CN111927467A - 一种大变形巷道的全程可调阻让压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，包括：在巷道的巷帮施工卸压钻孔，在钻孔内布置可缩胀囊袋，向可缩胀囊袋内注入承压流体，直至可缩胀囊袋注满承压流体；当卸压钻孔发生变形时，打开调压装置的阀口将承压流体排出一部分，使可缩胀囊袋内的压力下降到可缩胀囊袋开始工作时的压力。本发明的方法，以扩孔段作为大型卸压空间，为巷道内部围岩蠕变变形提供了较大的补偿空间，减少了巷道巷帮的变形量；泄压空间布置在巷道锚固范围外，不影响巷道的支护系统；卸压空间改变了深部高应力软岩或受强烈动压影响的巷道的围岩应力状态，有利于巷道的受力；能全程调控巷帮卸压钻孔内的压力，实现有控卸压，保证巷道稳定性，降低了巷道扩刷与支护成本。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采领域，具体涉及一种大变形巷道的全程可调阻让压方法。
背景技术
随着国内煤炭需求日益增多，开采强度增加，我国中东部矿区逐渐进入深部开采，深部高应力软岩以及强烈动压影响下的巷道支护问题日益突出。与浅部巷道相比，深部高应力软岩巷道的围岩力学环境更为复杂，呈现出非连续性、非协调性大变形、大范围失稳破坏等一系列工程响应问题，虽然许多科研工作者都对此进行了深入研究，但深部巷道围岩控制问题并没有得到很好的解决，仍然是深部矿井开采的主要技术瓶颈之一；强烈动压影响下巷道变形严重、围岩破碎，巷道支护效果差，亦是煤矿安全生产中亟待解决的技术难题。国内针对以上巷道一般采用的是高强度、大刚度、高预应力的支护技术，但由于围岩本身破碎、动压明显等，从而围岩系统失效，需经过多次维修及扩刷，巷道支护成本成倍增加。
当高应力软岩或受强烈动压影响的巷道的支护不能保证巷道的稳定性时则可以考虑巷道卸压的方式，改变巷道围岩的分布状况，减少巷道所受的应力，从而有效保护巷道的稳定性。传统的巷道卸压方式有松动爆破、开巷卸压、开采解放层和开挖卸压槽等。其中松动爆破操作复杂，危险性高；开巷卸压成本较高；开采解放层的适用范围有限，最为常见的则是开挖卸压槽。
此种卸压方式有如下缺点与不足：
(1)大多数卸压槽均为钻孔大小，卸压空间较小，在持续大变形的巷道中，卸压效果甚微；
(2)在深部高应力软岩或受强烈动压影响的巷道两帮持续大变形将卸压槽逐渐压缩闭合，致使卸压槽失去卸压作用；
(3)当卸压槽压缩闭合失去作用，重新布置卸压槽将会使并不稳定的巷道围岩再受扰动，使巷道围岩更加破碎，巷道支护难度大大增加；
(4)此种卸压并不能对巷道实行有控卸压，只是任由卸压槽变形，没有对卸压空间有一个主动力，控制卸压空间的变形，卸压效果不佳。
可见，提出一种卸压效果较好、操作方便、施工安全，应对深部高应力软岩或受强烈动压影响下的巷道稳定性控制难题的方法对于矿井安全生产意义重大。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，以实现在深部高应力软岩或受强烈动压影响的巷道卸压，为巷道卸压提供一个较大的卸压空间，同时对卸压空间提供一个作用力，将巷道两帮高支承应力峰值转移至卸压孔洞实体煤侧，使巷道锚固围岩区整体应力下降，实现对巷道稳定性的有控卸压，以有效控制深部高应力软岩或强烈动压影响下的巷道的大变形。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：
一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，包括以下步骤：
S1：在巷道的巷帮施工卸压钻孔，卸压钻孔包括普通段和扩孔段，普通段位于靠近巷道处，扩孔段位于远离巷道处；
S2：在卸压钻孔内布置可缩胀囊袋，可缩胀囊袋开口位于卸压钻孔孔口处；
S3：将调压装置安装处的可缩胀囊袋开口上，调压装置上具有阀口；
S4：打开阀口，向可缩胀囊袋内注入承压流体，直至可缩胀囊袋注满承压流体，此时，可缩胀囊袋外壁与卸压钻孔内壁相贴合，可缩胀囊袋开始工作；
S5：当卸压钻孔发生变形时，挤压可缩胀囊袋导致承压流体压力升高，此时，打开调压装置的阀口将承压流体排出一部分，使可缩胀囊袋内的压力下降到可缩胀囊袋开始工作时的压力，之后关闭阀口。
优选的，所述巷帮为巷道一帮或巷道两帮。
优选的，所述扩孔段为若干个，各扩孔段首尾相连或由普通段串联。
优选的，所述调压装置上的阀口分为注液阀和泄压阀。
优选的，所述调压装置上还具有压力表，用于指示可缩胀囊袋内的压力。
优选的，所述扩孔段的形状为圆柱体或长方体。
优选的，所述卸压钻孔的普通段长度为4～10m，直径为0.1～0.2m，扩孔段的长度为0.5～3m。
优选的，所述扩孔段位于巷道锚固范围之外。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)巷帮卸压钻孔终端的大型卸压空间，为巷道内部围岩蠕变变形提供了较大的补偿空间，从而减少巷道巷帮的变形量；
(2)巷帮卸压钻孔终端的卸压空间是布置在巷道锚固范围外，因此较大的卸压空间并不会影响或破坏巷道的支护系统，同时，巷帮卸压钻孔终端卸压空间的布置改变了深部高应力软岩或受强烈动压影响的巷道的围岩应力状态，有利于巷道的受力；
(3)可缩胀囊袋和可缩胀囊袋调压装置使卸压空间里始终保持一定的压力，控制卸压空间的变形，能够全程调控巷帮卸压钻孔内的压力，实现有控卸压，大大提高卸压效果，保证巷道稳定性，同时大大降低巷道扩刷与支护成本。
附图说明
图1为大变形巷道的全程可调阻让压的一帮卸压钻孔结构示意图；
图2为大变形巷道的全程可调阻让压的两帮卸压钻孔结构示意图；
图3为大变形巷道的全程可调阻让压的多个卸压空间间隔布置结构示意图；
图4为大变形巷道的全程可调阻让压的多个卸压空间相邻布置结构示意图；
图5为可缩胀囊袋调压装置的结构示意图；
图中：1-巷道；2-巷帮卸压钻孔；3-可缩胀囊袋；4-承压流体；5-可缩胀囊袋调压装置；6-注液阀；7-注液口；8-泄压阀；9-泄压口；10-压力表；a1-巷帮卸压钻孔普通段长度；a2-可缩胀囊袋普通段长度；b1-巷帮卸压钻孔普通段直径；b2-可缩胀囊袋普通段直径；c1-巷帮卸压钻孔扩孔段长度；c2-可缩胀囊袋圆柱体长度；d1-巷帮卸压钻孔扩孔段直径；d2-可缩胀囊袋圆柱体直径；e1-巷帮卸压钻孔类圆柱体间距；e2-可缩胀囊袋圆柱体间距；f1-巷帮卸压钻孔小直径扩孔段长度；f2-可缩胀囊袋小直径段长度；g1-巷帮卸压钻孔小直径扩孔段直径；g1-可缩胀囊袋小直径段直径。
具体实施方式：
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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。
实施例：
一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，包括巷帮卸压钻孔2、可缩胀囊袋3和可缩胀囊袋调压装置5，可缩胀囊袋调压装置5包括注液阀6、注液口7、泄压阀8、泄压口9和压力表10，利用可缩胀囊袋3和可缩胀囊袋调压装置5使巷帮卸压钻孔2内的卸压空间始终保持一定的压力，解决深部软岩或受强采动影响巷道持续大变形且反复扩刷仍难以维持正常使用的巷道支护问题。巷帮卸压钻孔2是垂直于巷帮布置，并在钻孔终端进行扩孔，使钻孔终端形成类圆柱体的卸压空间；可缩胀囊袋3与巷帮卸压钻孔2形状相似，待巷帮卸压钻孔2施工完成后，将可缩胀囊袋3安装在巷帮卸压钻孔2内，随后在可缩胀囊袋3口安装可缩胀囊袋调压装置5，打开可缩胀囊袋调压装置5的注液阀6通过注液口7注入承压流体4，注液完成后关闭注液阀6，形成初始工作压力，卸压钻孔周围应力释放挤压可缩胀囊袋3使袋内承压流体4压力上升，当袋内流体压力较高时则打开泄压阀8通过泄压口9排出承压流体4，使可缩胀囊袋内的压力下降到初始工作压力。通过在可缩胀囊袋注入承压流体，并利用可缩胀囊袋调压装置使可缩胀囊袋内的压力始终保持在一定压力，提高巷帮卸压钻孔2的卸压效果。
实施例1
一深部高应力软岩或强烈动压影响下的巷道一帮持续大变形利用本发明的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，如图1所示，实现高应力软岩或强烈动压影响下巷道的全程有控卸压。
当巷道一帮的变形严重时，则在巷道一帮布置巷帮卸压钻孔，具体的实施方法及步骤为：
步骤一：在深部软岩或受强采动影响巷道的一帮布置巷帮卸压钻孔2，巷帮卸压钻孔2的普通段施工完成后则对钻孔终端扩孔，使钻孔终端形成类圆柱体的卸压空间，普通段长度a1为5m，直径b1为0.12m；扩孔段长度c1为2m，直径d1为1m。
步骤二：巷帮卸压钻孔2施工完成后则在巷帮卸压钻孔内布置特制的可缩胀囊袋3，可缩胀囊袋3的形状与巷帮卸压钻孔2形状相似，可缩胀囊袋3的普通段长度a2为5.5m，直径b2为0.11m；末端圆柱体的长度c2为2.5m，直径d2为1m。
步骤三：在孔口将可缩胀囊袋调压装置5安装到可缩胀囊袋3，打开可缩胀囊袋调压装置5的注液阀6，通过注液口7注入承压流体4，待承压流体4注满后，关闭注液阀6，注液后的初始工作压力p1为0.2MPa。
步骤四：卸压空间周围岩体应力释放，巷帮卸压钻孔2终端的类圆柱体发生变形，挤压可缩胀囊袋3，使可缩胀囊袋3内的承压流体4压力升高，当压力升高到p2为1MPa时，则打开可缩胀囊袋调压装置5的泄压阀8，通过泄压口9将承压流体4排出，使可缩胀囊袋3内的压力下降到p1为0.2MPa后关闭泄压阀8。
以此反复通过泄压阀8与泄压口9调控可缩胀囊袋3内承压流体4的压力，使可缩胀囊袋3始终保持一定压力，实现全程有控卸压，提高巷帮卸压钻孔2卸压效果，保证巷道围岩的稳定性。
实施例2
一深部高应力软岩或强烈动压影响下的巷道两帮持续大变形利用本发明的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，如图2所示，实现高应力软岩或强烈动压影响下巷道的全程有控卸压。
当巷道两帮的变形都严重时，则在巷道两帮布置巷帮卸压钻孔，具体的实施方法及步骤为：
步骤一：在深部软岩或受强采动影响巷道的两帮布置巷帮卸压钻孔2，巷帮卸压钻孔2的普通段施工完成后则对钻孔终端扩孔，使钻孔终端形成类圆柱体的卸压空间，普通段长度a1为5m，直径b1为0.12m；扩孔段长度c1为2m，直径d1为1m。
步骤二：巷帮卸压钻孔2施工完成后则在巷帮卸压钻孔内布置特制的可缩胀囊袋3，可缩胀囊袋3的形状与巷帮卸压钻孔2形状相似，可缩胀囊袋3的普通段长度a2为5.5m，直径b2为0.11m；末端圆柱体的长度c2为2.5m，直径d2为1m。
步骤三：在孔口将可缩胀囊袋调压装置5安装到可缩胀囊袋3，打开可缩胀囊袋调压装置5的注液阀6，通过注液口7注入承压流体4，待承压流体4注满后，关闭注液阀6，注液后的初始工作压力p1为0.3MPa。
步骤四：卸压空间周围岩体应力释放，巷帮卸压钻孔2终端的类圆柱体发生变形，挤压可缩胀囊袋3，使可缩胀囊袋3内的承压流体4压力升高，当压力升高到p2为1MPa时，则打开可缩胀囊袋调压装置5的泄压阀8，通过泄压口9将承压流体4排出，使可缩胀囊袋3内的压力下降到p1为0.3MPa后关闭泄压阀8。
以此反复通过泄压阀8与泄压口9调控可缩胀囊袋3内承压流体4的压力，使可缩胀囊袋3始终保持一定压力，实现全程有控卸压，提高巷帮卸压钻孔2卸压效果，保证巷道围岩的稳定性。
实施例3
一深部高应力软岩或强烈动压影响下的巷道持续大变形特别严重利用本发明的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，如图3所示，实现高应力软岩或强烈动压影响下巷道的全程有控卸压。
当巷道一帮变形特别严重，巷道一帮卸压钻孔单个卸压空间不能满足卸压需要时，则在巷道一帮卸压钻孔内布置多个卸压空间，具体的实施方法及步骤为：
步骤一：在深部软岩或受强采动影响巷道的巷帮布置巷帮卸压钻孔2，巷帮卸压钻孔2的普通段施工完成后则对钻孔终端扩孔，使钻孔终端形成类圆柱体的卸压空间，当第一个类圆柱体卸压空间形成后再钻进一段距离后进行扩孔，形成第二个类圆柱体卸压空间，普通段长度a1为5m，直径b1为0.12m；扩孔段长度c1为2m，直径d1为1m，巷帮卸压钻孔类圆柱体间距e1为1.5m。
步骤二：巷帮卸压钻孔2施工完成后则在巷帮卸压钻孔内布置特制的可缩胀囊袋3，可缩胀囊袋3的形状与巷帮卸压钻孔2形状相似，可缩胀囊袋3的普通段长度a2为5.5m，直径b2为0.11m；末端圆柱体的长度c2为2.5m，直径d2为1m，可缩胀囊袋圆柱体间距e2为2m。
步骤三：在孔口将可缩胀囊袋调压装置5安装到可缩胀囊袋3，打开可缩胀囊袋调压装置5的注液阀6，通过注液口7注入承压流体4，待承压流体4注满后，关闭注液阀6，注液后的初始工作压力p1为0.2MPa。
步骤四：卸压空间周围岩体应力释放，巷帮卸压钻孔2终端的类圆柱体发生变形，挤压可缩胀囊袋3，使可缩胀囊袋3内的承压流体4压力升高，当压力升高到p2为1MPa时，则打开可缩胀囊袋调压装置5的泄压阀8，通过泄压口9将承压流体4排出，使可缩胀囊袋3内的压力下降到p1为0.2MPa后关闭泄压阀8。
以此反复通过泄压阀8与泄压口9调控可缩胀囊袋3内承压流体4的压力，使可缩胀囊袋3始终保持一定压力，实现全程有控卸压，提高巷帮卸压钻孔2卸压效果，保证巷道围岩的稳定性。
实施例4
一深部高应力软岩或强烈动压影响下的巷道持续大变形特别严重利用本发明的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，如图4所示，实现高应力软岩或强烈动压影响下巷道的全程有控卸压。
当巷道一帮变形特别严重，巷道一帮卸压钻孔单个卸压空间不能满足卸压需要时，则在巷道一帮卸压钻孔内布置多个卸压空间，具体的实施方法及步骤为：
步骤一：在深部软岩或受强采动影响巷道的巷帮布置巷帮卸压钻孔2，巷帮卸压钻孔2的普通段施工完成后则对钻孔终端扩孔，使钻孔终端形成类圆柱体的卸压空间，当第一个类圆柱体卸压空间形成后直接增大扩孔直径再进行扩孔，形成第二个类圆柱体卸压空间，普通段长度a1为5m，直径b1为0.12m；小直径扩孔段长度f1为1.5m，直径g1为0.5m；扩孔段长度c1为2m，直径d1为1m。
步骤二：巷帮卸压钻孔2施工完成后则在巷帮卸压钻孔内布置特制的可缩胀囊袋3，可缩胀囊袋3的形状与巷帮卸压钻孔2形状相似，可缩胀囊袋3的普通段长度a2为5.5m，直径b2为0.11m；小直径段长度f2为2m，直径g2为0.5m；末端圆柱体的长度c2为2.5m，直径d2为1m。
步骤三：在孔口将可缩胀囊袋调压装置5安装到可缩胀囊袋3，打开可缩胀囊袋调压装置5的注液阀6，通过注液口7注入承压流体4，待承压流体4注满后，关闭注液阀6，注液后的初始工作压力p1为0.2MPa。
步骤四：卸压空间周围岩体应力释放，巷帮卸压钻孔2终端的类圆柱体发生变形，挤压可缩胀囊袋3，使可缩胀囊袋3内的承压流体4压力升高，当压力升高到p2为1MPa时，则打开可缩胀囊袋调压装置5的泄压阀8，通过泄压口9将承压流体4排出，使可缩胀囊袋3内的压力下降到p1为0.2MPa后关闭泄压阀8。
以此反复通过泄压阀8与泄压口9调控可缩胀囊袋3内承压流体4的压力，使可缩胀囊袋3始终保持一定压力，实现全程有控卸压，提高巷帮卸压钻孔2卸压效果，保证巷道围岩的稳定性。
尽管上文对本发明做了详细说明，但本发明一种大变形巷道的全程可调阻让压方法的巷帮卸压钻孔的卸压空间布置方式多样，不限于此，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在巷道的巷帮施工卸压钻孔，卸压钻孔包括普通段和扩孔段，普通段位于靠近巷道处，扩孔段位于远离巷道处；
S2：在卸压钻孔内布置可缩胀囊袋，可缩胀囊袋开口位于卸压钻孔孔口处；
S3：将调压装置安装处的可缩胀囊袋开口上，调压装置上具有阀口；
S4：打开阀口，向可缩胀囊袋内注入承压流体，直至可缩胀囊袋注满承压流体，此时，可缩胀囊袋外壁与卸压钻孔内壁相贴合，可缩胀囊袋开始工作；
S5：当卸压钻孔发生变形时，挤压可缩胀囊袋导致承压流体压力升高，此时，打开调压装置的阀口将承压流体排出一部分，使可缩胀囊袋内的压力下降到可缩胀囊袋开始工作时的压力，之后关闭阀口。
2.根据权利要求1所述的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，其特征在于，所述巷帮为巷道一帮或巷道两帮。
3.根据权利要求1所述的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，其特征在于，所述扩孔段为若干个，各扩孔段首尾相连或由普通段串联。
4.根据权利要求1所述的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，其特征在于，所述调压装置上的阀口分为注液阀和泄压阀。
5.根据权利要求1所述的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，其特征在于，所述调压装置上还具有压力表，用于指示可缩胀囊袋内的压力。
6.根据权利要求1所述的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，其特征在于，所述扩孔段的形状为圆柱体或长方体。
7.根据权利要求1所述的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，其特征是，所述卸压钻孔的普通段长度为4～10m，直径b1为0.1～0.2m，扩孔段的长度为0.5～3m。
8.根据权利要求1所述的一种大变形巷道的全程可调阻让压方法，其特征是，所述扩孔段位于巷道锚固范围之外。
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2020
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