CN113404512A - 一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法 - Google Patents
一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，通过在巷道掘进方向的外侧灌注水下混凝土，在破碎带处形成硐室，将破碎带分为两部分，并在迎头面钻多个深浅不一的第一注浆孔，进行小流量注浆后，水下混凝土与破碎的矸石一起形成互不相连的混凝土球体，可以防止迎头面的水凸出和矸石凸出，不需要将含水层的水完全抽出，节省了大量的施工时间，在迎头面受到压力时，通过混凝土球体受压位移小段距离缓解压力，且混凝土球体在硬化后其相互间的摩擦力增大且对破碎带中的矸石起到支撑的作用，避免迎头面的矸石凸出，由于迎头面受到压力，混凝土球体受到挤压向迎头面方向少量移动，且混凝土球体间的缝隙变小，使迎头面渗出的水流缓慢。
Description
技术领域
本发明涉及巷道支护技术领域，特别涉及一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法。
背景技术
随着煤炭开采深度增加，矿井地质条件变得愈加复杂，特别是大小不同的断层把井田切割、断开和分离，给矿井开采带来极大的困难，尤其是断层造成断层段岩石破碎，应力的差异性加大，同时它往往沟通煤层顶底板中含水层中的水渗入断层段，使断层段中破碎岩体泥化流变，甚至构成出水通道，给矿井的正常建设带来诸多困难，然而矿井由于生产能力和井田布置的需要，必须通过这些断层，而为了保证安全通过高承压水和断层破碎带对巷道进行施工，现有开挖巷道的方法采用超前探测方法和预放水，实施超前注浆，通过探水、疏水，充分释放承压水的压力，但这种方法排出承压水需消耗大量时间，且高承压水被排出易导致岩体坍塌。
为此，我们提出一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，首先，通过在巷道掘进方向的外侧灌注水下混凝土，水下混凝土在破碎带中形成的硐室将巷道掘进方向四周的水隔开，并在迎头面打多个深浅不一的注浆锚杆，进行小流量注浆，可以防止防迎头面的水凸出和矸石凸出，且不需要将渗入破碎带的水完全抽出，其次，通过硐室和巷道表面的强韧封层对巷道提供了双层支撑，而当混凝土层受到岩体深处的压力破损后，在混凝土层和强韧封层中的破碎层进行注浆补强，使混凝土层和强韧封层结合在一起，对巷道进行整体的支护。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，通过在巷道掘进方向的外侧灌注水下混凝土，水下混凝土在破碎带中形成的硐室将巷道掘进方向四周的水隔开，并在迎头面打多个深浅不一的注浆锚杆，进行小流量注浆，可以防止防迎头面的水凸出和矸石凸出，且不需要将渗入破碎带的水完全抽出；通过硐室和巷道表面的强韧封层对巷道提供了双层支撑，而当混凝土层受到岩体深处的压力破损后，在混凝土层和强韧封层中的破碎层进行注浆补强，使混凝土层和强韧封层结合在一起，对巷道进行整体的支护，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，包括以下步骤：
A：巷道在岩体中掘进，当巷道的掘进方向有破碎带，需在破碎带前一定距离停止掘进，向巷道掘进方向钻出一圈第一注浆孔，通过第一注浆孔向破碎带注入水下混凝土，相邻第一注浆孔灌注的水下混凝土相互接触，水下混凝土硬化后形成硐室，硐室在破碎带内隔出掘进通道；
B：完成A 步骤后，在迎头面钻出多个深浅不一的第二注浆孔，通过第二注浆孔进行小容量注浆，朝破碎带注入适量的水下混凝土，水下混凝土与破碎的矸石混合在一起，硬化后形成互不相连的混凝土球体，混凝土球体起到防止水凸出和矸石凸出的作用；
C：完成B步骤后，由于巷道的顶部、底部和两帮处均被外侧的硐室包裹，水只有从迎头面渗出，由于迎头面受到压力，混凝土球体受到挤压向迎头面方向少量移动，且混凝土球体间的缝隙变小，使迎头面渗出的水流缓慢，向迎头面的方向继续挖掘巷道，到达破碎带后将混凝土球体挖出，掘进一定距离后，挖掘出的巷道通过设置的强韧封层进行支护固定，并按照上述步骤进行施工，直至巷道通过破碎带；
D：巷道在掘进的过程中高承压水渗出一部分，导致巷道承受的压力增大，通过硐室和强韧封层的双层支撑用以应对增大的压力，而当硐室受到压力破损后，通过在硐室和强韧封层间的矸石注浆，使硐室和强韧封层结合在一起，对巷道进行整体的支护。
本发明进一步的改进在于，所述第一注浆孔的钻孔角度朝向远离巷道的方向倾斜，且钻孔的深度为5-6m，所述第一注浆孔通过注入水下混凝土形成的硐室的厚度为1-1.5m，所述硐室与巷道间有3-4m的破碎带。
本发明进一步的改进在于，所述步骤A注浆完成后，需要等待24小时以确保构筑的硐室完全成型，所述硐室用于阻止破碎带中的水从侧面渗入巷道。
本发明进一步的改进在于，所述第二注浆孔的深度为5m或7m，并根据破碎带中含水量的多少控制注入水下混凝土的量，使形成的混凝土球体间的距离尽可能的靠近，但每个混凝土球体均是单独的个体互不接触，所述混凝土球体在硬化后其相互间的摩擦力增大且对破碎带中的矸石起到支撑的作用。
本发明进一步的改进在于，所述步骤A和步骤B中通过第一注浆孔和第二注浆孔向破碎带灌注水下混凝土需在迎头面后提前灌注一段距离，以确保硐室和混凝土球体的隔水效果。
本发明进一步的改进在于，所述强韧封层为通过采用锚杆压扣挂设编制的钢丝绳网格，形成以钢丝绳为径骨、在多层次混凝土喷浆层中间挂设钢丝绳网的混凝土喷层，巷道掘出后，立即进行第一次喷浆，根据围岩软弱状况第一次喷浆层厚度为50mm～100mm，第一层次喷浆后30分钟，施工第一层次锚杆，锚杆间排距700mm～800mm×700mm～800mm，锚杆打好后，开始挂钢丝绳，钢丝绳主绳压在锚杆盖板下面 ，钢丝绳网格350mm×350mm，挂好第一层次钢丝绳后，即进行第二次喷浆，第二层次喷层厚度为60mm～100mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、通过在巷道掘进方向的外侧灌注水下混凝土，在破碎带处形成硐室，将破碎带分为两部分，并在迎头面钻多个深浅不一的第一注浆孔，进行小流量注浆后，水下混凝土与破碎的矸石一起形成互不相连的混凝土球体，可以防止迎头面的水凸出和矸石凸出，不需要将含水层的水完全抽出，节省了大量的施工时间，在迎头面受到压力时，通过混凝土球体受压位移小段距离缓解压力，且混凝土球体在硬化后其相互间的摩擦力增大且对破碎带中的矸石起到支撑的作用，避免迎头面的矸石凸出，由于迎头面受到压力，混凝土球体受到挤压向迎头面方向少量移动，且混凝土球体间的缝隙变小，使迎头面渗出的水流缓慢，水流渗出量不会影响掘进，该开掘方法不需要将含水层的水完全抽出，节省了大量的施工时间；
2、由于巷道在开掘的过程中含水层的高承压水渗出一部分，导致巷道承受的压力增大，通过硐室和强韧封层提供的双层支撑用以应对增大的压力，当硐室受到压力破损后，通过在硐室和强韧封层间的矸石注浆，使硐室和强韧封层结合在一起，对巷道进行整体的支护，提高了巷道的安全性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法的流程示意图。
图2为本发明一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法的巷道挖掘结构示意图。
图3为本发明一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法的迎头面示意图。
图4为本发明一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法的在迎头面受到压力时结构示意图。
图5为本发明一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法的硐室和强韧封层结构示意图。
图中：1、岩体；2、破碎带；3、巷道；4、第一注浆孔；5、硐室；6、混凝土球体；7、迎头面；8、第二注浆孔；9、强韧封层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，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具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-5所示，一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，包括包括以下步骤：
A：巷道（3）在岩体（1）中掘进，当巷道（3）的掘进方向有破碎带（2），需在破碎带（2）前一定距离停止掘进，向巷道（3）掘进方向钻出一圈第一注浆孔（4），通过第一注浆孔（4）向破碎带（2）注入水下混凝土，相邻第一注浆孔（4）灌注的水下混凝土相互接触，水下混凝土硬化后形成硐室（5），硐室（5）在破碎带（2）内隔出掘进通道；
B：完成A 步骤后，在迎头面（7）钻出多个深浅不一的第二注浆孔（8），通过第二注浆孔（8）进行小容量注浆，朝破碎带（2）注入适量的水下混凝土，水下混凝土与破碎的矸石混合在一起，硬化后形成互不相连的混凝土球体（6），混凝土球体（6）起到防止水凸出和矸石凸出的作用；
C：完成B步骤后，由于巷道（3）的顶部、底部和两帮处均被外侧的硐室（5）包裹，水只有从迎头面（7）渗出，由于迎头面（7）受到压力，混凝土球体（6）受到挤压向迎头面（7）方向少量移动，且混凝土球体（6）间的缝隙变小，使迎头面（7）渗出的水流缓慢，向迎头面（7）的方向继续挖掘巷道（3），到达破碎带（2）后将混凝土球体（6）挖出，掘进一定距离后，挖掘出的巷道（3）通过设置的强韧封层（9）进行支护固定，并按照上述步骤进行施工，直至巷道（3）通过破碎带（2）；
D：巷道（3）在掘进的过程中高承压水渗出一部分，导致巷道（3）承受的压力增大，通过硐室（5）和强韧封层（9）的双层支撑用以应对增大的压力，而当硐室（5）受到压力破损后，通过在硐室（5）和强韧封层（9）间的矸石注浆，使硐室（5）和强韧封层（9）结合在一起，对巷道（3）进行整体的支护。
第一注浆孔（4）的钻孔角度朝向远离巷道（3）的方向倾斜，且钻孔的深度为5-6m，第一注浆孔（4）通过注入水下混凝土形成的硐室（5）的厚度为1-1.5m，硐室（5）与巷道（3）间有3-4m的破碎带（2），该破碎带（2）用于给注入的水下混凝土扩散提供空间，避免水下混凝土流到待挖掘的区域，导致挖掘难度增高。
步骤A注浆完成后，需要等待24小时以确保构筑的硐室（5）完全成型，硐室（5）用于阻止破碎带（2）中的水从侧面渗入巷道（3），硐室（5）将巷道（3）的顶部、底部和两帮处均围起来，使水只有从迎头面（7）渗出。
第二注浆孔（8）的深度为5m或7m，并根据破碎带（2）中含水量的多少控制注入水下混凝土的量，使形成的混凝土球体（6）间的距离尽可能的靠近，但每个混凝土球体（6）均是单独的个体互不接触，混凝土球体（6）在硬化后其相互间的摩擦力增大且对破碎带（2）中的矸石起到支撑的作用，混凝土球体（6）在受压后会被挤向迎头面（7）一段距离来缓解压力，且混凝土球体（6）相互靠近将矸石固定的更加牢固，避免矸石受到压力后挤破迎头面（7），导致矸石直接倾泻向巷道（3），对井下人员的人身安全造成威胁。
步骤A和步骤B中通过第一注浆孔（4）和第二注浆孔（8）向破碎带（2）灌注水下混凝土需在迎头面（7）后提前灌注一段距离，以确保硐室（5）和混凝土球体（6）的隔水效果，混凝土球体（6）在受压后会被挤向迎头面（7）一段距离来缓解压力，且混凝土球体（6）相互靠近将矸石固定的更加牢固，由于矸石间的缝隙变小，使迎头面（7）在开掘时渗出的水流缓慢，水流渗出量不会影响掘进速度。
通过采用上述技术方案：通过在巷道（3）掘进方向的外侧灌注水下混凝土，在破碎带（2）处形成硐室（5），将破碎带（2）分为两部分，并在迎头面（7）钻多个深浅不一的第一注浆孔（4），进行小流量注浆后，水下混凝土与破碎的矸石一起形成互不相连的混凝土球体（6），可以防止迎头面（7）的水凸出和矸石凸出，不需要将含水层的水完全抽出，节省了大量的施工时间，在迎头面（7）受到压力时，通过混凝土球体（6）受压位移小段距离缓解压力，且混凝土球体（6）在硬化后其相互间的摩擦力增大且对破碎带（2）中的矸石起到支撑的作用，避免迎头面（7）的矸石凸出，由于迎头面（7）受到压力，混凝土球体（6）受到挤压向迎头面（7）方向少量移动，且混凝土球体（6）间的缝隙变小，使迎头面（7）渗出的水流缓慢，水流渗出量不会影响掘进，该开掘方法不需要将含水层的水完全抽出，节省了大量的施工时间。
实施例2
如图1-5所示，一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，包括包括以下步骤：
A：巷道（3）在岩体（1）中掘进，当巷道（3）的掘进方向有破碎带（2），需在破碎带（2）前一定距离停止掘进，向巷道（3）掘进方向钻出一圈第一注浆孔（4），通过第一注浆孔（4）向破碎带（2）注入水下混凝土，相邻第一注浆孔（4）灌注的水下混凝土相互接触，水下混凝土硬化后形成硐室（5），硐室（5）在破碎带（2）内隔出掘进通道；
B：完成A 步骤后，在迎头面（7）钻出多个深浅不一的第二注浆孔（8），通过第二注浆孔（8）进行小容量注浆，朝破碎带（2）注入适量的水下混凝土，水下混凝土与破碎的矸石混合在一起，硬化后形成互不相连的混凝土球体（6），混凝土球体（6）起到防止水凸出和矸石凸出的作用；
C：完成B步骤后，由于巷道（3）的顶部、底部和两帮处均被外侧的硐室（5）包裹，水只有从迎头面（7）渗出，由于迎头面（7）受到压力，混凝土球体（6）受到挤压向迎头面（7）方向少量移动，且混凝土球体（6）间的缝隙变小，使迎头面（7）渗出的水流缓慢，向迎头面（7）的方向继续挖掘巷道（3），到达破碎带（2）后将混凝土球体（6）挖出，掘进一定距离后，挖掘出的巷道（3）通过设置的强韧封层（9）进行支护固定，并按照上述步骤进行施工，直至巷道（3）通过破碎带（2）；
D：巷道（3）在掘进的过程中高承压水渗出一部分，导致巷道（3）承受的压力增大，通过硐室（5）和强韧封层（9）的双层支撑用以应对增大的压力，而当硐室（5）受到压力破损后，通过在硐室（5）和强韧封层（9）间的矸石注浆，使硐室（5）和强韧封层（9）结合在一起，对巷道（3）进行整体的支护。
第一注浆孔（4）的钻孔角度朝向远离巷道（3）的方向倾斜，且钻孔的深度为5-6m，第一注浆孔（4）通过注入水下混凝土形成的硐室（5）的厚度为1-1.5m，硐室（5）与巷道（3）间有3-4m的破碎带（2），该破碎带（2）用于给注入的水下混凝土扩散提供空间，避免水下混凝土流到待挖掘的区域，导致挖掘难度增高。
强韧封层（9）为通过采用锚杆压扣挂设编制的钢丝绳网格，形成以钢丝绳为径骨、在多层次混凝土喷浆层中间挂设钢丝绳网的混凝土喷层，巷道（3）掘出后，立即进行第一次喷浆，根据围岩软弱状况第一次喷浆层厚度为50mm～100mm，第一层次喷浆后30分钟，施工第一层次锚杆，锚杆间排距700mm～800mm×700mm～800mm，锚杆打好后，开始挂钢丝绳，钢丝绳主绳压在锚杆盖板下面 ，钢丝绳网格350mm×350mm，挂好第一层次钢丝绳后，即进行第二次喷浆，第二层次喷层厚度为60mm～100mm 。
通过采用上述技术方案：由于巷道（3）在开掘的过程中含水层的高承压水渗出一部分，导致巷道（3）承受的压力增大，通过硐室（5）和强韧封层（9）提供的双层支撑用以应对增大的压力，当硐室（5）受到压力破损后，通过在硐室（5）和强韧封层（9）间的矸石注浆，使硐室（5）和强韧封层（9）结合在一起，对巷道（3）进行整体的支护，提高了巷道（3）的安全性和使用寿命。
需要说明的是，本发明为一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，在使用时，首先，巷道（3）在岩体（1）中掘进，当巷道（3）的掘进方向有破碎带（2），需在破碎带（2）前一定距离停止掘进，向巷道（3）掘进方向钻出一圈第一注浆孔（4），通过第一注浆孔（4）向破碎带（2）注入水下混凝土，相邻第一注浆孔（4）灌注的水下混凝土相互接触，水下混凝土硬化后形成硐室（5），硐室（5）在破碎带（2）内隔出掘进通道，其次，在迎头面（7）钻出多个深浅不一的第二注浆孔（8），通过第二注浆孔（8）进行小容量注浆，朝破碎带（2）注入适量的水下混凝土，水下混凝土与破碎的矸石混合在一起，硬化后形成互不相连的混凝土球体（6），混凝土球体（6）起到防止水凸出和矸石凸出的作用，再者，由于巷道（3）的顶部、底部和两帮处均被外侧的硐室（5）包裹，水只有从迎头面（7）渗出，由于迎头面（7）受到压力，混凝土球体（6）受到挤压向迎头面（7）方向少量移动，且混凝土球体（6）间的缝隙变小，使迎头面（7）渗出的水流缓慢，向迎头面（7）的方向继续挖掘巷道（3），到达破碎带（2）后将混凝土球体（6）挖出，掘进一定距离后，挖掘出的巷道（3）通过设置的强韧封层（9）进行支护固定，并按照上述步骤进行施工，直至巷道（3）通过破碎带（2），最后，巷道（3）在掘进的过程中高承压水渗出一部分，导致巷道（3）承受的压力增大，通过硐室（5）和强韧封层（9）的双层支撑用以应对增大的压力，而当硐室（5）受到压力破损后，通过在硐室（5）和强韧封层（9）间的矸石注浆，使硐室（5）和强韧封层（9）结合在一起，对巷道（3）进行整体的支护。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
A：巷道在岩体中掘进，当巷道的掘进方向有破碎带，需在破碎带前一定距离停止掘进，向巷道掘进方向钻出一圈第一注浆孔，通过第一注浆孔向破碎带注入水下混凝土，相邻第一注浆孔灌注的水下混凝土相互接触，水下混凝土硬化后形成硐室，硐室在破碎带内隔出掘进通道；
B：完成A 步骤后，在迎头面钻出多个深浅不一的第二注浆孔，通过第二注浆孔进行小容量注浆，朝破碎带注入适量的水下混凝土，水下混凝土与破碎的矸石混合在一起，硬化后形成互不相连的混凝土球体，混凝土球体起到防止水凸出和矸石凸出的作用；
C：完成B步骤后，由于巷道的顶部、底部和两帮处均被外侧的硐室包裹，水只有从迎头面渗出，由于迎头面受到压力，混凝土球体受到挤压向迎头面方向少量移动，且混凝土球体间的缝隙变小，使迎头面渗出的水流缓慢，向迎头面的方向继续挖掘巷道，到达破碎带后将混凝土球体挖出，掘进一定距离后，挖掘出的巷道通过设置的强韧封层进行支护固定，并按照上述步骤进行施工，直至巷道通过破碎带；
D：巷道在掘进的过程中高承压水渗出一部分，导致巷道承受的压力增大，通过硐室和强韧封层的双层支撑用以应对增大的压力，而当硐室受到压力破损后，通过在硐室和强韧封层间的矸石注浆，使硐室和强韧封层结合在一起，对巷道进行整体的支护。
2.根据权利要求1所述的一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，其特征在于：所述第一注浆孔的钻孔角度朝向远离巷道的方向倾斜，且钻孔的深度为5-6m，所述第一注浆孔通过注入水下混凝土形成的硐室的厚度为1-1.5m，所述硐室与巷道间有3-4m的破碎带。
3.根据权利要求1所述的一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，其特征在于：所述步骤A注浆完成后，需要等待24小时以确保构筑的硐室完全成型，所述硐室用于阻止破碎带中的水从侧面渗入巷道。
4.根据权利要求1所述的一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，其特征在于：所述第二注浆孔的深度为5m或7m，并根据破碎带中含水量的多少控制注入水下混凝土的量，使形成的混凝土球体间的距离尽可能的靠近，但每个混凝土球体均是单独的个体互不接触，所述混凝土球体在硬化后其相互间的摩擦力增大且对破碎带中的矸石起到支撑的作用。
5.根据权利要求1所述的一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，其特征在于：所述步骤A和步骤B中通过第一注浆孔和第二注浆孔向破碎带灌注水下混凝土需在迎头面后提前灌注一段距离，以确保硐室和混凝土球体的隔水效果。
6.根据权利要求1所述的一种针对过含水断层破碎带的巷道施工方法，其特征在于：所述强韧封层为通过采用锚杆压扣挂设编制的钢丝绳网格，形成以钢丝绳为径骨、在多层次混凝土喷浆层中间挂设钢丝绳网的混凝土喷层，巷道掘出后，立即进行第一次喷浆，根据围岩软弱状况第一次喷浆层厚度为50mm～100mm，第一层次喷浆后30分钟，施工第一层次锚杆，锚杆间排距700mm～800mm×700mm～800mm，锚杆打好后，开始挂钢丝绳，钢丝绳主绳压在锚杆盖板下面 ，钢丝绳网格350mm×350mm，挂好第一层次钢丝绳后，即进行第二次喷浆，第二层次喷层厚度为60mm～100mm。
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2021
- 2021-07-05 CN CN202110758503.5A patent/CN113404512B/zh active Active
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