CN106401645B - 一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法 - Google Patents
一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，以时间为序分为一次让压支护、钻孔卸压和二次高强锚注支护三个步骤。本发明公开了一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，针对巷道掘出后所处不同时期围岩变形方式的不同，采用不同支护和加固方式控制个阶段围岩变形，充分发挥围岩及支护结构自身的支护性能，减小深部高应力巷道围岩的大变形，实现巷道长期稳定。同时，该方法可有效降低巷道修复率和工人劳动强度，降低矿井综合支护成本。
Description
技术领域
本发明涉及巷道围岩控制领域，具体为一种深部巷道围岩稳定控制方法，特别是一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法。
背景技术
随着社会的不断发展，尤其是对于资源的强大依赖性，对于资源的开发越来越广，深度越来越大；而在诸多的能源中，煤炭的使用为社会的多领域发展做出了突出的贡献，而煤炭的开发安全，一直是多方重视的重中之重。
煤矿进入深部开采后，煤岩体长期处于高地应力、高低温、高渗透压及强时间效应作用下，巷道掘出后易表现非线性大变形特征，往往采用多种支护方式仍无法保持巷道的长期稳定。围岩应力、岩性和支护是影响深部巷道稳定性的主要因素，其中，降低围岩应力是维护深部巷道稳定的根本。巷道应力转移实质是采用人为方法降低围岩所处应力环境或改变围岩应力分布，使支承压力向围岩深部转移，从而减小围岩破裂范围，保持巷道长期稳定，对于一些极难维护的深部高应力巷道，应力转移可比加强支护和围岩加固取得更好的矿压控制效果。
钻孔卸压作为一种典型的巷道围岩应力转移技术，具有工艺简单、施工方便、工程量小等优点，并可为围岩膨胀变形提供有效补偿空间。但该方法的应用无疑对巷道围岩强度及一次支护结构产生一定扰动，不利于掘进后期对巷道围岩蠕变的控制，即钻孔卸压在短期内对控制巷道变形效果显著，对于应用于服务年限长的巷道（大巷、上下山等）存在一定的局限性，影响了该技术的推广应用。
因此，提供一种可以基于不同时期巷道围岩变形破坏类型的不同，采用不同的支护与加固方法控制各个阶段围岩变形，充分发挥围岩及支护结构自身的支护性能，改善巷道维护效果，对实现深部煤炭资源的安全高效开采具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，该方法针对巷道掘出后所处不同时期围岩变形方式的不同，采用不同支护和加固方式控制个阶段围岩变形，实现巷道长期稳定。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其特征在于，以时间为序分为一次让压支护、钻孔卸压和二次高强锚注支护三个步骤；
所述的具体步骤如下：
a. 巷道采用光面爆破方法掘进，巷道掘出后尽快清理浮矸，紧跟掘进工作面进行一次高强让压支护，采用高强让压锚杆和锚索完成对深部高应力巷道的初期支护；
b. 一次高强让压支护完成以后，尽快对掘进工作面底板进行包括排矸、排水的工作，之后，按设计的卸压钻孔参数对试验巷道不同位置处围岩施工卸压钻孔；
c. 卸压钻孔施工完成以后，在试验巷道中布置矿压监测站，监测巷道应力演化规律及围岩和卸压钻孔变形情况，及时分析反馈信息，评判巷道围岩稳定性；
d. 依据试验巷道现场实测矿压结果，待卸压钻孔出现闭合现象，即工效丧失后，巷道围岩应力调整基本趋于稳定，此时需对含卸压区域的巷道围岩破碎区域进行二次高强锚注支护，并对卸压区域采用斜拉短锚索加强支护，对巷道局部破碎严重区域再次进行锚杆加强支护。
所述步骤a的爆破掘进工作要符合相关技术规范，保证巷道断面成型光滑，此外，一次让压锚杆和锚索支护中锚杆与锚索让压管的让压载荷设计应满足工程要求，取锚杆让压载荷为其屈服载荷的0.6-0.75倍，锚索让压载荷为其破断载荷的0.25-0.35倍。
所述步骤b中涉及卸压钻孔的关键参数包括卸压方位、卸压时机、钻孔长度、直径和间排距，其设计步骤以上述排列顺序为序。
所述步骤c中所需布置的矿压监测站包括巷道表面及深部位移监测站、围岩应力监测站及钻孔变形监测站，每200m布置一组，各种监测站采用交替布置方法；同时采用钻孔窥视仪实时监测卸压钻孔收敛情况。
所述步骤d中二次高强锚注支护时机应选择在卸压钻孔出现闭合情况，即钻孔断面垮落失稳情况，同时巷道围岩应力调整及变形趋于稳定状态以后；二次锚注支护主要包括破碎围岩注浆加固和二次高强锚杆和锚索加强支护两个阶段，注浆加固前应对巷道表面喷射一层混凝土止浆层，待喷层完全硬化后再对巷道全断面进行注浆加固；之后，采用高强锚杆和锚索对巷道进行二次支护，并对巷道卸压区域采用斜拉短锚索加强支护，对巷道局部变形严重区域进行锚杆补强支护，待上述工作完成以后，对巷道断面复喷混凝土，保持巷道平滑。
积极有益效果：本发明公开了一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，针对巷道掘出后所处不同时期围岩变形方式的不同，采用不同支护和加固方式控制个阶段围岩变形，充分发挥围岩及支护结构自身的支护性能，减小深部高应力巷道围岩的大变形，实现巷道长期稳定。同时，该方法可有效降低巷道修复率和工人劳动强度，降低矿井综合支护成本。
附图说明
图1是深部高应力巷道卸压支护协调控制示意图；
图2是巷道一次高强让压支护断面图；
图3是巷帮卸压钻孔布置图；
图4为巷道断面注浆孔布置图；
图5为巷道二次高强锚杆（索）支护断面图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，对本发明做进一步的说明：
一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，该方法：首先，深部高应力巷道掘出后，围岩将产生较大的弹塑性变形，此时常规锚杆（索）支护难以有效控制围岩大变形，该阶段巷道围岩稳定控制的关键在于支护结构必须具有一定的可缩性（让压性能），使巷道围岩能够在高支护阻力下变形，释放部分聚集在巷道内部的变形能，缓解巷道弹塑性变形阶段及钻孔卸压阶段支护结构荷载程度，减小锚杆（索）破断率；其次，一次让压支护完成后，紧跟掘进工作面施工卸压钻孔，转移巷道周边高应力，降低巷道所处应力环境，改善巷道维护条件；最后，基于巷道矿压监测结果，卸压钻孔出现闭合情况（钻孔断面垮落失稳），同时巷道围岩应力调整及变形趋于稳定状态以后，采用二次高强锚注技术对巷道卸压区及围岩破坏松动区进行加强支护，控制破碎岩体后期的蠕变变形，保持巷道长期稳定。
一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其技术关键点在于对钻孔卸压时机及二次锚注支护时机的把握，即对卸压支护协调程度的控制：钻孔卸压时机确定在巷道掘出后即可进行，即卸压钻孔紧随掘进工作面施工；二次高强锚注支护时机应选择在卸压钻孔出现闭合情况（钻孔断面垮落失稳），同时巷道围岩应力调整及变形趋于稳定状态以后进行。
一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其一次让压支护前巷道应采用光面爆破方法掘进，尽可能保证巷道断面成型光滑，为一次让压支护提供较好的支护条件；此外，一次让压锚杆（索）支护中锚杆与锚索让压管的让压载荷设计应满足工程要求，取锚杆让压载荷为其屈服载荷的0.6-0.75倍，锚索让压载荷为其破断载荷的0.25-0.35倍。
一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其在一次让压支护完成后，尽快对掘进工作面进行排矸、排水等工作，之后，按设计的卸压钻孔参数对试验巷道不同位置处围岩进行钻孔卸压，设计钻孔参数应包括卸压方位、卸压时机、钻孔长度、直径及间排距等，其设计步骤以上述排列顺序为序。
一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其二次高强锚注支护前率先对巷道布置矿压监测站，监测巷道应力演化规律及围岩和卸压钻孔变形情况，及时分析反馈信息，评判巷道围岩稳定性。巷道所需布置的矿压监测站包括巷道表面及深部位移监测站、围岩应力监测站及钻孔位移监测站等，一般每200m布置一组，各种监测站采用交替布置方法；同时采用钻孔窥视仪实时监测卸压钻孔收敛情况。
一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其在卸压钻孔出现闭合现象（工效丧失）后，巷道围岩应力调整基本趋于稳定，此时需对巷道围岩破碎区域（含卸压区域）进行二次高强锚注支护，并对卸压区域采用斜拉短锚索加强支护，对巷道局部破碎严重区域再次进行锚杆加强支护。具体操作步骤如下：
a.巷道注浆加固前，对围岩表面喷射一层混凝土止浆层，防止注浆压力过大造成浆液外泄；
b.待巷道表面混凝土喷层完全硬化后，对巷道全断面进行注浆加固；
c.注浆完成后，采用高强锚杆（索）对巷道进行二次支护，并对巷道卸压区域采用斜拉短锚索加强支护，对巷道局部变形严重区域进行锚杆补强支护。
d.上述工作实施完成后，对巷道表面复喷混凝土层，保持巷道表面平滑。
实施例
以下参照图1、图2、图3、图4、图5对本发明的具体实施方式作进一步说明，一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，该方法以时间为序分为一次让压支护、钻孔卸压和二次高强锚注支护三个步骤，其技术关键点在于对钻孔卸压时机及二次锚注支护时机的把握。该方法的具体实施步骤如下：
a. 试验巷道采用光面爆破方法掘进，巷道掘出后快速清理浮矸，紧跟工作面进行一次支护，采用高强让压锚杆1和高强让压锚索2完成对深部高应力巷道的初期支护.
实施过程为：钻孔→清孔→挂网（梁）→装入树脂锚固剂→搅拌→锚杆（索）预紧。
b. 一次让压支护完成后，尽快对掘进工作面底板进行排矸、排水等工作，之后，按设计的卸压钻孔参数（卸压方位、卸压时机、钻孔长度、直径及间排距等）对巷道不同位置处围岩施工卸压钻孔3，卸压钻孔施工位置位于一次让压支护两排锚杆（索）中间位置。
c. 卸压钻孔施工完成以后，在试验巷道中布置矿压监测站，监测巷道应力演化规律及围岩和卸压钻孔变形情况，及时分析反馈信息，评判巷道围岩稳定性。所需布置的矿压监测站包括巷道表面及深部位移监测站、围岩应力监测站及钻孔位移监测站等，每200m布置一组；同时采用钻孔窥视仪实时监测卸压钻孔收敛情况。
d. 依据试验巷道现场实测矿压结果，待卸压钻孔出现闭合现象（工效丧失）后，巷道围岩应力调整基本趋于稳定，此时需对巷道围岩破碎区域（含卸压区域）进行二次高强锚注支护，并对卸压区域采用斜拉短锚索加强支护。具体步骤如下：
① 巷道注浆加固前，对围岩表面喷射一层混凝土止浆层7，防止浆液外泄；
② 待巷道表面混凝土喷层完全硬化后，对巷道表面按照设计注浆参数施工注浆孔8，安装注浆管9后，进行封孔、联孔，并对巷道全断面进行注浆加固；
③ 注浆完成后，采用高强锚杆4和高强锚索5对巷道进行二次支护，并对巷道卸压区域采用斜拉短锚索6加强支护；
④ 上述工作实施完成后，对巷道表面复喷混凝土层，保持巷道表面平滑。
该方法中，如果遇到巷道局部变形破碎、松动圈范围增大现象，亦可对巷道局部变形严重区域进行锚杆补强支护。
本发明公开了一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，针对巷道掘出后所处不同时期围岩变形方式的不同，采用不同支护和加固方式控制个阶段围岩变形，充分发挥围岩及支护结构自身的支护性能，减小深部高应力巷道围岩的大变形，实现巷道长期稳定。同时，该方法可有效降低巷道修复率和工人劳动强度，降低矿井综合支护成本。
以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其特征在于，以时间为序分为一次让压支护、钻孔卸压和二次高强锚注支护三个步骤；包括以下步骤：
a. 巷道采用光面爆破方法掘进，巷道掘出后尽快清理浮矸，紧跟掘进工作面进行一次高强让压支护，采用高强让压锚杆和锚索完成对深部高应力巷道的初期支护；
b. 一次高强让压支护完成以后，尽快对掘进工作面底板进行包括排矸、排水的工作，之后，按设计的卸压钻孔参数对试验巷道不同位置处围岩施工卸压钻孔；
c. 卸压钻孔施工完成以后，在试验巷道中布置矿压监测站，监测巷道应力演化规律及围岩和卸压钻孔变形情况，及时分析反馈信息，评判巷道围岩稳定性；
d. 依据试验巷道现场实测矿压结果，在卸压钻孔出现闭合情况，即钻孔断面垮落失稳情况，同时巷道围岩应力调整及变形趋于稳定状态以后，需对含卸压区域的巷道围岩破碎区域进行二次高强锚注支护，并对卸压区域采用斜拉短锚索加强支护，对巷道局部破碎严重区域再次进行锚杆加强支护；其中二次高强锚注支护主要包括破碎围岩注浆加固和二次高强锚杆和锚索加强支护两个阶段，注浆加固前应对巷道表面喷射一层混凝土止浆层，待喷层完全硬化后再对巷道全断面进行注浆加固；之后，采用高强锚杆和锚索对巷道进行二次支护，并对巷道卸压区域采用斜拉短锚索加强支护，对巷道局部变形严重区域进行锚杆补强支护，待上述工作完成以后，对巷道断面复喷混凝土，保持巷道平滑；
所述步骤a的爆破掘进工作要符合相关技术规范，保证巷道断面成型光滑，此外，一次让压锚杆和锚索支护中锚杆与锚索让压管的让压载荷设计应满足工程要求，取锚杆让压载荷为其屈服载荷的0.6-0.75倍，锚索让压载荷为其破断载荷的0.25-0.35倍。
2.根据权利要求1所述的一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其特征在于：所述步骤b中涉及卸压钻孔的关键参数包括卸压方位、卸压时机、钻孔长度、直径和间排距，其设计步骤以上述排列顺序为序。
3.根据权利要求1所述的一种基于钻孔卸压的深部高应力巷道卸压支护协调控制方法，其特征在于：所述步骤c中所需布置的矿压监测站包括巷道表面及深部位移监测站、围岩应力监测站及钻孔变形监测站，每200m布置一组，各种监测站采用交替布置方法；同时采用钻孔窥视仪实时监测卸压钻孔收敛情况。
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