CN105804767B - 一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法及围岩支护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，属于地下工程围岩支护领域，包括以下步骤，1)掘巷后初喷作业；2)根据含水巷道地质条件，进行可控注浆锚杆结构设计，及可控注浆锚杆—锚索支护参数设计；3)采用可控注浆锚杆+锚索+金属网+喷浆支护，形成注浆加固隔水圈，并对巷道表面围岩喷浆；4)通过数值模拟等现场观测技术手段，确定需要加强支护、隔水的关键部位；5)调整优化含水巷道支护参数，对关键部位进行注浆加固支护；6)对巷道底板进行合理支护；还提供了一种围岩支护结构。本发明支护方法及结构适用于不同深度的含水巷道、围岩较破碎巷道及软岩巷道，且施工简单、方便，可进行大范围推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿山含水巷道支护方法，特别涉及一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法及围岩支护结构，属于地下工程围岩支护领域。
背景技术
煤矿井下煤岩巷道的稳定性是安全生产的基本保障。随着煤矿进入深部开采，含水巷道越来越普遍，由于特殊的地质条件或支护不当，若地下水进入巷道围岩内部的裂隙，同时浸入岩石内部的空隙和微裂隙，长时间后会使岩石的硬度、抗压强度等物理力学性能减弱，甚至出现岩石软化、崩解，导致巷道围岩稳定性降低，巷道支护难度急剧增大。
目前，含水巷道支护技术主要采用锚杆-锚索联合支护、支架支护、U型钢支护等方法，上述方法都无法防止地下水浸入巷道围岩，导致含水巷道顶板围岩风化、泥化，出现顶板局部下沉量较大、煤壁片帮、淋水等现象，围岩稳定存在较大的安全隐患，巷道的大变形同时会增加支护及返修成本。因此，提出一种含水巷道支护新方法，对地下水进行主动分隔，避免其进入巷道围岩，保护围岩物理力学性质，保证含水巷道的稳定性，对煤矿安全生产具有重要的实践意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，避免巷道围岩软化解体，达到巷道围岩有控隔水及控制巷道围岩变形的目的。另外，本发明还提供了一种煤矿含水巷道的围岩支护结构。
为了实现上述目的，本发明采用的一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，具体包括以下步骤，
1)掘巷后，进行初喷作业封闭围岩；
2)根据含水巷道地质条件，进行可控注浆锚杆结构设计，并对含水巷道进行可控注浆锚杆—锚索支护参数设计；
3)对含水巷道进行可控注浆锚杆、锚索、金属网支护，完成可控注浆锚杆的注浆作业，形成一定厚度的注浆加固隔水圈，并对巷道表面围岩进行喷浆，从而完成初次支护；
4)以初次支护为基础，通过数值模拟及锚杆受力、围岩电阻率等现场观测技术手段对含水巷道围岩支护效果及隔水效果进行观测，确定需要进行加强支护、隔水的关键部位；
5)结合数值模拟及巷道现场监测结果，调整优化含水巷道支护参数，对支护、隔水关键部位进行可控注浆锚杆注浆加固支护，使注浆加固隔水圈厚实、均匀；
6)根据实际工况条件，对巷道底板进行合理支护，提高底板围岩的稳定性。
作为改进，所述步骤3)中可控注浆锚杆的注浆作业，具体包括以下步骤，
A)根据具体地质条件，设计可控注浆锚杆的结构，并将所述锚杆放入钻孔并进行端头锚固，拧紧螺母，增大预紧力，使锚杆固结于岩体之中；
B)开始注浆，浆体首先从杆体顶部注浆孔流出，填充周围岩体裂隙，浆体遇到膨胀止浆环时，膨胀止浆环开始膨胀，当其与杆体周围岩体接触密实时，使得钻孔与膨胀止浆环之间形成密闭空间，在注浆压力作用下，浆体充分充填周围岩体，从而形成一定厚度的注浆加固隔水圈，注浆过程完成。
作为改进，所述可控注浆锚杆的结构设计，包括锚杆长度、注浆孔的位置及数量设计。
作为改进，可控注浆锚杆中的注浆孔设置在杆体的顶端或中间位置；相邻注浆孔的间距为20cm。
作为改进，所述步骤3)中的可控注浆锚杆与锚索进行端头锚固。
作为改进，所述步骤3)中的表面围岩喷浆厚度为0.5m。
另外，本发明还提供了一种煤矿含水巷道的围岩支护结构，包括巷道，所述巷道上安装有锚杆、金属网和锚索，所述锚杆为可控注浆锚杆，可控注浆锚杆在一定深度内进行注浆，浆体与围岩体充分粘合，在一定围岩深度内形成一定厚度的注浆加固隔水圈，巷道内围岩表面设有喷浆支护层；
所述可控注浆锚杆包括杆体、托盘、螺母、注浆孔、膨胀止浆环和止浆塞；
所述杆体填充在钻孔内与围岩紧密结合；
所述托盘、螺母分别位于杆体端部，托盘在钻孔口处与螺母共同作用产生预紧力；
所述注浆孔位于所述杆体上，用于注浆时浆体的流出；
所述膨胀止浆环包裹在杆体外部，膨胀止浆环为遇水膨胀性膨胀止浆环，当膨胀止浆环遇到浆体时体积发生膨胀，与围岩紧密结合；
所述止浆塞设置在杆体上，止浆塞与托盘连接，用于整个钻孔内部浆体的密封。
作为改进，所述锚杆和锚索进行端头锚固。
作为改进，所述喷浆支护层的厚度为0.5m。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明的围岩支护施工方法通过在一定围岩深度内形成一定厚度的注浆加固隔水圈，能有效避免含水巷道地下水对巷道围岩的侵入，同时注浆加固隔水圈承担一部分高地应力，显著提高了巷道围岩整体稳定性。
2)采用的可控注浆锚杆结构科学合理，在保证支护效果的同时极大地减少了浆体的使用量，减少了注浆成本。
3)本发明的围岩支护施工方法减少了含水巷道的返修次数，大大节省了人力、物力、财力，有效降低支护成本。
4)本发明支护方法适用于不同深度的含水巷道(包括潮湿、滴水、淋水巷道等)、围岩较破碎巷道及软岩巷道，且施工简单、方便，可进行大范围推广。
附图说明
图1为本发明的围岩支护结构示意图；
图2为本发明中可控注浆锚杆结构示意图；
图3为图2中膨胀止浆环的结构示意图；
图中：1、巷道，2、可控注浆锚杆，3、锚索，4、注浆加固隔水圈，5、托盘，6、止浆塞，7、杆体，8、膨胀止浆环，9、注浆孔，10、螺母。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，具体包括以下步骤，
1)掘巷后，及时进行初喷作业封闭围岩；
2)针对含水巷道具体地质条件，进行可控注浆锚杆结构设计(锚杆长度、注浆孔的位置及数量)，并对含水巷道进行可控注浆锚杆-锚索支护参数设计；
3)对含水巷道进行可控注浆锚杆2、锚索3、金属网支护，完成可控注浆锚杆的注浆作业，形成一定厚度的注浆加固隔水圈4，并对巷道1表面围岩进行喷浆，喷浆厚度为0.5m，从而完成初次支护；
4)以初次支护为基础，通过数值模拟及锚杆受力、围岩电阻率等现场观测技术手段对含水巷道围岩支护效果及隔水效果进行观测，确定需要进行加强支护、隔水的关键部位；
5)结合数值模拟及巷道现场监测结果，调整优化含水巷道支护参数，对支护、隔水关键部位进行可控注浆锚杆2注浆加固支护，使注浆加固隔水圈4更加厚实、均匀，增强支护效果和隔水效果，提高含水巷道围岩整体的稳定性；
6)根据实际工况条件，对巷道底板进行合理支护，提高底板围岩的稳定性。
作为实施例的改进，所述步骤3)中可控注浆锚杆的注浆作业，具体包括以下步骤，
A)根据具体地质条件，设计可控注浆锚杆2的结构(锚杆长度、注浆孔的位置及数量)，并将所述锚杆放入钻孔并在端头进行适量锚固，拧紧螺母10，增大预紧力，使锚杆固结于岩体之中；
B)开始注浆，浆体首先从杆体7顶部注浆孔9流出，填充周围岩体裂隙，浆体遇到膨胀止浆环8时，膨胀止浆环8开始膨胀，当其与杆体周围岩体接触密实时，使得钻孔与膨胀止浆环8之间形成密闭空间，在注浆压力作用下，浆体充分充填周围岩体，从而形成一定厚度的注浆加固隔水圈4，即在围岩一定深度内形成一个地下水分隔圈，起到分隔地下水的作用，同时提高了巷道围岩整体的稳定性，注浆过程完成。
作为实施例的改进，所述注浆孔9的位置及数量可根据具体的地质条件可设计在锚杆的顶端或者中间位置；且相邻注浆孔9间距为20cm，所有注浆孔9位于同一侧。
作为实施例的改进，所述步骤3)中的可控注浆锚杆2与锚索3进行端头锚固。
如图1、图2和图3所示，一种煤矿含水巷道的围岩支护结构，包括巷道1，所述巷道1上安装有锚杆、金属网和锚索3，所述锚杆为可控注浆锚杆2，可控注浆锚杆2在一定深度内进行注浆，浆体与围岩体充分粘合，在一定围岩深度内形成一定厚度的注浆加固隔水圈4，巷道1内围岩表面设有喷浆支护层；
所述可控注浆锚杆2包括杆体7、托盘5、螺母10、注浆孔9、膨胀止浆环8和止浆塞6；
所述杆体7用于填充钻孔，与围岩紧密结合，起支护作用；
所述托盘5、螺母10分别位于杆体7端部，托盘5在钻孔口处与螺母10共同作用产生预紧力；
所述注浆孔9位于所述杆体7上，用于注浆时浆体的流出；
所述膨胀止浆环8包裹在杆体7外部，膨胀止浆环8为遇水膨胀性膨胀止浆环，当膨胀止浆环8遇到浆体时体积发生膨胀，与围岩紧密结合，防止浆体流入下一区段；
所述止浆塞6设置在杆体7上，止浆塞6与托盘5连接，用于整个钻孔内部浆体的密封。
作为该实施例中围岩支护结构的改进，所述锚杆和锚索3进行端头锚固。
作为实施例的改进，所述喷浆支护层的厚度为0.5m，使巷道表面破碎围岩成为一个整体，避免表面围岩风化、冒落，增强巷道围岩稳定性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤，
1)掘巷后，进行初喷作业封闭围岩；
2)根据含水巷道地质条件，进行可控注浆锚杆结构设计，并对含水巷道进行可控注浆锚杆—锚索支护参数设计；
3)对含水巷道进行可控注浆锚杆(2)、锚索(3)、金属网支护，完成可控注浆锚杆的注浆作业，形成一定厚度的注浆加固隔水圈(4)，并对巷道(1)表面围岩进行喷浆，从而完成初次支护；
4)以初次支护为基础，通过数值模拟及锚杆受力和围岩电阻率现场观测技术手段对含水巷道围岩支护效果及隔水效果进行观测，确定需要进行加强支护、隔水的关键部位；
5)结合数值模拟及巷道现场监测结果，调整优化含水巷道支护参数，对支护、隔水关键部位进行可控注浆锚杆(2)注浆加固支护，使注浆加固隔水圈(4)厚实、均匀；
6)根据实际工况条件，对巷道底板进行合理支护，提高底板围岩的稳定性；
可控注浆锚杆的注浆作业，具体包括以下步骤，
A)根据具体地质条件，设计可控注浆锚杆的结构，并将所述锚杆放入钻孔并进行端头锚固，拧紧螺母，增大预紧力，使锚杆固结于岩体之中；
B)开始注浆，浆体首先从杆体(7)顶部注浆孔(9)流出，填充周围岩体裂隙，浆体遇到膨胀止浆环(8)时，膨胀止浆环(8)开始膨胀，当其与杆体周围岩体接触密实时，使得钻孔与膨胀止浆环(8)之间形成密闭空间，在注浆压力作用下，浆体充分充填周围岩体，从而形成一定厚度的注浆加固隔水圈(4)，注浆过程完成。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，其特征在于，所述可控注浆锚杆(2)的结构设计，包括锚杆长度、注浆孔(9)的位置及数量设计。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，其特征在于，可控注浆锚杆(2)中的注浆孔(9)设置在杆体(7)的顶端或中间位置；
相邻注浆孔(9)的间距为20cm。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，其特征在于，所述步骤3)中的可控注浆锚杆(2)与锚索(3)进行端头锚固。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，其特征在于，所述步骤3)中的表面围岩喷浆厚度为0.5m。
6.一种煤矿含水巷道的围岩支护结构，包括巷道(1)，所述巷道(1)上安装有锚杆、金属网和锚索(3)，其特征在于，所述锚杆为可控注浆锚杆(2)，可控注浆锚杆(2)在一定深度内进行注浆，浆体与围岩体充分粘合，在一定围岩深度内形成一定厚度的注浆加固隔水圈(4)，巷道(1)内围岩表面设有喷浆支护层；
所述可控注浆锚杆(2)包括杆体(7)、托盘(5)、螺母(10)、注浆孔(9)、膨胀止浆环(8)和止浆塞(6)；
所述杆体(7)填充在钻孔内与围岩紧密结合；
所述托盘(5)、螺母(10)分别位于杆体(7)端部，托盘(5)在钻孔口处与螺母(10)共同作用产生预紧力；
所述注浆孔(9)位于所述杆体(7)上，用于注浆时浆体的流出；
所述膨胀止浆环(8)包裹在杆体(7)外部，膨胀止浆环(8)为遇水膨胀性膨胀止浆环，当膨胀止浆环(8)遇到浆体时体积发生膨胀，与围岩紧密结合；
所述止浆塞(6)设置在杆体(7)上，止浆塞(6)与托盘(5)连接，用于整个钻孔内部浆体的密封。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿含水巷道的围岩支护结构，其特征在于，所述锚杆和锚索(3)进行端头锚固。
8.根据权利要求6或7所述的一种煤矿含水巷道的围岩支护结构，其特征在于，所述喷浆支护层的厚度为0.5m。
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