CN104265322A - 一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，属于煤矿开采巷道支护技术领域。该控制方法包括：将深井巷道围岩其断面形状掘成圆形或圆弧形，并沿顺时针方向均等的将巷道断面划分为几个区，然后在围岩周围铺设铁丝网，在深井巷道断面的对应区内依次安装锚杆与锚索，并喷射混凝土喷层，形成“锚网喷”初次支护结构，最后选用钢管混凝土支架对上述初次支护的巷道围岩进行二次支护。本发明采用初次支护结合二次支护的复合支护方法，同时在巷道变形量较大的关键区域增加高预应力锚杆、锚索的支护密度、增加支架的壁厚，以提高支护体的支护强度，能够较好地控制深井巷道围岩的非对称变形。

Description

一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法
技术领域
本发明属于煤矿开采巷道支护技术领域，具体涉及一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法。
背景技术
矿井进入深部开采以后，围岩自重应力和构造应力都进一步增加，两个应力场的叠加使深部应力环境变得更加复杂，同时加上岩层产状及地质构造等因素的影响，使得深部巷道围岩变形往往表现出明显的非对称变形特征。沿巷道中轴线对称面的左右两帮变形不协调，一侧的变形往往较另一侧大，使得巷道整体向一侧偏斜，同时在一些肩角等关键部位的变形量比其他位置变形量大，如图2所示，这种非对称的变形特征给深部巷道支护带来了很大的困难。根据对深部巷道工程的现场调查分析，发现深部巷道均有不同程度的非对称变形破坏特点，而且随巷道所处深度的增大和岩层倾角的增大，这种非对称变形特征逐渐明显。
针对深部巷道非对称变形的特点，当前尚没有专门的支护控制对策,主要还是采用在巷道变形的关键部位加打锚杆锚索的常规方式进行重点加强支护。而对于深部巷道围岩来说，巷道的变形主要是由于高应力场作用下围岩的初期变形与长期流变变形造成的，仅仅采用增大锚杆锚索支护密度的方式并不能给围岩提供足够的支护强度，无法控制围岩的长期流变变形，因此也不能从根本上解决深部巷道的非对称变形问题。
发明内容
鉴于上述不足，本发明提供了一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其目的是提供一种能够在巷道变形关键部位提供足够支护阻力的复合支护方法，从而在根本上解决深部高应力场中巷道的非对称变形问题。
其技术解决方案为：
一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其包括以下步骤：
a、将深井巷道围岩其断面形状掘成圆形或圆弧形，并沿顺时针方向均等的将巷道断面划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，其中，Ⅱ区和Ⅳ区围岩变形量小，Ⅰ区和Ⅲ区围岩变形量大；
b、准备设备，所需设备包括铁丝网、锚杆、锚索和钢管混凝土支架，所述钢管混凝土支架是由若干段空钢管组成的圆形或弧形结构，相邻的空钢管之间选用套管进行连接；
c、初次支护，首先在围岩周围铺设铁丝网，在所述深井巷道断面的Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区依次安装锚杆与锚索，其中Ⅰ区和Ⅲ区内锚杆之间、锚索之间的间排距小于Ⅱ区和Ⅳ区内锚杆之间、锚索之间的间排距，并且Ⅰ区和Ⅲ区均选用高强度的锚杆与锚索，然后在巷道断面喷射混凝土喷层并封闭围岩，所述混凝土喷层的厚度≥100mm；
d、二次支护，上述步骤c完成后，选用钢管混凝土支架对上述初次支护的巷道围岩进行二次支护，在上述初次支护位置的外侧布置钢管混凝土支架，向所述钢管混凝土支架内注入一定的混凝土，所述钢管混凝土支架与巷道初次支护之间留有100mm～200mm的空间，以木板或矸石袋填充作为柔性均压卸压层，在Ⅰ区和Ⅲ区内的支架其壁厚选为10～12mm，在Ⅱ区和Ⅳ区内的支架其壁厚选为6～8mm。
作为本发明的一个优选方案，上述空钢管的管径在168mm～219mm之间。
作为本发明的另一个优选方案，上述钢管混凝土支架包括3～4节段的空钢管。
上述铁丝网的孔径为100mm×100mm。
本发明提出了一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其首先在巷道围岩实施初次支护，然后选用钢管混凝土支架对上述初次支护的巷道围岩进行二次支护，采用初次支护和二次支护的复合支护方法，同时在巷道变形量较大的关键区域如Ⅰ区和Ⅲ区增加高预应力锚杆、锚索的支护密度、增加支架的钢管壁厚，以提高支护体的支护强度，能够较好地控制深井巷道围岩的非对称变形。
其中初次支护对象是针对围岩破裂区内处于残余强度下的岩体，其支护目的就是要最大限度地保持围岩的完整性，降低围岩破裂区的发展速度，同时通过锚杆、锚索对围岩受力状态的改善，帮助提高锚固区内围岩的承载能力。初次支护密度越大，其对围岩力学性能的改善越强，锚固区内围岩承载力越高，因此通过增加巷道关键变形区的初次支护密度，如Ⅰ区和Ⅲ区内的锚杆之间的间排距小于Ⅱ区和Ⅳ区内锚杆之间的排排距，锚索之间的间排距也小于Ⅱ区和Ⅳ区内锚索之间的间排距，这样能够有效控制巷道的前期非对称变形。
二次支护选用在空钢管内充填混凝土后，钢管的套箍约束作用使内部核心混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度和抗压缩变形能力，同时空钢管内填混凝土会对钢管内壁进行有效的支撑，增强了钢管壁的几何稳定性，从而使钢管混凝土支架给围岩提供了很高的承载能力。钢管混凝土支架的承载力受钢管壁厚的影响，壁厚越大，其对核心混凝土的套箍约束能力越强，支架的支护能力越大，因此通过在巷道变形量较大的关键部位如Ⅰ区和Ⅲ区加大该节段钢管的壁厚，可以较大地提高该部分钢混支架的支撑力，从而能够有效控制巷道的后期非对称变形。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明。
图1为本发明深井巷道围岩非对称变形支护断面图；
图2为现有技术中深部巷道变形结构图；
图3为图1的A-A剖面图；
图4为图1的B-B剖面图；
图中，1、锚杆，2、锚索，3、钢管混凝土支架，4、套管，5、混凝土喷层，6、左帮直墙段，7、底板左侧，8、右侧肩角。
具体实施方式
本发明提供了一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，以下结合附图与具体实施例对本发明作进一步的详细说明，使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确。
如图2所示，分别示出了巷道的左帮直墙段6、底板左侧7和右侧肩角8，沿巷道中轴线对称面的左右两帮变形不协调，一侧的变形往往较另一侧大，使得巷道整体向一侧偏斜，同时在一些肩角等关键部位的变形量比其他位置变形量大，这种非对称的变形特征给深部巷道支护带来了很大的困难。
本发明，提供了一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，如图1、图3、图4所示，该支护体系中包括锚杆1、锚索2、钢管混凝土支架3、套管4以及混凝土喷层5，其中，钢管混凝土支架3根据需要设计为圆形或三心拱形等圆弧形结构，钢管混凝土支架3预先在地面进行初加工，其主要为若干个空钢管连接而成，因此首先将空钢管加工成巷道断面形状，并截割为若干节段，各节段之间以套管4连接，套管4的管径比空钢管管径略大，便于安装。
图1中仅仅给出了巷道断面为圆形的实施例，圆形或弧形的断面可有效防止由于断面设计不合理导致的局部应力集中，巷道断面沿顺时针方向被均等的分割为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，其中，Ⅱ区和Ⅳ区围岩变形量小，Ⅰ区和Ⅲ区围岩变形量大。
本发明，一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1：在深井巷道开挖前，先进行巷道断面优化设计，针对深部巷道关键部位应力集中的特点，将巷道断面设计成圆形或三心拱形等全弧形状，这样可有效防止由于断面设计不合理导致的局部应力集中；
步骤2：巷道开挖完成后，及时进行初次支护，以保证围岩完整性，提高其自身的承载能力，具体步骤为：
首先铺设金属网，金属网采用钢筋焊接而成的铁丝网，网孔100mm×100mm；
其次在整个巷道断面内安装锚杆1、锚索2，其中在围岩变形量较小的II区、IV区，锚杆1的间排距假设为a×b，锚索2的间排距假设为c×d；在变形量较大的关键变形I区、III区增加初次补偿加强支护：锚杆、锚索的间排距假设为为a′×b′、c′×d′，其中a′<a,b′<b，c′<c,d′<d，增大锚杆锚索的支护密度，且选用高强度的锚杆、锚索；
最后，在巷道断面内喷混凝土喷层，及时封闭围岩，混凝土喷层厚度不小于100mm。
步骤3：在完成步骤2后，进行钢管混凝土支架3的二次支护，钢管混凝土支架3与巷道初次支护之间预留一定的变形量，其中以矸石袋或木板填充，允许围岩适当变形以进行泄压，预留变形量在100mm～200mm之间，钢管混凝土支架预先在地面进行初加工，首先将空钢管加工弯曲成巷道断面形状，并截割为四节段，各节段之间以套管4连接，套管4的管径比支架管径略大，便于安装，支架各节段管径相同，在168mm～219mm之间；其中在巷道变形量较大的关键变形I区、III区的支架壁厚即钢管壁厚选为10～12mm、在巷道变形量较小的II区、IV区的钢管壁厚选为6～8mm，通过提高钢管的壁厚来增加支架的承载力，从而给巷道关键变形部位提供更大的支护阻力，阻止巷道的非对称变形；空钢管在地面加工完成后，运至井下安装，安装完毕后用混凝土输送泵将配制好的核心混凝土，通过注浆口注入钢管混凝土支架，每架钢管混凝土支架均注满注实，形成钢管混凝土支架二次加强支护，此处混凝土强度等级一般为C40或C50。
当然，以上说明实施方式仅为本发明较佳的具体实施方式，应当说明的是，本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其包括以下步骤：
a、将深井巷道围岩其断面形状掘成圆形或圆弧形，并沿顺时针方向均等的将巷道断面划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，其中，Ⅱ区和Ⅳ区围岩变形量小，Ⅰ区和Ⅲ区围岩变形量大；
b、准备设备，所需设备包括铁丝网、锚杆、锚索和钢管混凝土支架，所述钢管混凝土支架是由若干段空钢管组成的圆形或弧形结构，相邻的空钢管之间选用套管进行连接；
c、初次支护，首先在围岩周围铺设铁丝网，在所述深井巷道断面的Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区依次安装锚杆与锚索，其中Ⅰ区和Ⅲ区内锚杆之间、锚索之间的间排距小于Ⅱ区和Ⅳ区内锚杆之间、锚索之间的间排距，并且Ⅰ区和Ⅲ区均选用高强度的锚杆与锚索，然后在巷道断面喷射混凝土喷层并封闭围岩，所述混凝土喷层的厚度≥100mm；
d、二次支护，上述步骤c完成后，选用钢管混凝土支架对上述初次支护的巷道围岩进行二次支护，在上述初次支护位置的外侧布置钢管混凝土支架，向所述钢管混凝土支架内注入一定的混凝土，所述钢管混凝土支架与巷道初次支护之间留有100mm～200mm的空间，以木板或矸石袋填充作为柔性均压卸压层，在Ⅰ区和Ⅲ区内的支架其壁厚选为10～12mm，在Ⅱ区和Ⅳ区内的支架其壁厚选为6～8mm。
2.根据权利要求1所述的深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其特征在于：所述空钢管的管径在168mm～219mm之间。
3.根据权利要求1所述的深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其特征在于：所述钢管混凝土支架包括3～4节段的空钢管。
4.根据权利要求1所述的深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其特征在于：所述铁丝网的孔径为100mm×100mm。
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