本申请涉及矿井安全技术领域，具体而言，涉及一种矿井支护结构。
背景技术：
矿井在普通方式支护状态下，很容易发生直接顶在非采帮正上方发生断裂，造成下方撤架巷压力集中，对下层巷道的支护、设备和工作人员造成非常大的安全隐患。
技术实现要素：
本申请实施例的目的在于提供一种矿井支护结构，其能够改善矿井非采帮正上方发生断裂，造成下方撤架巷压力集中的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种矿井支护结构，矿井支护结构设置于矿井主撤架巷顶，主撤架巷具有相对的非采侧和采帮侧，主撤架巷顶具有沿采帮侧向非采侧的第一预设方向，以及沿主撤架巷延伸方向的第二预设方向，其包括多个锚杆和多个锚索。
多个锚杆沿第一预设方向和第二预设方向呈阵列分布，其中每列锚杆沿第一预设方向分布，每行锚杆沿第二预设方向分布，每个锚杆由矿井主撤架巷顶向上延伸。
多个锚索沿第一预设方向和第二预设方向呈阵列分布，其中每列锚索沿第一预设方向分布，每行锚索沿第二预设方向分布，多列锚索与多列锚杆交替分布，每个锚索由矿井主撤架巷顶向上延伸。
位于矿井主撤架巷顶中部的至少一行锚索和靠近非采侧的至少一行锚索以斜向非采侧40～50°向上延伸。
在上述实现过程中，多列锚杆能够插入到伪顶中，用于固定伪顶，防止伪顶坍塌，锚索穿过伪顶，进一步插入到直接顶中，用于固定伪顶和直接顶，避免造成下方撤架巷压力集中。多列锚杆和多列锚索交替分布支护矿井主撤架巷顶以及位于矿井主撤架巷顶中部以斜向非采侧40～50°向上延伸的至少一行锚索和靠近非采侧以斜向非采侧40～50°向上延伸的至少一行锚索形成的支护结构能够使顶板处于高预紧力状态下，减小了在非采帮侧上方顶板断裂的可能性，对于支护段的本处顶板相对而言，不易发生断裂，进而避免造成下方撤架巷压力集中和对下层巷道的支护和设备造成的安全隐患。
在一种可能的实施方案中，位于矿井主撤架巷顶中部的以斜向非采侧40～50°向上延伸的锚索和靠近非采侧的以斜向非采侧40～50°向上延伸的锚索之间至少有一行锚索竖直向上延伸并且与斜向非采侧40～50°延伸的锚索相交。
在上述实现过程中，以斜向非采侧40～50°向上延伸的锚索和竖直向上延伸的锚索相交能够提高整个矿井主撤架巷顶的坚固性，防止矿井主撤架巷顶发生断裂。
在一种可能的实施方案中，由靠近采帮侧的第一行锚索到靠近非采侧的以斜向非采侧40～50°向上延伸的至少一行锚索的锚索均为恒阻锚索，多行恒阻锚索与非采侧之间的锚索为普通锚索。
在上述实现过程中，恒阻锚索具有高预紧力、高恒阻、大行程拉伸的特性，能够满足“缓变型”破坏控制要求，并且具有常吸能的特性，能够满足大变形、岩爆等冲击灾害控制要求，尤其对防止顶板下沉具有明显效果。
在一种可能的实施方案中，每列锚索均套设有钢带。
在上述实现过程中，每列锚索均通过钢带加固，提高矿井支护结构的支护性能。
在一种可能的实施方案中，以斜向非采侧40～50°向上延伸的每行锚索均套设有钢带。
在上述实现过程中，以斜向非采侧40～50°向上延伸的每行锚索均通过钢带加固，提高矿井支护结构的支护性能。
在一种可能的实施方案中，每列锚杆均套设有钢筋梯。
在上述实现过程中，每列锚杆均通过钢筋梯加固，提高矿井支护结构的支护性能。
在一种可能的实施方案中，锚杆的直径为18～30mm，长度为2000～3000mm，任意相邻的两列锚杆的间距为600～1000mm，任意相邻的两行锚杆的间距为1800～2400mm。
在上述实现过程中，锚杆用于插入到矿井主撤架巷顶的伪顶中，提高矿井主撤架巷顶的伪顶的坚固性。
在一种可能的实施方案中，锚索的直径为18～28mm，长度为8000～12000mm，任意相邻的两列锚索的间距为600～1000mm，任意相邻的两行锚索的间距为1800～2400mm。
在上述实现过程中，锚索用于插入到矿井主撤架巷顶的伪顶和直接顶中，提高矿井主撤架巷顶的伪顶的坚固性以及防止直接顶断裂，以及通过在直接顶的支护避免造成下方撤架巷压力集中。
在一种可能的实施方案中，多个锚索沿第一预设方向呈七行并排分布，其中第一行至第六行并排分布的六行锚索均为恒阻锚索，第七行锚索为普通锚索。
在一种可能的实施方案中，第四行和第六行恒阻锚索以斜向非采侧40～50°向上延伸。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例矿井的结构示意图；
图2为本申请实施例矿井支护结构第一视角的结构示意图；
图3为本申请实施例矿井支护结构第二视角的结构示意图；
图4为本申请实施例矿井主撤架巷顶板第一种断裂的结构示意图；
图5为本申请实施例矿井主撤架巷顶板第二种断裂的结构示意图；
图6为本申请实施例矿井主撤架巷顶板第三种断裂的结构示意图。
图标：10-矿井支护结构；100-锚杆；200-锚索；210-恒阻锚索；220-普通锚索；300-钢带；400-钢筋梯；20-主撤架巷；21-非采侧；22-采帮侧；23-第一预设方向；24-第二预设方向；30-采空区；40-采帮区；50-伪顶；60-直接顶；70-老顶。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进列清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进列进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1，矿井主撤架巷20用于撤回设备，主撤架巷20具有相对的非采侧21和采帮侧22，非采侧21外为采空区30，采帮侧22外为采帮区40。
顶由下往上依次是伪顶50、直接顶60和老顶70。
其中伪顶50为矿层和直接顶60之间极易垮落的较薄岩层；直接顶60直接位于矿层(若有伪顶50，则在伪顶50之上)之上，且在放顶时能及时冒落下来的岩层。一般由一层和几层不稳定岩石组成；老顶70为直接顶60上部比较稳固的岩层，经过几次放顶后，达到一定暴露面积才冒落。
请参阅图2和图3，本申请实施例提供一种矿井支护结构10，矿井支护结构10设置于矿井主撤架巷20顶，主撤架巷20顶具有沿采帮侧22向非采侧21的第一预设方向23，以及沿主撤架巷20延伸方向的第二预设方向24，即第一预设方向23和第二预设方向24相互垂直。
矿井支护结构10包括多个由矿井主撤架巷20顶向上延伸锚定的锚杆100和锚索200。锚杆100插入到伪顶50中，用于固定伪顶50，防止伪顶50坍塌；锚索200穿过伪顶50，进一步插入到直接顶60中，用于固定伪顶50和直接顶60，避免造成下方撤架巷压力集中。
其中，多个锚杆100沿第一预设方向23和第二预设方向24呈阵列分布，每列锚杆100第一预设方向23分布，每行锚杆100沿第二预设方向24分布。
多个锚索200沿第一预设方向23和第二预设方向24呈阵列分布，每列锚索200沿第一预设方向23分布，每行锚索200沿第二预设方向24分布。
多列锚杆100和多列锚索200交替分布，即沿第二预设方向24锚杆100和锚索200交替分布。锚杆100和锚索200配合支护，使矿井主撤架巷20顶每个位置基本受力均匀，从而处于高预紧力状态。
并且，位于矿井主撤架巷20顶中部的至少一行锚索200和靠近非采侧21的至少一行锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸；
可选地，位于矿井主撤架巷20顶中部的至少一行锚索200和靠近非采侧21的至少一行锚索200以斜向非采侧2140～45°向上延伸；
可选地，位于矿井主撤架巷20顶中部的至少一行锚索200和靠近非采侧21的至少一行锚索200以斜向非采侧2141～43°向上延伸；
可选地，位于矿井主撤架巷20顶中部的至少一行锚索200和靠近非采侧21的至少一行锚索200以斜向非采侧2142°向上延伸。
锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸能够使锚索200伸到采空区30上侧的直接顶60，并且锚固采空区30上侧的直接顶60，当采空区30上侧的直接顶60和/或老顶70发生断裂时，还可以通过锚索200提供支撑，避免造成下方撤架巷压力集中和对下层巷道的支护和设备造成的安全隐患。
如果以斜向非采侧2140～50°向上延伸的锚索200设置于靠近采帮侧22，则锚索200需要较长才能伸到采空区30上侧的直接顶60，并且需要横跨整个直接顶60，会在一定程度上破坏直接顶60的结构，使其不再稳固；
如果只有靠近非采侧21的至少一行锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸，当采空区30上侧的直接顶60和/或老顶70发生断裂时，矿井主撤架巷20顶靠近非采侧21的一侧可能由于受到预紧力过大导致塌陷；
如果只有位于矿井主撤架巷20顶中部的至少一行锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸，当采空区30上侧的直接顶60和/或老顶70发生断裂时，矿井主撤架巷20顶中部并不能分摊压力集中，矿井主撤架巷20顶中部可能会导致受到预紧力过大导致塌陷。
因此，通过使位于矿井主撤架巷20顶中部的至少一行锚索200和靠近非采侧21的至少一行锚索200均以斜向非采侧2140～50°向上延伸，使矿井主撤架巷20顶中部和矿井主撤架巷20靠近非采侧21的顶部能够分摊压力集中，避免造成下方撤架巷压力集中和对下层巷道的支护和设备造成的安全隐患。
需要说明的是，位于矿井主撤架巷20顶中部的至少一行锚索200以及靠近非采侧21的至少一行锚索200均可以是一行锚索200、两行锚索200甚至更多，实际锚索200行数与矿井主撤架巷20的宽度以及锚索200的间距有关。
例如，沿矿井主撤架巷20的第一预设方向23包括十行锚索200，可以取位于矿井主撤架巷20顶中部的一行或两行锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸，取靠近非采侧21的一行或两行锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸。
当取位于矿井主撤架巷20顶中部和靠近非采侧21的锚索200均为一行时，沿第一预设方向23依次分布的第五行或第六行、第八行或第九行锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸；
当取位于矿井主撤架巷20顶中部和靠近非采侧21的锚索200均为两行时，沿第一预设方向23依次分布的第五行、第六行、第八行和第九行锚索200均以斜向非采侧2140～50°向上延伸；
当取位于矿井主撤架巷20顶中部的锚索200为一行，靠近非采侧21的锚索200为两行时，沿第一预设方向23依次分布的第五行、第八行和第九行锚索200均以斜向非采侧2140～50°向上延伸；
当取位于矿井主撤架巷20顶中部的锚索200为两行，靠近非采侧21的锚索200为一行时，沿第一预设方向23依次分布的第五行、第六行和第九行锚索200均以斜向非采侧2140～50°向上延伸。
位于矿井主撤架巷20顶中部的以斜向非采侧2140～50°向上延伸的锚索200和靠近非采侧21的以斜向非采侧2140～50°向上延伸的锚索200之间至少有一行锚索200竖直向上延伸并且与斜向非采侧2140～50°延伸的锚索200相交。
以斜向非采侧2140～50°向上延伸的锚索200和竖直向上延伸的锚索200相交能够提高整个矿井主撤架巷20顶的坚固性，防止矿井主撤架巷20顶发生断裂。
例如，沿矿井主撤架巷20的第一预设方向23包括十行锚索200，当沿第一预设方向23依次分布的第五行或第六行、第八行或第九行锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸时，第一行至第四行、第五行或第六行、第七行、第八行或第九行和第十行锚索200均竖直向上延伸；
当沿第一预设方向23依次分布的第五行、第六行、第八行和第九行锚索200均以斜向非采侧2140～50°向上延伸时，第一行至第四行、第七行和第十行锚索200均竖直向上延伸；
当沿第一预设方向23依次分布的第五行、第八行和第九行锚索200均以斜向非采侧2140～50°向上延伸时，第一行至第四行、第六行、第七行和第十行锚索200均竖直向上延伸；
当沿第一预设方向23依次分布的第五行、第六行和第九行锚索200均以斜向非采侧2140～50°向上延伸时，第一行至第四行、第七行、第八行和第十行锚索200均竖直向上延伸。
由靠近采帮侧22的第一行锚索200到靠近非采侧21的以斜向非采侧2140～50°向上延伸的至少一行锚索200的锚索200均为恒阻锚索210，多行恒阻锚索210与非采侧21之间的锚索200为普通锚索220。
恒阻锚索210具有高预紧力、高恒阻、大行程拉伸的特性，能够满足“缓变型”破坏控制要求，并且具有常吸能的特性，能够满足大变形、岩爆等冲击灾害控制要求，尤其对防止顶板下沉具有明显效果。
例如，沿矿井主撤架巷20的第一预设方向23包括十行锚索200，沿第一预设方向23依次分布的第五行或第六行、第八行或第九行锚索200以斜向非采侧2140～50°向上延伸，第一行至第九行锚索200均为恒阻锚索210，第十行锚索200为普通锚索220。
每列锚杆100均套设有w钢带300并通过钢筋梯400加固，每列锚索200均套设有w钢带300并通过w钢带300加固，以斜向非采侧2140～50°向上延伸的每行锚索200均通过w钢带300加固。
需要说明的是，每行每列锚杆100或锚索200可以由几个w钢带300或钢筋梯400加固，实际几个锚杆100和锚索200套设一个w钢带300或钢筋梯400根据w钢带300和钢筋梯400的长度决定。
例如，可以每相邻两个、三个、四个甚至更多锚杆100或锚索200套设一个w钢带300或钢筋梯400。
锚杆100的直径为18～30mm，长度为2000～3000mm，任意相邻的两列锚杆100的间距为600～1000mm，任意相邻的两行锚杆100的间距为1800～2400mm。
锚索200的直径为18～28mm，长度为8000～12000mm，任意相邻的两列锚索200的间距为600～1000mm，任意相邻的两行锚索200的间距为1800～2400mm。
矿井支护结构10还包括金属网片，金属网片铺设于矿井主撤架巷20顶的全断面。
在如图2和图3所示的实施例中，矿井支护结构10包括并排分布的八行锚杆100和七行锚索200，其中第一行锚索200至第六行锚索200为恒阻锚索210，第七行锚索200为普通锚索220，第四行和第六行恒阻锚索210以斜向非采侧2142°向上延伸，第一行至第三行、第五行和第七行锚索200以竖直向上延伸。
将本申请实施例的矿井支护结构10应用到矿井撤架巷中，在恒阻锚索210及特殊恒阻支护下，顶板处于高预紧力状态下，减小了在非采帮上方顶板断裂的可能性，对于支护段的本处顶板相对而言，不易发生断裂。即使发生断裂，一般只发生以下三种位置的顶板断裂：
(1)在矿井支护结构10锚固顶端附近断裂
如图4所示，在此处断裂，直接顶60形成一个梁，一处压力由采空区30承担，一处由采帮区40煤柱直接承受上方顶板压力，巷道在梁的下方，承受压力最小。
(2)在矿井支护结构10上方沿切顶方向断裂
如图5所示，这种位置顶板断裂，上方直接顶60形成一个悬臂梁，所有顶板压力由悬臂梁承担，巷道承担压力最小。
(3)沿矿井支护结构10中间断裂
如图6所示，在本处位置断裂时，巷道压力相对较大，但因直接顶60发生位移，特殊恒阻支护拉力越来越大，直到达到恒阻的临界值，恒阻器开始发生位移；因特殊恒阻支护，且积极主动对顶板形成拉力，把顶板压力传导至非采区测煤柱区域，减轻巷道压力。
综上所述，本申请实施例提供的一种矿井支护结构10，多列锚杆100能够插入到伪顶50中，用于固定伪顶50，防止伪顶50坍塌，锚索200穿过伪顶50，进一步插入到直接顶60中，用于固定伪顶50和直接顶60，避免造成下方撤架巷压力集中。多列锚杆100和多列锚索200交替分布支护矿井主撤架巷20顶以及位于矿井主撤架巷20顶中部以斜向非采侧2140～50°向上延伸的至少一行锚索200和靠近非采侧21以斜向非采侧2140～50°向上延伸的至少一行锚索200形成的支护结构能够使顶板处于高预紧力状态下，减小了在非采帮侧22上方顶板断裂的可能性，对于支护段的本处顶板相对而言，不易发生断裂，进而避免造成下方撤架巷压力集中和对下层巷道的支护和设备造成的安全隐患。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
1.一种矿井支护结构，所述矿井支护结构设置于矿井主撤架巷顶，所述主撤架巷具有相对的非采侧和采帮侧，所述主撤架巷顶具有沿采帮侧向所述非采侧的第一预设方向，以及沿所述主撤架巷延伸方向的第二预设方向，其特征在于，所述矿井支护结构包括：
多个锚杆，所述多个锚杆沿所述第一预设方向和所述第二预设方向呈阵列分布，其中每列锚杆沿所述第一预设方向分布，每行锚杆沿所述第二预设方向分布，每个所述锚杆由所述矿井主撤架巷顶向上延伸；
多个锚索，所述多个锚索沿所述第一预设方向和所述第二预设方向呈阵列分布，其中每列锚索沿所述第一预设方向分布，每行锚索沿所述第二预设方向分布，多列锚索与多列锚杆交替分布，每个所述锚索由所述矿井主撤架巷顶向上延伸；
位于矿井主撤架巷顶中部的至少一行锚索和靠近所述非采侧的至少一行锚索以斜向所述非采侧40～50°向上延伸。
2.根据权利要求1所述的矿井支护结构，其特征在于，位于矿井主撤架巷顶中部的以斜向所述非采侧40～50°向上延伸的锚索和靠近所述非采侧的以斜向所述非采侧40～50°向上延伸的锚索之间至少有一行锚索竖直向上延伸并且与斜向所述非采侧40～50°延伸的锚索相交。
3.根据权利要求1所述的矿井支护结构，其特征在于，由靠近所述采帮侧的第一行锚索到靠近所述非采侧的以斜向所述非采侧40～50°向上延伸的至少一行锚索的所有锚索均为恒阻锚索，多行所述恒阻锚索与所述非采侧之间的锚索为普通锚索。
4.根据权利要求1所述的矿井支护结构，其特征在于，每列锚索均套设有钢带。
5.根据权利要求1所述的矿井支护结构，其特征在于，以斜向所述非采侧40～50°向上延伸的每行锚索均套设有钢带。
6.根据权利要求1所述的矿井支护结构，其特征在于，每列锚杆均套设有钢筋梯。
7.根据权利要求1所述的矿井支护结构，其特征在于，所述锚杆的直径为18～30mm，长度为2000～3000mm，任意相邻的两列锚杆的间距为600～1000mm，任意相邻的两行锚杆的间距为1800～2400mm。
8.根据权利要求1所述的矿井支护结构，其特征在于，所述锚索的直径为18～28mm，长度为8000～12000mm，任意相邻的两列锚索的间距为600～1000mm，任意相邻的两行锚索的间距为1800～2400mm。
9.根据权利要求1～8任一项所述的矿井支护结构，其特征在于，所述多个锚索沿所述第一预设方向呈七行并排分布，其中第一行至第六行并排分布的六行锚索均为恒阻锚索，第七行锚索为普通锚索。
10.根据权利要求9所述的矿井支护结构，其特征在于，第四行和第六行恒阻锚索以斜向所述非采侧40～50°向上延伸。
技术总结