CN104895583B - 一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制技术，包括以下步骤：在锚网支护大变形锚固巷道中，根据围岩变形情况确定卸压钻孔的位置、数量、孔径与孔深等基本参数；采用钻机在指定位置进行钻孔，深度以达到弹性区为止；卸压钻孔内安放由前挡环、连接箍、后挡环及注浆钢管组成的注浆钢管系统；利用量测仪对卸压钻孔孔径变形速率进行连续观测，确定注浆材料、浆液配比、注浆压力与注浆时间；当卸压钻孔孔径变形速率突然增加较大时停止观测；对注浆钢管进行紧固，通过注浆软管与带孔密封塞将注浆钢管外端部与注浆泵相连；开动注浆泵，使注浆液进入余孔充注区及压入围岩裂隙中；注浆结束后，转动紧固螺母进行二次紧固，完成整个施工过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种大变形巷道围岩控制技术，属于岩土工程锚固支护领域，尤其涉及到地下采矿工程巷道围岩卸压应力释放与注浆强化承载的巷道围岩控制技术。
背景技术
在煤岩体中开挖巷道后，由于原岩应力的打破，巷道周边会形成应力集中区，如果浅部围岩承载力小于重新分布应力，就会造成巷道围岩的失稳。大多数采用方法是对巷道围岩进行锚固支护，使浅部围岩在锚杆预紧力作用下强度得到强化，但也会产生一段时间后巷道围岩在持续应力集中与锚固承载体逐步丧失条件下的失稳。因此，对巷道围岩进行卸压与重新承载以实现巷道围岩稳定性尤为重要。
目前，巷道围岩稳定性控制采用的方法有：锚杆-锚索支护法、注浆法、钻孔卸压法、支设棚架法等。锚杆-锚索支护法是一种主动支护的方法，主要是通过悬吊作用及围岩强化等来实现巷道围岩稳定；注浆法是基于围岩本身承载的思想，通过对松动围岩注浆以提高围岩强度达到巷道围岩稳定；钻孔卸压法是对巷道浅部围岩进行钻孔，使浅部围岩应力得到释放与转移；支设棚架法是对锚固巷道围岩控制的被动承载法，近年来得到一定的应用。这些方法从围岩承载、应力转移及支护结构承载的角度实现巷道围岩的稳定，但锚杆-锚索支护法一般用于围岩应力小或服务年限少的巷道，注浆法存在单纯打孔注浆成本较高与自然裂隙注浆效果差的问题，单一钻孔卸压法易造成浅部围岩破坏及承载力丧失，支设棚架法则以被动承载实现巷道围岩稳定，表现为投资成本高、劳动强度大。因此，任何单一的方法均难以达到较佳的围岩控制效果。
本发明基于巷道浅部围岩应力释放与围岩注浆强化承载的特性，提出一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制技术，采用巷道浅部围岩应力释放形成松动围岩与松动围岩注浆强化承载的方法，以达到浅部围岩的应力释放与强化承载的协同，促进巷道围岩稳定。该技术将卸压余孔作为注浆孔进行围岩注浆强化再承载，不仅实现了浅部围岩应力降低与卸压余孔的充分利用，而且松动围岩也利于快速注浆与强化承载，减少了施工工序，降低了支护成本，促进了巷道围岩稳定。
发明内容
本发明针对现有巷道钻孔卸压使巷道周边形成应力降低区与围岩注浆强化承载之间不能协同的不足，提出一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制技术，旨在解决巷道钻孔卸压后破碎围岩注浆强化再承载问题，实现巷道围岩应力转移与强化承载的协同，以减小施工步骤，降低支护成本，达到巷道围岩稳定的目的。
为实现上述目的，本发明基于巷道围岩卸压钻孔卸压后余孔作为注浆孔注浆强化围岩协同的思想，其采取的技术方案是：在锚网支护的大变形巷道周边围岩，采用钻机在巷道锚杆支护部位错开一定距离，按设计要求进行钻孔卸压，成孔及时安放由前挡环、连接箍、后挡环及注浆钢管组成的注浆钢管系统，之后利用量测仪观测卸压孔的变形速率，当变形速率突然增加较大时停止观测，采用快硬水泥药卷作为止浆塞止浆，在注浆管外端部安装大托板与螺母以对注浆钢管进行紧固，通过注浆软管与带孔密封塞将注浆钢管外端部与注浆泵相连，进行注浆工作至破碎围岩强化承载。该技术主要包括以下步骤：
步骤一，在锚网支护大变形锚固巷道中，根据围岩变形情况确定卸压钻孔的位置、数量、孔径与孔深等基本参数；
步骤二，采用钻机在指定位置进行钻孔，卸压钻孔与壁面垂直，深度以达到弹性区为止；
步骤三，卸压钻孔完成后，安放由前挡环、连接箍、后挡环及注浆钢管组成的注浆钢管系统，要求注浆钢管后端部到达卸压钻孔孔底，外端部露出壁面，以利于注浆钢管的紧固与外接注浆系统；
步骤四，利用量测仪对卸压钻孔孔径变形速率进行连续观测，将卸压钻孔分为钻孔变形区、余孔止浆区和余孔充注区，依据卸压钻孔孔径变形速率观测数据，确定注浆材料、浆液配比、注浆压力与注浆时间；
步骤五，当卸压钻孔孔径变形速率突然增加较大时，停止卸压钻孔孔径变形速率观测；
步骤六，采用快硬水泥药卷作为卸压钻孔止浆塞止浆，在注浆钢管外端部安装大托板与紧固螺母，并转动紧固螺母以对注浆钢管进行紧固，通过注浆软管与带孔密封塞将注浆钢管外端部与注浆泵相连；
步骤七，开动注浆泵，使注浆液由注浆软管到注浆钢管，并由注浆钢管流液孔进入余孔充注区及压入围岩裂隙中，实现破碎围岩的强化承载，成为围岩强化区；
步骤八，按注浆泵设定压力达到注浆时间后，关闭注浆泵，去掉注浆软管与带孔密封塞，采用实心密封塞进行注浆钢管外端口封闭，转动紧固螺母进行注浆钢管外端的二次紧固，完成整个施工过程。
进一步，在步骤一中，卸压钻孔位置在锚杆间排距中心处，卸压钻孔可分为均匀布置与梅花布置。
进一步，在步骤二中，钻机采用架柱式液压回转钻机。
进一步，在步骤三中，注浆钢管系统中有多段注浆钢管，注浆钢管之间通过连接箍连接，注浆钢管外端部设置前挡环，后端部设置后挡环，前挡环直径等于或略小于卸压钻孔直径，后挡环直径小于卸压钻孔直径。
进一步，在步骤四中，注浆材料可采用水泥浆，水泥采用425#普通硅酸盐水泥。
进一步，在步骤五中，每天记录一次卸压钻孔变形速率，绘制变形速率曲线。
进一步，在步骤六中，每孔采用快硬水泥药卷止浆塞一卷，实现注浆钢管外端部止浆。
本发明的优点和有益效果是：本发明实现了大变形巷道围岩的钻孔卸压释放浅部应力，同时，将卸压余孔作为进一步对浅部围岩注浆承载的注浆孔，不仅省略了单一打注浆孔的成本与工序，而且卸压孔也促使浅部围岩裂隙进一步发育，利于围岩注浆强化，实现了钻孔卸压应力转移与破碎围岩注浆强化的协同，促进了巷道围岩稳定。
附图说明
图1是实现本发明一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制技术示意图。
图2是前挡环8、后挡环17、连接箍10及注浆钢管14侧视图。
图3是注浆钢管14及其大托板6、紧固螺母5、带孔密封塞4侧视图。
图中：1为巷道；2为实心密封塞；3为注浆软管；4为带孔密封塞；5为紧固螺母；6为大托板；7为余孔止浆区；8为前挡环；9为弹性区；10为连接箍；11为钻孔变形区；12为余孔充注区；13为裂隙；14为注浆钢管；15为流液孔；16为卸压钻孔；17为后挡环；18为围岩强化区。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供了一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制技术。
如图1～3所示，本发明的具体实施方式包括如下步骤：
步骤一，在锚网支护大变形锚固巷道1中，根据围岩变形情况确定卸压钻孔16的位置、数量、孔径与孔深等基本参数；
步骤二，采用钻机在指定位置进行钻孔，卸压钻孔16与壁面垂直，深度以达到弹性区9为止；
步骤三，卸压钻孔16完成后，向卸压钻孔16内安放由前挡环8、连接箍10、后挡环17及注浆钢管14组成的注浆钢管系统，要求注浆钢管14后端部到达卸压钻孔16孔底，外端部露出壁面，以利于注浆钢管14的紧固与外接注浆系统；
步骤四，利用量测仪对卸压钻孔16孔径变形速率进行连续观测，将卸压钻孔16分为钻孔变形区11、余孔止浆区7和余孔充注区12，依据卸压钻孔16孔径变形速率观测数据，确定注浆材料、浆液配比、注浆压力与注浆时间；
步骤五，当卸压钻孔16孔径变形速率突然增加较大时，停止卸压钻孔16孔径变形速率观测；
步骤六，采用快硬水泥药卷作为卸压钻孔16止浆塞止浆，在注浆钢管14外端部安装大托板6与紧固螺母5，并转动紧固螺母5以对注浆钢管14进行紧固，通过注浆软管3与带孔密封塞4将注浆钢管14外端部与注浆泵相连；
步骤七，开动注浆泵，使注浆液由注浆软管3到注浆钢管14，并由注浆钢管14流液孔15进入余孔充注区12及压入围岩裂隙13中，实现破碎围岩的强化承载，成为围岩强化区18；
步骤八，按注浆泵设定压力达到注浆时间后，关闭注浆泵，去掉注浆软管3与带孔密封塞4，采用实心密封塞2进行注浆钢管14外端口封闭，转动紧固螺母5进行注浆钢管14外端的二次紧固，完成整个施工过程。
在本发明实施例中，在步骤一中，卸压钻孔16位置在锚杆间排距的中心处，卸压钻孔16可分为均匀布置与梅花布置。
在本发明实施例中，在步骤二中，钻机采用架柱式液压回转钻机。
在本发明实施例中，在步骤三中，注浆钢管系统中有多段注浆钢管14，注浆钢管14之间通过连接箍10连接，注浆钢管14外端部设置前挡环8，后端部设置后挡环17，前挡环8直径等于或略小于卸压钻孔16直径，后挡环17直径小于卸压钻孔16直径。
在本发明实施例中，在步骤四中，注浆材料可采用水泥浆，水泥采用425#普通硅酸盐水泥。
在本发明实施例中，在步骤五中，每天记录一次卸压钻孔16的变形速率，绘制变形速率曲线。
在本发明实施例中，在步骤六中，每孔采用快硬水泥药卷止浆塞一卷，实现注浆钢管14外端部止浆。
本发明不仅仅局限于本实施方式的描述，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在锚网支护大变形锚固巷道中，根据围岩变形情况确定卸压钻孔的位置、数量、孔径与孔深；
步骤二，采用钻机在指定位置进行钻孔，卸压钻孔与壁面垂直，深度以达到弹性区为止；
步骤三，卸压钻孔完成后，安放由前挡环、连接箍、后挡环及注浆钢管组成的注浆钢管系统，要求注浆钢管后端部到达卸压钻孔孔底，外端部露出壁面，以利于注浆钢管的紧固与外接注浆系统；
步骤四，利用量测仪对卸压钻孔孔径变形速率进行连续观测，将卸压钻孔分为钻孔变形区、余孔止浆区和余孔充注区，依据卸压钻孔孔径变形速率观测数据，确定注浆材料、浆液配比、注浆压力与注浆时间；
步骤五，当卸压钻孔孔径变形速率突然增加较大时，停止卸压钻孔孔径变形速率观测；
步骤六，采用快硬水泥药卷作为卸压钻孔止浆塞止浆，在注浆钢管外端部安装大托板与紧固螺母，并对紧固螺母进行转动以对注浆钢管进行紧固，通过注浆软管与带孔密封塞将注浆钢管外端部与注浆泵相连；
步骤七，开动注浆泵，使注浆液由注浆软管到注浆钢管，并由注浆钢管流液孔进入余孔充注区及压入围岩裂隙中，实现破碎围岩的强化承载，成为围岩强化区；
步骤八，按注浆泵设定压力达到注浆时间后，关闭注浆泵，去掉注浆软管与带孔密封塞，采用实心密封塞进行注浆钢管外端口封闭，转动紧固螺母进行注浆钢管外端的二次紧固，完成整个施工过程。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤一中，卸压钻孔位置在锚杆间排距的中心处，卸压钻孔分为均匀布置与梅花布置。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤二中，钻机采用架柱式液压回转钻机。
4.根据权利要求1所述的一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤三中，注浆钢管系统中有多段注浆钢管，注浆钢管之间通过连接箍连接，注浆钢管外端部设置前挡环，后端部设置后挡环，前挡环直径等于或略小于卸压钻孔直径，后挡环直径小于卸压钻孔直径。
5.根据权利要求1所述的一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤四中，注浆材料采用水泥浆，水泥采用425#普通硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤五中，每天记录一次卸压钻孔的变形速率，并绘制曲线。
7.根据权利要求1所述的一种钻孔卸压与注浆强化协同的巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤六中，每孔采用快硬水泥药卷止浆塞一卷，实现注浆钢管外端部止浆。
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