CN103573280B - 一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法 - Google Patents

Abstract

一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法是在巷道断面形成后，及时对巷道围岩表面进行喷混凝土层封堵，之后在巷道安装帮锚杆和顶板自钻式注浆锚杆及钢带；通过巷道顶板中央的注浆锚杆进行高压注水清淤；待两肩部注浆锚杆中有清水溢出时，由肩部注浆锚杆和紧靠掘进头的一排顶板注浆锚杆注入快硬注浆材料，构成封堵加固区Ａ；再通过顶板正上方的其余注浆锚杆注入刚-柔性注浆材料，构成刚-柔性缓冲加固区Ｂ；待刚-柔性缓冲加固区Ｂ稳定并构成整体承载结构后，完成钻锚索孔、安装锚索及张拉预紧。本发明通过钻孔、注浆和锚固，实施加压清淤、分段封堵、分区注浆的方法，实现了对软泥入侵孔洞性复合顶板的综合加固和主动支护，提高了巷道顶板的综合承载能力。

Description

一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法

技术领域

本发明涉及一种巷道支护方法，具体地说，是一种用于煤矿巷道顶板中含有软泥入侵的孔洞性顶板的巷道支护方法。

背景技术

在现有的煤矿巷道支护方法中，常采用锚杆锚索联合支护来控制巷道顶板的稳定，这是建立在通常情况的巷道顶板性质的前提之下，对于某些特殊性质的顶板，这种支护方式便失去了对巷道围岩的控制作用。这种特殊顶板是指在巷道顶板岩层中存在着许多形状不一、排列无序、相互导通的岩层孔洞，并且这些孔洞被软弱黄泥充斥着，充填物的力学性质远差于岩石，严重影响围岩的整体承载能力，一般称这种含有软弱黄泥入侵的顶板叫孔洞性顶板。

这种形状大小不一的孔洞中不仅充斥着软弱黄泥，而且孔洞中多存在着岩石硬核。进行锚杆和锚索钻孔时，当钻杆撤出钻孔后，其中的岩石硬核便会发生无规律的错动，致使锚固剂或杆体不能沿着已有的钻孔顺利安装，造成了锚杆和锚索安装失败，难以实现对这种复杂的多孔洞性顶板巷道的主动支护。

在岩溶地区进行煤矿开采活动中，经常会遇到各种岩溶处理问题，对于埋深较浅的大溶洞可通过清挖、回填混泥土等常规方法解决。而对于埋深较大受岩溶侵蚀的多孔洞性岩层巷道，现有文献报道的方法均无法在较短时间内进行有效控制。比如当锚杆或锚索无法打入仅采用被动架棚支护时，由于支架与围岩难以形成共同作用体，在高应力环境下该类顶板巷道会严重破坏；当采用普通注浆法加固时，由于多孔洞导通和软泥入侵的特性，会出现大范围浆液跑漏、充实饱和度差、结石强度低等问题，尤其孔洞中软泥的存在会大幅度降低注浆加固体的整体强度，严重影响巷道稳定性。因此，针对煤矿巷道多孔洞性顶板的特性研究开发巷道支护新技术已迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是如何稳定控制煤矿巷道多孔洞性顶板，并提供一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的措施是一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，其所述支护方法是依次按下列步骤进行的：

（1）在巷道开挖后，及时在巷道表面喷射50～60ｍｍ厚的混凝土层，对围岩进行封堵；

（2）在巷道打入两帮锚杆，同时安装顶板自钻式注浆锚杆Ⅰ、自钻式注浆锚杆Ⅱ和自钻式注浆锚杆Ⅲ，间排距为1.0～1.2m，并加钢带；

（3）以2～3个循环进尺为分段，通过巷道顶板中央的自钻式注浆锚杆Ⅰ进行高压注水清淤，注水压力为3.5～4.5MPa，将顶板孔洞内的软弱黄泥挤排至巷道顶板支护范围外；

（4）待两肩部自钻式注浆锚杆Ⅲ中有清水溢出时，通过两肩部的自钻式注浆锚杆Ⅲ及紧靠掘进头的一排自钻式注浆锚杆Ⅰ和自钻式注浆锚杆Ⅱ注入快硬注浆材料ａ，构成封堵加固区Ａ；再通过顶板正上方其余的自钻式注浆锚杆Ⅰ和自钻式注浆锚杆Ⅱ注入刚-柔性注浆材料ｂ，构成刚-柔性缓冲加固区Ｂ；

其中，封堵加固区Ａ：自钻式注浆锚杆Ⅲ及紧靠掘进头的一排顶板自钻式注浆锚杆Ⅰ和自钻式注浆锚杆Ⅱ注浆压力为2.5Mpa，水灰比0.6～0.8，注浆时间为５分钟，注浆速度为25～30Ｌ/min；缓冲加固区Ｂ：自钻式注浆锚杆Ⅰ和自钻式注浆锚杆Ⅱ注浆水灰比0.5～0.6，起始注浆压力为2.5MPa，５分钟后注浆压力升至3.5Mpa，注浆时间为１０分钟，注浆速度为25～30Ｌ/min；

（5）待刚-柔性缓冲加固区Ｂ稳定，并构成统一整体承载结构后，安装锚索，后依次完成钻锚索孔、安装锚索及张拉预紧。

在上述技术方案中，进一步地。

所述巷道肩部自钻式注浆锚杆Ⅲ向外倾斜45°植入。

所述快硬注浆材料ａ的组成及其配比按质量份为：GDF快硬注浆材料∶锰矿渣细料∶水玻璃＝51.5~62.3∶31.5~38.6∶13.4~19.8，在注浆时，快速混合搅拌均匀注入。

所述刚-柔性注浆材料ｂ的组成及其配比按质量份为：普通硅酸盐水泥∶锰矿渣细料∶膨胀珍珠岩粉∶水玻璃＝53.3~57.5∶14.6~18.2∶13.3~17.4∶11.5~15.5，在注浆时，快速混合搅拌均匀注入。

实施本发明上述所述的一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，与现有技术相比，所具有的突出优点与积极效果在于：

（1）本发明方法通过预先实施加压清淤将孔洞中的软泥挤排至顶板加固区外，可大幅提高岩层孔洞中有效注浆体的充实度和结石强度，改善围岩结构特征和整体力学性能。

（2）本发明方法通过封堵加固将强度较高的快硬注浆材料注入巷道肩部区域，充分提高巷道肩部应力集中区的围岩承载强度，有效增强抗剪破坏能力；再通过分区注浆将刚柔相济的注浆材料注入顶板中部承载区，使其同时具备缓冲减压和有效承载作用；通过顺利安装锚杆和锚索实现对巷道围岩的主动支护。

（3）本发明方法使注浆锚杆的加固拱与注浆体形成加厚承压拱，提高了围岩的承压能力；锚杆注浆对巷道围岩的孔洞、裂隙有效地充填封闭，改善了围岩的受力状态，避免了应力集中，提高了围岩的整体强度及其自身承载能力。

附图说明

图1是本发明孔洞性顶板巷道支护结构示意图

图中：１：混凝土喷层；２：帮锚杆；３：自钻式注浆锚杆Ⅰ；４：自钻式注浆锚杆Ⅱ；５：自钻式注浆锚杆Ⅲ；６：钢带；７：锚索。

Ａ：封堵加固区；Ｂ：缓冲加固区。

具体实施方式

本发明针对煤矿巷道多孔洞性顶板，研究开发出一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，该方法主要是通过加压清淤、分段封堵、分区注浆加固及锚杆锚索联合支护来控制巷道稳定性。即巷道开挖后立即进行初喷混凝土封闭，随后安装顶帮自钻式注浆锚杆及帮锚杆，然后采用自钻式锚杆注入高压水清淤泥，再通过巷道肩部的自钻式锚杆注入快硬材料注浆封堵，最后通过顶板自钻式锚杆注入刚柔材料注形成缓冲减压加固区，加注浆固完成后，巷道顶板形成了统一的整体承载结构，最后打锚索加钢带，完成了整个支护工序。

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，该支护方法是在巷道开挖后，立即在巷道表面喷射50～60mm的混凝土进行围岩封闭，以防止围岩风化和跑浆。

这样做的目的是：利用混凝土喷层使巷道围岩形成封闭体，解决了注浆加固时的浆液跑漏，同时防止了巷道围岩的风化解体。对于复合顶板的巷道，巷道顶板易离层冒落，煤帮压力大易片帮，在巷道掘出后，及时初喷可提高煤岩体的粘结力和内摩擦力，增强围岩强度，使之形成承载结构体，是改善巷道支护效果和安全施工的关键。

待巷道喷混凝土完成后，同时打入顶板自钻式注浆锚杆和两帮锚杆，并准备进行清淤和注浆工作。

自钻式注浆锚杆是集钻孔、注浆、锚固为一体的，尤其在多孔洞性复杂的顶板支护中，是首选和最合理的注浆锚杆。其实质是在多孔洞松散围岩巷道中，依靠锚杆自钻功能通过围岩孔洞破碎区，解决普通锚杆安装困难问题。同时利用锚杆兼作注浆管，外锚内注，实现“锚注一体化 ”，这样不但可以充分发挥锚杆对围岩的锚固作用，而且可以提高围岩的强度和完整性。

注浆锚杆支护方式具有如下优点：注浆锚杆的加固拱与注浆体形成加厚承压拱，提高了围岩的承压能力；锚杆注浆对巷道围岩的孔洞、裂隙有效地充填封闭，改善围岩受力状态，避免了应力集中，提高围岩的整体强度及其自身承载能力。

本方法采用顶板分区注浆是基于软弱黄泥溶洞的顶板条件下，实现从巷道两肩部顶角上方封堵加固区Ａ对缓冲加固区Ｂ进行封堵。肩部上方封堵加固区Ａ使用快硬注浆材料进行注浆，快硬注浆材料凝固后，使得封堵加固区Ａ成为封堵加固承载结构，同时提高了巷道肩部的承载能力，该方法可以在较短时间内对岩溶进行有效封堵，封堵加固区Ａ大幅减小了巷道肩部的应力集中影响。缓冲加固区Ｂ受封堵后，已被清理的软弱黄泥便无法侵入，此时采用较柔性注浆材料进行注浆加固，使缓冲加固区Ｂ既提高了整体承载性能又对巷道顶板来压起到了缓冲、减压作用，同时解决锚索打眼及安装的困难，这种注浆及支护的方式实现了巷道复合顶板岩溶入侵时，一次支护成功，无需进行巷道的二次支护，克服了巷道返修的困难，节约成本，提高煤矿生产效益。

下面结合附图，具体说明本发明所提供的一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，其具体实施方法步骤如下：

步骤一、在巷道开挖后，首先在巷道表面喷射50～60ｍｍ厚的混凝土层１，对围岩进行封堵，保证在下步支护完成前巷道不出现大面积破坏，防止了跑浆与围岩风化。

步骤二、在巷道两帮打入锚杆支护２，在同时安装顶板自钻式注浆锚杆３、４、５，间排距为1.0～1.2m，加钢带６。巷道肩部注浆锚杆５要向外倾斜45°打入，主要原因为：①由于巷道开挖，巷道两肩部会产生应力集中现象，两肩部最大应力可达到原岩应力的３～５倍，注浆锚杆斜打能够提高巷道肩部岩体的承载能力，有效控制肩部岩体的滑落失稳变形；②注浆锚杆斜打为后续的注浆加固形成封堵区做准备。

步骤三、以2～3个循环进尺为分段开始注浆。由于顶板孔洞都是相互导通的，所以首先通过巷道顶板中央的注浆锚杆３进行高压注水清淤，压力为3.5～4.5Mpa，将顶板孔洞内的软弱黄泥挤排至巷道顶板支护范围以外。

步骤四、紧接步骤三，待两肩部注浆锚杆５中有清水溢出时，表明顶板中淤泥已排至顶板支护范围以外，此时立即通过两肩部的注浆锚杆５及紧靠掘进头的顶板注浆锚杆３、４注入快硬注浆材料ａ，形成了封堵加固区Ａ，完成了对顶板Ｂ区域的有效封堵，具体实施过程参数为：注浆锚杆５及紧靠掘进头的顶板注浆锚杆３、４以2.5Mpa的注浆压力在５分钟内注入快硬注浆材料ａ，水灰比0.6～0.8，注浆速度为25～30Ｌ/min。再通过顶板正上方其余注浆锚杆３、４注入刚-柔性注浆材料ｂ，形成了刚-柔性缓冲加固区Ｂ，具体实施过程参数为：水灰比0.5～0.6，前５分钟，顶板注浆锚杆3、4以2.5Mpa的注浆压力，25～30Ｌ/min的注浆速度注入材料ｂ，后５分钟注浆压力升至3.5Mpa，注浆速度不变。快硬注浆材料ａ的成分为GDF快硬注浆材料、锰矿渣细料和水玻璃；刚-柔性注浆材料ｂ的主要成分为普通硅酸盐水泥、锰矿渣细料、膨胀珍珠岩粉和水玻璃。

快硬注浆材料ａ按质量份的配比为，GDF快硬注浆材料：锰矿渣细料：水玻璃＝51.5~62.3∶31.5~38.6∶13.4~19.8，在注浆时，快速混合搅拌均匀注入。

刚-柔性注浆材料ｂ按质量份配比为，普通硅酸盐水泥：锰矿渣细料：膨胀珍珠岩粉：水玻璃＝53.3~57.5：14.6~18.2：13.3~17.4：11.5~15.5，在注浆时，快速混合搅拌均匀注入。

步骤五、待刚-柔性缓冲加固区Ｂ稳定后，顶板Ｂ区形成了统一的整体承载结构，再进行锚索７的安装，分别完成钻锚索孔、安装锚索７及张拉预紧，整个支护工序完成。

Claims (4)

1.一种多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，其所述方法是依次按下列步骤进行的：

（1）在巷道开挖后，及时在巷道表面喷射50～60ｍｍ厚的混凝土层（1），对围岩进行封堵；

（2）在巷道两帮打入锚杆（2），同时安装巷道顶板的自钻式注浆锚杆Ⅰ（３）、自钻式注浆锚杆Ⅱ（4）和自钻式注浆锚杆Ⅲ（5），间排距为1.0～1.2m，并加钢带（6）；

（3）以2～3个循环进尺为分段，通过巷道顶板中央的自钻式注浆锚杆Ⅰ（３）进行高压注水清淤，注水压力为3.5～4.5MPa，将顶板孔洞内的软弱黄泥挤排至巷道顶板支护范围外；

（4）待两肩部自钻式注浆锚杆Ⅲ（5）中有清水溢出时，通过两肩部的自钻式注浆锚杆Ⅲ（5）及紧靠掘进头的一排自钻式注浆锚杆Ⅰ（３）和自钻式注浆锚杆Ⅱ（4）注入快硬注浆材料ａ，构成封堵加固区Ａ；再通过顶板正上方其余的自钻式注浆锚杆Ⅰ（３）和自钻式注浆锚杆Ⅱ（4）注入刚-柔性注浆材料ｂ，构成刚-柔性缓冲加固区Ｂ；

其中，封堵加固区Ａ：两肩部的自钻式注浆锚杆Ⅲ（5）及紧靠掘进头的一排自钻式注浆锚杆Ⅰ（３）和自钻式注浆锚杆Ⅱ（4）注浆压力为2.5Mpa，水灰比0.6～0.8，注浆时间为５分钟，注浆速度为25～30Ｌ/min；缓冲加固区Ｂ：顶板正上方其余的自钻式注浆锚杆Ⅰ（３）和自钻式注浆锚杆Ⅱ（4）注浆水灰比0.5～0.6，开始注浆压力为2.5MPa，５分钟后注浆压力升至3.5Mpa，注浆时间为１０分钟，注浆速度为25～30Ｌ/min；

（5）待刚-柔性缓冲加固区Ｂ稳定，并构成统一整体承载结构后，安装锚索（7），依次完成钻锚索孔、安装锚索（7）及张拉预紧。

2.如权利要求1所述的多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，其所述巷道肩部自钻式注浆锚杆Ⅲ（5）向外倾斜45°植入。

3.如权利要求1所述的多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，其所述快硬注浆材料ａ的组成及其配比按质量份为：GDF快硬注浆材料∶锰矿渣细料∶水玻璃＝51.5~62.3∶31.5~38.6∶13.4~19.8，在注浆时，快速混合搅拌均匀注入。

4.如权利要求1所述的多孔洞软泥入侵复合顶板巷道支护方法，其所述刚-柔性注浆材料ｂ的组成及其配比按质量份为：普通硅酸盐水泥∶锰矿渣细料∶膨胀珍珠岩粉∶水玻璃＝53.3~57.5∶14.6~18.2∶13.3~17.4∶11.5~15.5，在注浆时，快速混合搅拌均匀注入。