CN112832821A - 基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于断面支护技术领域，具体涉及基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，包括车体，车体上转动安装的主转轴底端安装有齿轮，齿轮啮合连接固定连接第一液压杆的齿条，主转轴顶端连接的转台的顶面安装有后支座，后支座转动连接喷头后侧，喷头前侧固定套装的固定套板通过缓冲机构转动连接第二液压杆，车体顶面还安装有控制箱和液压输出机构，控制箱无线连接遥控器，操作人员可远程控制喷头的喷浆方向，降低生产安全隐患，支护步骤包括导解承压水的施工，防强流变突喷的施工，封泥置换集成关的施工，应用分布式注浆的施工，大底板块支护的施工，有效提高交叉点围岩整体强度，提高稳定性，有效的保证了安全施工和工程质量顺利进行。

Description

基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法

技术领域

本发明属于断面支护技术领域，具体涉及基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法。

背景技术

淮北矿业集团朱仙庄矿Ⅱ水平第二部皮带机大巷位于矿井南部二水平Ⅱ3采区下部，设计全长1025 m，标高-676.2～-683.6 m，区域内构造复杂断层较发育。断层面有淋水现象极其严重；一灰二灰含水丰富，属于泥岩、砂质泥岩。朱仙庄矿二水平皮带运输大巷担负矿井未来主要运煤、排水等主要任务，目前二水平运输巷亟待安装、出煤。

交叉点是直接影响整个Ⅱ水平第二部皮带机安装使用的关键地段，由于该交岔点处于断层破碎带位置（F19、F19-1断层带），前期交岔点及附近巷道顶部淋水严重，导致严重变形，存在着支护崩解和出水的安全威胁。现已对发生变形段巷道进行施工泄压钻孔排放水，并打设木垛对顶板进行支护，防止顶、帮进一步跨落。

断层把巷道底板下40～60米的灰岩高承压水导通，致使断层破碎带岩体形成高富水的泥化流体。流变的状态下泥流体→又阻断水流的流畅→形成水压上升→水压上升→泥流体不断流变和喷出，造成巷道围岩长期失稳极其难以支护，巷道滞桎不前的特殊困难。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，通过导解承压水的施工、防强流变突喷的施工、封泥置换集成关的施工、应用分布式注浆的施工、大底板块支护的施工有效提高交叉点围岩整体强度，提高稳定性，有效的保证了安全施工和工程质量顺利进行，操作人员可远程控制喷头的喷浆方向的喷浆方向，降低生产安全隐患。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，包括车体，所述车体底部的边角处安装有液压支腿，所述车体上垂直转动安装有主转轴，所述主转轴的底端固定安装有齿轮，所述齿轮啮合连接一侧的齿条，所述齿条的一端固定连接第一液压杆的活塞杆顶端，所述主转轴的顶端固定连接转台的底面，所述转台的顶面固定安装有后支座，所述后支座的顶端通过转轴一转动连接喷头的后侧，所述喷头的前侧固定套装有固定套板，所述固定套板通过缓冲机构转动连接第二液压杆的顶端，所述第二液压杆的底端转动连接转台的顶面，所述固定套板包括上夹板、下夹板、连接螺栓、导杆，所述缓冲机构包括后U型块、转轴二、转轴三、弹簧减震器、支撑杆、滑套、连接杆，所述上夹板、下夹板通过连接螺栓固定夹装在喷头的外侧，所述上夹板、下夹板的左右侧边滑动套装有前U型块和后U型块，所述前U型块、后U型块通过转轴二转动连接连接杆的顶端，所述连接杆的底端转动连接支撑杆的左右两端，所述连接杆的中端通过转轴三转动连接弹簧减震器的两端，所述滑套的侧面固定连接支撑杆且滑动套装在导杆的外侧，所述导杆的顶端固定连接下夹板的底面，所述车体的顶面还安装有控制箱和液压输出机构，所述控制箱无线连接遥控器。

优选的，所述上夹板、下夹板为内径相同的弧形板结构，所述上夹板、下夹板的左右两侧开设有多个适配安装连接螺栓的垂直通孔，所述前U型块、后U型块的结构大小相同，所述前U型块、后U型块前后相邻滑动套装在上夹板、下夹板的左右两侧，所述连接杆的数量为四个，两两为一组安装在上夹板、下夹板的左右两侧，所述转轴三固定安装在连接杆的内侧面；喷头连接水泥浆喷管后进行喷灌作业时，固定套装在喷头外侧的固定套板可配合缓冲机构起到缓冲支撑作用，避免因喷浆压力不稳定造成的喷头的震动而对第二液压杆的使用寿命造成影响。

优选的，所述主转轴垂直贯通车体的上下端面，所述第一液压杆的缸体底端固定连接车体的底面，所述主转轴的轴线与转台的轴线共线，所述第二液压杆的底端转动连接后支座前方的转台的顶面；操作人员可通过控制第一液压杆和第二液压杆的伸缩长度改变喷头的仰角和水平方向，从而对不同位置的井/巷道的内壁进行喷浆作用，代替人工手持控制喷头的喷浆作业。

优选的，所述第一液压杆上的两个油口连接的油管分别安装有电磁阀一和电磁阀二，所述第二液压杆上的两个油口连接的油管分别安装有电磁阀三和电磁阀四，所述电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四电性连接继电器，所述继电器电性连接WIFI接收模块，所述WIFI接收模块无线连接遥控器中的WIFI发射模块，所述WIFI发射模块电性连接微动开关；操作人员可手持遥控器与车体保持一定的距离无线控制电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四的闭合状态从而控制喷头的喷浆方向，从而使操作人员可站在较为安全的后侧控制喷浆作业，降低生产安全隐患。

优选的，包括步骤：

S1.导解承压水的施工，开挖导水小洞导水和分散出水处凿岩机打小水孔；

S2.防强流变突喷的施工，扩大泥流体的出口通道，在突喷发生后立即两处同时捣通和扩大泥流通道，使围岩各位置水头无势能差；

S3.封泥置换集成关的施工，对大断面进行封闭，小断面进行置换，封闭已经揭露的全断面，小断面掘进，换泥为混凝土墙体，由点到块，由块到面集成支护；

S4.应用分布式注浆的施工，在封泥置换的基础上，对小断面、小块体掘进的同时对每个小块体进行分布式及时注浆自固，形成从小断面板块到大断面断面的叠加成巷；

S5.大底板块支护的施工，实行多层次强韧封层与特大不封闭浇筑的巷道大板块底板结构；导解承压水的施工可充分释放承压水的压力，保证巷道支护在不具有承压水的情况下，去带压施工，使支护得以有序进展，防强流变突喷的施工可在不破坏工作面内的稳定围岩的前提下尽早处理泥化区，缩小围岩软弱范围，并控制围岩进一步泥化，且加大和通畅了泥流通道，减少泥流突喷安全威胁，应用分布式注浆的施工可使巷道整体支护支撑力倍增提升，大底板块支护的施工可在长流变状态下，针对非对称应力和承压水的压力留有释放空间，减缓复杂叠加压力给支护的破坏作用。

优选的，所述导解承压水的施工在出水范围集中而且较大的关键出水处开挖导水小洞，在分散出水处分散打小水孔；采取重点小洞导水和多点管路导水泄压相结合，可有效遏制高承压水断层带软弱岩层内的破坏应力，保证高承压裂隙水不会积聚能量形成破坏支护结构的势能。

优选的，所述大底板块支护的施工采用多层次混凝土喷层，相邻的混凝土喷层中置入相同层次的钢丝绳/金属网和锚杆组成强韧封层和构建均质同性的支护圈体；多层次强韧封层具有高强和极大地韧性，即保证初期强度又保证施工安全，同时为保证后期不断注浆补强提供基础。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：喷头连接水泥浆喷管后进行喷灌作业时，固定套装在喷头外侧的固定套板可配合缓冲机构起到缓冲支撑作用，避免因喷浆压力不稳定造成的喷头的震动而对第二液压杆的使用寿命造成影响；操作人员可通过控制第一液压杆和第二液压杆的伸缩长度改变喷头的仰角和水平方向，从而对不同位置的井/巷道的内壁进行喷浆作用，代替人工手持控制喷头的喷浆作业；操作人员可手持遥控器与车体保持一定的距离无线控制电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四的闭合状态从而控制喷头的喷浆方向，从而使操作人员可站在较为安全的后侧控制喷浆作业，降低生产安全隐患；导解承压水的施工可充分释放承压水的压力，保证巷道支护在不具有承压水的情况下，去带压施工，使支护得以有序进展，防强流变突喷的施工可在不破坏工作面内的稳定围岩的前提下尽早处理泥化区，缩小围岩软弱范围，并控制围岩进一步泥化，且加大和通畅了泥流通道，减少泥流突喷安全威胁，应用分布式注浆的施工可使巷道整体支护支撑力倍增提升，大底板块支护的施工可在长流变状态下，针对非对称应力和承压水的压力留有释放空间，减缓复杂叠加压力给支护的破坏作用；采取重点小洞导水和多点管路导水泄压相结合，可有效遏制高承压水断层带软弱岩层内的破坏应力，保证高承压裂隙水不会积聚能量形成破坏支护结构的势能；多层次强韧封层具有高强和极大地韧性，即保证初期强度又保证施工安全，同时为保证后期不断注浆补强提供基础。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图一；

图2为本发明的结构示意图二；

图3为本发明中A的放大图；

图4为本发明的框式原理图；

图5为本发明中遥控器的结构示意图；

图中：1、车体；2、液压支腿；3、主转轴；4、齿轮；5、齿条；6、第一液压杆；7、转台；8、后支座；9、转轴一；10、喷头；11、固定套板；111、上夹板；112、下夹板；113、连接螺栓；114、导杆；12、缓冲机构；120、前U型块；121、后U型块；122、转轴二；123、转轴三；124、弹簧减震器；125、支撑杆；126、滑套；127、连接杆；13、第二液压杆；14、控制箱；141、WIFI接收模块；142、继电器；15、液压输出机构；151、电磁阀一；152、电磁阀二；153、电磁阀三；154、电磁阀四；16、遥控器；161、微动开关；162、WIFI发射模块。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅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1

请参阅图1-图5，本发明提供以下技术方案：基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，包括车体1，所述车体1底部的边角处安装有液压支腿2，所述车体1上垂直转动安装有主转轴3，所述主转轴3的底端固定安装有齿轮4，所述齿轮4啮合连接一侧的齿条5，所述齿条5的一端固定连接第一液压杆6的活塞杆顶端，所述主转轴3的顶端固定连接转台7的底面，所述转台7的顶面固定安装有后支座8，所述后支座8的顶端通过转轴一9转动连接喷头10的后侧，所述喷头10的前侧固定套装有固定套板11，所述固定套板11通过缓冲机构12转动连接第二液压杆13的顶端，所述第二液压杆13的底端转动连接转台7的顶面，所述固定套板11包括上夹板111、下夹板112、连接螺栓113、导杆114，所述缓冲机构12包括后U型块121、转轴二122、转轴三123、弹簧减震器124、支撑杆125、滑套126、连接杆127，所述上夹板111、下夹板112通过连接螺栓113固定夹装在喷头10的外侧，所述上夹板111、下夹板112的左右侧边滑动套装有前U型块120和后U型块121，所述前U型块120、后U型块121通过转轴二122转动连接连接杆127的顶端，所述连接杆127的底端转动连接支撑杆125的左右两端，所述连接杆127的中端通过转轴三123转动连接弹簧减震器124的两端，所述滑套126的侧面固定连接支撑杆125且滑动套装在导杆114的外侧，所述导杆114的顶端固定连接下夹板112的底面，所述车体1的顶面还安装有控制箱14和液压输出机构15，所述控制箱14无线连接遥控器16。

具体的，所述上夹板111、下夹板112为内径相同的弧形板结构，所述上夹板111、下夹板112的左右两侧开设有多个适配安装连接螺栓113的垂直通孔，所述前U型块120、后U型块121的结构大小相同，所述前U型块120、后U型块121前后相邻滑动套装在上夹板111、下夹板112的左右两侧，所述连接杆127的数量为四个，两两为一组安装在上夹板111、下夹板112的左右两侧，所述转轴三123固定安装在连接杆127的内侧面；喷头10连接水泥浆喷管后进行喷灌作业时，固定套装在喷头10外侧的固定套板11可配合缓冲机构12起到缓冲支撑作用，避免因喷浆压力不稳定造成的喷头10的震动而对第二液压杆13的使用寿命造成影响。

具体的，所述主转轴3垂直贯通车体1的上下端面，所述第一液压杆6的缸体底端固定连接车体1的底面，所述主转轴3的轴线与转台7的轴线共线，所述第二液压杆13的底端转动连接后支座8前方的转台7的顶面；操作人员可通过控制第一液压杆6和第二液压杆13的伸缩长度改变喷头10的仰角和水平方向，从而对不同位置的井/巷道的内壁进行喷浆作用，代替人工手持控制喷头10的喷浆作业。

具体的，所述第一液压杆6上的两个油口连接的油管分别安装有电磁阀一151和电磁阀二152，所述第二液压杆13上的两个油口连接的油管分别安装有电磁阀三153和电磁阀四154，所述电磁阀一151、电磁阀二152、电磁阀三153、电磁阀四154电性连接继电器142，所述继电器142电性连接WIFI接收模块141，所述WIFI接收模块141无线连接遥控器16中的WIFI发射模块162，所述WIFI发射模块162电性连接微动开关161；操作人员可手持遥控器16与车体1保持一定的距离无线控制电磁阀一151、电磁阀二152、电磁阀三153、电磁阀四154的闭合状态从而控制喷头10的喷浆方向，从而使操作人员可站在较为安全的后侧控制喷浆作业，降低生产安全隐患。

具体的，包括步骤：

S1.导解承压水的施工，开挖导水小洞导水和分散出水处凿岩机打小水孔；

S2.防强流变突喷的施工，扩大泥流体的出口通道，在突喷发生后立即两处同时捣通和扩大泥流通道，使围岩各位置水头无势能差；

S3.封泥置换集成关的施工，对大断面进行封闭，小断面进行置换，封闭已经揭露的全断面，小断面掘进，换泥为混凝土墙体，由点到块，由块到面集成支护；

S4.应用分布式注浆的施工，在封泥置换的基础上，对小断面、小块体掘进的同时对每个小块体进行分布式及时注浆自固，形成从小断面板块到大断面断面的叠加成巷；

S5.大底板块支护的施工，实行多层次强韧封层与特大不封闭浇筑的巷道大板块底板结构；导解承压水的施工可充分释放承压水的压力，保证巷道支护在不具有承压水的情况下，去带压施工，使支护得以有序进展，防强流变突喷的施工可在不破坏工作面内的稳定围岩的前提下尽早处理泥化区，缩小围岩软弱范围，并控制围岩进一步泥化，且加大和通畅了泥流通道，减少泥流突喷安全威胁，应用分布式注浆的施工可使巷道整体支护支撑力倍增提升，大底板块支护的施工可在长流变状态下，针对非对称应力和承压水的压力留有释放空间，减缓复杂叠加压力给支护的破坏作用。

具体的，所述导解承压水的施工在出水范围集中而且较大的关键出水处开挖导水小洞，在分散出水处分散打小水孔；采取重点小洞导水和多点管路导水泄压相结合，可有效遏制高承压水断层带软弱岩层内的破坏应力，保证高承压裂隙水不会积聚能量形成破坏支护结构的势能。

具体的，所述大底板块支护的施工采用多层次混凝土喷层，相邻的混凝土喷层中置入相同层次的钢丝绳/金属网和锚杆组成强韧封层和构建均质同性的支护圈体；多层次强韧封层具有高强和极大地韧性，即保证初期强度又保证施工安全，同时为保证后期不断注浆补强提供基础。

本发明的工作原理及使用流程：首先掘出荒断面，进行车体1在牵引机构带动下移动至断面位置，启动液压支腿2进行支撑，连接喷头10与砂浆喷管，通过遥控器16控制调整喷头10的仰角角度和水平方向，第一液压杆6伸缩时带动齿条5直线位移啮合齿轮4转动，从而通过主转轴3带动转台7的转动，第二液压杆13伸缩时喷头10以转轴一9为转动轴进行转动，仰角产生变化，随后进行喷浆作业，喷浆压力不稳定时，喷头10带动上夹板111、下夹板112上下晃动，导杆114在滑套126内产生滑动，同时前U型块120、后U型块121相对反向移动，使两组连接杆127的夹角角度产生变化，从而使弹簧减震器124受到挤压或拉伸发生弹性形变，起到缓冲吸能的作用；开始进行封泥置换集成关的施工和应用分布式注浆的施工以及大底板块支护的施工；多层次支护施工工艺为：掘出荒断面修护为：刷大清理剥离危石→初喷100mm厚混凝土→打普通顶邦锚杆挂绳及上托盘→复喷100mm打注浆锚杆孔→安装注浆锚杆→注底角注浆锚杆→注两帮注浆锚杆→注拱部注浆锚杆→复喷80mm厚混凝土→打普通顶邦锚杆挂绳和网混合及上托盘→喷60mm→按照以上施工循环向前施工；第二层次支护三个整循环完成进行4000mm，同时开挖泄压槽：泄压槽分为底脚泄压槽和底板板块，泄压槽开挖好即可用喷浆喷好；施工开始向交叉点直墙出水范围布置4～6个2〞钢管作为导水孔，导水孔长度可分为2～3米不同的长度，施工到水区域后，针对区段实际状况设置导水孔，保证喷浆效果为准，整个交叉点施工完毕后，除对几个集中出水点暂时保留外，对其它分散出水点要进行封堵，集中出水点的封堵取决于支护效果和强度的分析，报矿方决定是否封堵或有关封堵方案的实施，在施工的过程中，现场精准掌控突喷的时间和喷量，在突喷后立即两处同时捣通和扩大泥流通道，从而使各位置围岩水头无势能差。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，其特征在于：包括车体（1），所述车体（1）底部的边角处安装有液压支腿（2），所述车体（1）上垂直转动安装有主转轴（3），所述主转轴（3）的底端固定安装有齿轮（4），所述齿轮（4）啮合连接一侧的齿条（5），所述齿条（5）的一端固定连接第一液压杆（6）的活塞杆顶端，所述主转轴（3）的顶端固定连接转台（7）的底面，所述转台（7）的顶面固定安装有后支座（8），所述后支座（8）的顶端通过转轴一（9）转动连接喷头（10）的后侧，所述喷头（10）的前侧固定套装有固定套板（11），所述固定套板（11）通过缓冲机构（12）转动连接第二液压杆（13）的顶端，所述第二液压杆（13）的底端转动连接转台（7）的顶面，所述固定套板（11）包括上夹板（111）、下夹板（112）、连接螺栓（113）、导杆（114），所述缓冲机构（12）包括后U型块（121）、转轴二（122）、转轴三（123）、弹簧减震器（124）、支撑杆（125）、滑套（126）、连接杆（127），所述上夹板（111）、下夹板（112）通过连接螺栓（113）固定夹装在喷头（10）的外侧，所述上夹板（111）、下夹板（112）的左右侧边滑动套装有前U型块（120）和后U型块（121），所述前U型块（120）、后U型块（121）通过转轴二（122）转动连接连接杆（127）的顶端，所述连接杆（127）的底端转动连接支撑杆（125）的左右两端，所述连接杆（127）的中端通过转轴三（123）转动连接弹簧减震器（124）的两端，所述滑套（126）的侧面固定连接支撑杆（125）且滑动套装在导杆（114）的外侧，所述导杆（114）的顶端固定连接下夹板（112）的底面，所述车体（1）的顶面还安装有控制箱（14）和液压输出机构（15），所述控制箱（14）无线连接遥控器（16）。

2.根据权利要求1所述的基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，其特征在于：所述上夹板（111）、下夹板（112）为内径相同的弧形板结构，所述上夹板（111）、下夹板（112）的左右两侧开设有多个适配安装连接螺栓（113）的垂直通孔，所述前U型块（120）、后U型块（121）的结构大小相同，所述前U型块（120）、后U型块（121）前后相邻滑动套装在上夹板（111）、下夹板（112）的左右两侧，所述连接杆（127）的数量为四个，两两为一组安装在上夹板（111）、下夹板（112）的左右两侧，所述转轴三（123）固定安装在连接杆（127）的内侧面。

3.根据权利要求1所述的基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，其特征在于：所述主转轴（3）垂直贯通车体（1）的上下端面，所述第一液压杆（6）的缸体底端固定连接车体（1）的底面，所述主转轴（3）的轴线与转台（7）的轴线共线，所述第二液压杆（13）的底端转动连接后支座（8）前方的转台（7）的顶面。

4.根据权利要求1所述的基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，其特征在于：所述第一液压杆（6）上的两个油口连接的油管分别安装有电磁阀一（151）和电磁阀二（152），所述第二液压杆（13）上的两个油口连接的油管分别安装有电磁阀三（153）和电磁阀四（154），所述电磁阀一（151）、电磁阀二（152）、电磁阀三（153）、电磁阀四（154）电性连接继电器（142），所述继电器（142）电性连接WIFI接收模块（141），所述WIFI接收模块（141）无线连接遥控器（16）中的WIFI发射模块（162），所述WIFI发射模块（162）电性连接微动开关（161）。

5.根据权利要求1所述的基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，其特征在于：包括步骤：

S1.导解承压水的施工，开挖导水小洞导水和分散出水处凿岩机打小水孔；

S2.防强流变突喷的施工，扩大泥流体的出口通道，在突喷发生后立即两处同时捣通和扩大泥流通道，使围岩各位置水头无势能差；

S3.封泥置换集成关的施工，对大断面进行封闭，小断面进行置换，封闭已经揭露的全断面，小断面掘进，换泥为混凝土墙体，由点到块，由块到面集成支护；

S4.应用分布式注浆的施工，在封泥置换的基础上，对小断面、小块体掘进的同时对每个小块体进行分布式及时注浆自固，形成从小断面板块到大断面断面的叠加成巷；

S5.大底板块支护的施工，实行多层次强韧封层与特大不封闭浇筑的巷道大板块底板结构。

6.根据权利要求5所述的基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，其特征在于：所述导解承压水的施工在出水范围集中而且较大的关键出水处开挖导水小洞，在分散出水处分散打小水孔。

7.根据权利要求5所述的基于高承压水断层破碎带流变研究的断面支护方法，其特征在于：所述大底板块支护的施工采用多层次混凝土喷层，相邻的混凝土喷层中置入相同层次的钢丝绳/金属网和锚杆组成强韧封层和构建均质同性的支护圈体。

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