CN101906977B - 井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法 - Google Patents
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Abstract
一种井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，包括：掘进成型或扩刷巷道；初喷第一层混凝土，并在所述第一层混凝土上挂帮网和顶网；安装恒阻大变形锚杆；复喷第二层混凝土；在所述顶板上安装恒阻大变形锚索；挖底并在底板上铺设第一层底板混凝土；在所述第一层底板混凝土上挂一层底网，并在底角安装底角锚杆；铺设第二层底板混凝土至地坪；设置长期矿压监测点，若所述巷道变形达到一预定值，则在所述巷道关键部位进行二次支护，并进行围岩加压注浆。本发明能够很好的保证软岩巷道大变形条件下的稳定性。另外，本发明还具有实施简单易行、成本较低的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿巷道施工技术领域，特别涉及一种井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法。
背景技术
煤矿软岩巷道支护问题是困扰煤矿建设及生产安全的重大问题之一。煤矿井下软岩巷道具有大变形易塌方的特点。在生产实践中，经常发生因巷道围岩变形过大超出支护材料允许变形量而导致的支护失效、巷道大面积塌方事故，造成了极大的人员伤亡和财产损失。此外，因软岩巷道支护不当而造成的巨大的返修量不但造成了很大的经济损失，而且经常使整个矿井的生产陷于困境，甚至关闭。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适应软岩巷道大变形特点的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法来保证软岩巷道的稳定，以解决现有技术存在的因围岩变形过大超出支护材料允许变形量而导致的支护失效、巷道大面积塌方的问题。
为了实现本发明的目的，本发明提供的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法包括：按照所设计巷道的直墙半圆拱断面掘进成型或扩刷巷道；在所述巷道的顶板和两帮上初喷第一层混凝土；在所述第一层混凝土上挂帮网和顶网；在所述顶板和两帮上安装恒阻大变形锚杆，所述恒阻大变形锚杆包括杆体、托盘、螺母、恒阻装置，所述恒阻装置呈筒状结构，并且所述恒阻装置内表面和所述杆体的外表面均为螺纹结构，所述恒阻装置套装于所述杆体的尾部，所述托盘和螺母依次套装在所述恒阻装置的尾部，所述螺母和所述恒阻装置通过螺纹连接；复喷第二层混凝土；在所述顶板上安装恒阻大变形锚索；挖底；在底板上铺设第一层底板混凝土；在所述第一层底板混凝土上挂一层底网；在底角安装底角锚杆；铺设第二层底板混凝土至地坪；在所述巷道的顶板和两帮上设置长期矿压监测点，若所述巷道变形达到一预定值，则在所述巷道关键部位进行二次支护，并进行围岩加压注浆。
本发明利用恒阻大变形锚杆、恒阻大变形锚索具有较大变形空间及较高的抗拔力的特性，同时相应的配合其他支护材料，通过合理的设置支护结构、参数和支护过程，本发明能吸收围岩变形能量，而且大变形后仍保持恒阻支护能力不变，可以很好的保证软岩巷道大变形条件下的稳定性。另外，本发明还具有实施简单易行、成本较低的有益效果。
附图说明
图1为本发明较优实施例的一巷道断面结构示意图；
图2为本发明较优实施例的恒阻大变形锚杆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
首先需要说明的是，在下述较优实施例中将涉及多个具体参数，如本领域普通技术人员所熟知，所涉及的多个具体参数仅是为了举例便于说明该较优实施例而已，根据井下软岩巷道的具体地质条件，下述所涉及的多个具体参数可具有多种变化以适应不同的地质条件。
图1示出了本发明较优实施例的一巷道的断面结构。在实施该较优实施例时，首先进行掘进成型，也即按所设计巷道的直墙半圆拱断面掘进或扩刷巷道，并保证有良好的成型，严禁超欠挖现象。为保证后续支护安全作业，掘进时还架设前探梁作为临时支护。
接着在巷道的顶板和两帮上初喷60mm的第一层混凝土11，并挂顶网和帮网12。其中的顶网采用钢筋焊接而成的钢筋网，要求网片逐点焊接，整体性好，各网片之间逐扣连接。帮网也同由钢筋焊接而成。连接各网片时，先连接顶网，后连接帮网。
然后打锚杆眼、安装恒阻大变形锚杆14。恒阻大变形锚杆14通常也叫恒阻拉伸锚杆，其能够在一定的变形范围内保证恒定的工作阻力，已经逐步在煤矿开采领域展开应用，本发明较优实施例的恒阻大变形锚杆如图2所示。为了描述简洁，在清楚的情况，下面将把恒阻大变形锚杆14和恒阻大变形锚索15简称为锚杆14和锚索15。
在打锚杆眼之前，首先按照中、腰线严格检查巷道断面规格，不符合作业规程要求时必须先进行处理，打眼前还要敲帮问顶，仔细检查顶帮围岩情况，清除活矸、危岩，确认安全后，方可开始工作。打眼时，锚杆14(直径Φ20mm)钻头选用Φ30mm合金钻头，按“先开水后开风”的顺序试运转。用手镐点眼定位，刨出眼窝，钻头放入眼窝后，启动手柄开关。点眼后按规定的角度和方向均匀用力向前推进直至达到要求深度。点眼或打眼过程中，不准用手直接扶或托钻杆和用手掏眼口的煤岩粉。打完眼后，先关水后停电。打锚杆眼时，应从外向里进行，对于同排锚杆14，先打顶板的锚杆眼，后打肩部和两帮的锚杆眼。
图1中，锚杆14端部的较粗结构为锚固剂，安装锚固剂前须用水或压缩空气将锚杆眼内的岩屑、浮土清除干净。每一锚杆14里侧采用1根CK2370、外侧采用1根Z2335树脂锚固剂。用风煤钻机将锚杆14的杆体旋进锚杆眼，然后依次安装、托盘、螺母(图中未标记)等。安装后，托盘应在第一层混凝土11或岩面平整处，以使承载力均匀分布，防止压力传递，造成锚杆14产生弯曲应力。
然后复喷40mm的第二层混凝土13。
接着打锚索眼，安装恒阻大变形锚索15，恒阻大变形锚索也能够在一定的变形范围内保证恒定的工作阻力，已经逐步在煤矿开采领域展开应用。在此步骤中，可采用普通单体锚杆机配中空六方接长式钻杆和双翼钻头湿式打眼。为保证锚索眼的孔深准确，可在起始钻杆上用白色或黄色油漆标出终孔位置。锚索钻头选用合金钻头。插入树脂药卷时，快凝药卷在上，缓凝药卷在下。每一锚索15里侧采用1根CK2370和外侧采用2根Z2335树脂锚固剂，图1中，每一锚索15端部的较粗结构为锚固剂。安装锚索15之前，用棉丝将锚索锚固段的水、煤岩屑等擦干净，用塑料胶带将树脂药卷与锚索15粘结定位。锚索15下端装上安装锚索用搅拌驱动器，并用锚索15顶住锚固剂缓缓送入钻孔，在此过程中不能反复抽拉锚索15，并确保锚固剂全部送到孔底。将安装锚索用搅拌驱动器尾部六方头插入锚杆机上，边推进边搅拌，前半程用慢速旋转，后半程用快速旋转。停止搅拌时，继续保持锚杆机的推力约3min，然后缩下锚杆机并移开打下一个锚索孔。10min后，先卸下安装锚索用搅拌驱动器，为锚索15装上托梁、托盘、锚具，并将其托到紧贴顶板的位置，将张拉千斤顶套在锚索15上并托住，开泵进行张拉，并观察压力表读数，达到设计预紧力千斤顶行程结束时，迅速换向回程，卸下张拉千斤顶。
然后挖底，并在底板上铺设100mm第一层底板混凝土16，接着在第一层底板混凝土16上挂第一层底网17、打底角锚杆眼、安装底角锚杆111，该底网7也由钢筋焊接而成。
底角锚杆111的安装和锚索15的安装可同时进行，底角锚杆111的安装工艺和顶板及两帮锚杆14安装工艺相同，具体施工角度及参数随地质条件改变。
底角锚杆111用钢管式锚杆，在安装底角锚杆111之前，用压缩空气或扫孔器清净底角锚杆眼内岩渣和积水，向钢管式底角锚杆111杆体套入金属托板，然后将杆体锥端插入锚杆孔，用人工或机械方式把杆体打入，产生足够的锁固预应力。安装完毕，将底角锚杆111管内的碎石清除后，向底角锚杆111管内灌入水泥浆，在管内插入钢筋。钻凿底角锚杆眼时应有合理的孔、管径差值，且孔有较小的偏斜。针对软岩巷道的特性并结合缝管式锚杆的特点，锚杆眼的钻凿具体要求为：钻孔直径＝0.95～1.05*锚杆直径、钻孔深度＝锚杆长度+200mm、钻孔偏斜率＜1.5％。
然后铺设第二层底板混凝土18至地坪。也可以在铺设大约100mm厚的第二层底板混凝土18后，挂第二层底网19，并铺设第三层底板混凝土110至地坪，该底网19由钢筋焊接而成。
最后，在巷道顶板及两帮设长期矿压观测点，也即每隔10m设置一个表面位移及锚杆和锚索受力监测断面，每隔20m设置一个顶板离层监测点，若巷道变形达大约200mm时，在巷道关键部位进行二次支护，并进行围岩加压注浆。之后，若巷道变形每增加100-150mm时，进行一次巷道围岩加压注浆，喷射纤维混凝土。后来的巷道变形没有首次巷道变形时，即要进行一次围岩加压注浆。若锚杆或锚索受力超过额定范围，要及时在其所在区域补打恒阻大变形锚杆或恒阻大变形锚索。需要说明的是，本优选实施例的第二层底板混凝土18和第二层底网19为可选的，其可以增加巷道底板的强度。
如图2所示，该恒阻大变形锚杆包括螺母2、托盘3、恒阻装置4、杆体6。恒阻装置4呈筒状结构，套装于杆体6的尾部，托盘3和螺母2依次套装在恒阻装置4的尾部，其中托盘3的中间部分设有一孔31以供恒阻装置4穿过，螺母2螺纹连接于恒阻装置4，恒阻装置4的优选长度为990mm-1010mm。
为了实现通过拉伸其长度而适应围岩大变形并保持恒定的工作阻力，恒阻装置4内表面和杆体6的外表面均为螺纹结构。如图2所示，恒阻装置4的外表面设有螺纹结构41以与螺母2连接，其内表面设有螺纹结构42以与杆体6配合产生固定的工作阻力。静态时，恒阻装置4紧紧的套装在杆体6上，当受到的轴向拉力小于恒阻装置4和杆体6之间的静止摩擦力时，恒阻装置4和杆体处于相对静止状态；当受到的轴向拉力大于恒阻装置4和杆体6之间的静止摩擦力时，杆体6和恒阻装置4之间将发生相对位移，同时恒阻装置4发生表现为径向膨胀的微小弹性形变以利于发生该相对位移，在发生该相对位移的过程中，恒阻装置4和杆体6之间仍保持恒定的工作阻力，当外部轴向拉力减小至恒阻装置4和杆体6之间的摩擦力时，二者将不再发生相对位移而处于静止状态，恒阻装置4从微小的弹性形变恢复至原状态并再次紧紧的套装在杆体6上。
为了增加部件强度，恒阻装置4由金属材料制成，托盘3为金属蝶形托盘。杆体6的头部呈楔形(图中未标记)，该楔形头部为搅拌头，用于搅拌锚固剂，并且该楔形头部的长度优选为35mm-45mm。
在某些地质条件下，需要在巷道围岩上安装较长的锚杆，但是巷道空间一般都比较狭小，难以采用较长的恒阻装置。为了解决该问题，恒阻装置4头部还连接一连接套5，当需要较长的恒阻装置时，可以通过连接套5将两恒阻装置连接在一起以解决前述问题，连接筒状结构的金属材质的恒阻装置4的连接套5具有多种实现结构，也即能够将两筒状结构的恒阻装置4固接在一起即可。
井下巷道多为潮湿环境，为了防止水分进入恒阻装置4而导致恒阻装置4和杆体6的连接面发生锈蚀，恒阻装置4的尾部端口还设有一封盖1以使恒阻装置4的中空腔体处于密封状态。
在将本优选实施例应用于巷道中时，巷道围岩出现大变形初期的能量较大，巷道围岩的变形能超出锚杆所能承受的范围，恒阻装置4和杆体6产生相对位移，也即图2所示恒阻大变形锚杆随着围岩大变形而发生表现为轴向拉伸的大变形。围岩发生大变形之后，其能量得到释放，围岩的变形能小于恒定工作阻力时，恒阻装置恢复原状并紧紧的套装在杆体上时，巷道将再次处于稳定状态。
通过上述较优实施例的描述可以分析得知，本发明能够在围岩压力未达到恒阻大变形锚杆或恒阻大变形锚索工作阻力时，利用恒阻大变形锚杆和锚索控制顶板和两帮的变形，使巷道保持稳定；在围岩压力未达到或超过锚杆或锚索工作阻力情况下，巷道围岩产生大变形时，恒阻大变形锚杆和锚索能够与围岩协调变形，并保持恒定的工作阻力，使支护体不失效，保证巷道不发生塌方事故，操作简单，性能可靠；巷道围岩通过变形释放能量，围岩裂隙增加，强度降低，恒阻大变形锚杆或锚索通过变形吸收能量，当围岩的变形力与支护反力平衡时，围岩和支护体处于平衡状态，对围岩进行加压注浆，改善围岩完整性，提高围岩强度，使巷道达到稳定状态。采用钢管、钢筋和混凝土作为底角锚杆控制软岩巷道底臌，操作简单，并且能够很好的保持巷道底板的稳定性。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (9)
1.一种井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照所设计巷道的直墙半圆拱断面掘进成型或扩刷巷道；
步骤2：在所述巷道的顶板和两帮上初喷第一层混凝土；
步骤3：在所述第一层混凝土上挂帮网和顶网；
步骤4：在所述顶板和两帮上安装恒阻大变形锚杆，所述恒阻大变形锚杆包括杆体、托盘、螺母、恒阻装置，所述恒阻装置呈筒状结构，并且所述恒阻装置内表面和所述杆体的外表面均为螺纹结构，所述恒阻装置套装于所述杆体的尾部，所述托盘和螺母依次套装在所述恒阻装置的尾部，所述螺母和所述恒阻装置通过螺纹连接；
步骤5：复喷第二层混凝土；
步骤6：本步骤中，依次进行步骤(1)和步骤(2)，或同时进行：
步骤(1)：在所述顶板上安装恒阻大变形锚索；
步骤(2)：挖底，在底板上铺设第一层底板混凝土，在所述第一层底板混凝土上挂一层底网，在底角安装底角锚杆，铺设第二层底板混凝土至地坪；
步骤7：在所述巷道的顶板和两帮上设置长期矿压监测点，若所述巷道变形达到一预定值，则在所述巷道关键部位进行二次支护，并进行围岩加压注浆。
2.根据权利要求1所述的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，在掘进成型巷道或扩刷巷道时，还架设前探梁作为临时支护，以保证后续支护安全作业。
3.根据权利要求1所述的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，在所述第一层混凝土上挂帮网和顶网时，所述帮网和顶网的各网片之间逐扣连接，并且先连接所述顶网，再连接所述帮网。
4.根据权利要求1所述的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，所述底角锚杆为钢管式锚杆，内插钢筋并灌浆。
5.根据权利要求1所述的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，在所述巷道的顶板和两帮上设置长期矿压监测点的步骤具体为每隔一定距离设置一个表面位移及锚杆和锚索受力监测断面，每隔一定距离设置一个顶板离层监测点。
6.根据权利要求5所述的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，所述表面位移及锚杆和锚索受力监测断面的间隔距离为10米，所述顶板离层监测点的间隔距离为20米。
7.根据权利要求1所述的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，在所述巷道关键部位进行二次支护，并进行围岩加压注浆之后，所述巷道变形每增加100～150mm，则进行巷道围岩加压注浆，并喷射纤维混凝土。
8.根据权利要求1所述的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，当所述恒阻大变形锚杆或恒阻大变形锚索受力超过额定范围时，则在受力超过额定范围的恒阻大变形锚杆或恒阻大变形锚索所在区域补打恒阻大变形锚杆或恒阻大变形锚索。
9.根据权利要求1所述的井下软岩巷道大变形塌方预防及治理方法，其特征在于，在第二层底板混凝土上挂另一层底网，然后铺设第三层底板混凝土至地坪。
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