CN110593924B - 一种基于回采巷道全生命周期的支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于回采巷道全生命周期的支护方法，属于巷道支护技术领域，解决了现有巷道支护方法效率低、操作复杂、劳动强度大的问题。该支护方法包括如下步骤：在巷道掘进期间，基于实验与现场实测，获得巷道围岩地质力学参数与围岩松动圈范围；通过数值模拟获得掘进期间的巷道支承压力分布与大小、塑性区范围与回采期间超前压力影响区范围以及超前支承压力集中系数；通过理论计算得出回采巷道支护强度要求，依据支护强度要求确定注浆锚索施工参数；根据注浆锚索施工参数进行注浆锚索施工，待注浆；回采后，对回采期间巷道超前支护段的注浆锚索进行注浆，完成支护。本发明的支护效率高，操作简单，大大降低了劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及巷道支护技术领域，尤其涉及一种基于回采巷道全生命周期的支护方法。
背景技术
单体液压支柱配合金属铰接顶梁是煤矿综采工作面两巷超前支护最为常用的支护形式，该超前支护形式基本满足生产需要，但单体液压支柱配合金属铰接顶梁的支护方式存在安全性差及工人劳动强度大等弊端，同时该支护方式还存在支护强度低、支护速度慢、容易扎底、移动困难和投入成本高等缺点。
随着综采工作面机械化程度的不断提高，在合适地质条件下，我国各大煤矿逐步使用了超前支护液压支架，超前支架根据结构特点可以分为：大采高四连杆超前支护液压支架、自移式超前支护液压支架、跨骑式超前支护液压支架以及履带行走式超前支护液压支架等。前三种超前支护液压支架在移架时，都需要采取降架、拉架(或推架)、升架、调整，再降架和升架等动作。即都存在反复支撑顶板的技术缺陷，这对顶板的稳定性和完整性具有很大破坏性，会对后续移架，支护和安全开采带来极大隐患。对于履带行走式超前支护液压支架这样就会成功的避免顶板的反复支撑破碎。但这样的移架方式所产生的滑动摩擦会严重的影响该支架的使用寿命，且会带来前行阻力较大、行走极其不稳定等缺陷，容易给巷道人员的安全造成危害。
因此，针对目前煤矿巷道在掘进时采用锚杆(索)支护，回采时采用液压支柱配合金属铰接顶梁以及超前液压支架超前支护工艺存在的问题和缺陷，提出在煤矿地质条件较好的巷道掘进时一次性采用注浆锚索支护，回采时在顶板超前支护段注浆加强支护，避免回采时反复支护破坏岩体完整性，减少回采时支护用工要求，满足目前回采工作面安全高效开采的需要。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于回采巷道全生命周期的支护方法，用以解决现有巷道支护方法效率低、操作复杂、劳动强度大的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于回采巷道全生命周期的支护方法，包括如下步骤：
步骤一：在巷道掘进期间，基于实验与现场实测，获得巷道围岩地质力学参数与围岩松动圈范围参数；
步骤二：依据巷道围岩力学性质参数与围岩松动圈范围参数，通过数值模拟获得掘进期间的巷道支承压力分布与大小、塑性区范围与回采期间超前压力影响区范围以及超前支承压力集中系数；
步骤三：基于掘进期间的巷道支承压力与回采期间超前支承压力集中系数，通过理论计算得出回采巷道支护强度要求，依据支护强度要求确定注浆锚索施工参数；
步骤四：根据注浆锚索施工参数进行注浆锚索施工，完成注浆锚索的安装，待注浆；
步骤五：回采后，对回采期间巷道超前支护段的注浆锚索进行注浆，完成支护。
进一步地，步骤一包括样品采集测试步骤、探测钻孔布置及探测步骤；样品采集测试步骤中，对巷道围岩进行取样，对并采集的样品进行测试，获得巷道围岩地质力学参数；探测钻孔布置及探测步骤中，在巷道内布置钻孔，利用探测仪探测现场实测围岩松动圈范围参数。
进一步地，步骤二中，依据所述巷道围岩力学性质参数，基于莫尔-库伦破坏准则建立回采巷道掘进与回采全周期数值计算模型，分析巷道掘进期间的支承压力分布规律与围岩塑性区及围岩变形量数据，并模拟巷道回采过程，得到回采扰动下巷道超前压力影响区与超前支承压力集中系数。
进一步地，所述注浆锚索施工参数包括注浆锚索型号、注浆锚索支护间排距、注浆锚索支护施工孔径、注浆锚索长度、树脂药卷的型号与数量、托盘的型号与尺寸以及注浆锚索预紧力。
进一步地，步骤四中，在回采巷道靠近中间位置且垂直于顶板打锚索孔，靠近帮部的锚索孔倾斜15°施工。
进一步地，步骤四中，顶板掘进期间安装施工一排注浆锚索，一排注浆锚索包括3-4根注浆锚索，利用锚索张拉器对注浆锚索施加高预紧力。
进一步地，沿巷道掘进方向，每隔30-50m设置一矿压监测站。
进一步地，在步骤四与步骤五之间还包括是否需要补装注浆锚索的验证步骤。
进一步地，所述验证步骤为，在工作面回采之前，利用矿压监测站测得的压力参数，得到巷道围岩变形的运移规律，进而确定是否进行补打注浆锚索以及注浆锚索的补打位置、钻装深度和数量；若需要补打，则在需要补装位置施工钻孔，并安装符合规格要求的注浆锚索；若不需要补打，则直接进行步骤五。
进一步地，步骤五中，利用止浆封堵装置替代止浆塞进行止浆封堵。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：
a)本发明提供的基于回采巷道全生命周期的支护方法，回采巷道掘进期间一次支护成巷，利用锚索张拉器对注浆锚索施加高预紧力，一排支护3-4根，排距放大至1-1.5m，与普通锚杆(索)支护相比，可减少支护杆件数，由此降低支护密度；采用掘锚护一体机后，避免支护材料不同带来的工作形式转换，减少工人劳动时间，加快掘进速度。
b)本发明提供的基于回采巷道全生命周期的支护方法，回采后在巷道超前压力影响区注浆加固，使顶板裂隙发育及破碎区域重新胶结成一个整体，充分发挥围岩承载力，实现顶板加强支护。
c)本发明提供的基于回采巷道全生命周期的支护方法，相对传统巷道超前支护工艺，本发明的支护方法，大大简化了施工工序，回采时注浆无需笨重施工器械，只需两名工人操作即可，显著提高支护效率，大大降低工人劳动强度。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例一中回采工作面示意图；
图2为本发明实施例一中注浆锚索的结构示意图；
图3为本发明实施例一中回采巷道支护平面图；
图4为本发明实施例一中回采巷道支护断面图；
图5为本发明实施例二中止浆结构施工示意图；
图6为本发明实施例二中发泡剂注入管结构示意图；
图7为本发明实施例二中外表面具有刻度发泡剂注入管的示意图；
图8本发明实施例例二中注浆锚索施工完成示意图。
附图标记：
1-回采巷道；2-煤岩体；3-回采工作面；4-采空区；5-超前支护段；6-注浆锚索；7-钢带；8-托盘；9-丝堵；10-锚环；11-锚塞；12-止浆塞；13-钢绞丝；14-注浆管；15-出浆口；16-发泡剂喷头；17-浅部破碎围岩；18-发泡剂注入管；19-发泡剂储存罐；20-止浆封堵结构。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
本发明的一个具体实施例，公开了一种基于回采巷道全生命周期的支护方法，能够实现采用巷道注浆锚索6一次成巷支护，具体包括如下步骤：
步骤一：在巷道掘进期间，基于实验室试验与现场实测，获得巷道围岩地质力学参数与围岩松动圈范围参数。具体的，基于巷道工程地质概况与生产技术条件，制定巷道围岩取样与实验室测试方案。该步骤包括样品采集测试步骤、探测钻孔布置及探测步骤；样品采集测试步骤中，对巷道围岩进行取样，对并采集的样品进行测试，获得巷道围岩地质力学参数；探测钻孔布置及探测步骤中，在巷道内布置钻孔，利用探测仪探测现场实测围岩松动圈范围参数。
步骤二：依据巷道围岩力学性质参数与围岩松动圈范围参数，建立回采巷道掘进与回采全周期数值计算模型，通过数值模拟获得掘进期间的巷道支承压力分布与大小、塑性区范围与回采期间超前压力影响区范围以及超前支承压力集中系数。具体的，依据步骤一中获得的巷道围岩力学性质参数，基于莫尔-库伦破坏准则建立回采巷道掘进与回采全周期数值计算模型，分析巷道掘进期间的支承压力分布规律与围岩塑性区及围岩变形量数据；并模拟巷道回采过程，得到回采扰动下巷道超前压力影响区与超前支承压力集中系数。
步骤三：依据步骤二中获得的掘进期间的巷道支承压力与回采期间超前支承压力集中系数，通过理论计算得出回采巷道1支护强度要求，依据支护强度要求确定注浆锚索施工参数。其中，注浆锚索施工参数包括注浆锚索6型号、注浆锚索6支护间排距、注浆锚索6支护施工孔径、注浆锚索6长度、树脂药卷的型号与数量、托盘8的型号与尺寸、注浆锚索6预紧力。其中，注浆锚索6长度依据围岩松动圈、围岩塑性区范围与注浆锚索6支护强度要求设定。
步骤四：在掘进期间进行注浆锚索6施工，完成注浆锚索6的安装，待注浆，回采巷道支护结构如图3至图4所示。具体的，依据步骤三中获得的回采巷道1的注浆锚索施工参数，在巷道掘进期间，在掘进工作面迎头后3～5m处施工。在回采巷道1靠近中间位置且垂直于顶板打锚索孔，靠近帮部的锚索孔垂直顶板向帮部倾斜15°施工。在注浆锚索6顶端放置树脂锚固剂，送入孔内，依次安装止浆塞12、托盘8、锚环10和锚塞11。使用锚杆钻机带动注浆锚索6旋转，搅拌树脂锚固剂使其混合并凝固。待树脂锚固剂完全凝固后，通过锚环10和锚塞11并配合锚索张拉仪器对注浆锚索6进行张拉预紧。
其中，在步骤四中，顶板掘进期间安装施工一排注浆锚索，一排注浆锚索包括3-4根注浆锚索6，利用锚索张拉器对注浆锚索6施加高预紧力，充分发挥围岩的承载能力，保持围岩的完整性。同时沿巷道掘进方向，每隔30-50m设置一矿压监测站，矿压监测站能够获取的监测参数主要包括巷道表面位移、注浆锚索6受力、顶板离层、顶板围岩裂隙演化规律以及监测巷道注浆锚索6加支护矿压显现规律。
步骤五：回采后，对回采期间巷道超前支护段5的注浆锚索6进行注浆，完成支护。依据步骤二中获得的回采期间巷道超前压力影响区，对回采期间巷道超前支护段5注浆锚索6进行注浆。具体的，在当前回采工作面3开始回采后，在超前支承压力作用下，会导致工作面前方产生超前压力影响区，并引起顶板裂隙扩展发育，图1示出了回采工作面的断面示意图。基于回采期间巷道超前压力影响区范围，在巷道顶板超前段通过注浆管14对注浆锚索6注浆，浆液沿注浆管14注入，从出浆口15流入注浆锚固段，待浆液凝固后，完成支护。
本实施例中，为了加强支护效果，在步骤四与步骤五之间还包括是否需要补装注浆锚索6的验证步骤，其目的在于确定目前设置的注浆锚索6的设置方案能否满足支护要求，进而确定是否需要补装注浆锚索6，具体操作为：在工作面回采之前，根据矿压监测站测得的压力参数，得到巷道围岩变形的运移规律，依据巷道围岩变形的运移规律，确定是否进行补打注浆锚索6以及注浆锚索6的补打位置、钻孔深度和数量，若需要补打，则在需要补装位置施工钻孔，并安装符合规格要求的注浆锚索6；若不需要补打，则直接进行步骤五。
本实施例中，采用的注浆锚索6的结构如图2所示，包括丝堵9、锚环10、锚塞11、止浆塞12、钢绞丝13、注浆管14、出浆口15组成。注浆锚索6可分为外露段、注浆锚固段和树脂锚固段。通过注浆管14由出浆口15流出，对围岩注浆，利用锚环10和锚塞11预紧，提高了锚索的承载能力和支护效果，在裂隙发育带、顶板破碎带受回采扰动的巷道围岩控制和支护及维护效果明显。注浆锚索6外部为钢绞线13，注浆锚索6内设置有注浆管14，所述注浆管14的中后部设有出浆口15。注浆锚索6通过注浆塞12密封固定于煤岩壁上的注浆口处，所述注浆锚索6上依次设置有锚环10、锚塞11、托盘8，所述托盘8挤压注浆塞12的大头端。
与现有技术相比，本实施例提供的基于回采巷道全生命周期的支护方法，针对煤矿在回采工作面超前支护单体支柱劳动强度大，支护操作麻烦；超前支架反复支承后破碎离层，巷道有效断面积小，引起风速超限等安全隐患，并且超前支架较大的支承覆盖面积会造成顶部锚索外漏部分严重变形，导致锚索托盘8无法回收复用，引起采空区悬顶面积过大，浪费材料，存在重大顶板事故隐患，反复支护存在破坏煤岩体完整性的问题。本发明的目的是提供一种注浆锚索超前支护工艺，在掘进支护设计时充分考虑回采时巷道超前支承压力影响，保留冗余的支护强度，从而使巷道在掘进时一次性支护即可完成，回采时在巷道超前压力影响区注浆加强支护，代替原有的单体支柱超前支护工艺。能达到在煤矿深部高应力区、软岩和破碎带巷道支护和加固的要求，具有支护范围大、支护强度高、施工便利的优点。采用注浆锚索6作为主体支护，锚索锚入顶板稳定围岩中，将煤层顶板悬吊于上层坚固岩层，并且对顶板成施加轴向约束力，形成稳定结构进行承载。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，注浆锚索6注浆后钻孔的封孔止浆方法不同，实施例一种采用止浆塞12进行止浆，但针对破碎围岩情况，采用止浆塞12的止浆效果差，容易漏浆，严重影响了注浆锚索的支护效果。为了克服上述缺陷，本发明提出一种新的注浆锚索封孔止浆方法，特别设计了一种止浆封堵装置，止浆封堵装置是根据注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙结构提出的，止浆封堵装置能够向注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙内注入发泡剂，通过预先探测围岩破碎岩层区域，将发泡剂注入钻孔中稳定岩层位置，发泡剂能够与钻孔侧壁稳定围岩之间形成封堵结构，从而将钻孔封住，防止浆液漏出，以实现预期位置的封孔封堵效果。
本发明的一个具体实施例，如图5所示，公开了一种止浆封堵装置，包括发泡剂喷头16和发泡剂注入管18，发泡剂注入管18的一端连接发泡剂喷头16，另一端与发泡剂储存罐19连接；发泡剂喷头16和发泡剂注入管18均能够套设在注浆锚索6上，并能够沿注浆锚索6在钻孔内移动；发泡剂喷头16喷出的发泡剂形成的固化泡沫体能够与孔壁接触完成止浆封堵。优选地，发泡剂喷头16和发泡剂注入管18均为同轴设置的内外双管结构，内外双管结构的横截面为圆环状，双管结构的内径大于注浆锚索6的直径，双管结构的环形空间供发泡剂流动。发泡剂储存罐19与发泡剂注入管18的连接处设有开关，发泡剂储存罐19的内部具有一定的压力，其内部压力大于大气压力，打开开关，发泡剂储存罐19中的发泡剂在压力作用下通过发泡剂注入管18经发泡剂喷头16注入钻孔中。
本实施例中，发泡剂选用遇水膨胀的发泡剂，优选采用聚氨酯发泡剂。其原因在于，矿山施工钻孔主要采用水钻，施工过后，钻孔壁会遗留一定的水分，因此，选用属于湿固化泡沫的聚氨酯发泡剂，聚氨酯发泡剂喷在潮湿的钻孔表面，湿度越大，固化的越快。聚氨酯发泡剂具有前发泡、高膨胀、收缩小等优点，喷出后会迅速膨胀并与空气或接触到的基体中的水分发生固化反应形成泡沫，聚氨酯发泡剂形成的固化泡沫体具有良好的弹性和粘结力，能够与钻孔壁和注浆锚索6高效接合，密封止浆效果更好。由于施工注浆锚索6钻孔时，时常会出现孔壁石块掉落的情况，采用现有止浆橡胶塞作为浆液封堵结构20，止浆橡胶塞与石块掉落部位易出现空隙，造成封浆效果较差，导致浆液从顶板围岩浅部破碎围岩17区域渗流出来这一情况，采用本实施例提供的止浆封堵装置进行注浆锚索6钻孔浆液封堵时，由于聚氨酯发泡剂的发泡膨胀性可有效避免出现现有止浆橡胶塞封堵之后出现空隙这一情况，使得浆液通过顶板围岩裂隙有效进入待注浆围岩，将其胶结成一个整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角和弹性模量，进而岩体的强度得到提高，使得原本破碎松散自承力较小的顶板围岩成为了整体支护结构的一部分，巷道整体支护强度得到进一步提升。同时，注浆时浆液在泵压作用下渗透进入一些裂隙孔隙，同时在压力作用下使一些无法充填的细小裂隙压密闭合，从而降低煤岩体的裂隙度，改善了裂隙孔隙周围的应力分布状态，提高了围岩的强度，由于现有止浆橡胶塞与石块掉落部位易出现空隙，注浆后在封堵空间内形成的压力小于采用本实施例提供的止浆封堵装置进行注浆锚索6钻孔浆液封堵时的压力，因此，采用本实施例提供的止浆封堵装置进行注浆锚索6钻孔浆液封堵时，浆液在泵压作用下能够渗透到更深处围岩裂隙孔隙中，使得支护效果更好。
本实施例中，发泡剂喷头16包括喷头内管和喷头外管，喷头内管的管径大于注浆锚索6的直径，喷头外管的管径小于锚索钻孔的孔径，喷头内管与喷头外管同轴设置，喷头内管的外壁与喷头外管的内壁之间通过连接件固定连接，喷头内管与喷头外管的环形空间供发泡剂流动。发泡剂喷头16的出液端的环形空间内设有喷液组件，喷液组件设有喷液孔，设置喷液孔能够使发泡剂均匀喷出至指定位置。
本实施例中，发泡剂注入管18包括内注入管和外注入管，如图6所示，内注入管的管径大于注浆锚索6的直径，外注入管的管径小于锚索钻孔的孔径，内注入管与外注入管同轴设置，内注入管的外壁与外注入管的内壁之间通过连接件固定连接，内注入管与外注入管的环形空间供发泡剂流动，内注入管与发泡剂喷头16的喷头内管连接，外注入管与发泡剂喷头16的喷头外管连接，优选地，连接处为可拆卸变径结构，井下将发泡剂喷头16与发泡剂注入管18分段保存，携带安装更加方便。
为了使聚氨酯发泡剂均匀有效的充填至注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙中，将发泡剂喷头16和发泡剂注入管18设计为同轴设置的内外双管结构，内外双管结构的横截面为圆环状，内注入管的管径大于注浆锚索6的直径，外注入管的管径小于锚索钻孔的孔径。聚氨酯发泡剂通过内注入管与外注入管的环形空间注入注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙中，由于聚氨酯发泡剂从发泡剂储存罐中喷出的同时性，聚氨酯发泡剂在内注入管与外注入管之间的圆环管道内均匀分布，使得聚氨酯发泡剂能够同高度平行充填注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙。
为了更好地控制发泡剂注入量，发泡剂注入管18由透明硬质材料制成，并且发泡剂注入管18的外表面设有刻度，如图7所示，此结构的发泡剂注入管18能够实现对聚氨酯发泡剂注入高度与注入量进行实时观测，提升了可操作性。
为了保证注浆锚索6与钻孔壁之间存在空隙，止浆封堵装置还设有注浆锚索限位器，注浆锚索限位器为环形结构，注浆锚索限位器的内径大于等于注浆锚索6的直径，注浆锚索限位器的外径小于等于钻孔的孔径，使用时，先将注浆锚索限位器套在注浆锚索6预设位置上，并将注浆锚索6及注浆锚索限位器推进至钻孔内，再将发泡剂注入管18及发泡剂喷头16套在注浆锚索6并向钻孔内部推进，由于注浆锚索限位器的存在，使注浆锚索6与钻孔更接近同轴设置，确保注浆锚索6推入钻孔后与钻孔壁之间形成规则均匀的圆环空隙，发泡剂能够充填于整个环形空间，从而保证了封堵效果。
本实施例中的一个优选方式，施工注浆锚索钻孔的孔径为32～38mm，注浆锚索6的直径为17.8～22mm，发泡剂喷头16和发泡剂注入管18的内径均大于22mm、外径均小于32mm。
实施时，基于步骤一确定的围岩松动圈范围，找到破碎岩层区域与稳定岩层之间的界限，确定封堵位置，封堵位置位于稳定岩层内。或者，在步骤四注浆锚索钻孔施工完毕后、安装注浆锚索之前，通过钻孔窥视仪对巷道围岩松动圈进行观察分析，得出围岩浅部破碎围岩17区域高度，进而确定止浆封堵结构20布设高度，聚氨酯发泡剂充填注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙所形成的封浆堵孔结构的高度，如图8所示。在步骤五中，在进行注浆前，将止浆封堵装置套设在注浆锚索4上，将止浆封堵装置的发泡剂喷头16端部推送至所需止浆位置，并将聚氨酯发泡剂注入注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙中，聚氨酯发泡剂形成的固化泡沫体与孔壁紧密粘结接触形成一种稳固的止浆封堵结构20，完成预定位置封堵，随后安装锚索托盘8和锚索锁具，施加预紧力达到预定水平，待聚氨酯发泡剂固化后，进行注浆作业，完成支护。由于聚氨酯发泡剂形成的固化泡沫体与孔壁紧密粘结接触成为一种稳固的止浆封堵结构20，浆液将不会通过浅部破碎围岩17渗漏出围岩体，会更高效的向待注浆围岩区域扩散，形成良好的支护效果。
本实施例中，在等待锚固剂固结的同时把发泡剂喷头16与发泡剂注入管18连接体穿过注浆锚索6，此时，发泡剂喷头16与发泡剂注入管18套设在注浆锚索6上且位于注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙。将发泡剂喷头16向钻孔内部推进过程中，通过发泡剂注入管18上的刻度标记判断需要推进长度，直至将发泡剂喷头16的端部推送至所需止浆区域位置，止浆区域位置位于稳定岩层内，靠近破碎岩层。打开发泡剂储存罐19的开关，发泡剂储存罐19中的聚氨酯发泡剂在压力作用下通过发泡剂注入管18经发泡剂喷头16注入注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙中，聚氨酯发泡剂形成的固化泡沫体与孔壁紧密粘结接触形成一种稳固的止浆封堵结构20，完成封堵。
本实施例是通过止浆封堵装置将聚氨酯发泡剂通过发泡剂喷头16与发泡剂注入管18连接体注入注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙，聚氨酯发泡剂从发泡剂储存罐中喷出后会迅速膨胀，并与空气和接触到的孔壁中的水分发生固化反应形成泡沫，聚氨酯发泡剂形成的固化泡沫体具有良好的弹性和粘结力，与孔壁紧密粘结接触形成一种稳固的止浆封堵结构20，以代替原有的常规橡胶止浆塞对浆液进行封堵。
由于施工注浆锚索6钻孔时，时常会出现孔壁石块掉落的情况，采用现有止浆橡胶塞作为浆液封堵结构，止浆橡胶塞与石块掉落部位易出现空隙，造成封浆效果较差，导致浆液从顶板围岩浅部破碎围岩17区域渗流出来这一情况，采用本实施例提供的注浆锚索封孔止浆方法进行封堵时，由于聚氨酯发泡剂的发泡膨胀性可有效避免出现现有止浆橡胶塞封堵之后出现空隙这一情况，使得浆液通过顶板围岩裂隙有效进入待注浆围岩，将其胶结成一个整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角和弹性模量，进而岩体的强度得到提高，使得原本破碎松散自承力较小的顶板围岩成为了整体支护结构的一部分，巷道整体支护强度得到进一步提升。同时，注浆时浆液在泵压作用下渗透进入一些裂隙孔隙，同时在压力作用下使一些无法充填的细小裂隙压密闭合，从而降低煤岩体的裂隙度，改善了裂隙孔隙周围的应力分布状态，提高了围岩的强度，由于现有止浆橡胶塞与石块掉落部位易出现空隙，注浆后在封堵空间内形成的压力小于采用本实施例提供的注浆锚索封孔止浆方法进行注浆锚索6钻孔浆液封堵时的压力，因此，采用本实施例提供的注浆锚索封孔止浆方法进行注浆锚索6钻孔浆液封堵时，浆液在泵压作用下能够渗透到更深处围岩裂隙孔隙中，使得支护效果更好。
与现有技术相比，本实施例提供的基于回采巷道全生命周期的支护方法，注浆锚索进行注浆时采用不同于传统止浆封堵方法，根据注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙结构设计了一种止浆封堵装置，并且采用聚氨酯发泡剂替换传统的止浆塞，通过变换止浆材料实现了更好更可靠的封堵效果。具体的，通过将发泡剂喷头16和发泡剂注入管18套设在注浆锚索6上，并能够沿着注浆锚索6向钻孔内推进，直至推进到待封堵位置，再将聚氨酯发泡剂注入注浆锚索6与钻孔壁之间的圆环空隙中，聚氨酯发泡剂形成的固化泡沫体与孔壁紧密粘结接触形成一种稳固的止浆封堵结构20，完成封堵。充分利用了聚氨酯发泡剂具有前发泡、高膨胀、收缩小等优点，喷出后会迅速膨胀并与空气或接触到的基体中的水分发生固化反应形成泡沫，聚氨酯发泡剂形成的固化泡沫体具有良好的弹性和粘结力，能够与钻孔壁和注浆锚索6高效接合，密封止浆效果更好，实现更高效注浆，达到更好的支护效果。该注浆锚索封孔止浆方法，操作方便，能够有效控制止浆封堵结构20的安设位置，实现预期位置的封孔封堵，有效防止了在巷道浅部破碎的围岩中注浆时浆液渗漏，具有工程可靠、环保节能和操作简便等优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在巷道掘进期间，基于实验与现场实测，获得巷道围岩地质力学参数与围岩松动圈范围参数；
步骤二：依据巷道围岩力学性质参数与围岩松动圈范围参数，通过数值模拟获得掘进期间的巷道支承压力分布与大小、塑性区范围与回采期间超前压力影响区范围以及超前支承压力集中系数；
步骤三：基于掘进期间的巷道支承压力与回采期间超前支承压力集中系数，通过理论计算得出回采巷道支护强度要求，依据支护强度要求确定注浆锚索施工参数；
步骤四：根据注浆锚索施工参数进行注浆锚索施工，完成注浆锚索的安装，待注浆；
步骤五：回采后，对回采期间巷道超前支护段的注浆锚索进行注浆，完成支护。
2.根据权利要求1所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，步骤一包括样品采集测试步骤、探测钻孔布置及探测步骤；
样品采集测试步骤中，对巷道围岩进行取样，对并采集的样品进行测试，获得巷道围岩地质力学参数；
探测钻孔布置及探测步骤中，在巷道内布置钻孔，利用探测仪探测现场实测围岩松动圈范围参数。
3.根据权利要求1或2所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，步骤二中，依据所述巷道围岩力学性质参数，基于莫尔-库伦破坏准则建立回采巷道掘进与回采全周期数值计算模型，分析巷道掘进期间的支承压力分布规律与围岩塑性区及围岩变形量数据，并模拟巷道回采过程，得到回采扰动下巷道超前压力影响区与超前支承压力集中系数。
4.根据权利要求1所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，所述注浆锚索施工参数包括注浆锚索型号、注浆锚索支护间排距、注浆锚索支护施工孔径、注浆锚索长度、树脂药卷的型号与数量、托盘的型号与尺寸以及注浆锚索预紧力。
5.根据权利要求1-2、4任一所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，步骤四中，在回采巷道靠近中间位置且垂直于顶板打锚索孔，靠近帮部的锚索孔倾斜15°施工。
6.根据权利要求1所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，步骤四中，顶板掘进期间安装施工一排注浆锚索，一排注浆锚索包括3-4根注浆锚索，利用锚索张拉器对注浆锚索施加高预紧力。
7.根据权利要求6所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，沿巷道掘进方向，每隔30-50m设置一矿压监测站。
8.根据权利要求1所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，在步骤四与步骤五之间还包括是否需要补装注浆锚索的验证步骤。
9.根据权利要求8所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，所述验证步骤为，在工作面回采之前，利用矿压监测站测得的压力参数，得到巷道围岩变形的运移规律，进而确定是否进行补打注浆锚索以及注浆锚索的补打位置、钻装深度和数量；
若需要补打，则在需要补装位置施工钻孔，并安装符合规格要求的注浆锚索；若不需要补打，则直接进行步骤五。
10.根据权利要求1-2、4、6-9任一所述的基于回采巷道全生命周期的支护方法，其特征在于，步骤五中，利用止浆封堵装置替代止浆塞进行止浆封堵。
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