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一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术 Download PDF

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Abstract

本发明一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术，包括有如下步骤：(1)施工巷道围岩基本支护系统作用区；(2)施工巷道两帮下部上下位钻孔，使上下位钻孔水平深度和巷道两帮深部弹性区岩体搭接；(3)布置注浆液输送系统；(4)安装上下位注浆钢管、托板、紧箍卡及带孔密封塞；(5)启动注浆泵，使超细水泥注浆液由注浆软管、注浆钢管进浆孔、注浆钢管流液孔压入巷道两帮下部上下位钻孔四周及围岩基本支护系统作用区、围岩塑性区的裂隙中；(6)当注浆压力与注浆时间达到设定值时，关闭注浆泵停止注浆；(7)去掉注浆软管和带孔密封塞，用实心密封塞封闭注浆钢管进浆孔。(8)以相同方式施工下一组巷道两帮下部上下位再造承载层区。

Description

一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术
技术领域
本发明涉及一种大变形巷道围岩控制技术，是一种通过巷道两帮下部上下位打水平钻孔和弹性区岩层搭接、安装上下位注浆钢管、进行高压注浆及密封上下位注浆钢管注浆孔，并通过基本支护系统作用区而使巷道两帮下部形成再造承载层的大变形巷道围岩控制技术。
背景技术
深井巷道围岩稳定是保证人员安全及实现工作面高效回采的基础。在深部高应力作用下，巷道围岩岩性软化特征凸现，在巷道四周围岩中会存在较大范围塑性区而造成巷道大变形，使得巷道支护难度加大及不利维护。而现有巷道基本支护系统，如锚杆-锚索主动支护系统、型钢被动支护系统及锚杆(索)-型钢耦合主被动支护系统均是作用在巷道围岩塑性区内或巷道表面，巷道基本支护系统作用范围以外的塑性岩体很难将巷道开掘及支护后重新分布应力向巷道两帮深部弹性区转移。随着采掘工作进行，巷道围岩塑性区进一步增大的同时，巷道表面位移增加，变形严重。实践表明：巷道即使采用基本支护系统(锚杆、锚索、型钢、巷道围岩注浆加固)进行强力支护，在采掘影响下巷道依然会出现较大变形，并且基本支护系统支护强度的提高会进一步使围岩应力向底板转移，造成巷道底鼓量加大，严重影响巷道在服务期内的正常使用。
深井巷道围岩塑性区范围较大时，巷道周边各岩层承载能力下降，巷道表现出整体收敛及大变形特点，采用目前的基本支护系统难以实现有效控制。如果人为在巷道两帮下部再造承载层，并和巷道两帮深部弹性区岩体搭接，使再造承载层与巷道(两帮及顶板)基本支护系统作用区共同形成类似“Ω”体承载结构，则可以有效承载，减小巷道表面载荷，实现围岩应力由底板转移变为向两帮深部弹性区转移，从而促进巷道围岩稳定。本发明基于巷道围岩应力转移及变形不可抗性，提出一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术，用于大变形巷道围岩(特别是对巷道两帮的收敛变形及底鼓)控制，既利于实现施工操作，又可降低支护成本。
发明内容
本发明针对现有大变形巷道基本支护系统(锚杆、锚索、型钢、巷道围岩注浆加固)难以进行有效控制的不足，提出了一种巷道两帮下部上下位再造承载层控制技术。该技术配合巷道围岩基本支护系统使用，其投入成本低，易于操作施工，不仅实现了巷道围岩应力转移，而且减小了巷道收敛变形，促进了巷道围岩稳定。
本发明提供一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术。首先根据巷道围岩塑性区范围及围岩应力环境，选择合适的锚杆、锚索基本支护参数，对巷道围岩顶板及两帮进行支护，以形成巷道围岩基本支护系统作用区。
进一步，在巷道围岩基本支护系统作用区两帮下部施工上下位钻孔，施工上下位钻孔孔径大于上下位注浆钢管管径，且使上下位钻孔的水平深度和两帮深部弹性区岩体搭接，保证形成的再造承载层内端部在巷道两帮深部弹性区岩体中。同时，使上下位钻孔距离足够近，以充分保证上下位钻孔中注浆液在高压作用下沿围岩塑性区裂隙的贯通交汇，但不致产生上下位钻孔施工中新增裂隙的贯通。
进一步，在巷道两帮下部设置4个上下位钻孔为一组施工单元，按照各组上下位钻孔位置进行注浆泵的安装与注浆软管的铺设，使注浆泵出液口与注浆软管相接，并进行紧固；在上下位钻孔中安装足够长度的上下位注浆钢管，以保证上下位注浆钢管和两帮深部弹性区岩体搭接，在上下位注浆钢管外端部依次安装托板与紧箍卡，以保证上下位注浆钢管牢固；将带孔密封塞套进注浆软管与注浆钢管进浆孔进行连接，旋转带孔密封塞进行封闭紧固。
进一步，检查各紧固部位后开启注浆泵，使超细水泥注浆液由注浆软管、注浆钢管进浆孔、注浆钢管流液孔压入巷道两帮下部上下位钻孔四周及围岩塑性区裂隙中，控制注浆压力小于两帮深部弹性区岩体强度，大于围岩塑性区岩体残余强度，并根据注浆压力及围岩裂隙扩展进行注浆液浓度的调整，保证注浆液的压入量与在裂隙中的贯通。
进一步，通过注浆泵压力与注浆时间控制围岩中注浆量，把注浆压力控制在设定值，记录注浆时间，并观察注浆管路各紧固部位，以防止浆液的外漏及异常发生。当注浆时间达到预先设定值时，关闭注浆泵停止注浆，表明注浆量的合理与再造承载层的形成。
进一步，从上下位注浆钢管外端部去掉注浆软管和带孔密封塞，用实心密封塞封闭注浆钢管进浆孔，完成一组巷道围岩两帮下部上下位再造承载层施工。
采用相同技术施工下一组巷道两帮下部上下位再造承载层，根据巷道两帮围岩力学性质及应力环境，可适当调整各组巷道两帮下部上下位再造承载层间距及上下位再造承载层位置，以达到经济合理与围岩稳定的优化。
附图说明
图1是实现本发明一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术竖向剖面示意图。
图2是实现本发明一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术再造承载层上位水平切面示意图。
图中：1为弹性区；2为塑性区；3为巷道基本支护系统作用区；4为巷道；5为锚索；6为锚杆；7为上位钻孔；8为下位钻孔；9为上位注浆钢管；10为再造承载层区；11为注浆钢管流液孔；12为下位注浆钢管；13为注浆钢管进浆孔；14为托板；15为紧箍卡；16为带孔密封塞；17为注浆软管；18为实心密封塞。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供了一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术。
如图1所示，本发明的具体技术如下：
(1)根据地质资料及巷道4功能要求，选择巷道4的合理位置，确定巷道4围岩塑性区2范围，选择合适的锚杆6、锚索5基本支护参数，对巷道4围岩顶板及两帮进行支护，以形成巷道4围岩基本支护系统作用区3。
(2)在巷道4围岩两帮下部确定上位钻孔7、下位钻孔8的合理位置及钻孔直径大小，采用钻机进行水平深孔打钻。施工过程中要求上位钻孔7、下位钻孔8的孔径大于上位注浆钢管9、下位注浆钢管12的管径，且保证上位钻孔7、下位钻孔8的成孔依次穿过围岩基本支护系统作用区3、围岩塑性区2，并进入弹性区1岩体中，保证形成的再造承载层区10内端部和弹性区1岩体搭接。
(3)根据已施工的一组上位钻孔7和下位钻孔8的位置，在巷道4内进行注浆泵设备安装与注浆软管17铺设，将注浆泵出液口与注浆软管17的一端相接，并用紧固构件进行紧固；在上位钻孔7与下位钻孔8中分别安装足够长度(大于上位钻孔7、下位钻孔8的深度，便于上位注浆钢管9、下位注浆钢管12外端部紧固构件及注浆构件实现)的上位注浆钢管9与下位注浆钢管12，在上位注浆钢管9、下位注浆钢管12外端部依次安装托板14与紧箍卡15，确保注浆液不从上位注浆钢管9或下位注浆钢管12的表面与紧箍卡15间溢出；将带孔密封塞16套进注浆软管17的另一端与上位注浆钢管9、下位注浆钢管12中的注浆钢管进浆孔13进行连接，旋转带孔密封塞16进行封闭紧固。
(4)仔细检查各紧固部位后，计算注浆压力大小、调试注浆泵运转及控液过程。之后启动注浆泵，使超细水泥注浆液由注浆软管17、注浆钢管进浆孔13、注浆钢管流液孔11压入巷道两帮下部上位钻孔7、下位钻孔8的四周及围岩基本支护系统作用区3、围岩塑性区2的裂隙中。
(5)记录注浆时间，观察注浆管路各紧固部位与进行再造承载层区10情况。当注浆压力与注浆时间达到预先设定值时，关闭注浆泵停止注浆，表明注浆量的合理与再造承载层区10的形成。
(6)从上位注浆钢管9、下位注浆钢管12的外端部去掉注浆软管17和带孔密封塞16，用实心密封塞18分别封闭上位注浆钢管9、下位注浆钢管12的注浆钢管进浆孔13，完成一组巷道4两帮下部上下位再造承载层区10的施工；如果下组再造承载层区10围岩实际特性改变，可进行密集或间隔施工，但巷道4围岩基本支护系统作用区3施工方式不变。
本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述，而是根据权利要求加以限定。

Claims (1)

1.一种大变形巷道围岩再造承载层控制技术，其特征在于，其包括有如下步骤：
(1)施工巷道围岩基本支护系统作用区；(2)施工巷道两帮下部上下位钻孔，使上下位钻孔水平深度和两帮深部弹性区岩层搭接；(3)布置注浆液输送系统；(4)安装上下位注浆钢管、托板、紧箍卡，使注浆软管和注浆钢管进浆口相接，采用带孔密封塞进行封闭；(5)开动注浆泵，使超细水泥注浆液由注浆软管、注浆钢管进浆孔、注浆钢管流液孔压入巷道两帮下部上下位钻孔四周及围岩基本支护系统作用区、围岩塑性区的裂隙中；(6)当注浆压力与注浆时间达到设定值时，关闭注浆泵停止注浆；(7)从上下位注浆钢管外端部去掉注浆软管和带孔密封塞，用实心密封塞封闭注浆钢管进浆孔；(8)采用上述(1)～(7)步骤施工下一组巷道两帮下部上下位再造承载层；其中
(1)施工巷道围岩基本支护系统作用区：根据巷道围岩塑性区范围及所处应力环境，选择合适锚杆、锚索基本支护参数，对巷道围岩顶板及两帮进行支护以形成巷道围岩基本支护系统作用区；
(2)施工巷道两帮下部上下位钻孔，使上下位钻孔水平深度和两帮深部弹性区岩层搭接：施工上下位钻孔孔径大于上下位注浆钢管管径，上下位钻孔水平深度大于围岩塑性区范围，且与两帮深部弹性区岩层搭接，保证注浆液的有效注入与形成承载层的稳定搭接；
(3)布置注浆液输送系统：按照各组上下位钻孔的分布位置进行注浆液输送系统的安装与铺设，主要包括注浆泵的安装及注浆软管的铺设；
(4)安装上下位注浆钢管、托板、紧箍卡，使注浆软管和上下位注浆钢管进浆口相接，采用带孔密封塞进行封闭：在上下位钻孔中安装足够长度的上下位注浆钢管，在上下位注浆钢管外端部依次安装托板与紧箍卡，保证上下位注浆钢管的牢固；将带孔密封塞套进注浆软管与注浆钢管进浆孔进行连接，旋转带孔密封塞封闭；
(5)启动注浆泵，使超细水泥注浆液由注浆软管、注浆钢管进浆孔、注浆钢管流液孔压入巷道两帮下部上下位钻孔四周及围岩基本支护系统作用区、围岩塑性区的裂隙中：这是再造承载层开始阶段，超细水泥注浆液通过注浆泵高压由注浆软管、注浆钢管进浆孔、注浆钢管流液孔注满上下位钻孔，并压入围岩基本支护系统作用区、围岩塑性区的裂隙中；注浆压力小于弹性区岩体强度，大于围岩塑性区岩体残余强度，保证注浆液的压入量与在裂隙中的贯通；
(6)当注浆压力及注浆时间达到设定值时，关闭注浆泵停止注浆：围岩中注浆量的多少取决于注浆压力与注浆时间，当注浆压力与注浆时间达到预先设定值时，表明注浆量的合理与再造承载层的形成，关闭注浆泵停止注浆；
(7)从上下位注浆钢管外端部去掉注浆软管和带孔密封塞，用实心密封塞封闭注浆钢管进浆孔：采用实心密封塞替换带孔密封塞封孔预示着一组巷道围岩两帮下部上下位再造承载层施工的结束；
(8)采用上述(1)～(7)步骤施工下一组巷道两帮下部上下位再造承载层：根据巷道两帮围岩力学性质及应力环境，可适当调整每组巷道两帮下部上下位再造承载层间距及上下位再造承载层位置，具体采用上述(1)～(7)步骤施工。
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