CN105673037B - 深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，在深井软岩巷道中，围岩承压环设计成圆环形或椭圆环形；在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽采用相贯成排钻孔开凿沿巷道轴线方向连续；在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则在卸压槽内插入泡沫塑料板；在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力回升到初始切向应力值的40％时，则在同一位置实施再次开槽；在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环内固定锚杆和/或锚索。支护效果好，可以达到深井软岩动压巷道稳定性控制的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种深井软岩巷道支护技术，尤其涉及一种深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法。
背景技术
目前，深井软岩巷道主要支护技术有：锚网喷支护系列技术、型钢支架支护系列技术、钢筋混凝土结构支护系列技术和钢管混凝土支架支护技术等。但在深井软岩巷道支护实践中，支护结构体常常不能承受住围岩动压作用的影响，软岩巷道变形严重甚至破坏。另外，部分支护技术成本相对较高、工人劳动强度较大，支护施工速度较慢。
U型钢支架支护一般可提供0.2～0.4MPa的支护反力，钢管混凝土支架一般可提供0.8～1.2MPa的支护反力。其支护反力仍不能满足深井软岩巷道的支护需求。同时可缩性较差。在动压作用影响下，如受工作面推进的影响，支护结构体难以维护软岩巷道的整体稳定性，导致巷道大范围严重变形和破坏，影响井下正常生产，给煤矿带来经济损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种支护效果好的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，在深井软岩巷道中，按以下原则设计围岩承压环结构：
若巷道处于近似静水压力状态，围岩承压环设计成圆环形，承压环厚度不小于巷道半径；
若巷道处于非静水压力状态，围岩承压环设计成椭圆环形，承压环厚度不小于椭圆半长轴与半短轴长度和的平均值，椭圆长轴与短轴长度之比近似等于所对应方向的主应力之比；
在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽的断面形状为窄缝深槽，缝宽为30-100mm，卸压槽深度大于巷道半径，卸压槽采用相贯成排钻孔开凿沿巷道轴线方向连续；
在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则在卸压槽内插入泡沫塑料板；
在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力回升到初始切向应力值的40％到50％时，则在同一位置实施再次开槽；
在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环内固定锚杆和/或锚索。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，建立了深井软岩巷道围岩承压环力学模型，提出以“相贯成排钻孔卸压”作为主要实现途径，以高强度可缩性喷层混凝土碹体作为主体支护结构，并辅之以锚杆、锚索支护的巷道支护技术方法，从而达到深井软岩动压巷道稳定性控制的目的。
附图说明
图1为本发明实施例中静水压力状态下圆形巷道围岩应力分布图；
图中：σ0-原岩应力；σθ-巷道围岩切向应力；σr-巷道围岩径向应力；R-巷道半径；r-巷道围岩半径。
图2为本发明实施例中围岩承压环结构示意图；
图3为本发明实施例中围岩承压环稳定性控制力学原理图；
图中：Ⅰ区-承压环(开槽卸压区)，Ⅱ区-应力增高区，Ⅲ区-原岩应力区；σθ为开槽卸压之前的围岩切向应力，σθ′为开槽卸压后的围岩切向应力；σr为高强可缩混凝土碹体支护之前的围岩径向应力，σr′为高强可缩混凝土碹体之后的围岩径向应力。
图4a为本发明实施例中圆环形围岩承压环几何形状示意图；
图4b为本发明实施例中椭圆环形围岩承压环几何形状示意图；
图5为本发明实施例中巷道断面上卸压槽布置方式与尺寸示意图；
图6为本发明实施例中巷道围岩中相贯成排钻孔开槽示意图(沿巷道长轴方向剖面)；
图7为本发明实施例中巷道围岩中相贯成排钻孔(卸压槽)立体示意图；
图8为稀疏钻孔卸压时钻孔之间应力集中示意图；
图中：σ1为开槽卸压前应力值；σ2为开槽卸压后应力值。
图9为本发明实施例中高强可缩喷层碹体示意图；
图中：1-顶弧段；2-左帮上弧段；3-右帮上弧段；4-左帮下弧段；5-右帮下弧段；6-底弧段；
图10为本发明实施例中薄层第一次至第五次循环喷射成碹示意图；
图11为本发明实施例中混凝土喷层厚度控制示意图；
图12为本发明实施例中混凝土碹体内的钢筋结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其较佳的具体实施方式是：
在深井软岩巷道中，按以下原则设计围岩承压环结构：
若巷道处于近似静水压力状态，围岩承压环设计成圆环形，承压环厚度不小于巷道半径；
若巷道处于非静水压力状态，围岩承压环设计成椭圆环形，承压环厚度不小于椭圆半长轴与半短轴长度和的平均值，椭圆长轴与短轴长度之比近似等于所对应方向的主应力之比；
在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽的断面形状为窄缝深槽，缝宽为30-100mm，卸压槽深度大于巷道半径，卸压槽采用相贯成排钻孔开凿沿巷道轴线方向连续；
在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则在卸压槽内插入泡沫塑料板；
在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力回升到初始切向应力值的40％时，则在同一位置实施再次开槽；
在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环内固定锚杆和/或锚索。
所述高强可缩喷层碹体包括4～8个弧段，在相邻弧段之间设置可缩变形结构。
所述高强可缩喷层碹体的径向可缩量大于巷道直径10％，所述可缩变形结构与所述卸压槽个数相等并与卸压槽在空间位置上相互重合，所述可缩变形结构的厚度为400-600mm，其压缩率为40％～60％。
所述高强可缩喷层碹体采用强度大于40MPa的高强混凝土材料，并在高强混凝土中添加减水剂、速凝剂以及硅灰和粉煤灰；
所述可缩变形结构的材料选取以下任一种或多种可缩材料：
矿用高水充填材料，将其装入编织袋中，并放置在可缩变形结构位置处；
含泡沫颗粒的土坯体，将泡沫塑料颗粒与泥浆均匀混合，待土坯体固结之后，将其装入编织袋中，并放置在碹体可缩变形结构位置处；
选用常用木材，加工成板材，并放置在碹体可缩变形结构位置处，所述木材包括杨木、柳木和松木。
所述高强可缩喷层碹体包括6个弧段，分别是底弧段、顶弧段、左邦下弧段、左邦上弧段、右邦下弧段、右邦上弧段，所述底弧段碹体使用混凝土预制件，其它段碹体采用喷射混凝土施工。
所述高强可缩喷层碹体的厚度为400～600mm，在进行巷道喷射混凝土施工时，采用薄层循环喷射的方法，一次喷射厚度为100mm，待薄喷层初凝，粘结力增大以后，再次喷射薄层混凝土，如此往复，多次喷射，直至喷至设计厚度。
在进行巷道喷射混凝土施工之前，预先施打锚杆，并预留喷层厚度与锚杆尾部长度之和的长度，借助锚杆尾部的长度标记来判断喷层厚度，并在喷设混凝土施工之前，先将锚杆尾部螺纹段包裹起来。
所述高强可缩喷层碹体内按以下一条或多条原则布置钢筋：
每段碹体内各自独立布置钢筋；
当碹体受到较大的径向压应力作用时，在碹体靠近巷道轴心侧布置纵筋；
当碹体承受较大的圆周方向压应力时，布置箍筋。
本发明的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法(以下简称“承压环稳定性控制方法”)，针对现有技术中深井软岩巷道支护技术中存在的问题和不足，建立了深井软岩巷道围岩承压环力学模型，提出以“相贯成排钻孔卸压”作为主要实现途径，以“高强度可缩性喷层混凝土碹体”(以下简称“高强可缩喷层碹体”)作为主体支护结构，并辅之以锚杆、锚索支护的巷道支护技术方法，从而达到深井软岩动压巷道稳定性控制的目的。
具体实施例：
(一)本发明内容综述：
本发明是在深入分析巷道围岩应力场特征、围岩变形破坏规律和深井软岩巷道变形破坏特征的基础上发明的。主要包括围岩承压环力学模型、相贯成排钻孔卸压技术以及高强可缩喷层碹体三部分。
1、深井软岩巷道围岩应力分布特征：
在静水压力(λ＝1)条件下，地下岩体中巷道一经开挖，原有的应力平衡状态将被打破，导致巷道围岩应力重新分布。圆形巷道开挖瞬间的应力分布如图1所示。
由图1可知，开挖后巷道巷壁处无径向应力，而切向应力达到最大(2σ0)。若未及时施加支护反力或支护反力不足，巷壁围岩在峰值应力作用下发生变形和破坏。
2、围岩承压环结构：
对于一定强度的巷道围岩，根据岩石力学中的强度准则，导致巷道围岩变形破坏的原因主要是围岩切向应力与围岩径向应力值差别太大。也就是其剪应力值太大，一旦满足摩尔库伦强度准则，则围岩就会破坏。
如图1所示，巷道开挖后：1)围岩切向应力σθ是两倍的原岩应力。2)巷道表面径向应力σr为0。
围岩承压环(简称承压环)的含义是：在巷道浅部围压中，通过采取多种支护技术措施，使巷道周围一定范围(即承压环范围)内的浅部岩体处于良好的应力状态，自身稳定且能够承受其深部岩体的压力，成为巷道周围稳定的环形承压结构。围岩承压环结构如图2所示。
围岩承压环结构具有如下特征：1)它是通过实施几种支护措施，强化了自身强度和承载能力的巷道浅部围岩；2)承压环是一种闭合结构，包括巷道的底板、两帮和顶板；3)承压环的宽度一般约等于巷道宽度的二分之一；4)按承压环原理设计的巷道断面，优先选择圆形或椭圆形。
3、围岩承压环稳定性控制方法关键点：
本发明主要包括两方面的支护技术手段：
1)采用在巷道围岩中开槽卸压技术，将围岩承压环范围内的切向应力转移到巷道围岩深部，从而提高围岩承压环自身的稳定性。卸压槽施工的关键是“相贯成排钻孔开槽技术”。
2)采用高强可缩喷层碹体为围岩承压环提供足够的径向支护力，即采用薄层循环喷射混凝土碹体等方法，在井下快速高效地形成高强可缩喷层碹体支护结构，为巷道围岩提供2～4MPa的径向支护力(现有常用支护方式所提供的径向支护力一般小于1.0MPa)。从而使围岩承压环能够承受较大的深部围岩的压力，而保持稳定状态。
围岩承压环稳定性控制的力学原理，如图3所示。
4、围岩承压环稳定性控制方法目的及技术特点：
深井软岩动压巷道的变形特征是：1)巷道围岩压力大；2)巷道收敛变形量大且变形持续时间长；3)在动压作用影响下，现有支护结构一般都会发生变形和破坏，难以有效保持巷道稳定。
围岩承压环稳定性控制方法目的：保证深井软岩动压巷道不破坏，能够长期使用。
围岩承压环稳定性控制方法具有如下特点：1)圆形或近似椭圆形巷道断面形状与承压环的闭合环状结构紧密配合；2)“相贯成排钻孔开槽技术”可将卸压槽的断面形状施工成“窄缝深槽”，这是关系到开槽卸压成败的关键技术。3)高强可缩喷层碹体，能够为承压环提供较大的径向支护力，同时该碹体能够承受较大(巷道直径的10％-15％)的巷道收敛变形而保持其结构强度与完整性，喷层碹体施工简单易行。
(二)具体实施例提供的完整技术方案：
围岩承压环稳定性控制方法方案主要包括以下三大方面：
1)围岩承压环几何形状设计；
2)相贯成排钻孔开槽技术；
3)高强可缩喷层碹体设计，包括：高强混凝土，可缩变形材料，底弧段碹体，喷层成碹施工工艺以及碹体内钢筋布置方法。
1、围岩承压环几何形状：
在深井软岩巷道中，若巷道处于近似静水压力状态，围岩承压环应设计成圆环形，承压环厚度不应小于巷道半径；若巷道处于非静水压力状态，围岩承压环应设计成椭圆环形，承压环厚度不应小于椭圆半长轴与半短轴长度和的平均值。椭圆长轴(AB)与短轴(CD)长度之比应近似等于所对应方向的主应力之比(公式1)，围岩承压环几何形状如图4所示。
式中AB—椭圆长轴，m；
CD—椭圆短轴，m；
σAB—椭圆长轴方向主应力，MPa；
σCD—椭圆短轴方向主应力，MPa。
2、相贯成排钻孔开槽卸压技术：
“相贯成排钻孔开槽卸压技术”是将巷道围岩承压环(Ⅰ区)内的切向应力σθ，通过开槽卸压的方法，转移到围岩承压环范围之外(Ⅱ区)，从而使承压环内的围岩处于较低的切向应力状态，达到深井软岩动压巷道稳定性控制的目的。相贯成排钻孔开槽技术原理，如图5、图6和图7所示。
(1)巷道横断面上卸压槽布置方式及尺寸：
沿巷道周边均匀布置4～8个卸压槽(一般为6个)。卸压槽少于4个巷道无法实现全断面卸压；卸压槽多于6个，会造成开槽工程量增大，技术经济上不合理。因此，6个卸压槽是巷道实现全断面卸压的最佳选择。
卸压槽缝宽d较小，一般为30～100mm；卸压槽深度l(沿巷道径向)应大于巷道的半径，一般为3000～4000mm，从而形成“窄缝深槽”。该卸压槽尺寸既能满足巷道围岩卸压需要，即将承压环范围内的切向应力转移到承压环之外的围岩深部，又能使开槽工程量较小，是实现巷道全断面卸压的最佳尺寸。巷道断面上卸压槽布置方式及其尺寸如图5所示。
(2)巷道轴线方向上卸压槽布置方式：
本发明提出的“相贯成排钻孔开槽卸压技术”具有两个技术关键点：1)用钻机开凿“窄缝深槽”，根据现有技术，这是施工窄缝深槽最为先进可行的技术方法；2)对于卸压槽，沿巷道轴线方向，均匀布置一排钻孔，且任意两个相邻钻孔之间轴心距小于钻孔直径，从而在巷道轴线方向上形成一个连续的卸压槽，相贯成排钻孔如图6和图7所示。
(3)相贯成排钻孔开槽卸压技术与其他卸压技术对比：
目前，巷道卸压技术主要有巷道底板爆破开槽卸压技术，以及有人提出的稀疏钻孔卸压技术。这两种卸压技术均不能有效卸压，各自具有其局限性。
1)巷道底板爆破开槽卸压技术：
巷道底板爆破卸压技术，一般是用在平底的直墙半圆拱巷道，是在巷道底板爆破出一个较浅且较宽的底板槽，这种卸压方法在巷道开槽的深度一般为800-1000mm，开槽宽度约为200mm，是单一的槽。这种底板开槽方法一方面使巷道底板岩层的结构完整性遭受破坏；另一方面由于槽太浅(巷道一般宽度为4-5m，爆破开槽深度小于1m)，并不能将底板切向压力转移到到巷道底板的深部。
所以，巷道底板爆破开槽卸压技术不能有效卸压。
2)稀疏钻孔卸压技术：
有专家学者曾提出，沿巷道轴线方向，通过打稀疏钻孔(钻孔轴心距大于钻孔直径)为巷道围岩卸压。这种方式，钻孔位置原承受的切向压力只是转移到了两钻孔之间的岩体上，如图8所示。巷道围岩的切向压力并没有转移到巷道围岩深部，该切向应力还在巷道围岩浅部(即承压环之内)。在巷道打钻孔的水平截面上，只是将巷道围岩的切向压力，由原来的沿巷道长轴方面均匀分布，改变成了非均匀分布，如图8所示。
因此，稀疏钻孔卸压技术不能施工出连续的卸压槽，所以不能有效卸压。
3)相贯成排钻孔开槽卸压技术：
在本发明中，由于钻孔相贯成排布置，相邻钻孔之间轴心距小于钻孔直径。所以，每个卸压槽沿巷道长轴方向，都是一个连续的槽，如图5、图6和图7所示。因此，本发明提出的“相贯成排钻孔开槽技术”是一项能够充分卸压的技术，能够将巷道围岩浅部(即承压环范围之内)的切向压力有效地转移到巷道围岩深部(即承压环范围之外)。
在卸压槽闭合之前，承压环范围内的切向压力可100％地转移到巷道围岩深部(即承压环之外)。
相贯成排钻孔开槽技术，是整条巷道且全断面将围岩切向应力转移到围岩深部，实现巷道围岩(承压环范围内)卸压，最为有效可靠的方法。
(4)二次或多次开槽卸压：
对于软岩巷道，卸压槽可能会缓慢变形趋向闭合。在卸压槽闭合之后，承压环范围内的切向压力会由0开始缓慢回升。在这种软岩条件下，可观测切向应力回升值，在切向压力回升到卸压之前切向压力值的40％时，再次开槽卸压。这样就能保证承压环范围内的切向应力为0到初始值的40％。
巷道围岩开槽后，为防止岩块塌落充填卸压槽，可在卸压槽内及时插入泡沫塑料板或其他可压缩材料。
随着卸压槽的缓慢闭合，巷道将产生一定径向收敛变形。在巷道周边施工6个均布分布(相邻两个卸压槽之间中心角都是60°)且等宽的卸压槽的条件下，巷道径向收敛变形最大值小于卸压槽缝宽度d的两倍。
3、高强可缩喷层混凝土碹体：
(1)高强可缩喷层混凝土碹体结构：
高强可缩喷层混凝土碹体，简称为高强可缩喷层碹体。根据巷道断面形状和卸压槽布置状况，设计高强可缩喷层碹体结构。
高强可缩喷层碹体分为高强混凝土结构与可缩变形结构两部分。高强混凝土结构可均分为6段，分别是：顶弧段、底弧段、左帮上弧段、左帮下弧段、右帮上弧段、右帮下弧段，如图9所示。
高强混凝土结构约占每段弧长的75％～85％。高强混凝土结构之间均匀放置6块可缩变形结构，可缩变形结构约占每段弧长的15％～25％。高强可缩喷层碹体支护结构厚度为一般400～600mm。高强可缩喷层碹体结构如图9所示。
(2)高强混凝土：
高强混凝土结构是碹体支护结构的主体部分，其性能的高低直接影响碹体对围岩承压环提供径向支护力的大小。所以应严格选取原材料并提高设计标准，以保证其具有较高的性能。
1)高强混凝土性能指标：
①较高的早期强度。本次配合比设计要求喷射混凝土24h单轴抗压强度不低于8MPa。
②较高的后期强度。目前国内外广泛使用的喷射混凝土强度要求在15～30MPa之间，远低于高强混凝土C40～C60的要求。较高的后期强度是保证碹体支护结构提供围岩承压环较高的径向应力的关键。本发明配合比设计的喷层混凝土强度等级为C40～C50。
2)高强混凝土原材料要求：
①水泥。优先采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于42.5MPa。
②粗集料。采用坚硬耐久的卵石或碎石粗集料，级配宜采用连续级配，最大粒径不大于15mm。
③细集料。采用坚硬耐久的粗砂或中砂，细度模数(MX)在2.5～3.5之间。
④减水剂。为满足高强度的要求，在普通喷射混凝土的基础上加入减水剂，以减少收缩和回弹。本设计选用聚羧酸系高效减水剂，其掺量为0.1％～0.2％。
⑤速凝剂。喷射混凝土宜优先选用液体速凝剂。在使用前，应做与水泥的适应性试验及水泥净浆凝结效果试验，从而确定其掺加量。初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。
⑥粉煤灰。为保证混凝土具有较高的长期强度，在混凝土中加入粉煤灰，粉煤灰超量系数K取1.3。
⑦硅灰。混凝土中掺入硅粉可显著提高混凝土强度，并可改善混凝土黏聚性，减少离析、泌水现象等。混凝土中硅灰掺加量为6％。
⑧水。喷射混凝土一般采用饮用水，水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质。
3)高强混凝土原料配比：
水泥、砂子、石子配比为：1:1.5:2；减水剂掺量为0.1％～0.2％，粉煤灰超量系数K取1.3，硅灰掺加量为6％。
(3)可缩变形结构：
可缩变形结构是碹体支护结构的重要组成部分，是实现巷道让压的关键技术之一。高强可缩喷层碹体支护结构的径向收敛量可达巷道直径的10％以上。其可缩性是通过设计可缩变形结构实现的。可缩变形结构个数为4～8个(一般为6个)，其与卸压槽个数相等，并且在空间布置上与卸压槽相互配合。可缩变形结构段的弧长为一般400～600mm，该段压缩率40％-60％。
1)可缩材料选取标准：
①材料成本低廉、来源广泛。
②材料具有合适的刚度(变形模量)。当压力接近混凝土强度(如40MPa)时，材料的压缩变形可达50％左右。
2)可选材料：
①矿用高水充填材料。将其装入编织袋中，并放置在碹体可缩变形结构位置处。
②含泡沫颗粒的土坯体。该材料是将泡沫塑料颗粒与泥浆均匀混合，待土坯体固结之后，将其装入编织袋中，并放置在碹体可缩变形结构位置处。
③可选用常用木材，例如杨木、柳木和松木等，加工成板材，便可使用。
(4)底弧段碹体：
底弧段碹体采用高强混凝土预制件，其优点是：
②地面预制，可有效保障底弧段碹体的强度。
②地面预制，可避免井下现场喷射底弧段碹体时，喷射反弹混凝土碎块下落在底弧段上所导致的底弧段强度较低问题。
③底弧段采用预制件，井下安装工艺简单，且不存在需要等待混凝土凝固，底弧段预制件安装后即可通行使用。
(5)混凝土碹体的薄层循环喷射工艺：
高强可缩喷层碹体的厚度为400～600mm。在进行巷道喷射混凝土施工时，由于碹体较厚，会因粘结力小于体重力而出现混凝土喷层塌落现象。为避免该现象的发生，可采用薄层循环喷射的方法，即一次喷射厚度较小(约100mm)。待薄喷层初凝，粘结力增大以后，再次喷射薄层混凝土，如此往复，多次喷射，直至喷至设计厚度，如图10所示。薄层循环喷射成碹，既不耽误施工时间，又能有效避免喷层塌落现象，是喷层成碹施工工艺的重要技术途径。
(6)混凝土碹体喷射厚度的锚杆标记方法：
在喷射混凝土过程中，应及时掌握已喷混凝土的厚度。本发明采用预先施打锚杆，并预留一定长度(喷层厚度与锚杆尾部长度之和)的方法，借助锚杆尾部的长度标记来判断喷层厚度。
在喷设混凝土施工之前，先将锚杆尾部螺纹段包裹起来，从而避免锚杆尾部螺纹段粘附混凝土而影响锚杆的后续安装。可用一段内径大于等于锚杆直径的塑料套管或胶带等包裹锚杆尾部螺纹段。混凝土喷层厚度控制方法如图11所示。
(7)钢筋混凝土碹体：
当巷道埋深较大，远场地压较大，巷道围岩较软弱时，应采用钢筋混凝土碹体从而提高碹体承载能力，适应较高的围岩应力。
本发明中，碹体内布置钢筋的三条原则是：
1)在巷道周边，每段碹体内各自独立布置钢筋。
2)在碹体内侧(靠近巷道轴心侧)布置粗纵筋。当碹体受到较大的径向压应力作用而发生弯曲变形时，内侧粗纵筋可起到抑制拉伸变形的作用，同时可增加碹体内侧的强度。
3)布置箍筋。当碹体承受较大的切向应力时，箍筋可有效抑制碹体产生劈裂破坏，从而保证碹体支护结构的稳定。
混凝土碹体内的钢筋结构如图12所示。
本发明技术方案带来的有益效果：
本发明提出的围岩承压环稳定性控制方法，根据巷道围岩应力场分布规律和巷道变形破坏机理，首先建立承压环结构模型，通过开槽卸压可有效地减小和控制巷道围岩切向应力，再通过高强可缩喷层碹体可为巷道围岩提供较大径向支护力，两项技术有机结合，采用了科学地控制围岩应力场的方法，保证深井软岩巷道的稳定性。
围岩承压环稳定性控制方法，原理科学，技术先进，施工简便，成本低廉，经济效益突出。为深井软岩巷道支护开辟了一条新的技术途径，是未来深井软岩巷道支护技术的重要发展方向。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，在深井软岩巷道中，按以下原则设计围岩承压环结构：
若巷道处于近似静水压力状态，围岩承压环设计成圆环形，承压环厚度不小于巷道半径；
若巷道处于非静水压力状态，围岩承压环设计成椭圆环形，承压环厚度不小于椭圆半长轴与半短轴长度和的平均值，椭圆长轴与短轴长度之比近似等于所对应方向的主应力之比；
在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽的断面形状为窄缝深槽，缝宽为30-100mm，卸压槽深度大于巷道半径，卸压槽采用相贯成排钻孔开凿沿巷道轴线方向连续；
在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则在卸压槽内插入泡沫塑料板；
在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力回升到初始切向应力值的40％到50％时，则在同一位置实施再次开槽；
在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环内固定锚杆和/或锚索；
所述高强可缩喷层碹体包括4～8个弧段，在相邻弧段之间设置可缩变形结构；
所述高强可缩喷层碹体的径向可缩量大于巷道直径10％，所述可缩变形结构与所述卸压槽个数相等并与卸压槽在空间位置上相互重合，所述可缩变形结构的厚度为400-600mm，其压缩率为40％～60％；
所述高强可缩喷层碹体采用强度大于40MPa的高强混凝土材料，并在高强混凝土中添加减水剂、速凝剂以及硅灰和粉煤灰；
所述可缩变形结构的材料选取以下任一种或多种可缩材料：
矿用高水充填材料，将其装入编织袋中，并放置在可缩变形结构位置处；
含泡沫颗粒的土坯体，将泡沫塑料颗粒与泥浆均匀混合，待土坯体固结之后，将其装入编织袋中，并放置在碹体可缩变形结构位置处；
选用常用木材，加工成板材，并放置在碹体可缩变形结构位置处，所述木材包括杨木、柳木和松木；
所述高强可缩喷层碹体包括6个弧段，分别是底弧段、顶弧段、左帮下弧段、左帮上弧段、右帮下弧段、右帮上弧段，所述底弧段碹体使用混凝土预制件，其它段碹体采用喷射混凝土施工；
所述高强可缩喷层碹体的厚度为400～600mm，在进行巷道喷射混凝土施工时，采用薄层循环喷射的方法，一次喷射厚度为100mm，待薄喷层初凝，粘结力增大以后，再次喷射薄层混凝土，如此往复，多次喷射，直至喷至设计厚度；
在进行巷道喷射混凝土施工之前，预先施打锚杆，并预留喷层厚度与锚杆尾部长度之和的长度，借助锚杆尾部的长度标记来判断喷层厚度，并在喷设混凝土施工之前，先将锚杆尾部螺纹段包裹起来。
2.根据权利要求1所述的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，所述高强可缩喷层碹体内按以下一条或多条原则布置钢筋：
每段碹体内各自独立布置钢筋；
当碹体受到较大的径向压应力作用时，在碹体靠近巷道轴心侧布置纵筋；
当碹体承受较大的圆周方向压应力时，布置箍筋。
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