[0001] 本发明涉及煤矿开采施工技术领域，尤其涉及一种沿空巷道切顶卸压支护结构及支护方法。

[0002] 为了回收更多的煤炭资源，增加地下煤炭资源采出率，降低留设宽煤柱给邻近煤层和底板巷道造成较高的支承压力，减少冲击地压的发生，沿空掘巷和沿空留巷成为了目前煤矿长壁开采常用的布置方式。沿空掘巷在我国又以留窄煤柱护巷作为主要方式，即巷道与采空区之间保留3～5m宽的煤柱。窄煤柱不仅在掘巷期间围岩强烈变形，回采期间需要承受两次采动影响，顶板强烈下沉和底板鼓起比较严重，需要多次返修才能正常使用。无煤柱沿空留巷没有煤柱的影响，将巷道布置在采空区附近的支承压力降低区，对于巷道支护成本和安全性都有保障，同时相比于沿空掘巷，不用再开掘巷道，降低了掘进成本，还缓解了采掘接替紧张的局面。

[0003] 沿空留巷对支护方式提出了更高要求，因为基本顶岩块在回转下沉过程，造成了沿空巷道顶板下沉量较大，通常采取的措施为采空区充填和切顶卸压技术。目前无煤柱沿空留巷主要应用于近水平巷道，传统巷旁支护有木垛、密集支柱、矸石带、混凝土砌块。倾斜煤层开采后，沿倾斜方向直接顶垮落后，矸石沿工作面倾斜方向滚动或滑动，在工作面下部出现堆积现象，容易串入巷道内。同时，老顶发生弯曲下沉直到发生断裂，都会引起沿空巷道煤帮和和巷旁支护体发生剧烈变形，采用普通支架、锚杆支护、锚网索支护等常规支护方式，直接顶容易沿层间产生错动，难以控制顶板的变形破坏，这些问题都为倾斜煤层沿空留巷带来了较大困难。

[0004] 如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

[0053] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0054] 实施例1

[0055] 参见图1至图3，本发明提供其技术方案为，一种沿空巷道切顶卸压支护结构，包括沿倾斜煤层1开设的沿空巷道4、设置在沿空巷道4上的锚网梁注综合支护体系；

[0056] 锚网梁注综合支护体系包括设置在沿空巷道4顶板和两帮的锚杆锚索支护结构、通过注浆锚杆和注浆锚索12进行的加强支护以及架设在顶板上的钢梁；

[0057] 沿空巷道4内设置挡矸装置。

[0058] 锚杆锚索支护结构包括矿用锚杆13、矿用锚索11；

[0059] 矿用锚杆13上设置有金属网；

[0060] 金属网覆盖在沿空巷道4顶板上，形成锚网；

[0061] 矿用锚索11在沿空巷道4左右沿中线对称布置。

[0062] 挡矸装置包括单体支柱7、双层金属网和柔模袋10，双层金属网固定在单体支柱7靠近采空区9的一侧，柔模袋10设置在双层金属网内，柔模袋10中注入高水充填材料来封闭采空区9；

[0063] 单体支柱7采用液压支柱。

[0064] 沿空巷道4顶板上开设有切顶钻孔8，切顶钻孔8经直接顶2钻入基本顶3内部；

[0065] 切顶钻孔8下方设置脉冲装置，脉冲装置包括封孔器、推杆和脉冲发生器，封孔器下方设置注水口。

[0066] 沿空巷道4顶板倾斜角度与煤层1相同，底板岩层5为卧底掘进成水平。

[0067] 基于倾斜煤层切顶卸压无煤柱非对称巷道支护结构的支护方法，包括如下步骤：

[0068] (1)基本支护：沿倾斜煤层开掘沿空巷道4，巷道宽度5.4m，巷道中线高度为3.4m，巷道顶板倾斜角度与煤层1相同为20°，底板岩层5为卧底掘进成水平。支护方式为，巷道顶板采用矿用锚杆13、矿用锚索11支护，并在锚杆上设置金属网，锚杆间排距为800mm*800mm，长度3m，采用直径为22mm的左旋螺纹钢锚杆，锚索布置在巷道左右沿中线对称布置，规格为直径22mm，长度6300mm，间排距800*1600mm，托盘规格300*300*16mm。在巷道中顶及两侧各增补1道走向锚索梁，锚索规格直径22mm，L＝6300，间排距1900(1700)*1600mm，梁选用14#槽钢，L＝3600mm。走向锚索梁锚索与单体锚索交替布置，形成“323”锚索布置方式，如果迎头顶板岩性发生变化，则锚索长度应相应调整，确保锚索生根在稳定岩层中不小于1.2m。

[0069] 当然，顶板和两帮的补强支护方式并不局限于上述的具体形式，具体可以依据岩层结构和开采参数来具体设计。

[0070] (2)挡矸装置包括单体支柱7、双层金属网和柔模袋10，双层金属网固定在单体支柱7靠近采空区9的一侧，柔模袋10铺设在双层金属网内，成巷稳定后，向柔模袋10中加注高水材料来封闭采空区9。

[0071] (3)注浆补强：采用锚注装置配合竖向锚索梁上、中、下部锚索，采用恒阻锚索和注浆锚索12进行补强支护，实体煤侧采用普通锚索支护，采空区侧和顶板采用注浆锚索进行支护。锚注装置“212”布置，间排距2400mm*1600mm，形成注浆“五花布置”。注浆液比重1.3；注浆压力达到1.5MPa时即停止注浆，若发现注浆无压时，控制注浆量。

[0072] (4)加固锚索按照“212”方式布置，即每2排锚杆交替布置2根、1根单体锚索。其中2根锚索位置分别为距顶板700mm、2300mm，1根锚索位置距顶板1500mm。锚索选用规格为直径22mm，L＝4100mm，垂直煤壁施工；锚杆钢带上第一根锚杆改为加固锚索，其他选用锚杆直径
22mm，L＝3000mm，间排距800*800mm。顶锚杆紧跟迎头，帮锚杆滞后迎头不得大于1个循环进度，锚杆托盘规格：150*150*10mm；锚杆扭力矩：岩石不小于300N·m，煤体不小于200N·m；
锚杆锚固力：不小于127KN；锚杆角度：与岩面垂直，其中顶部两肩窝锚杆与顶板法线夹角为
10°，帮部肩窝锚杆与帮部法线夹角为10°，锚杆丝扣外露：10～50mm。

[0073] (5)脉冲水力钻孔致裂方法，从巷道顶板开设切顶钻孔8，钻孔角度和深度根据煤层倾角和岩层层位进行综合确定，要求要将钻孔钻入基本顶3内部，达到切顶致裂的良好效果。钻孔角度一般呈60‑75°，钻孔深度一般可达10‑15m。

[0074] 首先在钻孔下方安装脉冲装置，包括封孔器、推杆和脉冲发生器，封孔器下方设置注水口，通过注水口向钻孔内注水，然后启动脉冲启动器，在钻孔两侧产生脉冲波，低压水沿着产生的裂缝向前延伸，向孔口方向移动推杆改变致裂位置，在基本顶3岩层中形成了一定方向的裂隙。水压控制在0.5MPa左右，脉冲波破碎半径为1m，推杆每次作业收缩距离为0.8‑1m。

[0075] (6)工作面回采后，及时布置单体支柱进行临时支护，采空区基本顶3沿预制切缝的结构面垮落形成巷帮，压实充分后，逐步回撤单体支柱，并对采空区侧帮进行喷浆处理。

[0076] 本发明通过在基本顶岩层钻孔进行脉冲水力致裂，在工作面回采后及时破断垮落，减少了基本顶侧向跨距，并且断裂线位于沿空留巷斜上方，降低了巷道区域应力集中。同时，通过巷道锚杆、锚索、钢梁、金属网、注浆等综合支护手段，全方位控制巷道顶板下沉和帮部变形，整个作业过程安全可控，易于操作，适用于高瓦斯矿井作业环境，保证了安全高效生产。

[0077] 实施例2

[0078] 参见图4至图7，在实施例1的基础上，还包括加固装置，加固装置包括设置在单体支柱7顶部的加固杆15、设置在单体支柱7底部以及加固杆15上的卡箍组合，相邻单体支柱7底部的卡箍组合之间设置有连接杆16，单体支柱7底部的卡箍组合与相邻的单体支柱7顶部的加固杆15上的卡箍组合之间设置有连接杆16；

[0079] 卡箍组合包括两个半环形的卡箍17，卡箍17的两端设置有耳板，两个卡箍17的耳板之间通过螺栓固定连接；

[0080] 卡箍17的外壁上设置有上下两块横板18，上下两块横板18之间设置有连接块19，上下两块横板18上以及连接块19的一端均开设有竖向的螺纹孔，上下两块横板18与连接块19的一端之间通过螺栓固定连接；

[0081] 连接块19的另一端设置有左右两块竖板20，竖板20上开设有横向的螺纹孔，左右两块竖板20之间连接连接杆16，连接杆16的两端均开设有螺纹孔，左右两块竖板20与连接杆16端部之间通过螺栓固定连接；

[0082] 左右两块竖板20相对的侧壁上开设有环形的限位槽21，限位槽21的内径大于螺纹孔的直径；

[0083] 连接杆16端部两侧设置有限位环22，限位环22与限位槽21滑动匹配。

[0084] 使用时，先将加固杆15固定在单体支柱7顶部，然后在单体支柱7底部连接卡箍组合，将两个半环形的卡箍17卡在单体支柱7底部外壁上，然后用螺栓固定连接；再将上下两块横板18与连接块19的一端通过螺栓固定连接，再将左右两块竖板20与连接杆16端部之间通过螺栓连接，先不要完全旋紧，以保证调整的余量，然后在加固杆15上连接卡箍组合，再将上下两块横板18与连接块19的一端通过螺栓固定连接，再将左右两块竖板20与连接杆16端部之间通过螺栓连接，调整好连接杆16之后，就可以将连接杆16的一端与单体支柱7底部连接的左右两块竖板20通过螺栓旋紧固定住，连接杆16的另一端与加固杆15上连接的左右两块竖板20通过螺栓旋紧固定住；

[0085] 同样，也可以先在加固杆15上连接卡箍组合，调整好连接杆16之后，再在加固杆15上连接卡箍组合。

[0086] 同样，相邻的单体支柱7底部之间也设置连接杆16进行连接固定。

[0087] 相邻单体支柱7底部的卡箍组合之间连接有连接杆16，此连接杆16的走向是横向的，单体支柱7底部的卡箍组合与相邻的单体支柱7顶部的加固杆15上的卡箍组合之间连接有连接杆16，此连接杆16的走向是斜向的，这样，横向的连接杆16、斜向的连接杆16与单体支柱7之间形成了三角形结构；

[0088] 三角形结构对于巷道稳定性的帮助主要体现在以下几个方面：

[0089] 提高支护结构的整体稳定性：三角形结构具有稳定性良好的特点，能够有效地分散和承担地压力，降低支护结构整体的变形和位移，提高巷道的稳定性。

[0090] 增强支护结构的刚度和强度：通过横向和斜向连接杆形成的三角形结构，可以有效地增强支护结构的刚度和强度，提高其抗拉、抗压等抗力能力，减少结构变形和破坏的风险。

[0091] 提高支护效果：三角形结构能够有效地防止支护结构局部失稳和局部破坏，提高支护效果，延长支护结构的使用寿命，减少维护和修复成本。

[0092] 因此，形成三角形结构，可以有效地提高巷道的稳定性，保障巷道工程的安全和持续运行。

[0093] 加固装置结构简单，安装方便。由于加固装置采用了卡箍组合和连接杆结构，使得安装过程更加简便快捷，不需要专门的工具和设备。

[0094] 加固装置具有良好的稳定性和可靠性。通过卡箍17的固定和连接杆16的调整，可以有效地增强单体支柱7的稳定性和承载能力，确保整体结构的安全性。

[0095] 加固装置具有一定的调整性。连接杆16的设计使得可以进行一定程度的调整，以适应不同单体支柱之间的尺寸差异，使得加固效果更加完善。

[0096] 加固装置可以重复使用。由于采用了螺栓连接的方式，可以方便地拆卸和重复使用，节约成本并减少资源浪费。

[0097] 加固装置具有良好的适用性。适用于不同形状和材质的单体支柱，具有较强的通用性和适用性。

[0098] 实施例3

[0099] 参见图4至图7，在实施例2的基础上，单体支柱7的顶部设置有连接板23，加固杆15的顶部和底部均设置有连接板23，连接板23上均开设有螺纹孔，单体支柱7顶部的连接板23与加固杆15底部的连接板23之间通过螺栓固定连接。

[0100] 这种结构加强了单体支柱和加固杆之间的连接稳定性，确保整个支撑系统的稳固性和安全性。

[0101] 通过螺栓固定连接，拆装方便快捷，便于维护和更换零部件。

[0102] 连接板的设置使得单体支柱和加固杆之间的连接更加紧密，有效地防止了松动和脱落。

[0103] 提高了整体结构的承载能力和抗冲击性能，确保了支护体系的安全性和稳定性。

[0104] 实施例4

[0105] 在实施例1的基础上，步骤(4)中，注浆锚杆和注浆锚索12长度按照巷道直接顶2和基本顶3高度以及煤层1倾角综合确定，选用长度为6.3m的注浆锚索和长度为3.0m的注浆锚杆，实体煤侧帮部选用长度为4.1m的矿用锚索。

[0106] 通过加强支护，有效提高了巷道的整体稳定性，减少了因顶板冒落引起的安全隐患。

[0107] 注浆锚杆和注浆锚索的选择长度符合巷道结构的实际需要，能够有效满足支护的要求。

[0108] 采用了综合支护体系，即锚网梁注综合支护体系，结构牢固，能够有效支撑巷道顶板和两帮，提高了对倾斜煤层切顶卸压无煤柱非对称巷道的支护效果。

[0109] 在工作面回采后，采用了自然支护的方式，将上侧垮落的岩石堆积到下侧，形成了稳定的支护结构，减少了二次支护的成本和工作量。

[0110] 整体支护工作逐步进行，保证了巷道的稳定性，并能够循序渐进地完成整条巷道的支护工作。

[0111] 实施例5

[0112] 在实施例1的基础上，步骤(3)中，切顶卸压为脉冲推动水流致裂方法，通过在岩层内开设多个切顶钻孔8，从注水口向切顶钻孔8内注水，启动脉冲发射器发射脉冲波，通过调整角度使脉冲波沿巷道方向进行破裂围岩，逐渐形成裂缝。

[0113] 通过脉冲推动水流致裂方法，能够快速形成裂缝，提高岩层的开采效率。

[0114] 通过调整角度使脉冲波沿巷道方向进行破裂围岩，能够精确控制裂缝的形成方向和范围。

[0115] 相比传统的爆破方法，切顶卸压脉冲推动水流致裂方法不需要使用大量的炸药，减少能源消耗和对环境的影响。

[0116] 由于不使用爆破药品，减少了爆破过程中的安全隐患，可以提高开采作业的安全性。

[0117] 切顶卸压脉冲推动水流致裂方法是一种相对环保的开采方法，有利于矿产资源的可持续开采。

[0118] 实施例6

[0119] 在实施例1的基础上，步骤(2)中，挡矸装置采用充填高水材料和单体支柱7结合使用，在靠近沿空巷道4的采煤待采工作面6内设置单体支柱7将采煤待采工作面6顶板支撑，在靠近采空区9侧帮采用柔模袋10进行高水材料巷旁充填，在沿空巷道4沿空侧及顶板打入锚杆及注浆锚索，在锚杆上挂钢筋网进行挡矸。

[0120] 这样的方式可以有效防止顶板垮落和挡矸的溃塌，保障了采煤待采工作面的安全生产。同时，通过单体支柱和柔模袋的结合使用，可以更好地支撑顶板和填充高水材料，提高了支护的稳定性和承载能力。此外，锚杆和注浆锚索的使用可以增强地质体的稳定性，减少了围岩的松动和坍塌的风险。整体而言，这样的设计可以有效提高巷道的支护效果，保障了矿井的安全生产。

[0121] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。