CN110206547B - 适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法 - Google Patents
适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110206547B CN110206547B CN201910447171.1A CN201910447171A CN110206547B CN 110206547 B CN110206547 B CN 110206547B CN 201910447171 A CN201910447171 A CN 201910447171A CN 110206547 B CN110206547 B CN 110206547B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vertical shaft
- advanced
- shaft
- surrounding rock
- support
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 127
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 23
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims description 14
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 3
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011378 shotcrete Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 20
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 10
- 238000011161 development Methods 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009435 building construction Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004574 high-performance concrete Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N lead zinc Chemical compound [Zn].[Pb] JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000008262 pumice Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000001550 time effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D5/00—Lining shafts; Linings therefor
- E21D5/04—Lining shafts; Linings therefor with brick, concrete, stone, or similar building materials
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D5/00—Lining shafts; Linings therefor
- E21D5/11—Lining shafts; Linings therefor with combinations of different materials, e.g. wood, metal, concrete
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D5/00—Lining shafts; Linings therefor
- E21D5/12—Accessories for making shaft linings, e.g. suspended cradles, shutterings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明公开了一种适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法，包括：(1)对所述竖井工作面下的地况进行超前探测，以便得到所述地况的超前探测信息；(2)基于获得的所述超前探测信息，在所述竖井的底部进行超前地层预处理；(3)在所述竖井底部开展掘进工作，然后在所述竖井上部井筒***、柔性支护内围处浇筑形成刚性支护；(4)对所述竖井底部进行滞后出碴，并在所述竖井下段围岩上布置柔性支护。该方法克服了竖井高应力区域围岩应力高、地下高水压防治水困难、围岩稳定性控制困难、施工安全隐患多、岩爆风险高等问题，有效解决了深部地层及高应力区域的竖井掘进与支护过程中的难题。
Description
技术领域
本发明属于竖井工程技术领域，具体而言，本发明涉及适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法。
背景技术
长期以来我国矿产资源开采的深度多数处于1000m以内的开采范围，进而形成了成熟的第四系浅部地层成套技术，对于超过1000m深度开采技术研究较少，缺乏开采深地资源的技术储备。近年来，随着浅部资源的不断减少，矿山正在逐渐向1000m至1200m的开采深度迈进，少数的金属矿井正在建设超过1400m的深井开拓***。随着资源及能源需求的继续提升，以及经济技术的发展，矿山竖井向着更深更大规模发展。当前已建成的最深最大竖井工程有：思山岭铁矿副井(直径10m，深度1355m)，会泽铅锌矿3#竖井(直径6.5m，深度1526m)。同时，我国有一批即将建设的深度在1500m左右的储备金属矿山，最深的山东黄金集团西岭金矿及云南会泽铅锌矿深部工程等竖井埋深将超过1800m。
现有的传统竖井掘进与支护工艺技术采用短掘短砌的施工工艺及一次混凝土支护技术。传统方案***完后，紧跟掘砌工作面实施混凝土衬砌支护；混凝土井壁和井底掘进工作面距离近，不考虑围岩压力释放距离。出碴后，工人在无支护保护的裸露围岩下开展下一循环的打眼、装药、起爆工作。竖井掘砌的地质信息，仅依据井筒前期的地表竖井工程勘察孔资料，且竖井工程堪察孔位置常因工程推进而与实际施工竖井偏差较大。掘砌过程中，也不开展超前探测及超前预处理工作；一般要等到实际揭露围岩后，根据遇到的工程地质问题，才开展治理的技术措施。
已建成的深竖井工程揭露出了已有传统竖井掘进与支护技术存在以下问题：
(1)国内已建成的深竖井数量相对较少，投产的深度超过1500m左右的矿山更是寥寥无几，国内可供参考的工程案例少。深部地层呈现出“高应力、高水压、高地温”的特征，使得竖井施工作业环境差、易发生岩爆、防治水工作开展困难。
(2)长期以来在浅部地层施工竖井形成的成熟掘砌工法，即以短掘短砌为特征，***后即进行混凝土井壁衬砌，衬砌完成后即刻出碴；井壁与掘进工作面间不考虑预留围岩释放距离。该工法不能满足合理释放围岩压力的要求，难以适应深部地层特征的围岩控制。
(3)常规浅部竖井井壁采用素混凝土支护，即能满足基岩中井筒稳定要求。混凝土衬砌是一种相对刚性支护结构，其适应围岩变形能力差。在深部高应力地层中，围岩应力释放必然需要一定的变形调整过程。显然，仅采用普通素混凝土支护难以适应深竖井围岩控制要求。
(4)传统竖井施工在开工前施工一个竖井工程勘察孔，能够满足常规竖井设计所需要的基础资料；受工程勘察资料的准确性、施工扰动、掘砌工艺、实际竖井施工位置与工堪孔位偏差等影响，如何准确实时判断井筒工作面下部围岩的信息相对困难。
(5)深井高应力所带来的岩爆，成为影响施工安全的主要风险和防治难点之一；深井高水压所带来的突涌水事故，高水压地层防治水等也是深井建设中需要解决的关键难题之一。传统竖井掘砌工艺不能够很好地考虑高应力、高水压所带来的影响，也未考虑超前预报和超前预处理的相关技术措施；通常要等到实际揭露围岩后，根据遇到的工程地质问题，才实施被动处理的技术措施。
综上所述，传统浅部竖井施工工艺流程及支护技术不能适应深井地层特征，需要寻求与之匹配的新型掘进与支护工艺技术。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法。该方法克服了竖井高应力区域围岩应力高、地下高水压防治水困难、围岩稳定性控制困难、施工安全隐患多、岩爆风险高等问题，有效解决了深部地层及高应力区域的竖井掘进与支护过程中的难题。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)对所述竖井工作面下的地况进行超前探测，以便得到所述地况的超前探测信息；
(2)基于获得的所述超前探测信息，在所述竖井的底部进行超前地层预处理；
(3)在所述竖井底部开展掘进工作，然后在所述竖井上部井筒***、柔性支护内围处浇筑形成刚性支护；
(4)对所述竖井底部进行滞后出碴，并在所述竖井下段围岩上布置柔性支护。
根据本发明实施例的适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法，通过对竖井工作面下的地况进行超前探测，可提前得知竖井工作面下的地况信息，以实时分析竖井工作面即将揭露围岩的实际情况，并可基于获得的超前探测信息确定对深部地层实施哪些超前地层预处理技术措施及调整围岩支护参数，通过实施超前地层预处理，可使得围岩应力逐渐释放、平稳调整，最终与竖井结构形成新的平衡应力场；在竖井底部进行超前地层预处理后，即可开展掘进工作，完成掘进工作后，可在已经进行柔性支护的竖井上部井筒***浇筑形成刚性支护，由此，完成了竖井井壁的柔性支护与刚性支护的复合支护。其中，柔性支护具有一定的变形特征，为竖井围岩提供了约束变形的同时还使围岩能够继续释放应力；而刚性支护基本限制了围岩的继续变形，使竖井围岩达到新的应力平衡状态。通过对竖井围岩柔性支护与刚性支护的配合互补使用，可充分发挥围岩的自承作用，实现竖井的动态实时支护；在完成竖井上部的刚性支护后，对竖井底部进行出碴，即在竖井掘进的过程中实行滞后出碴，滞后出碴可为围岩提供首次变形及应力释放。完成滞后出碴后，对竖井下段围岩布置柔性支护，柔性支护属于主动支护，能够主动改善围岩特征，充分发挥围岩的自承特性，为围岩再次提供变形及应力释放。因刚性支护是在下一次掘进工作之后，由此可又一次为围岩提供变形及应力释放。如此循环，可在竖井掘进过程中，对竖井井筒实现动态实时支护，克服了竖井高应力区域围岩应力高、地下高水压防治水困难、围岩稳定性控制困难、施工安全隐患多、岩爆风险高等问题，有效解决了深部地层及高应力区域的竖井掘进与支护过程中的难题。
另外，根据本发明上述实施例的适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述深部地层的深度大于1000m。
在本发明的一些实施例中，所述高应力区域为所述竖井工作面所处区域的围岩单轴抗压强度与原岩最大主应力比小于等于三的区域。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，采用钻探法或物探法对所述竖井工作面下的地况进行超前探测。由此，有利于得到竖井工作面下的地况信息，以便于后续掘进和支护工作。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述超前探测为选自岩芯物理与化学分析、围岩应力测量、水压力测试、围岩完整性分析、水质分析中的至少之一。由此，可进一步有利于后续掘进和支护工作的开展。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述超前地层预处理为选自超前注水软化、超前卸压、超前***、超前材料植入和超前注浆中的至少之一。由此，可进一步有利于后续掘进和支护工作的开展。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述刚性支护为混凝土支护。由此，可使围岩达到新的应力平衡状态。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述混凝土支护为采用素混凝土、型钢混凝土、纤维混凝土、钢筋混凝土、高性能混凝土、模袋混凝土中的至少之一的支护。由此，可进一步使围岩达到新的应力平衡状态。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，进行至少一次所述柔性支护。由此，有利于约束围岩变形，同时使其能够继续释放应力。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述柔性支护为采用喷射混凝土、锚杆、锚网、锚索、金属网、钢带、和非金属网中的至少之一。由此，可进一步有利于约束围岩变形，同时使其能够继续释放应力。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“多次”的含义是至少两次，例如两次，三次等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法，其中，深部地层的深度大于1000m，高应力区域为竖井工作面所处区域的围岩单轴抗压强度与原岩最大主应力比小于等于三的区域。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：对竖井工作面下的地况进行超前探测
该步骤中，对竖井工作面下的地况进行超前探测，以便得到地况的超前探测信息。发明人发现，通过对竖井工作面下的地况进行超前探测，可提前得知竖井工作面下的地况信息，以实时分析竖井工作面即将揭露围岩的实际情况。具体的，在竖井掘进进入深部地层前，预先进行超前探测准备工作，然后对竖井工作面下的地况进行超前探测，以得到竖井工作面下地况的超前探测信息。
根据本发明的一个实施例，可以采用钻探法或物探法对竖井工作面下的地况进行超前探测。具体的，钻探法是指用钻机在地层中钻孔，以形成测试通道和原位取样，开展有损测试的一种勘探方法。钻探是工程地质勘察中应用最为广泛的一种勘探手段，它可以获得深层的地质资料。而物探方法是一种间接测试方法，是以地下岩土体的物性差异为基础，通过利用仪器测试自然或人工物理场的变化，再根据已建立的物性规律(数学物理模型)去解释实际观测的参数值，然后再将物探成果解译为工程地质成果。
根据本发明的再一个实施例，超前探测可以为选自岩芯物理与化学分析、围岩应力测量、水压力测试、水质分析和围岩完整性分析中的至少之一。具体的，通过观察、分析和测试岩芯，可以了解：①地层的年代、岩性、沉积特征；②地层的物理、化学性质；③地下构造情况，如断层、节理以及它们的倾向、倾角等；④各种测井方法定性、定量解释的基础数据。围岩应力测量是指用仪器在现场测量岩体的应力，以研究岩体应力分布规律，评价围岩等的稳定性。岩体应力测量方法繁多，主要有应力解除法、应力恢复法和水力压裂法等。围岩完整性是对岩体内裂隙的发育承担的综合反映，围岩完整性分析是采用物探与钻探手段测试区域围岩完整性，物探手段以弹性波测试法为代表。由此可实时分析竖井工作面即将揭露围岩的实际情况，并可基于获得的超前探测信息确定对深部地层实施哪些超前地层预处理技术措施及调整围岩支护参数。
S200：基于获得的超前探测信息，在竖井的底部进行超前地层预处理
该步骤中，基于获得的超前探测信息，在竖井的底部进行超前地层预处理。发明人发现，可基于获得的超前探测信息确定对深部地层实施哪些超前地层预处理技术措施及调整围岩支护参数，且通过实施超前地层预处理，可使得围岩应力逐渐释放、平稳调整，最终与竖井工程体形成新的平衡应力场。
根据本发明的一个实施例，超前地层预处理可以为选自超前注水软化、超前卸压、超前***、超前注浆和超前材料植入中的至少之一。例如，若超前钻孔测试表明围岩岩爆风险高，则需实施超前卸压。此时可以开展工作面钻孔卸压、超前***卸压、超前注水软化等相关超前地层预处理技术。
S300：在竖井底部开展掘进工作，然后在竖井上部井筒***、柔性支护内围处浇筑形成刚性支护
该步骤中，在竖井底部开展掘进工作，然后在竖井上部井筒***、柔性支护内围处浇筑形成刚性支护。发明人发现，在竖井底部进行超前地层预处理后，即可开展掘进工作，完成掘进工作后，可在已经进行柔性支护的竖井上部井筒***砌筑刚性支护，由此，完成了竖井柔性支护与刚性支护的复合支护。其中，柔性支护具有一定的变形特征，为竖井围岩提供了约束变形的同时还使围岩能够继续释放应力；而刚性支护基本限制了围岩的继续变形，使竖井围岩达到新的应力平衡状态。柔性支护与刚性支护的配合互补使用，可充分发挥围岩的自承作用，实现竖井的动态实时支护。具体的，掘进工作可以包括***、排烟和下放模板。进一步的，***可以采用光面***或预裂***技术，由此，能够控制裸井断面成型，同时能够最大限度减少***对围岩的损伤并减弱围岩应力集中。具体的，根据***设计参数，采用炮眼布置仪或人工测量布置炮眼，采用竖井专用伞钻进行打眼。完成打眼后，装入抗水性良好的***，采用延期***起爆。完成***排烟后，人员再次进入工作面，根据深竖井施工技术要求，下放凿井吊盘到既定位置，开展模板下放准备工作。接着下放模板，并调整控制浇筑井壁的井筒中心和井筒断面尺寸。随着凿井技术的发展，模板可采用地表稳车悬吊型和自移动模板均可，但自移动模板更便于超深竖井施工。模板完成调整后，在已经进行柔性支护的竖井上侧壁***浇筑形成刚性支护。刚性支护是复合支护的组成部分，是控制井壁围岩和构造井筒空间的结构，是为限制围岩继续变形、防止有害松动、保持围岩稳定性而采取的支护措施。
根据本发明的一个实施例，刚性支护可以以混凝土支护为主，混凝土支护可以为采用素混凝土、型钢混凝土、纤维混凝土、钢筋混凝土、高性能混凝土、模袋混凝土中的至少之一进行支护。由此，混凝土支护基本限制了围岩的继续变形，使竖井围岩达到新的应力平衡状态。发明人发现，通过柔性支护与刚性支护的配合互补使用，可充分发挥围岩的自承作用，实现竖井的动态实时支护。
S400：对竖井底部进行滞后出碴，并在竖井下段围岩上布置柔性支护
该步骤中，对竖井底部进行滞后出碴，并在竖井下段围岩上布置柔性支护。发明人发现，在完成竖井上部的刚性支护后，对竖井底部进行出碴，即在竖井掘进的过程中实行滞后出碴，滞后出碴可为围岩提供首次变形及应力释放。完成滞后出碴后，对竖井下段围岩布置柔性支护，柔性支护属于主动支护，能够主动改善围岩特征，充分发挥围岩的自承特性，为围岩再次变形及应力释放提供了时效。因刚性支护是在下一次掘进工作之后，由此可又一次为围岩变形及应力释放提供时效。如此循环，可在竖井掘进过程中，对竖井井筒实现动态实时支护，克服了竖井高应力区域围岩应力高、地下高水压防治水困难、围岩稳定性控制困难、施工安全隐患多、岩爆风险高等问题，有效解决了深部地层及高应力区域的竖井掘进与支护过程中的难题。具体的，可以根据***进尺，实施分次出碴或者一次排碴到底。出碴可以采用抓岩机(例如，中心回转抓岩机)和吊桶配合，将矸石排出井筒。为保证安全，出碴的同时要检查是否有残炮存留，若有应及时安全清除。出碴(或分次出碴)完成后，实施柔性主动支护。在实施柔性主动支护前，应观察裸露围岩情况及深井围岩监测结果，判断岩爆风险。在无发生岩爆风险时，开展清理浮石，并及时实施柔性主动支护。柔性主动支护结构是复合多次支护的组成部分，是适应围岩应力发放变形的相对柔性结构。同时是主动改善围岩性能，充分发挥围岩自承性能的结构。
根据本发明的一个实施例，可以进行多次柔性支护。发明人发现，对处于高应力区域的竖井，实施一次柔性支护后仍存在较大变形的围岩，应结合时机实施二次或多次柔性支护；对于实施一次柔性支护后，围岩已趋于稳定的竖井，则不需实施多次柔性支护。
根据本发明的再一个实施例，柔性支护可以为采用喷射混凝土、锚杆、锚网、锚索、钢带、金属网和非金属网中的至少之一。例如，可以为锚网支护结构，也可以为锚网喷支护结构，或者锚网+锚索、锚网+钢带等组合的柔性主动联合支护结构。由此，可适应围岩应力发放变形，同时可主动改善围岩性能，充分发挥围岩的自承性能。需要说明的是，在进行多次柔性支护时，每次柔性支护可以为不同柔性支护类型，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要适应围岩应力释放、满足围岩变形即可。
需要说明的是，上面所述的是一个完整掘砌循环的实施方案，实际实施本发明时，一次超前探测和超前地层预处理若能够满足多个掘进循环技术要求，则可以在进行一次超前探测和超前地层预处理后进行多次掘进、复合多次支护过程。同样，也可以在进行多次掘进和多次柔性支护后再进行一次连续的刚性支护。本领域技术人员可以根据竖井的实际情况进行选择。
根据本发明实施例的适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法，通过对竖井工作面下的地况进行超前探测，可提前得知竖井工作面下的地况信息，以实时分析竖井工作面即将揭露围岩的实际情况，并可基于获得的超前探测信息确定对深部地层实施哪些超前地层预处理技术措施及调整围岩支护参数，通过实施超前地层预处理，可使得围岩应力逐渐释放、平稳调整，最终与竖井结构形成新的平衡应力场；在竖井底部进行超前地层预处理后，即可开展掘进工作，完成掘进工作后，可在已经进行柔性支护的竖井上部井筒***浇筑形成刚性支护，由此，完成了竖井井壁的柔性支护与刚性支护的复合支护。其中，柔性支护具有一定的变形特征，为竖井围岩提供了约束变形的同时还使围岩能够继续释放应力；而刚性支护基本限制了围岩的继续变形，使竖井围岩达到新的应力平衡状态。通过对竖井围岩柔性支护与刚性支护的配合互补使用，可充分发挥围岩的自承作用，实现竖井的动态实时支护。在完成竖井上部的刚性支护后，对竖井底部进行出碴，即在竖井掘进的过程中实行滞后出碴，滞后出碴可为围岩提供首次变形及应力释放。完成滞后出碴后，对竖井下段围岩布置柔性支护，柔性支护属于主动支护，能够主动改善围岩特征，充分发挥围岩的自承特性，为围岩再次提供变形及应力释放。因刚性支护是在下一次掘进工作之后，由此可又一次为围岩提供变形及应力释放。如此循环，可在竖井掘进过程中，对竖井井筒实现动态实时支护，克服了竖井高应力区域围岩应力高、地下高水压防治水困难、围岩稳定性控制困难、施工安全隐患多、岩爆风险高等问题，有效解决了深部地层及高应力区域的竖井掘进与支护过程中的难题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法，其特征在于，包括：
(1)对所述竖井工作面下的地况进行超前探测，以便得到所述地况的超前探测信息；
(2)基于获得的所述超前探测信息，在所述竖井的底部进行超前地层预处理；
(3)在所述竖井底部开展掘进工作，然后在所述竖井上部井筒***、柔性支护内围处浇筑形成刚性支护；
(4)对所述竖井底部进行滞后出碴，并在所述竖井下段围岩上布置柔性支护。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述深部地层的深度大于1000m。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高应力区域为所述竖井工作面所处区域的围岩单轴抗压强度与原岩最大主应力比小于等于三的区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用钻探法或物探法对所述竖井工作面下的地况进行超前探测。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述超前探测为选自岩芯物理与化学分析、围岩应力测量、水压力测试、围岩完整性分析、水质分析中的至少之一。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述超前地层预处理为选自超前注水软化、超前卸压、超前***、超前注浆和超前材料植入中的至少之一。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述刚性支护为混凝土支护。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述混凝土支护为采用素混凝土、型钢混凝土、纤维混凝土、钢筋混凝土、模袋混凝土中的至少之一的支护。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，进行至少一次所述柔性支护。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述柔性支护为采用喷射混凝土、锚杆、锚网、锚索、金属网、钢带和非金属网中的至少之一。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910447171.1A CN110206547B (zh) | 2019-05-27 | 2019-05-27 | 适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910447171.1A CN110206547B (zh) | 2019-05-27 | 2019-05-27 | 适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110206547A CN110206547A (zh) | 2019-09-06 |
| CN110206547B true CN110206547B (zh) | 2021-05-11 |
Family
ID=67788870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910447171.1A Active CN110206547B (zh) | 2019-05-27 | 2019-05-27 | 适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110206547B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112364412B (zh) * | 2020-10-19 | 2021-11-30 | 北京科技大学 | 一种深竖井基岩不均匀自重应力场的构建方法 |
| CN112985133B (zh) * | 2021-03-05 | 2022-06-14 | 太原理工大学 | 一种倾斜式重力热管分期治理矸石山深部积温的方法 |
| CN113090272A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-09 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 深竖井及其分区支护方法 |
| CN117948151B (zh) * | 2024-03-27 | 2024-06-28 | 北京城建道桥建设集团有限公司 | 一种以竖井为起点开挖多个隧道的安全高效开挖方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL103142B1 (pl) * | 1975-10-27 | 1979-05-31 | Gornicza zespolona obudowa szybowa | |
| CN101349064B (zh) * | 2008-08-26 | 2010-04-07 | 中国水利水电第五工程局 | 软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法 |
| CN201687480U (zh) * | 2010-08-19 | 2010-12-29 | 李明 | 立井通过厚软弱土层整体顶移钢护筒 |
| CN103850684B (zh) * | 2013-11-22 | 2017-04-05 | 北京中煤矿山工程有限公司 | 一种竖井掘进机扩大反井钻机导井的凿井工艺 |
| CN104453913B (zh) * | 2014-12-19 | 2016-08-03 | 玉溪大红山矿业有限公司 | 一种竖井工作面超前预注浆方法 |
| CN108868776B (zh) * | 2018-07-06 | 2019-10-25 | 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 | 深井高承压破碎岩层超前诱导预注浆加固方法 |
-
2019
- 2019-05-27 CN CN201910447171.1A patent/CN110206547B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110206547A (zh) | 2019-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110206547B (zh) | 适应于深部地层及高应力区域竖井掘进与支护的方法 | |
| CN101705821B (zh) | 一种用于煤矿开采中坚硬顶板控制放顶的方法 | |
| Mandal et al. | Evaluating extent and causes of overbreak in tunnels | |
| CN106089217B (zh) | 复杂地质条件下长大隧道快速施工方法 | |
| CN102071940B (zh) | 煤矿井筒穿越多层采空区的施工方法 | |
| CN104005415B (zh) | 微风化花岗岩中地下连续墙的高效成槽施工方法 | |
| CN109026039A (zh) | 地铁隧道盾构掘进孤石深孔***预处理施工方法 | |
| CN106524844A (zh) | 一种盾构隧道沿线孤石勘查和***处理的施工方法 | |
| CN106288995B (zh) | 一种逐孔起爆***处理废弃采空区方法 | |
| CN105569660B (zh) | 一种多层重叠空区并段台阶中深孔崩落处理方法 | |
| CN104806249B (zh) | 一种短竖井导井掘进施工方法 | |
| CN108151596A (zh) | 引水隧洞***开挖超欠挖控制施工方法 | |
| Zhang et al. | Investigation on the key techniques and application of the new-generation automatically formed roadway without coal pillars by roof cutting | |
| CN109252868A (zh) | 软硬不均地层盾构施工孤石及基岩凸起处理方法 | |
| CN105971630B (zh) | 一种近距离煤层巷道顶板冒落防治方法 | |
| CN109000525A (zh) | 一种盾构掘进上软下硬地层预裂***施工方法 | |
| CN112922606A (zh) | 一种适用iii、iv级围岩大断面铁路隧道全电脑三臂凿岩台车全断面光面***施工方法 | |
| CN107091094A (zh) | 一种中短斜井导井开挖方法 | |
| CN107702604A (zh) | 防渗墙施工中针对冲积花岗岩性巨孤漂石的施工工艺 | |
| CN109612356A (zh) | 基坑开挖***时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法 | |
| CN210829268U (zh) | 适应于矿山深部地层及高应力区域的竖井复合支护结构 | |
| CN113203533A (zh) | 一种冲击地压大的巷道的支护体效验方法及设备 | |
| CN112211639A (zh) | 一种高深度大断面中深孔一次成井方法 | |
| CN115075826B (zh) | 一种下穿管线***减震加固***及其施工方法 | |
| CN112115599B (zh) | 一种密集钻孔弱化顶板孔间距计算方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |