CN109630134B - 一种巷道结构以及高地应力软岩巷道的一次成巷支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种巷道结构以及高地应力软岩巷道的一次成巷支护方法，巷道结构包括：巷道和卸压孔，卸压孔对称设于巷道的两侧，卸压孔包括爆破卸压段以及设于巷道与爆破卸压段之间的封孔加固段，封孔加固段内填充有加固材料；爆破卸压段内设有爆炸物以及至少一个雷管；黏土段，黏土段设于封孔加固段与爆破卸压段之间并将封孔加固段与爆破卸压段隔开。本发明提供的巷道结构，卸压爆破后在巷道周围表层一定范围内形成低应力卸压圈，而在围岩深部形成了应力集中的自承载圈，集中应力主要由该自承载圈的岩体承担。由此使围岩自支撑力得到充分发挥，并为卸压岩体的稳定性提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿软岩工程支护技术领域，具体而言，涉及一种巷道结构以及一种高地应力软岩难维护巷道的一次成巷支护方法。
背景技术
无论是何种形式的联合支护都是在巷道开挖后，应力再分布、存在巷道围岩内应力高度集中且应力要通过围岩变形才能释放出来的情况下进行的，所以现有支护都不同程度的出现巷道底鼓变形，严重的造成巷道支护变形破坏，满足不了通风、运输、行人和安全生产需要。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种巷道结构。
本发明的另一个目的在于提供一种高地应力软岩难维护巷道的一次成巷支护方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面的技术方案提供了一种巷道结构，包括：巷道和卸压孔，卸压孔对称设于巷道的两侧，卸压孔包括爆破卸压段以及设于巷道与爆破卸压段之间的封孔加固段，封孔加固段内填充有加固材料；爆破卸压段内设有爆炸物以及至少一个雷管；黏土段，黏土段设于封孔加固段与爆破卸压段之间并将封孔加固段与爆破卸压段隔开。
巷道开挖后，围岩从三向受力状态变为两向受力状态，围岩应力状态重新分布并出现围岩内应力高度集中带，巷道围岩内应力高度集中是造成巷道破坏的主要原因。
本方案中，通过雷管引爆爆炸物后，由于爆炸物为凝聚相，其爆轰过程压力高(凝聚相爆轰可达10吉帕)、温度高(可达103K)、持续时间短(可达微秒量级)。当爆破时，爆轰波周围介质相互作用，在介质中产生激波或应力波，推动物体运动，造成层裂、破碎等。爆破在巷道基角深部岩层内部封闭空间内进行。
通过在卸压孔的爆破卸压段爆破，可以使深部围岩内积聚的弹性变形能以变形破裂的形式释放，从而导致围岩深部的应力重新分布，重新形成破碎区、塑性区和弹性区，并使应力集中的弹性区转移到围岩更深处，两帮及底板浅部围岩处于应力降低区。即卸压爆破后在巷道周围表层一定范围内形成低应力卸压圈，而在围岩深部形成了应力集中的自承载圈，集中应力主要由该自承载圈的岩体承担。由此使围岩自支撑力得到充分发挥，并为卸压岩体的稳定性提供保障。同时,由于该自承载圈的岩体处于围岩深部，基本处于三向应力状态，稳定性大大提高。本方案不仅适用于高地应力软岩难维护巷道一次成巷支护，同时适用于已破坏巷道修复条件应用。
同时，爆炸物在爆破卸压段内爆炸还能够将封孔加固段内的加固材料压紧，使加固材料更紧宻地与卸压孔孔壁成为一体，提高封孔加固段整体岩体强度。
还需指出的是，本方案中，通过使深部围岩内积聚的弹性变形能以变形破裂的形式释放，还能够减少煤柱的宽度，进而增加煤的开采量，提高煤炭资源回收率。
在上述技术方案中，优选地，黏土段的长度大于100mm。
在上述任一技术方案中，优选地，卸压孔由巷道的两侧壁与底壁交界处向外并向下延伸形成。
在上述任一技术方案中，优选地，加固材料为混凝土。
在上述任一技术方案中，优选地，加固材料内设有钢筋。
在上述任一技术方案中，优选地，巷道结构还包括：加固锚，加固锚设于封孔加固段内且加固锚的一端位于巷道内。
本发明第二方面的技术方案提供了一种高地应力(高构造应力)软岩难维护巷道的一次成巷支护方法，用于第一方面任一技术方案中的巷道结构，其特征在于，包括：步骤S1，开采巷道；步骤S2，在巷道两侧开设卸压孔；步骤S3，在卸压孔的爆破卸压段内放置爆炸物以及雷管；步骤S4，通过黏土段将爆破卸压段与封孔加固段隔开；步骤S5，在封孔加固段内填充加固材料，直至封孔加固段被填充满，将卸压孔封满填实；步骤 S6，引爆雷管。
在上述任一技术方案中，优选地，封孔加固段内设有加固锚时，步骤 S5具体包括：步骤S51，在封孔加固段内放置加固锚；步骤S52，在封孔加固段内填充加固材料，直至封孔加固段被填充满，将卸压孔封满填实。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的巷道结构的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的巷道结构的结构示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的巷道结构的部分结构示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的巷道结构的部分结构示意图。
其中，图1至图4中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1巷道，2卸压孔，21爆破卸压段，22封孔加固段，3爆炸物，4雷管，5放炮母线，6黏土段，7加固锚，8加固材料。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图4描述根据本发明的一些实施例。
如图1至图4所示，本发明第一方面的实施例提供了一种巷道结构，包括：巷道1和卸压孔2，卸压孔2对称设于巷道1的两侧，卸压孔2包括爆破卸压段21以及设于巷道1与爆破卸压段21之间的封孔加固段22，封孔加固段22内填充有加固材料8，爆破卸压段21内设有爆炸物3以及至少一个雷管4。
巷道1开挖后，围岩从三向受力状态变为两向受力状态，围岩应力状态重新分布并出现围岩内应力高度集中带，巷道1围岩内应力高度集中是造成巷道1破坏的主要原因。
本方案中，通过雷管4引爆爆炸物3后，由于爆炸物3为凝聚相，其爆轰过程压力高(凝聚相爆轰可达10吉帕)、温度高(可达103K)、持续时间短(可达微秒量级)。当爆破时，爆轰波周围介质相互作用，在介质中产生激波或应力波，推动物体运动，造成层裂、破碎等。爆破在巷道 1基角深部岩层内部封闭空间内进行。
通过在卸压孔2的爆破卸压段21爆破，可以使深部围岩内积聚的弹性变形能以变形破裂的形式释放，从而导致围岩深部的应力重新分布，重新形成破碎区、塑性区和弹性区，并使应力集中的弹性区转移到围岩更深处，两帮及底板浅部围岩处于应力降低区。即卸压爆破后在巷道1周围表层一定范围内形成低应力卸压圈，而在围岩深部形成了应力集中的自承载圈，集中应力主要由该自承载圈的岩体承担。由此使围岩自支撑力得到充分发挥，并为卸压岩体的稳定性提供保障。同时,由于该自承载圈的岩体处于围岩深部，基本处于三向应力状态，稳定性大大提高。
同时，爆炸物3在爆破卸压段21内爆炸还能够将封孔加固段22内的加固材料8压紧，使加固材料8更紧宻地与卸压孔2的孔壁成为一体，提高封孔加固段整体岩体强度。
还需指出的是，本方案中，通过使深部围岩内积聚的弹性变形能以变形破裂的形式释放，还能够减少煤柱的宽度，进而增加煤的开采量，提高煤炭资源回收率。
其中，雷管4与放炮母线5连接，放炮母线5穿过封孔加固段22并延伸至巷道1内，便于雷管4的引爆。
在上述实施例中，优选地，还包括：黏土段6，黏土段6设于封孔加固段22与爆破卸压段21之间并将封孔加固段22与爆破卸压段21隔开。
本方案中，黏土段6将封孔加固段22与爆破卸压段21隔开，能防止封孔加固段内的加固材料对雷管直接冲击，从而起保护作用，同时还能够防止卸压孔2内有积水进入爆破卸压段21，确保爆破成功。
在上述任一实施例中，优选地，黏土段6的长度大于100mm。
本方案中，黏土段6的长度大于100mm，能够减少黏土段6破碎的可能性。
在上述任一实施例中，优选地，卸压孔2由巷道1的两侧壁与底壁交界处向外并向下延伸形成。
本方案中，卸压孔2由巷道1的两侧壁与底壁交界处向外并向下延伸形成，卸压孔2能对巷道1下侧的岩石应力进行卸压，消除部分岩石的内应力，减少巷道1底部凸起的可能性。
在上述任一实施例中，优选地，加固材料8为混凝土。
在上述任一实施例中，优选地，加固材料8内设有钢筋。
本方案中，加固材料8内设置钢筋，能提高封孔加固段22内加固材料8形变的难度，适用于巷道1底部变形较大的工况。
在上述任一实施例中，优选地，巷道结构还包括：加固锚7，加固锚 7设于封孔加固段22内且加固锚7的一端位于巷道1内。
本方案中，加固锚7设于封孔加固段22内且加固锚7的一端位于巷道1内，能提高封孔加固段22内加固材料8形变的难度，适用于巷道1 底部变形较大的工况。
其中，优选地，加固材料8内同时设有钢筋以及加固锚7，能进一步提高封孔加固段22内加固材料8形变的难度，适用于巷道1底部变形大的工况。
其中，加固锚包括锚索或超长锚杆。
值得说明的是，加固材料8内设置钢筋(或超长锚杆或锚索)能够提高封孔加固段22内加固材料和岩体抵抗围岩变形强度，适用于巷道1变形较大的工况。
在本发明的一个实施例中，卸压孔2与水平面的夹角为45°，以既能够通过封孔加固段22提供支撑作用，同时实现巷道1底部岩石的卸压。
在本发明的一个实施例中，沿巷道1延伸的方向，相邻两个巷道1之间的间距为1000mm，以能够减少相邻两个卸压孔2之间的岩石存在卸压不彻底的可能性。
其中，优选地，卸压孔的布置形式根据应力变化情况可以单排对称布置，亦可多排对称布置或不对称布置等多种组合形式。
例如，当构造应力主应力方向与巷道有一定夹角的情况下就需要调整卸压孔2布置形式，以使卸压孔2的角度与主应力方向对应。
或者当地应力过高达到150～200kg/cm2时，单排布置有可能满足不了支护要求，就需要考虑双排或多排布置形式。
本发明第二方面的技术方案提供了一种高地应力软岩难维护巷道的一次成巷支护方法，用于第一方面任一技术方案中的巷道结构，其特征在于，包括：步骤S1，开采巷道1；步骤S2，在巷道1两侧开设卸压孔2；步骤 S3，在卸压孔2的爆破卸压段21内放置爆炸物3以及雷管4；步骤S4，通过黏土段6将爆破卸压段21与封孔加固段隔开；步骤S5，在封孔加固段内填充加固材料8，直至封孔加固段22被填充满，将卸压孔2封满填实；步骤S6，引爆雷管4。
首先，开采巷道1并在巷道1两侧开设卸压孔2；随后在卸压孔2的爆破卸压段21内放置爆炸物3以及雷管4，并通过黏土段6将爆破卸压段21与封孔加固段隔开，随后在封孔加固段内填充加固材料8，直至封孔加固段22被填充满，最后将卸压孔2封满填实后，引爆雷管4。
通过雷管4引爆爆炸物3后，由于爆炸物3为凝聚相，其爆轰过程压力高(凝聚相爆轰可达10吉帕)、温度高(可达103K)、持续时间短 (可达微秒量级)。当爆破时，爆轰波周围介质相互作用，在介质中产生激波或应力波，推动物体运动，造成层裂、破碎等。爆破在巷道1基角深部岩层内部封闭空间内进行。
通过在卸压孔2的爆破卸压段21爆破，可以使深部围岩内积聚的弹性变形能以变形破裂的形式释放，从而导致围岩深部的应力重新分布，重新形成破碎区、塑性区和弹性区，并使应力集中的弹性区转移到围岩更深处，两帮及底板浅部围岩处于应力降低区。即卸压爆破后在巷道1周围表层一定范围内形成低应力卸压圈，而在围岩深部形成了应力集中的自承载圈，集中应力主要由该自承载圈的岩体承担。由此使围岩自支撑力得到充分发挥，并为卸压岩体的稳定性提供保障。同时,由于该自承载圈的岩体处于围岩深部，基本处于三向应力状态，稳定性大大提高。
同时，爆炸物3在爆破卸压段21内爆炸还能够将封孔加固段22内的加固材料8压紧，使加固材料8更紧密地与卸压孔2的孔壁成为一体，提高封孔加固段整体岩体强度。粘土段6将封孔加固段22与爆破卸压段21 隔开能够起到在封孔加固时对爆炸物和雷管起到保护作用，还能够有效防止孔内积水进入爆破卸压段21，确保爆破成功。
还需指出的是，本方案中，通过使深部围岩内积聚的弹性变形能以变形破裂的形式释放，还能够减少煤柱的宽度，进而增加煤的开采量，提高煤炭资源回收率。
在上述任一技术方案中，优选地，封孔加固段22内设有加固锚7时，步骤S5具体包括：步骤S51，在封孔加固段内放置加固锚7；步骤S52，在封孔加固段内填充加固材料8，直至封孔加固段22被填充满，将卸压孔2封满填实。
本方案中，加固锚7设于封孔加固段22内且加固锚7的一端位于巷道1内，能提高封孔加固段22内加固材料8形变的难度，适用于巷道1 底部变形较大的工况。
其中，优选地，加固材料8内同时设有钢筋以及加固锚7，能进一步提高封孔加固段22内加固材料8形变的难度，适用于巷道1底部变形大的工况。
其中，优选地，卸压孔的布置形式根据应力变化情况可以单排对称布置，亦可多排对称布置或不对称布置等多种组合形式。
例如，当构造应力主应力方向与巷道有一定夹角的情况下就需要调整卸压孔2布置形式，以使卸压孔2的角度与主应力方向对应。
或者当地应力过高达到150～200kg/cm2时，单排布置有可能满足不了支护要求，就需要考虑双排或多排布置形式。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种巷道结构，其特征在于，包括：
巷道(1)和卸压孔(2)，所述卸压孔(2)对称设于所述巷道(1)的两侧，所述卸压孔(2)包括爆破卸压段(21)以及设于所述巷道(1)与所述爆破卸压段(21)之间的封孔加固段(22)，所述封孔加固段(22)内填充有加固材料(8)；所述爆破卸压段(21)内设有爆炸物(3)以及至少一个雷管(4)；
黏土段(6)，所述黏土段(6)设于所述封孔加固段(22)与所述爆破卸压段(21)之间并将所述封孔加固段(22)与所述爆破卸压段(21)隔开；
所述黏土段(6)的长度大于100mm；
所述卸压孔(2)由所述巷道(1)的两侧壁与底壁交界处向外并向下延伸形成，所述卸压孔(2)与水平面的夹角为45°；
所述加固材料(8)为混凝土。
2.根据权利要求1所述的巷道结构，其特征在于，
所述加固材料(8)内设有钢筋。
3.根据权利要求1所述的巷道结构，其特征在于，还包括：
加固锚(7)，所述加固锚(7)设于所述封孔加固段(22)内且所述加固锚(7)的一端位于巷道(1)内。
4.一种高地应力软岩难维护巷道的一次成巷支护方法，用于如权利要求1至3中任一项所述的巷道结构，其特征在于，包括：
步骤S1，开采巷道(1)；
步骤S2，在巷道(1)两侧开设卸压孔(2)；
步骤S3，在所述卸压孔(2)的爆破卸压段(21)内放置爆炸物(3)以及雷管(4)；
步骤S4，通过黏土段(6)将所述爆破卸压段(21)与封孔加固段隔开；
步骤S5，在所述封孔加固段内填充加固材料(8)，直至所述封孔加固段(22)被填充满，将所述卸压孔(2)封满填实；
步骤S6，引爆雷管(4)。
5.根据权利要求4所述的高地应力软岩难维护巷道的一次成巷支护方法，其特征在于，所述封孔加固段(22)内设有加固锚(7)时，所述步骤S5具体包括：
步骤S51，在封孔加固段内放置加固锚(7)；
步骤S52，在所述封孔加固段内填充加固材料(8)，直至所述封孔加固段(22)被填充满，将所述卸压孔(2)封满填实。
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- 2018-12-29 CN CN201811639235.XA patent/CN109630134B/zh active Active
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