CN110470269B - 巷道加固预案综合确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巷道加固预案综合确定方法，包括以下步骤：步骤1是对巷道进行收敛变形及锚索受力监测，在复杂地质条件段应尤其加密监测断面布置；步骤2是当收敛变形量达到阈值或锚索受力达到临界值，进行钻孔窥视，并对窥视结果进行量化评价；步骤3是当窥视评价结果达到注浆临界值，立即进行注浆加固；步骤4是当窥视评价结果未达到注浆临界值，但此时锚索受力达到锚索受力临界值，则采取加密锚索的预案措施，若此时锚索受力未达到临界值，则采取加长锚索的预案措施。该方法可实现在巷道产生破坏前，通过对监测数据的系统分析，提前对巷道实施具有针对性的预案加固措施，避免巷道产生破坏后再进行返修，提高了施工效率和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿巷道安全技术领域，特别是涉及巷道加固预案综合确定方法。
背景技术
随着浅部煤炭资源的开采殆尽，煤矿开采正在向深部发展，高应力、极软岩、断层破碎带等复杂条件给深部巷道支护带来了前所未有的难题。常规的支护设计不具有针对性，对于某些处在特殊地质条件段的巷道往往不能有效控制，这些巷道从支护初期就出现围岩持续变形问题，若不能根据监测数据适时提出合理的预案加固措施或加固措施不合理，任由变形持续发展，则会出现喷层开裂、片帮甚至顶板垮落等问题，严重威胁施工安全。后期再进行翻修处理，不仅增大施工难度，而且成本会成倍的增加。
但发明人发现现阶段，工程技术人员往往难以通过监测数据提出合理的预案加固措施，也缺乏这方面的方法指导。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供巷道加固预案综合确定方法，解决深部巷道围岩控制难题，避免破坏后再返修。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
巷道加固预案综合确定方法，包括以下步骤：
对巷道进行收敛变形及锚索受力监测，在复杂地质条件段加密监测断面布置；
当收敛变形量未达到阈值或锚索受力达到临界值时，继续监测；当收敛变形量达到阈值或锚索受力达到临界值，进行钻孔窥视，并对窥视结果量化评价；
当窥视评价结果达到注浆临界值，立即进行注浆加固；当窥视评价结果未达到注浆临界值，若此时锚索受力达到锚索受力临界值，则采取加密锚索的预案措施，若此时锚索受力未达到临界值，则采取加长锚索的预案措施。
作为进一步的技术方案，所述步骤1中，巷道收敛变形监测采用十字布点法，监测巷道顶底板移近和两帮收敛；所述锚索受力监测在每一个监测断面拱顶、左右拱肩各布置一支红外锚索测力计，实现锚索受力的实时监测。
作为进一步的技术方案，所述步骤1中，被监测锚索应确保已施加足够的预紧力，预紧力值根据各工程要求而定，与未被监测的锚索应大小一直。
作为进一步的技术方案，所述步骤1中，正常情况下，监测断面一般按照50-100m一组进行布置，复杂地质条件段可适当缩小。
作为进一步的技术方案，所述步骤2中，收敛变形量到达的阈值包括变形量阈值(U0)和变形速率阈值(V0)；
所述变形量阈值取巷道变形极限值(Umax)的60％～80％，巷道变形极限值可通过该煤田同类型巷道或该巷道已经施工段变形监测结果得到，以喷层产生肉眼可见的裂缝时对应的巷道变形量为巷道变形极限值；
所述变形速率阈值约等于0，当变形速率大于0时，表明围岩变形仍在发展。
作为进一步的技术方案，所述步骤2中，钻孔窥视孔深度大于等于锚索长度，每个监测断面内打设5个钻孔，分别布置在拱顶、左右拱肩和两帮中点位置。
作为进一步的技术方案，所述步骤2中，钻孔窥视采用数字式全景摄像系统，该类型钻孔窥视仪可实现钻孔窥视结果的量化评价。
作为进一步的技术方案，所述钻孔窥视结果的量化评价方法为：通过分形技术，计算钻孔窥视平面展开图内裂隙面积与总面积的比值，得到破碎程度K。
作为进一步的技术方案，所述步骤3中，注浆临界值可通过现场注浆试验确定，在设计终压下的情况下注入一定水泥浆液时对应的破碎度作为注浆临界值K0。
所述步骤3中，注浆加固时，先采用注浆锚杆对浅部围岩注浆，后采用注浆锚索对深部围岩注浆。
所述注浆锚杆、注浆锚索插花布置，间排距应为原支护方案的2倍，以方便现场施工。
锚索受力临界值R0根据锚索极限抗拉强度确定，以锚索受力充分且具有一定的安全储备为宜。
当采用加密锚索的预案加固措施时，可在原锚索的基础上插花布置。
当采用加长锚索的预案加固措施时，锚索增加长度应不小于2m。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明在巷道产生破坏前，通过对监测数据的系统分析，提前对巷道进行加固，避免巷道产生破坏后再进行返修，提高了施工安全和经济效益。
2.本发明提出了一种确定巷道收敛阈值的方法，当巷道收敛变形达到阈值时，再进行钻孔窥视，减小了钻孔窥视的盲目性。
3.本发明提出了一种定量评价钻孔窥视结果与确定注浆临界值的方法，当窥视量化结果达到注浆临界值时再进行注浆，避免了注浆的盲目性。
4.本发明综合分析巷道收敛、钻孔窥视与锚索受力三种监测数据，避免了只分析一种监测数据的局限性，为确定更加合理的预案加固方案提供指导。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明巷道加固预案综合确定方法流程图。
图2为本发明监测断面布置示意图。
图中：1、2、3、4、5钻孔窥视监测位置；a、b、c锚索受力监测位置；A、B、C、D收敛监测的基点，O为收敛监测位置点。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
正如背景技术所介绍的，现有技术中常规的支护设计不具有针对性，对于某些处在特殊地质条件段的巷道往往不能有效控制，这些巷道从支护初期就出现围岩持续变形问题，若不能根据监测数据适时提出合理的预案加固措施或加固措施不合理，任由变形持续发展，则会出现喷层开裂、片帮甚至顶板垮落等问题，严重威胁施工安全。后期再进行翻修处理，不仅增大施工难度，而且成本会成倍的增加。为了解决如上的技术问题，本申请提出了巷道加固预案综合确定方法。
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，巷道加固预案综合确定方法，包括以下步骤：
步骤1、在巷道布设监测点，对巷道进行收敛变形及锚索受力监测，在复杂地质条件段应尤其加密监测断面布置；
步骤2、若监测到收敛变形量未达到阈值(变形量阈值U0和变形速率阈值V0)且锚索受力未达到临界值R0，继续监测；当监测到的收敛变形量达到阈值(变形量阈值U0和变形速率阈值V0)或锚索受力达到临界值R0，立马进行钻孔和窥视，并对窥视结果量化评价；
步骤3、当窥视评价结果K达到注浆临界值，立即进行注浆加固；
步骤4、当窥视评价结果未达到注浆临界值，但此时锚索受力达到锚索受力临界值R，则采取加密锚索的预案措施，若此时锚索受力未达到临界值，则采取加长锚索的预案措施。
该方法可实现在巷道产生破坏前，通过对监测数据的系统分析，提前对巷道实施具有针对性的预案加固措施，避免巷道产生破坏后再进行返修，提高了施工效率和经济效益。
具体的，如图2所示，所述步骤1中，巷道收敛变形监测采用十字布点法，监测巷道顶底板和两帮收敛；其中以巷道顶、帮、底做为基点，如图2所示的A、B、C、D四个基点，用漆喷在巷道顶、帮、底上作基点标记，并且基点处挂工程线；顶板底移近量观测选择在巷中，两帮移近量选择在腰线位置处，使用挂线测量，通过数据的前后对比，准确计算出巷道左帮变形量、右帮变形量、顶板下沉量、底板底臌量。
所述锚索受力监测应在每一个监测断面在拱顶、左右拱肩各布置一支红外锚索测力计，实现锚索受力的实时监测；具体的如附图2所示的为某个监测断面上的红外锚索测力计的具体布置示意图，图中的a、b、c三个位置为锚索受力监测位置；在a、b、c三个位置分别设置一个红外锚索测力计。
所述步骤1中，被监测锚索应确保施加足够的预紧力，预紧力值通常为锚索极限抗拉强度的30％-40％，以充分发挥其对围岩的主动支护作用；当然不难理解的，预紧力值并不限于本实施例中公开的锚索极限抗拉强度的30％-40％，可以在此范围之外进行选择。
所述步骤1中，监测断面的设置距离根据地质的复杂情况进行调整，地质越复杂监测断面设置越密。正常情况下，监测断面可按照50m一组进行布置，复杂地质条件段可缩小至20m一组；当然不难理解的，监测断面的布置距离并不限于本实施例中公开的50m、20m；具体的布置距离可以根据实际情况进行选择。
所述步骤2中，收敛变形阈值包括变形量阈值(U0)和变形速率阈值(V0)。
所述变形量阈值为巷道变形极限值(Umax)的70％，巷道变形极限值可通过该煤田同类型巷道或该巷道已经施工段变形监测结果分析得到，以喷层产生肉眼可见的裂缝时对应的巷道变形量为巷道变形极限值；当然不难理解的，变形量阈值并不限于本实施例中公开的巷道变形极限值(Umax)的70％，可以在此数值之上或者之下进行调整。
所述变形速率阈值约等于0，当变形速率大于0时，表明围岩变形仍在发展。
所述步骤2中，钻孔窥视孔深度不应小于锚索长度，每个监测断面内打设5个钻孔，分别布置在拱顶、左右拱肩和两帮中点位置，具体的参见图2中的1、2、3、4、5五个钻孔窥视监测位置。
所述步骤2中，钻孔窥视应采用数字式全景钻孔摄像系统，该类型钻孔窥视仪可实现钻孔窥视结果的量化评价；数字式全景摄像系统为现有设备，它集电子技术、视频技术、数字技术和计算机技术等为一体，可以用于钻孔内的工程地质信息的采集；例如BHCTV-46BDP和BHCTV-76BDP。所述钻孔窥视结果的量化评价方法为：通过分形技术，计算钻孔窥视平面展开图内裂隙面积与总面积的比值，得到破碎程度K。
所述步骤3中，注浆临界值可通过现场注浆试验确定，在终压3MPa的情况下注入100kg水泥浆液时对应的破碎度作为注浆临界值K0。当然不难理解的，终压与注浆量并不限于本实施例中公开的3MPa与100kg，具体注浆参数可以根据实际情况进行选择。
所述步骤3中，注浆加固时，先采用注浆锚杆对浅部围岩注浆，后采用注浆锚索对深部围岩注浆。
所述注浆锚杆、注浆锚索插花布置，间排距应为原支护方案的2倍，以方便现场施工；当然不难理解的，间排距不限于本实施例公开的值，具体的可以根据实际情况进行选择。
所述步骤4中，锚索受力临界值R0按照80％的锚索极限抗拉强度确定，此时锚索受力充分且具有一定的安全储备；当然不难理解的，锚索受力临界值R0不限于本实施例公开的80％的锚索极限抗拉强度，可以高于此值，也可以低于此值。
所述步骤4中，当采用加密锚索的预案加固措施时，可在原锚索的基础上插花布置。
所述步骤4中，当采用加长锚索的预案加固措施时，锚索增加长度不应小于2m，即大于等于2m；具体的可以根据实际情况进行选择。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.巷道加固预案综合确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在巷道布设监测点，对巷道进行收敛变形及锚索受力监测；
步骤2，当收敛变形量未达到阈值且锚索受力未达到临界值时，继续监测；当收敛变形量达到阈值或锚索受力达到临界值，进行钻孔窥视，并对窥视结果进行量化评价；收敛变形阈值包括变形量阈值和变形速率阈值；所述变形量阈值为巷道变形极限值的60％～80％，巷道变形极限值通过同类型巷道或该巷道已经施工段变形监测结果分析得到，取喷层产生肉眼可见的裂缝时对应的巷道变形量；所述变形速率阈值等于0，所述变形速率阈值表明围岩变形是否仍在发展；钻孔窥视结果的量化评价方法为：通过分形技术，计算钻孔窥视平面展开图内裂隙面积与总面积的比值，得到破碎程度K；
步骤3，当窥视评价结果达到注浆临界值，立即进行注浆加固；其中，注浆临界值通过现场注浆试验确定，在终压情况下注入一定水泥浆液时对应的破碎度作为注浆临界值；
步骤4，当窥视评价结果未达到注浆临界值，但此时锚索受力达到锚索受力临界值，则采取加密锚索的预案措施，若此时锚索受力未达到临界值，则采取加长锚索的预案措施；其中，锚索受力临界值根据锚索极限抗拉强度确定。
2.如权利要求1所述的巷道加固预案综合确定方法，其特征是，步骤1中，巷道收敛变形监测采用十字布点法，监测巷道顶底板和两帮收敛；
所述锚索受力监测在每一个监测断面在拱顶、左右拱肩各布置一支红外锚索测力计，实现锚索受力的实时监测。
3.如权利要求2所述的巷道加固预案综合确定方法，其特征是，监测断面的设置距离根据地质的复杂情况进行调整，地质越复杂监测断面设置越密。
4.如权利要求1所述的巷道加固预案综合确定方法，其特征是，步骤2中，钻孔窥视孔的深度大于等于锚索长度，每个监测断面均匀打设5～7个钻孔。
5.如权利要求1所述的巷道加固预案综合确定方法，其特征是，步骤3中，注浆加固时，先采用注浆锚杆对浅部围岩注浆，后采用注浆锚索对深部围岩注浆。
6.如权利要求1所述的巷道加固预案综合确定方法，其特征是，步骤4中，当采用加密锚索的预案加固措施时，可以在原锚索的基础上插花布置；当采用加长锚索的预案加固措施时，锚索增加长度应大于2m。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 九龙矿深部巷道注浆加固时效性分析及实践研究;赵鹏飞;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20160115(第1期);正文第2.4节、第4.5节、第6.3-6.4节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110470269A (zh) | 2019-11-19 |
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