CN111075479A - 巷道围岩稳定性控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大变形巷道围岩控制技术领域，尤其涉及一种巷道围岩稳定性控制方法。该巷道围岩稳定性控制方法包括：根据巷道围岩的主应力分布情况，确定围岩关键承载区；对所述巷道的表层围岩进行支护处理；对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理，和/或对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理。本发明提供的巷道围岩稳定性控制方法，通过对围岩关键承载区进行有针对性的精确控制，大大减小了工程量和工程成本，提高了巷道围岩的长期稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及大变形巷道围岩控制技术领域，尤其涉及一种巷道围岩稳定性控制方法。
背景技术
随着煤矿开采深度的逐渐增加，开采条件日益恶化，巷道围岩控制的难度越来越大，如千米深井、冲击地压、软弱煤岩等复杂条件巷道，因此巷道支护成本，特别是顺槽巷道的支护成本在吨煤成本中的比重越来越大。现有的巷道围岩控制方式，主要采用支护方式或者注浆加固方式，其中支护方式包括单一支护和多重支护的形式。采用单一的锚杆锚索或者棚式支护形式，难以保证巷道围岩的稳定。而盲目的采用多重支护，既影响效率又增加成本，变形又不一定能够得到控制。对于服务期较短的回采巷道而言，采用大范围、高强度的注浆加固方式，不仅工程量大，施工效率低，而且成本较高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种巷道围岩稳定性控制方法，能够根据巷道围岩的关键承载区进行精确控制，大大减小了工程量和工程成本，提高了巷道围岩的长期稳定性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种巷道围岩稳定性控制方法，包括：
S1、根据巷道围岩的主应力分布情况，确定围岩关键承载区；
S2、对所述巷道的表层围岩进行支护处理；
S3、对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理；和/或，对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理。
进一步地，在步骤S3中，当所述巷道围岩持续变形和破坏，导致所述围岩关键承载区的围岩劣化，所述围岩关键承载区的承载性能下降时，对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理。
进一步地，在步骤S3中，当所述围岩关键承载区的承载性能没有下降，但所述围岩关键承载区的围岩受到外部采动动压或冲击荷载影响时，对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理。
进一步地，在步骤S3中，当所述围岩关键承载区的围岩受到外部采动动压或冲击荷载影响，并且所述围岩关键承载区的承载性能下降时，对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理，同时对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理。
进一步地，在步骤S3中，对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理，具体包括：
在所述巷道中开设注浆加固孔，使所述注浆加固孔的末端伸入至所述围岩关键承载区的内部；
在所述注浆加固孔的限定区域进行注浆，其中所述限定区域为所述注浆加固孔中处于所述围岩关键承载区的内部的区域。
进一步地，在步骤S3中，对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理，具体包括：
在所述巷道中开设一个或多个压裂钻孔，使所述压裂钻孔的末端延伸至所述围岩关键承载区的外围预定区域；
在所述压裂钻孔内注入高压水对所述围岩关键承载区的围岩进行水力压裂，使所述围岩关键承载区的围岩产生压裂裂缝；
和/或，在所述压裂钻孔内进行高压水射流，使所述围岩关键承载区的围岩产生割缝。
具体地，在步骤S1中，采用数值模拟的方法计算获得所述巷道围岩的主应力分布情况。
具体地，在步骤S1中，选择所述巷道围岩的最大主应力大于开挖前原岩应力1.3倍的区域作为所述围岩关键承载区。
具体地，在步骤S1中，还包括：采用现场测量的方法对所述围岩关键承载区的位置和形态进行验证。
具体地，在步骤S2中，采用锚杆和锚索对所述巷道的表层围岩进行支护处理。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供的巷道围岩稳定性控制方法，通过对巷道围岩的主应力分布情况进行分析，能够确定围岩关键承载区，通过对巷道的表层围岩进行支护处理，能够确保巷道的表层围岩的稳定性，通过对围岩关键承载区进行注浆加固处理，和/或通过对围岩关键承载区的外围进行卸压处理，能够对围岩关键承载区进行有针对性的精确控制，大大减小了工程量和工程成本，提高了巷道围岩的长期稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例巷道围岩稳定性控制方法的流程图；
图2是本发明实施例确定的围岩关键承载区的分布位置以及形态示意图；
图3是本发明实施例对围岩关键承载区进行承载处理的一种示意图；
图4是本发明实施例对围岩关键承载区进行承载处理的另一种示意图；
图5是本发明实施例对围岩关键承载区进行承载处理的另一种示意图。
图中：1：围岩；2：巷道；3：围岩关键承载区；4：注浆加固孔；5：压裂裂缝；6：割缝；7：压裂钻孔；8：锚杆；9：锚索。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，岩土工程领域普遍认为充分发挥围岩的自承能力是保持开挖空间稳定的关键。蕴藏在岩体中的地应力由于空间开挖而产生再分配，开挖空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体自身。采用初次锚、喷等支护的作用，能够使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，二次衬砌主要是起安全储备和装饰作用。因为开挖断面的承载主体是围岩，支护结构起到发挥和保护围岩承载能力的作用。
对于煤矿开采而言，几百甚至上千米深的巷道之所以能够保持稳定，不仅仅依靠小范围的加固和外部的支撑结构，根本原因是围岩有一定的自承能力。自承能力的发挥是靠围岩内部存在的主要或关键承载结构，一旦遇到动压影响、地质构造或者软弱煤岩体，关键承载结构或者遭到破坏、或者难以形成、或者远离开挖界面难以发挥作用，此时围岩将长期处于不稳定状态。
因此，认为在一般条件下巷道围岩中某区域存在某种形式的关键承载结构，与外部支护结构的共同作用使得围岩能够保持长期稳定性。因此，本申请将包含这种承载结构的区域定义为“围岩关键承载区”，也即，围岩中由于应力调整能够承担大部分矿山压力、对围岩长期稳定起到关键承载作用的区域。
如图1所示，本发明实施例提供一种巷道围岩稳定性控制方法，该方法具体包括如下步骤：
S1、根据巷道围岩的主应力分布情况，确定围岩关键承载区。
S2、对巷道的表层围岩进行支护处理。
S3、对围岩关键承载区进行注浆加固处理；和/或，对围岩关键承载区的外围进行卸压处理。
本发明实施例所述的巷道围岩稳定性控制方法，通过对巷道围岩的主应力分布情况进行分析，能够确定围岩关键承载区，通过对巷道的表层围岩进行支护处理，能够确保巷道的表层围岩的稳定性，通过对围岩关键承载区进行注浆加固处理，和/或通过对围岩关键承载区的外围进行卸压处理，能够对围岩关键承载区进行有针对性的精确控制，从而大大减小了工程量和工程成本，提高了巷道围岩的长期稳定性。
在本发明的进一步实施例中，在步骤S1中，根据巷道的应力环境、断面、层位和顶底板岩层结构及分布等具体条件，采用数值模拟的方法计算获得巷道开挖稳定条件下巷道围岩的主应力分布情况。
具体来说，根据巷道围岩的主应力分布情况，选择巷道围岩的最大主应力大于开挖前原岩应力1.3倍的区域作为围岩关键承载区。
如图2所示为围岩关键承载区的分布位置以及形态示意图，其中，在围岩1中开挖巷道2，经过计算获得，在巷道2的左右两侧分别具有围岩关键承载区3。
具体来说，在步骤S1中，还包括：采用现场测量的方法对获取的围岩关键承载区的分布位置和形态进行验证，从而最终确定围岩关键承载区。
也即，附图2仅给出了一种具体的围岩关键承载区的分布位置以及分布形态。然而在实际施工过程中，围岩关键承载区的分布位置以及形态，与煤岩层分布、岩体强度、地应力状态和巷道断面、巷道层位等都有关系，因此，围岩关键承载区的分布位置以及形态并不固定，需要通过数值模拟和验证分析的方式获取。
在本发明的进一步实施例中，在步骤S1中，还包括：通过计算获得在外部采动动压或冲击荷载影响下，围岩关键承载区的演变规律。
也即，需要根据巷道的变形破坏情况，数值分析不同加固或卸压措施下，围岩承载区的变化以及变形破坏情况的改善，并据此确定需要采取的承载处理措施。例如，可以仅对围岩关键承载区进行注浆加固处理。也可以仅对围岩关键承载区的外围进行卸压处理。还可以对围岩关键承载区进行注浆加固处理，同时对围岩关键承载区的外围进行卸压处理。
在本发明的一种具体实施例中，如图3所示，当巷道围岩1持续变形和破坏，导致围岩关键承载区3的围岩劣化，围岩关键承载区3的承载性能下降，不能有效承载或者持续向外转移时，应当对围岩关键承载区3进行注浆加固处理，从而恢复围岩关键承载区3的承载性能，进而保持巷道空间稳定。
在本发明的一种具体实施例中，如图4所示，当围岩关键承载区3的承载性能没有下降，但围岩关键承载区3的围岩受到外部采动动压或冲击荷载影响时，应当对围岩关键承载区3的外围进行卸压处理，用以保护围岩关键承载区3，使围岩关键承载区3能够持续承载，进而保持巷道空间稳定。
在本发明的一种具体实施例中，如图5所示，当围岩关键承载区3的围岩受到外部采动动压或冲击荷载持续影响，并且导致围岩关键承载区3的承载性能下降时，应当对围岩关键承载区3进行注浆加固处理，同时对围岩关键承载区3的外围进行卸压处理。也即，将注浆加固与卸压保护两种方式相结合，从而恢复并保护围岩关键承载区3的持续承载性能，进而最大限度的保持巷道空间稳定。
在本发明的进一步实施例中，如图3和图5所示，对围岩关键承载区3进行注浆加固处理，具体方式如下：
在巷道2中开设注浆加固孔4，并使每个注浆加固孔4的末端伸入至围岩关键承载区3的内部。其中，注浆加固孔4的数量根据实际需要加固的范围而定。
然后，对每个注浆加固孔4的限定区域进行注浆。其中，限定区域为注浆加固孔4中处于围岩关键承载区3内部的区域。
也即，本实施例中，注浆加固孔4的布置更有针对性，只针对围岩关键承载区3所在的特定区域进行布孔设置。而且，本实施例中，对注浆加固孔4进行注浆操作时，注浆位置更有针对性，只对注浆加固孔4伸入到围岩关键承载区3内部的限定区域进行注浆。
采用本实施例的这种只针对特定区域进行注浆加固的方式，能够重塑围岩关键承载区3的承载能力，不仅减小了工程量，提高了施工效率，而且能够有效减小工程成本。
在本发明的进一步实施例中，如图4和图5所示，对围岩关键承载区的外围进行卸压处理，有如下三种处理方式：
第一种，在围岩关键承载区3的外围设置一个或多个压裂钻孔7，使压裂钻孔7的末端延伸至围岩关键承载区3的外围一定区域。在压裂钻孔7内注入高压水对围岩关键承载区3的外围围岩进行水力压裂，使围岩关键承载区3的外围围岩产生压裂裂缝5。
第二种，在围岩关键承载区3的外围设置一个或多个压裂钻孔7，使压裂钻孔7的末端延伸至围岩关键承载区3的外围一定区域。在压裂钻孔7内进行高压水射流，使围岩关键承载区3的外围围岩产生割缝6。
第三种，在围岩关键承载区3的外围设置一个或多个压裂钻孔7，使压裂钻孔7的末端延伸至围岩关键承载区3的外围一定区域。然后，在压裂钻孔7内注入高压水对围岩关键承载区3的外围围岩进行水力压裂，使围岩关键承载区3的外围围岩产生压裂裂缝5。再然后，在压裂钻孔7内进行高压水射流，使围岩关键承载区3的外围围岩产生割缝6。
采用本实施例的这三种对围岩关键承载区3的外围围岩进行卸压的方式，能够对巷道2的外围特定区域进行精确卸压保护，也即，对围岩关键承载区3的外围围岩进行弱化保护，有效减少动态载荷造成的破坏，实现了巷道围岩的长期稳定性。
在本发明的具体实施例中，如图3至图5所示，在步骤S2中，采用锚杆8和锚索9对巷道2的表层围岩进行支护处理，从而确保巷道2的表层围岩的稳定性。
综上所述，本发明实施例所述的巷道围岩稳定性控制方法，能够对围岩关键承载区进行有针对性的精确控制，从而避免盲目的大范围注浆或卸压，避免盲目的补强支护，避免大面积的设置锚杆、锚索等支撑结构，进而大大减小了工程量和工程成本，提高了巷道围岩的长期稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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元件必须具有特定的方位、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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，包括：
S1、根据巷道围岩的主应力分布情况，确定围岩关键承载区；
S2、对所述巷道的表层围岩进行支护处理；
S3、对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理；和/或，对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理。
2.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S3中，当所述巷道围岩持续变形和破坏，导致所述围岩关键承载区的围岩劣化，所述围岩关键承载区的承载性能下降时，对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理。
3.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S3中，当所述围岩关键承载区的承载性能没有下降，但所述围岩关键承载区的围岩受到外部采动动压或冲击荷载影响时，对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理。
4.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S3中，当所述围岩关键承载区的围岩受到外部采动动压或冲击荷载影响，并且所述围岩关键承载区的承载性能下降时，对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理，同时对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理。
5.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S3中，对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理，具体包括：
在所述巷道中开设注浆加固孔，使所述注浆加固孔的末端伸入至所述围岩关键承载区的内部；
在所述注浆加固孔的限定区域进行注浆，其中所述限定区域为所述注浆加固孔中处于所述围岩关键承载区的内部的区域。
6.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S3中，对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理，具体包括：
在所述巷道中开设一个或多个压裂钻孔，使所述压裂钻孔的末端延伸至所述围岩关键承载区的外围预定区域；
在所述压裂钻孔内注入高压水对所述围岩关键承载区的围岩进行水力压裂，使所述围岩关键承载区的围岩产生压裂裂缝；
和/或，在所述压裂钻孔内进行高压水射流，使所述围岩关键承载区的围岩产生割缝。
7.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S1中，采用数值模拟的方法计算获得所述巷道围岩的主应力分布情况。
8.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S1中，选择所述巷道围岩的最大主应力大于开挖前原岩应力1.3倍的区域作为所述围岩关键承载区。
9.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括：采用现场测量的方法对所述围岩关键承载区的位置和形态进行验证。
10.根据权利要求1所述的巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于，在步骤S2中，采用锚杆和锚索对所述巷道的表层围岩进行支护处理。
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2019
- 2019-12-30 CN CN201911398999.9A patent/CN111075479B/zh active Active
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