CN105863669A - 一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于巷道支护技术领域，公开了一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，包括以下步骤：在待支护巷道内确定岩爆倾向性区域，并钻应力释放孔；在所述应力释放孔内采用吸波耗能锚杆进行支护；在巷道壁上设置柔性菱形网，通过吸波耗能锚杆的托盘与所述吸波耗能锚杆紧固在一起并压紧在巷道壁上；其中，所述吸波耗能锚杆包括：锚头、吸波阻尼器、耗能阻尼器、杆体、托盘以及紧固件；吸波阻尼器以及耗能阻尼器连接在所述锚头与杆体之间；杆体相对所述锚头轴向移动时，所述吸波阻尼器动作，抵抗杆体移动并做功使锚杆恢复初始状态。本发明从岩爆孕育阶段吸收消耗岩体中储存的能量，提升支护系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及巷道支护技术领域，特别涉及一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法。
背景技术
常规支护方式在顶板采用树脂锚杆，在两帮使用常规锚杆及锚索与焊接网一起形成刚性支护。但这种刚性支护方式往往在动载荷条件下就会失效，最终岩爆对硐室和支护系统形成冲击破坏。
岩爆孕育过程指的是在高应力作用下或深部岩体开挖卸荷诱发岩体开裂到岩块(岩片)弹射出来的过程。其过程中岩体经历了新生裂纹萌生-扩展-贯通(或闭合)的过程和原生裂隙扩展-贯通-开展(或闭合)的过程以及形成弹射的过程。
当埋深极大且地应力极高时，开挖卸荷易诱发岩爆灾害。岩爆孕育过程中若不积极减少岩体裂化发展，极易发生岩爆。无支护状态下的围岩发生岩爆时，一方面会对开挖空间弹射出速度极大的块体。常规的锚杆如管缝式和螺纹钢锚杆，常常无法应对岩爆的冲击，在围岩变形过程中，发生塑形变形乃至屈服破坏。另一方面，岩爆及爆破等振动会产生巨大的声响及扰动，造成进一步的破坏，可能还会再次诱发岩爆。
耗能
发明内容
本发明提供一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，解决现有技术中无法主动耗散岩体积聚能量，支护可靠性不高，抗岩爆振动及扰动性能低下的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，包括以下步骤：
在待支护巷道内确定岩爆倾向性区域，并钻应力释放孔；
在所述应力释放孔内采用吸波耗能锚杆进行支护；
在巷道壁上设置柔性菱形网，通过吸波耗能锚杆的托盘与所述吸波耗能锚杆紧固在一起并压紧在巷道壁上；
在所述柔性菱形网上涂覆混凝土层；
安装完成后，通过所述吸波耗能锚杆施加预应力；
其中，所述吸波耗能锚杆包括：锚头、吸波阻尼器、杆体、托盘以及紧固件；
所述吸波阻尼器连接在所述锚头与所述杆体之间；
所述杆体相对所述锚头轴向移动时，所述吸波阻尼器动作，抵抗所述杆体移动并做功使所述锚杆恢复初始状态；
所述混凝土层内混有钢纤维。
进一步地，所述吸波阻尼器包括：吸波弹簧、伸缩杆以及位于所述伸缩杆两端的限位底座；
所述吸波弹簧套接在所述伸缩杆外，两端抵靠在所述限位底座上；
所述限位底座分别与所述杆体以及所述锚头固定相连。
进一步地，所述锚头包括：螺纹杆身；
所述螺纹杆身与所述吸波阻尼器相连，另一端设置成扇形扁头。
进一步地，所述待支护巷道上还开设常规支护孔并通过支护锚杆支护；
所述支护锚杆通过其托盘与所述柔性菱形网紧固相连，并将所述柔性菱形网压紧在所述待支护巷道的岩壁上。
进一步地，所述柔性菱形网上设置加强双筋条。
进一步地，采用岩体胶囊锚固剂进行支护；
所述岩体胶囊锚固剂包括：修补胶囊、注浆材料、水以及附加剂；
所述修补胶囊、注浆材料、水的配比为(0.01～0.15):0.5:1。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，基于岩爆孕育过程调控思想，从岩爆孕育规律出发，采用综合措施来预防岩爆灾害；即，在施工开挖过程中钻应力释放孔，可主动地引导部分能量的释放，能够减小开挖后支护结构的应力集中；采用防岩爆的吸波耗能锚杆，通过吸收应力波抑制继续裂化的趋势，在岩爆孕育阶段抑制拉剪等破坏，抑制岩体裂化发展，避免形成块体，尽可能避免岩爆的发生，预防了岩爆；采用岩体胶囊锚固剂，锚固剂可粘结破碎岩体缝隙，减少岩体破碎程度。锚固剂含有修补胶囊，可修补锚固剂二次破裂，大大提升岩体结构强度，以一定程度上抑制延缓了岩爆的发生；钢纤维混凝土层能够一定程度上增强岩爆的能量门槛，一定程度上抑制延缓了岩爆的发生。
附图说明
图1为本发明实施例提供的巷道支护结构示意图；
图2为本发明实施例提供的柔性菱形网的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的吸波耗能锚杆结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，解决现有技术中抗裂化能力差，支护可靠性不高，抗岩爆振动及扰动性能低下的技术问题；达到了从岩爆孕育阶段吸收消耗能量，抑制预防岩爆的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，包括以下步骤：
在待支护巷道内确定岩爆倾向性区域，并钻应力释放孔；
在所述应力释放孔内采用吸波耗能锚杆进行支护；
在巷道壁上设置柔性菱形网，通过吸波耗能锚杆的托盘与所述吸波耗能锚杆紧固在一起并压紧在巷道壁上；
在所述柔性菱形网上涂覆混凝土层；
安装完成后，通过所述吸波耗能锚杆施加预应力；
其中，所述吸波耗能锚杆包括：锚头、吸波阻尼器、杆体、托盘以及紧固件；
所述吸波阻尼器连接在所述锚头与所述杆体之间；
所述杆体相对所述锚头轴向移动时，所述吸波阻尼器动作，抵抗所述杆体移动并做功使所述锚杆恢复初始状态；
所述混凝土层内混有钢纤维。
通过上述内容可以看出，为防控岩爆及深部岩体开裂，优先从开挖方案的全局优化出发，尽可能减少开挖引起的能量几种水平和应力集中水平，从而减少岩体的开裂；即，通过应力释放孔释放应力集中，实现能量预释放优化，以降低岩体裂化带来的危害程度。通过钢纤维混凝土层喷层提高岩体裂化的应力门槛，吸波耗能锚杆吸收岩体裂化过程中的能量和应力波，降低岩块的动能，预防岩爆发生。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图1和图3，本发明实施例提供的一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，包括以下步骤：
在待支护巷道内确定岩爆倾向性区域，并钻应力释放孔3；
在所述应力释放孔3内采用吸波耗能锚杆1进行支护；
在巷道壁上设置柔性菱形网，通过吸波耗能锚杆的托盘与所述吸波耗能锚杆紧固在一起并压紧在巷道壁上；
在所述柔性菱形网上涂覆混凝土层；
安装完成后，通过所述吸波耗能锚杆施加预应力；
其中，所述吸波耗能锚杆包括：锚头13、吸波阻尼器12、杆体10、托盘9以及紧固件(7、8)；
所述吸波阻尼器12连接在所述锚头13与所述杆体10之间；
所述杆体10相对所述锚头13轴向移动时，所述吸波阻尼器13动作，抵抗所述杆体10移动并做功使所述杆体10恢复初始状态；
所述混凝土层内混合有钢纤维。
下面将具体介绍本方法以及其结构和工作过程。
当出现裂化时，杆体10向钻孔外移动，吸波阻尼器13动作吸收岩体裂化过程能量，增强岩体强度，并可吸收岩体应力波。在岩爆孕育过程中抑制岩体中的拉破坏，增强岩体强度，预防岩爆的发生。吸波阻尼器吸收一定量的应力波，避免应力波扰动灾害，抵抗岩爆的破坏。
在具体支护结构中，吸波耗能锚杆可穿过围岩松动圈，抑制岩体中破裂。通过吸收一定的扰动应力波防止其诱发岩爆。即便岩爆发生时，可通过耗能结构耗能，保护围岩及支护体不被冲击破坏。
所述吸波阻尼器包括：吸波弹簧、伸缩杆以及位于所述伸缩杆两端的限位底座；所述吸波弹簧套接在所述伸缩杆外，两端抵靠在所述限位底座上；所述限位底座分别与所述杆体以及所述锚头固定相连。
在执行巷道支护操作时：
通过地质调查、地应力分析、微震监测等手段，可以分析出岩爆倾向性区域分布。在倾向性较高区域钻应力释放孔3、预释放岩体中的高能量并使用吸波耗能锚杆1，在倾向性较低区域布置常规锚杆4(如管缝式锚杆)。支护锚杆通过其托盘与所述柔性菱形网紧固相连，并将所述柔性菱形网压紧在所述待支护巷道的岩壁上。
参见图2，锚杆要垂直或者斜交节理斜面上，锚固剂使用岩体胶囊锚固剂2。锚杆下方都要布置柔性菱形网5及双筋条6，顶板及岩爆易发区域双筋条6要交叉布置。最终喷射覆盖含有钢纤维的混凝土。锚杆根据不同岩爆设计要求提前确定好螺纹杆体锚固长度及杆体总长度。在隧洞施工时，打好应力释放钻孔3，加入岩体胶囊锚固剂2，插入锚杆并搅拌，再将菱形网5、双筋条6、托盘9、垫圈8、螺母7依次安装紧固。
安装完成后，通过所述紧固件以及吸波耗能锚杆施加预应力，实现一定程度的主动防护。。
应力释放孔3的孔径为0.05～0.1m，孔深为由现场地质条件决定。
吸波耗能锚杆1：各部件之间用螺纹连接，形成一个整体。搅拌扁头13用螺纹杆体加工而成，螺纹杆体10及阻尼器12之间用螺纹连接。连接套筒11、托盘9、垫圈8、螺母7均由合金钢铸造而成。
该岩体胶囊锚固剂2中，需按一定配比混合于锚固剂中(如水泥浆中)。该修补胶囊可选脲醛树脂类胶囊高分子微胶囊等材料，注浆材料选型为硅酸盐水泥。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，基于岩爆孕育过程调控思想，从岩爆孕育规律出发，采用综合措施来预防岩爆灾害；即，在施工开挖过程中钻应力释放孔，可主动地引导部分能量的释放，能够减小开挖后支护结构的应力集中，提高支护结构对岩爆的控制效果；采用防岩爆的吸波耗能锚杆，通过吸收应力波抑制继续裂化的趋势，在岩爆孕育阶段抑制拉剪等破坏，抑制岩体裂化发展，避免形成块体，尽可能避免岩爆的发生，预防了岩爆；采用岩体胶囊锚固剂，锚固剂可粘结破碎岩体缝隙，减少岩体破碎程度。锚固剂含有修补胶囊，可修补锚固剂二次破裂，大大提升岩体结构强度，以一定程度上抑制延缓了岩爆；钢纤维混凝土层能够一定程度上增强岩爆的能量门槛，一定程度上抑制延缓了岩爆。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，其特征在于，包括以下步骤：
在待支护巷道内确定岩爆倾向性区域，并钻应力释放孔；
在所述应力释放孔内采用吸波耗能锚杆进行支护；
在巷道壁上设置柔性菱形网，通过吸波耗能锚杆的托盘与所述吸波耗能锚杆紧固在一起并压紧在巷道壁上；
在所述柔性菱形网上喷射混凝土层；
安装完成后，通过所述吸波耗能锚杆施加预应力；
其中，所述吸波耗能锚杆包括：锚头、吸波阻尼器、杆体、托盘以及紧固件；
所述吸波阻尼器连接在所述锚头与所述杆体之间；
所述杆体相对所述锚头轴向移动时，所述吸波阻尼器动作，抵抗所述杆体移动并做功使所述锚杆恢复初始状态；
所述混凝土层内混有钢纤维。
2.如权利要求1所述的调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，其特征在于，所述吸波阻尼器包括：吸波弹簧、伸缩杆以及位于所述伸缩杆两端的限位底座；
所述吸波弹簧套接在所述伸缩杆外，两端抵靠在所述限位底座上；
所述限位底座分别与所述杆体以及所述锚头固定相连。
3.如权利要求2所述的调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，其特征在于，所述锚头包括：螺纹杆身；
所述螺纹杆身与所述支护套筒相连，另一端设置成扇形扁头。
4.如权利要求3所述的调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，其特征在于：所述待支护巷道上还开设常规支护孔并通过支护锚杆支护；
所述支护锚杆通过其托盘与所述柔性菱形网紧固相连，并将所述柔性菱形网压紧在所述待支护巷道的岩壁上。
5.如权利要求4所述的调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，其特征在于：所述柔性菱形网上设置加强双筋条。
6.如权利要求5所述的调控岩爆孕育过程的吸波耗能支护方法，其特征在于：采用岩体胶囊锚固剂进行支护；
所述岩体胶囊锚固剂包括：修补胶囊、注浆材料、水以及附加剂；
所述修补胶囊、注浆材料、水的配比为(0.01～0.15):0.5:1。
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