱布設(shè)在近距離煤層巷道左右兩側(cè)巷道幫上的幫部支護(hù) 結(jié)構(gòu)，兩個(gè)所述幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同；
[0029]所述幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)包括布設(shè)在近距離煤層巷道的巷道幫上且呈水平向布設(shè)的巷 道幫部錨桿;所述巷道幫部錨桿的長(zhǎng)度等于11'+1〇+12'，其中11'=10〇11~20〇11，12'=30〇]1~ 50cm〇
[0030] 上述一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征是：所述近距離煤層巷道的煤 柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)巖體由外至內(nèi)分為第一變形區(qū)、第二變形區(qū)和第三變形區(qū)，所述第一變 形區(qū)位于采空區(qū)下方，第二變形區(qū)位于上煤層巷道下方，第三變形區(qū)位于保護(hù)煤柱下方;所 述第二變形區(qū)與上煤層巷道的寬度相同，所述第三變形區(qū)的寬度與保護(hù)煤柱的寬度相同；
[0031] 步驟二中所述的h為第一變形區(qū)的寬度，所述第一變形區(qū)由內(nèi)至外分為破裂區(qū)、 塑性區(qū)和彈性區(qū)；所述的k2為當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)的第三變形區(qū)內(nèi)巖體 的應(yīng)力集中系數(shù)。
[0032] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 1、方法步驟簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便且投入成本低。
[0034] 2、設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便，為確保開挖效果，沿巷道縱向延伸方向由后向前分多個(gè) 節(jié)段對(duì)近距離煤層巷道進(jìn)行開挖;并且，對(duì)近距離煤層巷道的任一個(gè)節(jié)段進(jìn)行開挖時(shí)，先確 定圍巖基本力學(xué)參數(shù)，再根據(jù)所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部 的預(yù)留開挖量分別進(jìn)行確定，最后根據(jù)所確定的當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖 量由后向前對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段進(jìn)行開挖，施工簡(jiǎn)便且施工過(guò)程易于控制，可操性強(qiáng)。
[0035] 3、所采用的當(dāng)前施工節(jié)段兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖量的確定方法簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便 且使用效果好，所確定的預(yù)留開挖量合理、準(zhǔn)確，能有效保證確保成型后的近距離煤層巷道 內(nèi)部空間符合設(shè)計(jì)要求。所確定的預(yù)留開挖量分別與上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論 值3 1和煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值32對(duì)應(yīng)，并且考慮到實(shí)際施工中近距離煤層巷道 的復(fù)雜變形因素，并對(duì)上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值Si和煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi) 位移理論值3 2分別疊加一定的調(diào)整量（即Adi和Δ(12)。并且，上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi) 位移理論值&和煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值&的確定方法簡(jiǎn)單、合理且精度高，能簡(jiǎn) 便、快速且準(zhǔn)確地對(duì)上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值3 1和煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位 移理論值&進(jìn)行確定。
[0036] 4、所采用的巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理且設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，包括多個(gè)巷 道幫部支護(hù)單元和多根注漿錨桿，多個(gè)巷道幫部支護(hù)單元沿近距離煤層巷道的巷道縱向延 伸方向由后向前布設(shè)，多根注漿錨桿沿近距離煤層巷道的巷道縱向延伸方向由后向前布 設(shè)，且巷道幫部支護(hù)單元與注漿錨桿呈交錯(cuò)布設(shè)，施工簡(jiǎn)便且施工質(zhì)量易控。
[0037]針對(duì)近距離煤層巷道的巷幫（也稱煤幫）存在的非對(duì)稱變形情況，開挖完成后在煤 柱下壓側(cè)煤幫中部布設(shè)多根注漿錨桿進(jìn)行加固，注漿錨桿的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)合理，通過(guò)多根注漿 錨桿能對(duì)煤柱下壓側(cè)煤幫的整個(gè)破裂區(qū)進(jìn)行有效加固，并且省工省料省時(shí)。
[0038]同時(shí)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)近距離煤層巷道的 巷道幫部進(jìn)行有效加固，在滿足支護(hù)穩(wěn)定、可靠且安全的前提下，達(dá)到節(jié)約成本的目的，具 有經(jīng)濟(jì)、投入施工成本較低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因而能為礦山正常生產(chǎn)提供有力保障。
[0039] 5、使用效果好且實(shí)用價(jià)值高，能有效解決煤幫非對(duì)稱變形后侵入巷道凈空并影響 巷道正常使用的問(wèn)題，巷道開挖時(shí)兩幫預(yù)留不同的開挖量，確保成型后的近距離煤層巷道 內(nèi)部空間符合設(shè)計(jì)要求。首先，根據(jù)近距離下部煤層巷道的圍巖變形情況對(duì)巷道兩幫預(yù)留 開挖量分別進(jìn)行確定，能有效解決煤幫非對(duì)稱變形后侵入巷道凈空并影響巷道正常使用的 問(wèn)題；同時(shí)，采用注漿錨桿與巷道幫部支護(hù)體系配合對(duì)巷幫進(jìn)行有效加固、支護(hù)，避免了近 距離下部煤層巷道的返修工作，且施工成本低。
[0040] 本發(fā)明針對(duì)采空區(qū)下回采巷道煤幫（即近距離煤層巷道煤幫）在上覆巖層及煤柱 的支承壓力下易產(chǎn)生非對(duì)稱變形，煤幫破裂厚度及其位移大小直接影響巷道開挖方案及其 支護(hù)效果。針對(duì)現(xiàn)有煤幫破裂范圍理論研究的不足和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的客觀困難，采用合理的煤 幫破裂區(qū)厚度確定方法，并根據(jù)所確定的破裂區(qū)厚度對(duì)在煤幫上布置注漿錨桿，并分別考 慮上覆巖層與煤柱支承壓力及頂?shù)装逑鄬?duì)移動(dòng)對(duì)煤幫變形的影響，建立了下煤層巷道兩幫 不同的位移計(jì)算模型，提出了非對(duì)稱預(yù)留開挖方案。
[0041] 綜上所述，本發(fā)明方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便、使用效果好，根據(jù)近距離 下部煤層巷道的圍巖變形情況對(duì)巷道兩幫預(yù)留開挖量分別進(jìn)行確定，并采用注漿錨桿與巷 道幫部支護(hù)體系配合對(duì)巷幫進(jìn)行有效支護(hù)，避免了近距離下部煤層巷道的返修工作，且施 工成本低。
[0042] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為本發(fā)明所建立近距離煤層巷道的巷幫應(yīng)力計(jì)算模型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖2為本發(fā)明所建立近距離煤層巷道的巷道兩幫巖體彈塑性界面應(yīng)力計(jì)算模型的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖3為本發(fā)明的巷道開挖方法流程框圖。
[0046] 圖4為本發(fā)明注漿錨桿的布設(shè)位置示意圖。
[0047] 圖5為本發(fā)明巷道幫部支護(hù)體系所采用支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0049] 1-近距離煤層巷道； 1-1 一第一變形區(qū)； 1_2 一第二變形區(qū)；
[0050] 1-3-第三變形區(qū)； 2-下部煤層； 3-上煤層巷道；
[0051] 4-上部煤層； 5-夾層； 6-采空區(qū)；
[0052] 7-保護(hù)煤柱； 8-注漿錨桿； 9 一巷道幫部錨桿。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 如圖3所示的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，沿巷道縱向延伸方向由后向 前分多個(gè)節(jié)段對(duì)近距離煤層巷道1進(jìn)行開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工;所述近距離煤層巷道1的 橫斷面為矩形且其為在下部煤層2內(nèi)開采的巷道，所述近距離煤層巷道1位于上煤層巷道3 的一側(cè)下方，所述上煤層巷道3為在上部煤層4內(nèi)開采的巷道，所述上部煤層4位于下部煤層 2上方，且上部煤層4與下部煤層2之間通過(guò)夾層5進(jìn)行分隔;所述近距離煤層巷道1與上煤層 巷道3呈平行布設(shè);所述上煤層巷道3的一側(cè)為采空區(qū)6且其另一側(cè)為預(yù)留的保護(hù)煤柱7,所 述近距離煤層巷道1位于采空區(qū)6下方;所述近距離煤層巷道1靠近上煤層巷道3的一側(cè)巷道 幫部為煤柱下壓側(cè)煤幫，近距離煤層巷道1的另一側(cè)巷道幫部為上覆巖層下壓側(cè)煤幫;對(duì)近 距離煤層巷道1進(jìn)行開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工時(shí)，多個(gè)所述節(jié)段的開挖及巷幫圍巖支護(hù)施 工方法均相同；對(duì)于近距離煤層巷道1的任一節(jié)段進(jìn)行開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工時(shí)，包括以 下步驟：
[0054] 步驟一、圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定:通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取巖樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前所施 工節(jié)段的圍巖基本力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行同步記錄；
[0055] 步驟二、巷道兩幫預(yù)留開挖量確定:根據(jù)步驟一中所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)，對(duì) 當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖量分別進(jìn)行確定；
[0056] 對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)開挖完成 后當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值Si進(jìn)行確定；其中
α);公式α)中，，h為近距離煤層巷道1的凈高， 且a和h單位均為m; Ah為開挖完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的頂板最大下沉量;E為當(dāng)前所施工節(jié) 段兩幫巖體的綜合彈性模量且其單位為Pa;PlS當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體彈塑性界面上的 水平壓力且γΗ (2)，公式(2)中1^為當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體彈塑性界面上的 應(yīng)力集中系數(shù)，γ為當(dāng)前所施工節(jié)段上覆巖層的平均容重且其單位為N/m 3，H為當(dāng)前所施工 節(jié)段的埋深且其單位為πι，λ為當(dāng)前所施工節(jié)段中彈性地基梁的彈性特征值，所述彈性地基 梁為當(dāng)前所施工節(jié)段的兩幫巖體;liixo+U (3)，公式(3)中U為當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體 彈性區(qū)的寬度且le = h± ▲11'，&11'=〇111~0.3111;幼為當(dāng)前所施工節(jié)段的巷幫極限平衡區(qū)寬 度且
（4)，公式(4)中c為當(dāng)前所施工節(jié)段巷道兩幫巖體的 粘聚力，為當(dāng)前所施工節(jié)段巷道兩幫巖體的內(nèi)摩擦角，c的單位為Pa;= (5)，公 lah 式(5)中1為當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道兩幫巖體與頂?shù)装彘g交界面的切向剛度系數(shù)；
[0057] 對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)開挖完成后當(dāng) 前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S 2進(jìn)行確定；其中
公式(6)中12為保護(hù)煤柱7的寬度，Ρ2 = λ·1?· γΗ (8)，公式(8)中1?為當(dāng)前所施工節(jié)段的 煤柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)且位于保護(hù)煤柱7正下方的巖體的應(yīng)力集中系數(shù)；
[0058]步驟三、巷道開挖:根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留 開挖量，由后向前對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段進(jìn)行開挖；
[0059] 步驟四、巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)確定:結(jié)合圖4和圖5,所采用的巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)包括 多個(gè)巷道幫部支護(hù)單元和多根注漿錨桿8，多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元沿近距離煤層巷道1 的巷道縱向延伸方向由后向前布設(shè)，多根所述注漿錨桿8沿近距離煤層巷道1的巷道縱向延 伸方向由后向前布設(shè)，且所述巷道幫部支護(hù)單元與注漿錨桿8呈交錯(cuò)布設(shè)；
[0060] 多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元的結(jié)構(gòu)均相同；所述巷道幫部支護(hù)單元為布設(shè)在近距 離煤層巷道1兩側(cè)巷道幫上的巷道幫部支護(hù)體系，所述巷道幫部支護(hù)體系布設(shè)在當(dāng)前所施 工節(jié)段的一個(gè)巷道斷面上，所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)當(dāng)前所施工節(jié)段 的巷幫極限平衡區(qū)寬度Χ0進(jìn)行確定；
[0061] 多根所述注漿錨桿8均呈平行布設(shè)且其均與當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫呈 垂直布設(shè);所述注漿錨桿8位于當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的中部且其布設(shè)在當(dāng)前 所施工節(jié)段的一個(gè)巷道斷面上；
[0062] 步驟五、巷道幫部圍巖支護(hù)施工:根據(jù)步驟四中所確定的巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)當(dāng) 前所施工節(jié)段進(jìn)行支護(hù)施工；
[0063] 步驟六、下一節(jié)段開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工:重復(fù)步驟一至步驟五，對(duì)下一節(jié)段進(jìn) 行開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工；
[0064] 步驟七、多次重復(fù)步驟六，直至完成近距離煤層巷道1的全部開挖及巷幫圍巖支護(hù) 施工過(guò)程。
[0065]如圖1所示，所述近距離煤層巷道1的煤柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)巖體由外至內(nèi)分為第一 變形區(qū)1-1、第二變形區(qū)1-2和第三變形區(qū)1-3,所述第一變形區(qū)1-1位于采空區(qū)6下方，第二 變形區(qū)1-2位于上煤層巷道3下方，第三變形區(qū)1-3位于保護(hù)煤柱7下方;所述第二變形區(qū)1-2 與上煤層巷道3的寬度相同，所述第三變形區(qū)1-3的寬度與保護(hù)煤柱7的寬度相同；
[0066] 步驟二中所述的h為第一變形區(qū)1-1的寬度;結(jié)合圖2,所述第一變形區(qū)1-1由內(nèi)至 外分為破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)；所述的k 2為當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)的第 三變形區(qū)1 -3內(nèi)巖體的應(yīng)力集中系數(shù)。
[0067] 其中，所述第一變形區(qū)1-1為破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)的寬度之和。
[0068] 本實(shí)施例中，將當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體作為彈性地基梁進(jìn)行分析。
[0069]如圖1所示，所述上煤層巷道3為已開挖完成的回采巷道，待上部煤層4中的上煤層 巷道3開挖完成后，對(duì)對(duì)應(yīng)的工作面回采結(jié)束后，采空區(qū)6的頂板完全垮落并充填采空區(qū)6， 該上煤層巷道3的另一側(cè)為一定支承壓力作用下的保護(hù)煤柱7;當(dāng)下部煤層回采巷道（即近 距離煤層巷道1)掘進(jìn)后，近距離煤層巷道1的兩幫在上覆巖層及采空區(qū)6內(nèi)矸石自重應(yīng)力作 用下發(fā)生變形或破壞;此外，上部煤柱（即保護(hù)煤柱7)的支承壓力通過(guò)上下煤層之間的夾層 (即夾層5,也稱中間煤層)傳遞至下部煤層3。本實(shí)施例中，所述近距離煤層巷道1位于上煤 層巷道3的左側(cè)下方，所述上煤層巷道3的左側(cè)為采空區(qū)6且其右側(cè)為保護(hù)煤柱7,由于近距 離煤層巷道1的左右?guī)褪芰Φ姆菍?duì)稱性，出現(xiàn)了右?guī)妥冃纹屏演^左幫嚴(yán)重的非對(duì)稱現(xiàn)象。
[0070] 結(jié)合圖2,所建立的近距離煤層巷道的巷道兩幫巖體彈塑性界面應(yīng)力計(jì)算模型為 基于彈性地基梁理論建立的應(yīng)力計(jì)算模型，且所建立的巷道兩幫巖體界面應(yīng)力計(jì)算模型為 在無(wú)支護(hù)情況下的力學(xué)模型，所建立的力學(xué)模型中所述第一變形區(qū)1-1由近距離煤層巷道1 的幫壁向內(nèi)依次形成破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)，其中破裂區(qū)和塑性區(qū)的巖體處于應(yīng)力極限 平衡狀態(tài)，所述破裂區(qū)和塑性區(qū)組成極限平衡區(qū)。所述近距離煤層巷道1開挖初期，煤幫處 于彈塑性狀態(tài)，其表面部分的彈性變形能很快消失，塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展至彈塑性邊界。煤幫 表面的煤體在垂直壓力的作用下持續(xù)地向巷道空間內(nèi)產(chǎn)生徑向變形，直至在煤幫塑性區(qū)的 某個(gè)界面上產(chǎn)生離層后形成破裂區(qū)。
[0071] 本實(shí)施例中，步驟二中根據(jù)開挖完成后當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向 內(nèi)位移理論值Si，對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù) 公式Δ cUiSdA dl (9)進(jìn)行確定;公式(9)中，Δ cU為當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫 的預(yù)留開挖量，Δ dl=0.05m~0.12m;
[0072] 根據(jù)開挖完成后當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S2,對(duì)當(dāng)前施 工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)公式A d2 = S2+Ad2 (10)進(jìn)行確 定；公式（10)中，Δ d2為當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量，Δ d2 = 0.05m~ 0·12m〇
[0073] 本實(shí)施例中，步驟三中進(jìn)行巷道開挖之前，先根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前施工節(jié) 段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖量，并結(jié)合近距離煤層巷道1的設(shè)計(jì)寬度B，對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段 的上覆巖層下壓側(cè)煤幫一側(cè)的實(shí)際開挖寬度匕和煤柱下壓側(cè)煤幫一側(cè)的實(shí)際開挖寬度13 2分 別進(jìn)行確定;其中，bi = b+A di，b2 = b+ Δ d2，&=_#且b和B的單位均為m; 2.
[0074] 當(dāng)前施工節(jié)段的實(shí)際開挖寬度b ' ih+te;
[0075] 步驟三中進(jìn)行巷道開挖時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道中心線，并結(jié) 合所確定的bi和b2,對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段進(jìn)行開挖。
[0076] 本實(shí)施例中，步驟四中所述注衆(zhòng)錨桿8的長(zhǎng)度為r m ' ；其中r m ' = r m - b 2，
11)，5的單位為m;公式（11)中，ro為近距離煤層巷道1的等效圓半 UIV/!) "Γ? J~ 徑JB為近距離煤層巷道1的設(shè)計(jì)寬度，r〇、a、b和B的單位均為m;l = 2 · r〇〇
[0077] 本實(shí)施例中，所述注漿錨桿8呈水平布設(shè)。
[0078] 并且，前后相鄰兩根所述注漿錨桿8之間的間距為0.8m~1.2m。
[0079] 本實(shí)施例中，前后相鄰兩根所述注漿錨桿8之間的間距為lm。
[0080] 實(shí)際施工時(shí)，可根據(jù)具體需要，對(duì)前后相鄰兩根所述注漿錨桿8之間的間距進(jìn)行相 應(yīng)調(diào)整。
[0081] 通過(guò)對(duì)從當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫中部向內(nèi)布設(shè)的注漿結(jié)構(gòu)的變形情 況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):該注漿結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向上煤體在支承壓力下產(chǎn)生的徑向變形量并不相同， 越靠近煤幫表面，其周圍煤體的碎脹變形越大，徑向位移量也越大。對(duì)整個(gè)注漿結(jié)構(gòu)而言， 由于其長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)周圍煤體的徑向位移速率不同，該注漿結(jié)構(gòu)與其周圍煤體之間必將 產(chǎn)生相對(duì)位移而引起摩阻剪應(yīng)力。所述注漿結(jié)構(gòu)靠近煤幫表面的一個(gè)注漿段具有阻止周圍 煤體向巷道內(nèi)徑向變形的趨勢(shì)，該注漿段表面產(chǎn)生指向巷道內(nèi)的摩阻力;所述注漿結(jié)構(gòu)的 其余注漿段則在自身拉拔作用下產(chǎn)生指向煤幫深部的摩阻力。因而，所述注漿結(jié)構(gòu)上存在 一個(gè)表面摩阻力指向相反的分界點(diǎn)，該分界點(diǎn)為所述注漿結(jié)構(gòu)與其周圍煤體相對(duì)位移為零 的中性點(diǎn)，該點(diǎn)摩阻力為零。但該分界點(diǎn)處，所述注漿結(jié)構(gòu)的軸向拉力達(dá)到最大且由該分界 點(diǎn)向注漿結(jié)構(gòu)的兩端軸向拉力逐漸減少并趨于零。所述注漿結(jié)構(gòu)為從當(dāng)前所施工節(jié)段的煤 柱下壓側(cè)煤幫中部向內(nèi)水平鉆孔，并在所成型鉆孔內(nèi)注漿而成。而煤幫巖體的位移則由所 述注漿結(jié)構(gòu)的孔口至孔底呈逐步遞減的分布規(guī)律。由公式（11)可知，隨著近距離煤層巷道1 的等效圓半徑ro的增加，所述砂漿結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度相應(yīng)增大，其中性點(diǎn)（即所述分界面)逐漸向 巷道深部延伸，表明巷道幫部的破裂區(qū)寬度也相應(yīng)增大。
[0082] 本實(shí)施例中，采用注漿錨桿8對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫進(jìn)行加固，并且 注漿錨桿8的長(zhǎng)度為^'。其中，rm' =LS，LS為當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的破裂區(qū)寬 度。并且，所述的^為當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道中心線至所述分界點(diǎn)的水平間距。所述分界點(diǎn) 位于所述第一變形區(qū)1-1中破裂區(qū)和塑性區(qū)之間的分界面上。所述注漿錨桿8的直徑為Φ 0.02m〇
[0083] 因而，本發(fā)明將注漿錨桿8的長(zhǎng)度設(shè)定為rm'，能有效滿足對(duì)煤柱下壓側(cè)煤幫破裂 區(qū)的加固需求，并且不會(huì)造成材料浪費(fèi)，省工省時(shí)。
[0084] 根據(jù)公式（1)可知，當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值Si* 煤體自身變形產(chǎn)生的煤幫表面向巷道內(nèi)的位移與頂?shù)装灏l(fā)生相對(duì)移動(dòng)而產(chǎn)生的煤幫位移 之和，其中煤體自身變形產(chǎn)生的煤幫表面向巷道內(nèi)的位移為·
頂?shù)装灏l(fā)生 相對(duì)移動(dòng)而產(chǎn)生的煤幫位移為
[0085]根據(jù)公式(6)可知，當(dāng)目ij施丄節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S2為煤體 自身變形產(chǎn)生的煤幫表面向巷道內(nèi)的位移、頂?shù)装灏l(fā)生相對(duì)移動(dòng)而產(chǎn)生的煤幫位移與第三 變形區(qū)1 -3內(nèi)煤體自身變形產(chǎn)生的煤幫表面向巷道內(nèi)的位移之和，其中第三變形區(qū)1 -3內(nèi)煤 體自身變形產(chǎn)生的煤幫表面向巷道內(nèi)的位移為
[0086]由公式（1)和公式(6)能看出，下煤層回采巷道（即近距離煤層巷道1)的幫部將出 現(xiàn)嚴(yán)重的非對(duì)稱位移現(xiàn)象，靠近煤柱側(cè)煤體的變形后產(chǎn)生的位移遠(yuǎn)大于靠近實(shí)體煤側(cè)（即 煤柱下壓側(cè)煤幫一側(cè)的變形量遠(yuǎn)大于上覆巖層下壓側(cè)煤幫一側(cè)的變形量），這與大量的現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果高度吻合。因此，在設(shè)計(jì)巷道開挖寬度時(shí)，兩幫需預(yù)留不同的開挖量，以避免煤 幫非對(duì)稱變形后侵入凈空，影響巷道正常使用。
[0087]本實(shí)施例中，步驟一中進(jìn)行圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定之前，先從當(dāng)前所施工節(jié)段中 選取一個(gè)節(jié)段作為測(cè)試段，所述測(cè)試段位于當(dāng)前所施工節(jié)段后端且其長(zhǎng)度為lm。
[0088]步驟一中進(jìn)行圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定時(shí)，從所述測(cè)試段取巖樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，且 所獲得的試驗(yàn)結(jié)果為開挖后當(dāng)前所施工節(jié)段的圍巖基本力學(xué)參數(shù)。
[0089] 并且，鑒于回采巷道（即近距離煤層巷道1)圍巖的非均質(zhì)、非連續(xù)及各向異性等特 性，其力學(xué)參數(shù)必須在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上來(lái)確定，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，減小計(jì)算誤差。
[0090] 本實(shí)施例中，陜西澄合百良旭升煤礦主采煤層為4號(hào)煤層（即上部煤層4)和5號(hào)煤 層（即下部煤層2)。其中，4號(hào)煤層的平均厚度為1.5m，大部分可采，平均埋深為487.3m;5號(hào) 煤層的平均厚度5.37m，全部可采，平均埋深為380.6m(即H = 380.6m)。兩個(gè)煤層的平均層間 距為4.05m(即夾層5的平均層厚為4.05m)，屬于典型的近距離煤層，采用下行開采方式，即 先采4號(hào)煤層，預(yù)留寬度為20m的保護(hù)煤柱7(即l 2 = 20m)，再開采5號(hào)煤層。4號(hào)煤層回采后，5 號(hào)煤層工作面的運(yùn)輸順槽（即近距離煤層巷道1)布置在4號(hào)煤層的采空區(qū)6下并與4號(hào)煤區(qū) 段的保護(hù)煤柱7內(nèi)錯(cuò)8m處，巷道斷面為4.0m X 3.5m，即h = 2a = 3.5m，B = 4.0m;原設(shè)計(jì)采用 "錨桿+錨索+網(wǎng)"的對(duì)稱支護(hù)方案。由于忽略了巷道幫部受力及變形的非對(duì)稱性，盡管5號(hào)煤 層的運(yùn)輸順槽布置在應(yīng)力降低區(qū)，巷道幫部依然出現(xiàn)了嚴(yán)重的非對(duì)稱變形，幫部錨桿(索） 不同程度地"翻盤"，嚴(yán)重影響5號(hào)煤層的正常開采。
[0091] 本實(shí)施例中，步驟二中所述的當(dāng)前所施工節(jié)段中彈性地基梁的彈性特征值
，其中k3為當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體的反力系數(shù)，E和I分別為當(dāng)前所施工節(jié)段兩 幫巖體的綜合彈性模量和慣性矩;b'= lm。
[0092] 本實(shí)施例中，步驟一中進(jìn)行圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定時(shí)，所確定的圍巖基本力學(xué)參 數(shù)至少應(yīng)包括近距離煤層巷道1的凈高h(yuǎn)(即近距離煤層巷道1的內(nèi)部高度）、開挖完成后當(dāng) 前所施工節(jié)段的頂板最大下沉量A h(具體是為對(duì)試驗(yàn)段頂板進(jìn)行監(jiān)測(cè)得到的實(shí)際監(jiān)測(cè) 值）、當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體的綜合彈性模量E、當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體彈塑性界面上 的應(yīng)力集中系數(shù)、、當(dāng)前所施工節(jié)段上覆巖層的平均容重γ、當(dāng)前所施工節(jié)段的埋深H、當(dāng) 前所施工節(jié)段的巷道兩幫巖體的粘聚力c(也稱粘結(jié)力）、當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道兩幫巖體 的內(nèi)摩擦角當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道兩幫巖體與頂?shù)装彘g交界面的切向剛度系數(shù)K s、保護(hù) 煤柱7的寬度12、當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)且位于保護(hù)煤柱7正下方的巖體的 應(yīng)力集中系數(shù)k 2、當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體的反力系數(shù)k3、當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體的慣性 矩I和近距離煤層巷道1的設(shè)計(jì)寬度B。并且，還需相應(yīng)對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體的彈性特 征值λ和當(dāng)前所施工節(jié)段的巷幫極限平衡區(qū)寬度 XQ分別進(jìn)行確定。
[0093]本實(shí)施例中，所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表1:
[0094]表1圍巖基本力學(xué)參數(shù)表
[0095]
[0096] 本實(shí)施例中，將利用matlab軟件且根據(jù)式(4)，計(jì)算得出巷幫極限平衡區(qū)寬度χ〇 = 3.53m。所述的
[0097] 并且，le = h+0 · 18m=3.68m。所述的li = x〇+le = 7 · 21m。所述近距離煤層巷道1的等 效圓半徑r〇 = 2.66m
[0098] 本實(shí)施例中，Ah'=0.18m。實(shí)際施工時(shí)，可根據(jù)具體需要，對(duì)Ah'的取值大小進(jìn)行 相應(yīng)調(diào)整。
[0099] 本實(shí)施例中，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得煤幫表面處的頂板最大下沉量（即開挖完成后當(dāng)前所 施工節(jié)段的頂板最大下沉量）Ah = 0.15m，根據(jù)公式(1)，求得
[0100]
[0102] 由上述內(nèi)容可知，開挖完成后當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理 論值Si = 0.4m，開挖完成后當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S2 = 0.53m。 考慮到煤柱支承壓力引起的上煤層巷道3底板最大破壞深度波及下部煤層2和由于上煤層 巷道3開挖卸載而引起的下部煤層2中第三變形區(qū)1-3的影響，當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下 壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量Δ di = Si+A dl = 0.4m+0. lm，當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的預(yù) 留開挖量 Δ d2 = S2+ Δ d2 = 0 · 53m+0 · 07m=0 · 6m。
[0103] 本實(shí)施例中，Δ dl=0. lm，Δ d2 = 0.07m。
[0104] 實(shí)際施工時(shí)，可根據(jù)具體需要，對(duì)Δ dl和Δ d2的取值大小進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
[0105] 本實(shí)施例中，所述近距離煤層巷道1為回采巷道且其凈高與下部煤層2的凈高相 同；步驟三中進(jìn)行巷道開挖時(shí)，按照常規(guī)礦山回采巷道開挖的施工方法，對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段 進(jìn)行開挖。
[0106] 實(shí)際施工過(guò)程中，多個(gè)所述節(jié)段的縱向長(zhǎng)度均為10m~50m。
[0107] 本實(shí)施例中，多個(gè)所述節(jié)段的縱向長(zhǎng)度為30m左右。
[0108] 實(shí)際施工時(shí)，所述近距離煤層巷道1與上煤層巷道3之間的水平間距為8m~12m。
[0109] 實(shí)際施工時(shí)，前后相鄰兩個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元之間的間距為0.8m~1.2m。
[0110] 本實(shí)施例中，前后相鄰兩個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元之間的間距為lm，相鄰兩個(gè)所 述巷道幫部支護(hù)單元之間的中部均設(shè)置有一根所述注漿錨桿8。
[0111] 本實(shí)施例中，步驟四中所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力錨桿支 護(hù)結(jié)構(gòu)；
[0112] 步驟五中對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段進(jìn)行支護(hù)施工時(shí)，先由后向前對(duì)多根所述注漿錨桿8 進(jìn)行施工，再由后向前對(duì)多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。
[0113] 如圖5所示，所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)分別對(duì)稱布設(shè)在 近距離煤層巷道1左右兩側(cè)巷道幫上的幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)所述幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同；
[0114] 所述幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)包括布設(shè)在近距離煤層巷道1的巷道幫上且呈水平向布設(shè)的巷 道幫部錨桿9;所述巷道幫部錨桿9的長(zhǎng)度等于li ' +XQ+12 '，其中l(wèi)i ' = 10cm~20cm，h ' = 30cm ~50cm〇
[0115] 實(shí)際施工時(shí)，所述幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)中巷道幫部錨桿9的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè);且當(dāng)巷道 幫部錨桿9的數(shù)量為一個(gè)時(shí)，該巷道幫部錨桿9布設(shè)在所述需防治回采巷道的巷道幫中部； 當(dāng)所述巷道幫部錨桿9的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，多個(gè)所述巷道幫部錨桿9呈均勻布設(shè)且相鄰兩個(gè)所 述巷道幫部錨桿9之間的間距為0.8m~lm。本實(shí)施例中，所述巷道幫部錨桿9的數(shù)量為三個(gè)。
[0116] 實(shí)際施工時(shí)，可根據(jù)具體需要，對(duì)所述幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)中巷道幫部錨桿9的數(shù)量進(jìn)行 相應(yīng)調(diào)整。
[0117] 本實(shí)施例中，所述巷道幫部錨桿9的長(zhǎng)度Lbang= h '+xo+l2 ' =0.1+3.53+0.33 = 3.96m。此處，取所述巷道幫部錨桿9的長(zhǎng)度為4.2m，兩幫各三根Φ 18 X 6500mm的左旋螺紋鋼 錨桿，間排距為800 X 1000mm，設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度取為1200mm，每根錨桿采用2節(jié)Z2360型中速樹 脂錨固劑。其中11' = 10〇11，12'=33〇11，所述巷道幫部錨桿9的有效長(zhǎng)度為3.53111，巷道幫部錨 桿9的外露長(zhǎng)度為0. lm且其錨入穩(wěn)定巖層內(nèi)的長(zhǎng)度為0.33m。
[0118] 為科學(xué)評(píng)價(jià)本發(fā)明所采用支護(hù)方案的實(shí)際效果，需對(duì)試驗(yàn)段支護(hù)后的圍巖變形情 況進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。其中，圍巖深部變形監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)對(duì)支護(hù)加固后不同深度巖體的變形 情況的測(cè)試，以了解巷道圍巖各部分不同深度圍巖的弱化和松動(dòng)范圍，包括破碎區(qū)、塑性區(qū) 的分布及其離層情況，以準(zhǔn)確評(píng)估支護(hù)效果，修正支護(hù)參數(shù);圍巖表面位移監(jiān)測(cè)可較好地判 斷圍巖的運(yùn)動(dòng)情況，分析圍巖是否進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：采用本發(fā)明進(jìn)行支護(hù)后， 所述近距離煤層巷道1的左右兩側(cè)巷道幫部的最大變形量分別為0.065m和0.08m，因而煤幫 變形得到有效控制。
[0119] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于：沿巷道縱向延伸方向由后向前 分多個(gè)節(jié)段對(duì)近距離煤層巷道（1)進(jìn)行開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工;所述近距離煤層巷道（1) 的橫斷面為矩形且其為在下部煤層(2)內(nèi)開采的巷道，所述近距離煤層巷道（1)位于上煤層 巷道（3)的一側(cè)下方，所述上煤層巷道（3)為在上部煤層(4)內(nèi)開采的巷道，所述上部煤層 (4)位于下部煤層(2)上方，且上部煤層(4)與下部煤層(2)之間通過(guò)夾層(5)進(jìn)行分隔;所述 近距離煤層巷道（1)與上煤層巷道(3)呈平行布設(shè);所述上煤層巷道(3)的一側(cè)為采空區(qū)（6) 且其另一側(cè)為預(yù)留的保護(hù)煤柱(7)，所述近距離煤層巷道（1)位于采空區(qū)（6)下方;所述近距 離煤層巷道（1)靠近上煤層巷道（3)的一側(cè)巷道幫部為煤柱下壓側(cè)煤幫，近距離煤層巷道 (1)的另一側(cè)巷道幫部為上覆巖層下壓側(cè)煤幫;對(duì)近距離煤層巷道（1)進(jìn)行開挖及巷幫圍巖 支護(hù)施工時(shí)，多個(gè)所述節(jié)段的開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工方法均相同；對(duì)于近距離煤層巷道 (1)的任一節(jié)段進(jìn)行開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工時(shí)，包括以下步驟： 步驟一、圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定:通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取巖樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前所施工節(jié) 段的圍巖基本力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行同步記錄； 步驟二、巷道兩幫預(yù)留開挖量確定:根據(jù)步驟一中所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)，對(duì)當(dāng)前 施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖量分別進(jìn)行確定； 對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)開挖完成后當(dāng) 前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S i進(jìn)行確定；其中(1);公式（1)中，拉=會(huì)，h為近距離煤層巷道（1)的凈 高，且a和h單位均為m; Ah為開挖完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的頂板最大下沉量;E為當(dāng)前所施 工節(jié)段兩幫巖體的綜合彈性模量且其單位為Pa;Pi為當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體彈塑性界面 上的水平壓力且?1 = 1·!^· γΗ (2)，公式(2)中1^為當(dāng)前所施工節(jié)段兩幫巖體彈塑性界 面上的應(yīng)力集中系數(shù)，γ為當(dāng)前所施工節(jié)段上覆巖層的平均容重且其單位為N/m 3，H為當(dāng)前 所施工節(jié)段的埋深且其單位為πι，λ為當(dāng)前所施工節(jié)段中彈性地基梁的彈性特征值，所述彈 性地基梁為當(dāng)前所施工節(jié)段的兩幫巖體；hixo+U (3)，公式(3)中U為當(dāng)前所施工節(jié)段 兩幫巖體彈性區(qū)的寬度且le = h± Ah'，Ah'=0m~0.3m;xo為當(dāng)前所施工節(jié)段的巷幫極限 平衡區(qū)寬度i| (4)，公式（4)中c為當(dāng)前所施工節(jié)段巷道 兩幫巖體的粘聚力，為當(dāng)前所施工節(jié)段巷道兩幫巖體的內(nèi)摩擦角；歲= A(5)，公式(5) 2aL· 中^為當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道兩幫巖體與頂?shù)装彘g交界面的切向剛度系數(shù)； 對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)開挖完成后當(dāng)前施 工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S 2進(jìn)行確定；其中公式(6)中12為保護(hù)煤柱(7)的寬度，ρ2=λ·1?· γΗ (8)，公式(8)中1?為當(dāng)前所施工節(jié)段 的煤柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)且位于保護(hù)煤柱(7)正下方的巖體的應(yīng)力集中系數(shù)； 步驟三、巷道開挖:根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖 量，由后向前對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段進(jìn)行開挖； 步驟四、巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)確定:所采用的巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)巷道幫部支護(hù) 單元和多根注漿錨桿(8)，多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元沿近距離煤層巷道（1)的巷道縱向延 伸方向由后向前布設(shè)，多根所述注漿錨桿(8)沿近距離煤層巷道（1)的巷道縱向延伸方向由 后向前布設(shè)，且所述巷道幫部支護(hù)單元與注漿錨桿(8)呈交錯(cuò)布設(shè)； 多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)單元的結(jié)構(gòu)均相同；所述巷道幫部支護(hù)單元為布設(shè)在近距離煤 層巷道（1)兩側(cè)巷道幫上的巷道幫部支護(hù)體系，所述巷道幫部支護(hù)體系布設(shè)在當(dāng)前所施工 節(jié)段的一個(gè)巷道斷面上，所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)當(dāng)前所施工節(jié)段的 巷幫極限平衡區(qū)寬度xo進(jìn)行確定； 多根所述注漿錨桿(8)均呈平行布設(shè)且其均與當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫呈垂 直布設(shè);所述注漿錨桿(8)位于當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的中部且其布設(shè)在當(dāng)前 所施工節(jié)段的一個(gè)巷道斷面上； 步驟五、巷道幫部圍巖支護(hù)施工:根據(jù)步驟四中所確定的巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)當(dāng)前所 施工節(jié)段進(jìn)行支護(hù)施工； 步驟六、下一節(jié)段開挖及巷幫圍巖支護(hù)施工：重復(fù)步驟一至步驟五，對(duì)下一節(jié)段進(jìn)行開 挖及巷幫圍巖支護(hù)施工； 步驟七、多次重復(fù)步驟六，直至完成近距離煤層巷道（1)的全部開挖及巷幫圍巖支護(hù)施 工過(guò)程。2. 按照權(quán)利要求1所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于:所述近距 離煤層巷道（1)為回采巷道且其凈高與下部煤層（2)的凈高相同；步驟三中進(jìn)行巷道開挖 時(shí)，按照常規(guī)礦山回采巷道開挖的施工方法，對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段進(jìn)行開挖。3. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于：多個(gè) 所述節(jié)段的縱向長(zhǎng)度均為l〇m~50m，所述近距離煤層巷道（1)與上煤層巷道(3)之間的水平 間距為8m~12m。4. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于:步驟 二中根據(jù)開挖完成后當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值Si，對(duì)當(dāng)前施 工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)公式A cUiSd Adi (9)進(jìn) 行確定；公式(9)中，Δ dl=0.05m~0.12m; 根據(jù)開挖完成后當(dāng)前施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫的向內(nèi)位移理論值S2,對(duì)當(dāng)前施工節(jié) 段的煤柱下壓側(cè)煤幫的預(yù)留開挖量進(jìn)行確定時(shí)，根據(jù)公式Ad2 = S2+Ad2 (10)進(jìn)行確定； 公式（10)中，Ad2 = 0·05m~0.12m。5. 按照權(quán)利要求4所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于：步驟三中 進(jìn)行巷道開挖之前，先根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前施工節(jié)段的兩側(cè)巷道幫部的預(yù)留開挖 量，并結(jié)合近距離煤層巷道（1)的設(shè)計(jì)寬度B，對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段的上覆巖層下壓側(cè)煤幫一側(cè) 的實(shí)際開挖寬度匕和煤柱下壓側(cè)煤幫一側(cè)的實(shí)際開挖寬度匕分別進(jìn)行確定;其中，h = b+A di，b2 = b+A d2,辦二了且13和B的單位均為m; 當(dāng)前施工節(jié)段的實(shí)際開挖寬度b ' ; 步驟三中進(jìn)行巷道開挖時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的當(dāng)前所施工節(jié)段的巷道中心線，并結(jié)合所 確定的bi和b2,對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段進(jìn)行開挖。6. 按照權(quán)利要求5所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于:步驟四中 所述注衆(zhòng)錨桿(8)的長(zhǎng)度為rm'；其中rm'=rm-b2，U，。的單位為m; 公式（11)中，r〇為近距離煤層巷道（1)的等效圓半徑且％ = >/?2+心2，? = |，Β為近距離煤 層巷道(1)的設(shè)計(jì)寬度，r〇、a、b和Β的單位均為m;l = 2 · r〇。7. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于:步驟 四中前后相鄰兩根所述注漿錨桿(8)之間的間距為0.8m~1.2m，前后相鄰兩個(gè)所述巷道幫 部支護(hù)單元之間的間距為0.8m~1.2m。8. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于:步驟 四中所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)； 步驟五中對(duì)當(dāng)前所施工節(jié)段進(jìn)行支護(hù)施工時(shí)，先由后向前對(duì)多根所述注漿錨桿(8)進(jìn) 行施工，再由后向前對(duì)多個(gè)所述巷道幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。9. 按照權(quán)利要求8所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于:所述巷道 幫部支護(hù)體系所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)分別對(duì)稱布設(shè)在近距離煤層巷道(1)左右兩側(cè)巷 道幫上的幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)所述幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同； 所述幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)包括布設(shè)在近距離煤層巷道（1)的巷道幫上且呈水平向布設(shè)的巷道 幫部錨桿(9);所述巷道幫部錨桿(9)的長(zhǎng)度等于11'+1〇+12'，其中11' = 10〇11~20〇11，12' = 30cm~50cm。10. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種近距離煤層巷道的巷幫支護(hù)方法，其特征在于:所述 近距離煤層巷道(1)的煤柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)巖體由外至內(nèi)分為第一變形區(qū)（1-1)、第二變形 區(qū)（1-2)和第三變形區(qū)（1-3)，所述第一變形區(qū)（1-1)位于采空區(qū)（6)下方，第二變形區(qū)（1-2) 位于上煤層巷道(3)下方，第三變形區(qū)（1-3)位于保護(hù)煤柱（7)下方;所述第二變形區(qū)（1-2) 與上煤層巷道(3)的寬度相同，所述第三變形區(qū)（1-3)的寬度與保護(hù)煤柱(7)的寬度相同； 步驟二中所述的h為第一變形區(qū)（1-1)的寬度，所述第一變形區(qū)（1-1)由內(nèi)至外分為破 裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)；所述的k2為當(dāng)前所施工節(jié)段的煤柱下壓側(cè)煤幫內(nèi)側(cè)的第三變形區(qū) (1-3)內(nèi)巖體的應(yīng)力集中系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105863700SQ201610479910
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】于遠(yuǎn)祥
【申請(qǐng)人】西安科技大學(xué)