CN111502701A - 一种变形破坏巷道的修复方法及其巷道结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变形破坏巷道的修复方法及其巷道结构，主要适用于围岩变形破坏严重的深部巷道及软岩巷道的修复施工。巷道修复新技术由六个部分组成，分别是：巷道勘察，变形顶帮胶结固化，清除鼓出围岩，胶结固化底板，巷道围岩表面密封，围岩活动检测与维护。本发明首先胶结固化变形顶帮，使巷道修复作业在具有一定厚度的整体顶帮的保护下安全施工，提高了巷修效率；修复主体是将巷道围岩胶结固化并进行表面密封的整体结构，大幅提高围岩整体强度和承载能力；修复后巷道在服务年限内围岩完整稳定，不需要再次修复施工；施工工艺简单易行、综合成本低、作业安全。
Description
技术领域
本发明涉及地下变形破坏巷道的修复施工技术，特别涉及一种变形破坏巷道的修复方法及其巷道结构。
背景技术
目前，深部开采巷道、软岩巷道围岩常发生持续的变形和破坏，使巷道断面不断缩小。为保证巷道使用功能，必须刷大巷道断面，重新进行巷道支护。现有巷道修复技术多采用锚杆、锚索、金属网、金属可缩支架、喷筑混凝土、壁后充填等多种方式及其组合支护。这些支护往往不能彻底控制围岩变形破坏，巷道修复后围岩仍处于持续变形破坏过程中，最终引起巷道围岩与支护再次发生变形破坏，需要再次修复巷道。
CN107035387B公开了一种强烈动压影响下巷道围岩控制方法。该专利申请描述了对破碎围岩进行注浆，形成再造承载拱，结合利用深部破碎区卸压吸能而消耗采动形成的动载荷，进一步降低采动对围岩破碎作用，保证巷道围岩稳定的巷道围岩控制方法，该方法采用传统的注浆+锚杆、锚索+锚网+钢带形式进行支护作用，不能完全应对变形破坏巷道所需的支护能力，以及后期所产生的二次维修费用等方面。
因此，研究巷道修复新技术，降低巷道修复工作量和费用，使修复后巷道围岩不再发生变形破坏，是深部开采、软岩矿区开采实现安全高效生产迫切需要的关键技术。
发明内容
本发明的目的是提出一种变形破坏巷道的修复方法及其巷道结构，使巷道修复后围岩稳定，不再发生变形破坏活动，且工艺简单、施工安全，不需要再次修复作业，实现巷道一次性永久修复，为保障深部及软岩矿区安全高效开采，提供可靠的技术支撑。
根据本发明的一个方面，一种变形破坏巷道的修复方法，包括以下步骤：S01：利用三维激光扫描技术针对变形破坏的巷道进行修复前的勘察，确定变形巷道断面边界(1)、巷道原设计断面(4)、变形巷道鼓出围岩(5)、巷道修复毛断面边界(6)；S02：在所述变形巷道断面边界(1)的顶板及两帮之间间隔固定距离设置顶帮胶结固化钻孔(2)，向所述顶帮胶结固化钻孔(2)灌注速凝胶结浆形成顶帮围岩胶结固化区域(3)；S03：对巷道修复毛断面边界(6)以内的变形巷道鼓出围岩(5)进行剥离、清除；S04：在垂直底板设置底板胶结固化钻孔(7)，通过所述底板胶结固化钻孔(7)向底板灌注所述速凝胶结浆形成围岩胶结固化区域(8)；S05：在所述巷道修复毛断面边界(6)喷筑密封浆，所述密封浆能够快速凝固构成巷道围岩密封层(9)；向所述巷道修复毛断面边界(6)表面喷射混凝土，并在底板铺设轨道并浇筑混凝土使其位置恢复至巷道原设计断面(4)的位置；S06：检查围岩胶结固化状况，在巷道内设置围岩活动测区，在巷道复合软弱围岩段、大断面和巷道交叉点区域减小所述围岩活动测区的间隔：在每个巷道复合软弱围岩段、大断面及巷道交叉点区域设置的所述围岩活动测区增加观测面。
优选地，所述步骤S01的所述三维激光扫描技术通过扫描巷道表面的三维点云数据，获取高精度高分辨率的数字模型，在计算机上建立三维立体模型，进而确定需要修复巷道的变形破坏程度。
优选地，所述变形破坏程度分为三个程度：良好程度、一般破坏形变程度、严重破坏形变程度；所述良好程度为扫描测量巷道各方面参数良好未产生变化；所述变形破坏程度为一般破坏程度为扫描测量巷道各方面参数均有变化，变形程度的变化范围为行业标准的10％以内；所述变形破坏程度为严重破坏程度为扫描测量巷道各方面参数均有变化，变形程度的变化范围大于行业标准的10％。
优选地，所述步骤S02的所述顶帮胶结固化钻孔(2)的打孔位置呈现矩形结构，所述顶帮胶结固化钻孔(2)之间的间排距为1.0m-1.5m，孔底深入所述巷道原设计断面(4)的2.0m-3.0m。
优选地，所述步骤S02中，所述顶帮胶结固化钻孔(2)包括有注浆孔口塞，所述注浆孔口塞防止所述速凝胶结浆溢出。
优选地，所述步骤S04中，所述底板胶结固化钻孔(7)之间的打孔位置呈矩形结构，所述底板胶结固化钻孔(7)之间的间排距为1.0m-1.5m，孔底深入所述巷道原设计断面(4)的2.0m-3.0m。
优选地，其特征在于，所述速凝胶结浆的灌注压力低于0.5MPa，当灌注压力达到0.5MPa-1.0MPa或者围岩发生再次鼓裂趋势时，停止灌注所述速凝胶结浆。
优选地，所述步骤S04中，向所述底板围岩胶结固化区域8灌注所述速凝胶结浆时，先灌注该区域的裂隙、孔隙，再灌注该区域的主体结构，拔出灌注浆枪时使用注浆孔口塞阻止浆液溢出。
优选地，所述速凝胶结浆的灌注压力低于0.5MPa或者1.0MPa，当围岩发生再次鼓裂趋势时，停止灌注浆液。
根据本发明的另一个方面，一种利用变形破坏巷道的修复方法所修复的巷道结构，包括：顶帮围岩胶结固化区域(3)，巷道修复毛断面边界(6)，底板围岩胶结固化区域(8)，围岩密封层征在于，包括：顶帮围岩胶结固化区域(3)，巷道修复毛断面边界(6)，底板围岩胶结固化区域(8)，围岩密封层(9)；所述顶帮围岩胶结固化区域(3)设置在所述巷道修复毛断面边界(6)外部，所述顶帮围岩胶结固化区域(3)内部设置有所述围岩密封层(9)；所述底板围岩胶结固化区域(8)上方设置有所述围岩密封层(9)。
优选地，所述顶帮围岩胶结固化区域(3)和所述底板围岩胶结固化区域(8)的厚度为2.0m-3.0m，所述围岩密封层(9)厚度为10mm-200mm。
本发明的有益效果：
本发明通过一种变形破坏巷道的修复方法，将巷道破坏边界去除，并且根据原设计断面进行修复，同时，通过胶结固化钻孔对顶帮和底板进行胶结固化，使巷道修复后围岩稳定，不再发生变形破坏活动，且工艺简单、施工安全，不需要再次修复作业，实现巷道一次性修复，为保障深部及软岩矿区安全高效开采，提供可靠的技术支撑。
附图说明
图1示出的是本发明的一种变形破坏巷道的修复方法流程图；
图2示出的是本发明的变形巷道断面示意图；
图3示出的是本发明的变形巷道顶帮围岩胶结固化区域示意图；
图4示出的是本发明的变形巷道鼓出围岩清除断面示意图；
图5示出的是本发明的巷道底板围岩胶结区域示意图；
图6示出的是本发明的变形巷道围岩表面密封层断面示意图。
附图标记说明：变形巷道断面边界1、顶帮胶结固化钻孔2、项帮围岩胶结固化区域3、巷道原设计断面4、变形巷道鼓出围岩5、巷道修复毛断面边界6、底板胶结固化钻孔7、底板围岩胶结固化区域8、围岩密封层9。
具体实施方式
现在将参照若干示例性实施例来论述本发明的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围的任何限制。
如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。
图1示出了本发明的一种变形破坏巷道的修复方法流程图。根据该流程进行变形破坏巷道的修复。
实施例1
第一步，巷道勘察：如图2所述，针对变形破坏的巷道进行修复前的勘察，采用GeoSLAM ZEB-REVO RT手持式SLAM移动激光扫描系统进行巷道的扫描，提供扫描物体表面的三维点云数据，获取高精度高分辨率的数字模型，通过计算机建立三维立体模型，确定巷道的变形巷道断面边界1、巷道原设计断面4、变形巷道鼓出围岩5、巷道修复毛断面边界6，为后续修复工作提供操作基础。
第二步，巷道变形顶帮胶结固化：如图3所示，首先，按作业规程架设临时支护，清理浮动围岩块体，在变形巷道断面边界1的顶板及两帮施工顶帮胶结固化钻孔2，孔的间排距1.0m，孔底深入围岩2.0m，与巷道原设计断面4垂直距离不小于2m；再将灌注浆枪头插入顶帮胶结固化钻孔2的孔口塞中，向顶帮围岩胶结固化区域3灌注速凝胶结浆，浆液充满顶帮围岩胶结固化区域3内的贯通裂隙、孔隙并凝结，当浆液压力达0.5MPa-1.0MPa或围岩发生再次鼓裂趋势时，停止灌注浆，拔出灌注浆枪，钻孔孔口塞阻止浆液溢出。此时，巷道顶板及两帮围岩重新胶固化形成整体承载结构，同时为后续施工提供安全保障。
第三步，如图4所示，清除变形巷道鼓出围岩5，即对修复巷道毛断面内的围岩进行剥离、清除，清出巷道修复毛断面边界6。巷道修复毛断面边界6与巷道原设计断面4相比，其顶帮周边向外扩大了密封层厚度，其底板向下扩大了密封层及混凝土层的合计厚度。
第四步，胶结固化底板：如图5所示，在巷道的底板上设置多个垂直底板的底板胶结固化钻孔7，孔的间排距1.0m，孔底深入围岩2.0m；通过底板胶结固化钻孔7，向底板围岩胶结固化区域8灌注速凝胶结浆，浆液充满底板围岩胶结固化区城8内的贯通裂隙、孔腺并凝结，使巷道底板重新固化成为整体承载结构。至此，巷道周边围岩重新固化成为厚度大于1.5m-2.0m的、近似封闭的整体承载结构，大幅提高了围岩自身强度及承载能力。
第五步，围岩表面密封：如图6所示，首先，在巷道修复毛断面边界6以30L/min的速度喷筑密封浆，密封浆快速凝固构成硬度强、时久、耐风化的巷道围岩密封层9，隔高围岩与井下空气的接触，避免围岩发生风化变形破坏。密封层厚度10-200mm。
最后，在底板铺设轨道及浇筑混凝土，使其厚度达到巷道原设计断面4的位置。
第六步，围岩活动检测与维护，在围岩胶结固化施工后，随机钻孔，检查围岩胶结固化状况，对未胶结孔隙、裂隙区域补打钻孔，灌注速凝胶结浆。巷道修复施工结束后，在巷道内每间隔10m-50m设置围岩活动测区，巷道复合软弱围岩段、大断面及巷道交叉点区域减小测区间隔：每个测区设1-3个观测面，巷道复合软弱围岩段、大断面及巷道交叉点区域测区增加观测面，观测面间隔1.0m-2.0m。每个观测面设置有顶底板移近观测线、两帮移近观测线；定期检测观测线两端测点间的距离并观查围岩表面形态，测点距离值若发生不可恢复的同一方向的数值变化，即发出围岩活动预警并启动围岩维护预案，直至顶底板测点间、两帮测点间距离不再发生变化，取消围岩活动预警。当巷道附近计划进行新的采掘作业之前，评估采掘动压影响范围，在采掘作业期间对动压影响范围内的巷道，启动巷道临时加强支护预案。
实施例2
第一步，巷道勘察：如图2所示，针对变形破坏的巷道进行修复前的勘察，采用GeoSLAM ZEB-REVO RT手持式SLAM移动激光扫描系统进行巷道的扫描，提供扫描物体表面的三维点云数据，获取高精度高分辨率的数字模型，通过计算机建立三维立体模型，确定巷道的变形巷道断面边界1、巷道原设计断面4、变形巷道鼓出围岩5、巷道修复毛断面边界6，为后续修复工作提供操作基础。
第二步，巷道变形顶帮胶结固化：如图3所示，首先，按作业规程架设临时支护，清理浮动围岩块体，在变形巷道断面边界1的顶板及两帮施工顶帮胶结固化钻孔2，孔的间排距1.25m，孔底深入围岩2.5m，与巷道原设计断面4垂直距离不小于2m；再将灌注浆枪头插入顶帮胶结固化钻孔2的孔口塞中，向顶帮围岩胶结固化区域3灌注速凝胶结浆，浆液充满顶帮围岩胶结固化区域3内的贯通裂隙、孔隙并凝结，当浆液压力达0.5MPa-1.0MPa或围岩发生再次鼓裂趋势时，停止灌注浆，拔出灌注浆枪，钻孔孔口塞阻止浆液溢出；此时，巷道顶板及两帮围岩重新胶固化形成整体承载结构，同时为后续施工提供安全保障，如图2所示。
第三步，如图4所示，清除变形巷道鼓出围岩5，即对巷道修复毛断面边界6内的围岩进行剥离、清除。巷道修复毛断面边界6与巷道原设计断面4相比，其顶帮周边向外扩大了密封层厚度，其底板向下扩大了密封层及混凝土层的合计厚度。
第四步，胶结固化底板：如图5所示，在巷道的底板上设置多个垂直底板的底板胶结固化钻孔7，孔的间排距1.25m，孔底深入围岩2.5m；通过底板胶结固化钻孔7，向底板围岩胶结固化区域8灌注速凝胶结浆，浆液充满底板围岩胶结固化区城8内的贯通裂隙、孔腺并凝结，使巷道底板重新胶结固化成为整体承载结构。至此，巷道周边围岩重新固化成为厚度大于1.5m-2.0m的整体承载结构，大幅提高了围岩自身强度及承载能力。
第五步，围岩表面密封：如图6所示，首先，在巷道修复毛断面边界6以40L/min的速度喷筑密封浆，密封浆快速凝固构成硬度强、时久、耐风化的巷道围岩密封层9。隔高围岩与井下空气的接触，避免围岩发生风化变形破坏；密封层厚度10-200mm。
后续围岩活动检测与维护作业与实施例1相同，施工效果相同
实施例3
第一步，巷道勘察：如图2所示，针对变形破坏的巷道进行修复前的勘察，采用GeoSLAM ZEB-REVO RT手持式SLAM移动激光扫描系统进行巷道的扫描，提供扫描物体表面的三维点云数据，获取高精度高分辨率的数字模型，通过计算机建立三维立体模型，确定巷道的变形巷道断面边界1、巷道原设计断面4、变形巷道鼓出围岩5、巷道修复毛断面边界6，为后续修复工作提供操作基础。
第二步，巷道变形顶帮胶结固化：如图3所示，首先，按作业规程架设临时支护，清理浮动围岩块体，在变形巷道断面边界1的顶板及两帮施工顶帮胶结固化钻孔2，孔的间排距1.5m，孔底深入围岩3.0m，与巷道原设计断面4垂直距离不小于2m；再将灌注浆枪头插入顶胶结固化钻孔2的孔口塞中，向顶帮围岩胶结固化区域3灌注速凝胶结浆，浆液充满顶帮围岩胶结固化区域3内的贯通裂隙、孔隙并凝结，当浆液压力达0.5MPa-1.0MPa或围岩发生再次鼓裂趋势时，停止灌注浆，拔出灌注浆枪，钻孔孔口塞阻止浆液溢出；此时，巷道顶板及两帮围岩重新胶固化形成整体承载结构，同时为后续施工提供安全保障。
第三步，如图4所示，清除变形巷道鼓出围岩5，即对修复巷道毛断面内的围岩进行剥离、清除，清出巷道修复毛断面边界6。巷道修复毛断面边界6与巷道原设计断面4相比，其顶帮周边向外扩大了密封层厚度，其底板向下扩大了密封层及混凝土层的合计厚度。
第四步，胶结固化底板：如图5所示，在巷道的底板上设置多个垂直底板的底板胶结固化钻孔7，孔的间排距1.5m，孔底深入围岩3.0m。通过底板胶结固化钻孔7，向底板围岩胶结固化区域8灌注速凝胶结浆，浆液充满底板围岩胶结固化区城8内的贯通裂隙、孔腺并凝结，使巷道底板重新胶结固化成为整体承载结构。至此，巷道周边围岩重新固化成为厚度大于2.0m的整体承载结构，大幅提高了围岩自身强度及承载能力。
第五步，围岩表面密封：如图6所示，首先，在巷道修复毛断面边界6以50L/min的速度喷筑密封浆，密封浆快速凝固构成硬度强、时久、耐风化的巷道围岩密封层9，隔高围岩与井下空气的接触，避免围岩发生风化变形破坏；密封层厚度10-200mm。随着巷道服务年限增加，围岩密封层9厚度也随之增加。围岩密封层9的厚度计
最后，在底板铺设轨道及浇筑混凝土，使其厚度达到巷道原设计断面4的位置。
后续围岩活动检测与维护作业与实施例1相同，施工效果相同
综上所述，变形破坏巷道修复方法的实施例2为较佳实施例，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种变形破坏巷道的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：利用三维激光扫描技术针对变形破坏的巷道进行修复前的勘察，确定变形巷道断面边界(1)、巷道原设计断面(4)、变形巷道鼓出围岩(5)、巷道修复毛断面边界(6)；
S02：在所述变形巷道断面边界(1)的顶板及两帮之间间隔固定距离设置顶帮胶结固化钻孔(2)，向所述顶帮胶结固化钻孔(2)灌注速凝胶结浆形成顶帮围岩胶结固化区域(3)；
S03：对巷道修复毛断面边界(6)以内的变形巷道鼓出围岩(5)进行剥离、清除；
S04：在垂直底板设置底板胶结固化钻孔(7)，通过所述底板胶结固化钻孔(7)向底板灌注所述速凝胶结浆形成围岩胶结固化区域(8)；
S05：在所述巷道修复毛断面边界(6)喷筑密封浆，所述密封浆能够快速凝固构成巷道围岩密封层(9)；向所述巷道修复毛断面边界(6)表面喷射混凝土，并在底板铺设轨道并浇筑混凝土使其位置恢复至巷道原设计断面(4)的位置；
S06：检查围岩胶结固化状况，在巷道内设置围岩活动测区，在巷道复合软弱围岩段、大断面和巷道交叉点区域减小所述围岩活动测区的间隔：在每个巷道复合软弱围岩段、大断面及巷道交叉点区域设置的所述围岩活动测区增加观测面。
2.根据权利要求1所述的一种变形破坏巷道的修复方法，其特征在于，所述步骤S01的所述三维激光扫描技术通过扫描巷道表面的三维点云数据，获取高精度高分辨率的数字模型，在计算机上建立三维立体模型，进而确定需要修复巷道的变形破坏程度。
3.根据权利要求2所述的一种变形破坏巷道的修复方法，其特征在于，所述变形破坏程度分为三个程度：良好程度、一般破坏形变程度、严重破坏形变程度；所述良好程度为扫描测量巷道各方面参数良好未产生变化；所述变形破坏程度为一般破坏程度为扫描测量巷道各方面参数均有变化，变形程度的变化范围为行业标准的10％以内；所述变形破坏程度为严重破坏程度为扫描测量巷道各方面参数均有变化，变形程度的变化范围大于行业标准的10％。
4.根据权利要求1所述的一种变形破坏巷道的修复方法，其特征在于，所述步骤S02的所述顶帮胶结固化钻孔(2)的打孔位置呈现矩形结构，所述顶帮胶结固化钻孔(2)之间的间排距为1.0m-1.5m，孔底深入所述巷道原设计断面(4)的2.0m-3.0m。
5.根据权利要求1所述的一种变形破坏巷道的修复方法，其特征在于，所述步骤S02中，所述顶帮胶结固化钻孔(2)包括有注浆孔口塞，所述注浆孔口塞防止所述速凝胶结浆溢出。
6.根据权利要求1所述的一种变形破坏巷道的修复方法，其特征在于，所述步骤S04中，所述底板胶结固化钻孔(7)之间的打孔位置呈矩形结构，所述底板胶结固化钻孔(7)之间的间排距为1.0m-1.5m，孔底深入所述巷道原设计断面(4)的2.0m-3.0m。
7.根据权利要求5所述的一种变形破坏巷道的修复方法，其特征在于，所述速凝胶结浆的灌注压力低于0.5MPa，当灌注压力达到0.5MPa-1.0MPa或者围岩发生再次鼓裂趋势时，停止灌注所述速凝胶结浆。
8.一种如权利要求1-7所述的变形破坏巷道的修复方法所修复的巷道结构，其特征在于，包括：顶帮围岩胶结固化区域(3)，巷道修复毛断面边界(6)，底板围岩胶结固化区域(8)，围岩密封层(9)；
所述顶帮围岩胶结固化区域(3)设置在所述巷道修复毛断面边界(6)外部，所述顶帮围岩胶结固化区域(3)内部设置有所述围岩密封层(9)；
所述底板围岩胶结固化区域(8)上方设置有所述围岩密封层(9)。
9.根据权利要求8所述的巷道结构，其特征在于，所述顶帮围岩胶结固化区域(3)和所述底板围岩胶结固化区域(8)的厚度为2.0m-3.0m，所述围岩密封层(9)厚度为10mm-200mm。
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