CN112412507B - 一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法，在巷道围岩进行钻孔，将钻孔等分为若干段，利用钻孔成像仪，分析得到巷道普通锚杆支护后巷道围岩每段钻孔内裂隙综合宽度，划分区间，建立巷道锚杆注浆判定指标，在判定需要注浆的巷道进行锚杆注浆加固，并基于巷道围岩每段钻孔内裂隙综合宽度，设置注浆锚杆杆体出浆孔数量。本发明的一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法不仅能够通过钻孔成像仪对巷道围岩是否需要注浆加固进行可视化判定分析，而且可以确定注浆锚杆杆体出浆孔数量，提高了锚杆注浆加固的科学性和可靠性，为巷道围岩控制尤其是深部破碎围岩锚杆注浆加固施工提供了科学依据。
Description
技术领域
本发明属于巷、隧道支护技术领域，具体涉及一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法。
背景技术
随着国家对交通、水利水电工程建设投入的加大，以及煤炭资源开采强度及深度增加，长大深埋隧洞、巷道、大断面盾构隧道越来越多，巷道围岩稳定性问题愈发重要。锚杆注浆加固技术作为一种传统加固方式，可有效填充围岩裂隙，改善围岩破碎状态，提高峰后围岩强度，增强围岩自承能力，控制围岩变形破坏，为巷道后期扩巷、加固提供可靠基础。然而，任何支护体系都有一定的适用范围，注浆加固工序较为复杂，所需设备较多，所需时间较长，用常规普通锚杆支护使巷道保持稳定的情况下，使用锚杆注浆支护将是不经济、不实用的，即使在用常规普通锚杆支护不能使巷道保持稳定的不稳定岩层，例如强流变泥岩、裂隙不发育岩层，锚杆注浆支护也不适用，有可能还会产生不利效果。因此，合理判断巷道是否需要锚杆注浆支护至关重要，而目前在巷道是否需要锚杆注浆方面，主要依赖于经验，不利于巷、隧道围岩稳定性的控制和锚杆注浆支护的应用。
另外，锚杆注浆支护属于隐蔽工程，在锚杆注浆支护过程中，巷道围岩裂隙分布不均匀，常规锚杆注浆后浆液不能根据裂隙分布进行填充，造成围岩裂隙填充程度较低，影响注浆效果和对巷道围岩稳定性的控制。巷道锚杆注浆支护在巷道锚杆注浆判定及实施方面需要进行改进。
发明内容
鉴于上述现有技术方法的不足，本发明拟提供一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法，能够判断巷道是否需要进行锚杆注浆支护，并根据裂隙分布合理分配注浆浆液，提高围岩裂隙填充程度，从而节约支护成本，提高支护效率，提高巷道支护质量和注浆加固效果。
为实现上述目的，本发明的具体方法步骤如下：
步骤一：将常规普通锚杆支护后巷道围岩指定范围由内到外依次划分为若干段，每段长0.3m，在一段巷道范围内顶板及两帮分别选取易于失稳关键部位进行钻孔，钻孔穿过巷道围岩指定范围；
步骤二：钻孔结束，利用钻孔成像仪分别在巷道顶板及两帮钻孔内进行探测，生成图像；
步骤三：根据钻孔成像仪生成的钻孔内图像，根据裂隙类型，大体划分为横向闭合裂隙、纵向闭合裂隙、横向张开裂隙、纵向张开裂隙、破碎区5类，分别统计顶板及两帮钻孔范围内的每段巷道围岩不同类型裂隙的实际宽度；
步骤四：基于顶板及两帮钻孔范围内的每段巷道围岩不同类型裂隙的实际宽度，利用权重分析法，分别确定顶板及两帮钻孔范围内的每段巷道围岩裂隙综合宽度，建立巷道锚杆注浆判定指标，划分锚杆注浆判定等级，对该段巷道顶板或两帮是否需要进行锚杆注浆加固进行判定；
步骤五：根据巷道锚杆注浆判定结果，在判定结果为需要进行锚杆注浆加固的巷道顶板或两帮进行分段注浆加固，根据巷道围岩分段和该段巷道顶板或两帮注浆锚杆杆体所在围岩分段判定等级，确定该段巷道顶板或两帮注浆锚杆杆体上出浆孔数量和分布，基于巷道围岩钻孔裂隙分布情况，实现针对性注浆加固；
步骤六：完成一段巷道是否需要锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施后，重复步骤一～五，进行下一段巷道锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施，直至完成整个巷道的锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施。
步骤一中，所述巷道围岩指定范围由理论计算得出，理论计算具体如下式：
L＝max{R,L锚}+1 式1
式中：R为塑性区半径；r为巷道半径；p为原岩应力；pi为支护阻力；
为围岩内摩擦角；C为围岩的黏聚力；L锚为巷道普通锚杆锚固深度；
步骤四中，所述每段巷道围岩裂隙综合宽度的计算公式为：
式中：Sd为顶板或两帮第dj段巷道围岩内裂隙综合宽度，j＝1、2、3、...、n；dji为第dj段钻孔内第i条裂隙的实际宽度；Wk为第i条裂隙的类型所对应的权重，k＝1、2、3、4、5，W1～W5分别对应横向闭合裂隙、纵向闭合裂隙、横向张开裂隙、纵向张开裂隙、破碎区5种裂隙，且W1+W2+W3+W4+W5＝1；
步骤四中，所述巷道锚杆注浆判定指标为：
式中：Sg为顶板或两帮各段巷道围岩裂隙综合宽度的均值；
步骤四中，所述锚杆注浆判定等级是将每段巷道围岩裂隙综合宽度划分为A(<0.100m)、B(0.100～0.199m)、C(0.200～0.299m)、D(≥0.300m)四个等级，当各段巷道围岩裂隙综合宽度的均值Sg≥0.100m，即巷道顶板或两帮锚杆注浆判定等级不为A时，判定巷道顶板或两帮需要进行锚杆注浆加固；
步骤五中，所述巷道顶板或两帮注浆锚杆杆体上出浆孔数量和分布是根据巷道顶板或两帮锚杆注浆判定等级确定的，A、B、C、D四个锚杆注浆判定等级分别对应每段巷道围岩内部注浆锚杆杆体上出浆孔数量为0个、2个、4个、6个，由每段巷道围岩内裂隙综合宽度Sd所在锚杆注浆判定区间得到各段巷道围岩内注浆锚杆杆体上出浆孔数量。
优选的是，步骤二中，所述钻孔成像仪可以输出描述钻孔岩芯或孔壁围岩的立体柱状图或平面展开图，用于钻孔探测数据统计，所述钻孔探测数据包括围岩裂隙倾向、倾角及宽度。
优选的是，步骤五中，注浆锚杆杆体上出浆孔为交错布置。
优选的是，步骤五中，所述注浆锚杆杆体长度根据每段巷道围岩裂隙综合宽度Sd进行设置，注浆锚杆杆体长度应大于巷道至围岩最外端Sd≥0.100m围岩段的距离。
本发明的有益效果包括：
1)本发明将钻孔成像技术应用到巷道是否需要进行锚杆注浆支护的判定中，避免了盲目注浆支护的问题，可以更加直观的判断巷道是否需要进行锚杆注浆支护，方法新颖，使巷道支护方式的选择更具科学性；
2)通过巷道围岩裂隙综合宽度，可以对巷道常规普通锚杆支护效果进行简单的评估，克服了依赖于经验进行评价的问题；
3)本发明采用分段注浆加固，克服了传统锚杆注浆支护裂隙充填准确性不高、盲目性注浆的缺点，使注浆浆液充填更符合裂隙分布，注浆过程更具全面性、合理性，锚杆注浆效果更好。
另外，本发明还具有操作简单，使用便捷等优点。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明围岩钻孔布置及锚杆注浆判定示意图；
图2是本发明图1中Ⅰ处的放大图；
图3是本发明图2中Ⅱ处的放大图；
图4是本发明锚杆注浆分段实施示意图。
图5是本发明图4中Ⅲ处的放大图；
图中：1-巷道，2-围岩，3-注浆锚杆，d1～d7-巷道围岩分段，K1～K3-巷道顶板及两帮围岩钻孔，Sd1～Sd7-左帮第d1～d7段围岩内裂隙综合宽度，Sg-左帮各段巷道围岩裂隙综合宽度均值，d21～d25-左帮第d2段围岩1～5号裂隙的实际宽度，W1-横向闭合裂隙权重，W2-纵向闭合裂隙权重，W3-横向张开裂隙权重，W4-纵向张开裂隙权重，W5-破碎区权重，A～D-围岩裂隙综合宽度等级。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
本发明基于钻孔窥视探测等技术研究手段，分别统计围岩钻孔各种裂隙发育程度等参数，并通过权重分析法，对巷道围岩是否需要锚杆注浆进行综合分析，建立锚杆注浆判定指标，并根据裂隙分布合理分配注浆浆液，提高围岩裂隙填充程度，提高巷道支护质量和注浆加固效果。
为实现上述目的，本发明通过对巷道施工情况的描述，具体说明巷道锚杆注浆判定及分段实施方法：
步骤一：经过计算，得到巷道围岩指定范围为2.3m，将常规普通锚杆支护后巷道围岩指定范围由内到外依次划分为d1～d7共7段，每段长0.3m，在一段巷道范围内顶板及两帮分别选布置钻孔K1～K3，钻孔穿过巷道围岩指定范围，如图1所示；
步骤二：钻孔结束，利用钻孔成像仪分别在巷道顶板及两帮K1～K3钻孔内进行探测，生成图像；
步骤三：根据钻孔成像仪生成的钻孔内图像，根据裂隙类型，大体划分为横向闭合裂隙、纵向闭合裂隙、横向张开裂隙、纵向张开裂隙、破碎区5类，分别统计顶板及两帮钻孔范围内的每段巷道围岩不同类型裂隙的实际宽度；
步骤四：以K1钻孔为例，基于钻孔范围内的每段巷道围岩不同类型裂隙的实际宽度，以实际裂隙宽度乘以相对应的裂隙权重系数，分别确定钻孔范围内的每段巷道围岩裂隙综合宽度，其中第d2段综合宽度计算如图3所示，建立巷道锚杆注浆判定指标，划分锚杆注浆判定等级A～D，对该段巷道左帮是否需要进行锚杆注浆加固进行判定，如图2所示；
步骤五：根据巷道锚杆注浆判定结果，在判定结果为需要进行锚杆注浆加固的巷道顶板或两帮进行分段注浆加固，如图3所示，其中，以K1钻孔所在的巷道左帮为例，根据巷道围岩分段和注浆锚杆杆体所在围岩分段判定等级，确定巷道左帮注浆锚杆杆体需至第d5段围岩范围，注浆锚杆杆体上出浆孔数量和分布如图5所示；
步骤六：完成一段巷道是否需要锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施后，重复步骤一～五，进行下一段巷道锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施，直至完成整个巷道的锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (4)
1.一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一：将常规普通锚杆支护后巷道围岩指定范围由内到外依次划分为若干段，每段长0.3m，在一段巷道范围内顶板及两帮分别选取易于失稳关键部位进行钻孔，钻孔穿过巷道围岩指定范围；所述的巷道围岩指定范围的理论计算公式如下：
L＝max{R,L锚}+1 式1
式中：R为塑性区半径；r为巷道半径；p为原岩应力；pi为支护阻力；
为围岩内摩擦角；C为围岩的黏聚力；L锚为巷道普通锚杆锚固深度；
步骤二：钻孔结束，利用钻孔成像仪在巷道顶板及两帮钻孔内进行探测，生成图像；
步骤三：根据所述图像以及裂隙类型，划分为横向闭合裂隙、纵向闭合裂隙、横向张开裂隙、纵向张开裂隙、破碎区5类，分别统计顶板及两帮钻孔范围内的每段巷道围岩不同类型裂隙的实际宽度；
步骤四：基于顶板及两帮钻孔范围内的每段巷道围岩不同类型裂隙的实际宽度，利用权重分析法，分别确定顶板及两帮钻孔范围内的每段巷道围岩裂隙综合宽度，建立巷道锚杆注浆判定指标，划分锚杆注浆判定等级，对该段巷道顶板或两帮是否需要进行锚杆注浆加固进行判定；所述的每段巷道围岩裂隙综合宽度的计算公式为：
式中：Sd为顶板或两帮第dj段巷道围岩内裂隙综合宽度，j＝1、2、3、...、n；dji为第dj段钻孔内第i条裂隙的实际宽度；Wk为第i条裂隙的类型所对应的权重，k＝1、2、3、4、5，W1～W5分别对应横向闭合裂隙、纵向闭合裂隙、横向张开裂隙、纵向张开裂隙、破碎区5种裂隙，且W1+W2+W3+W4+W5＝1；
所述的巷道锚杆注浆判定指标的计算公式为：
式中：Sg为顶板或两帮各段巷道围岩裂隙综合宽度的均值；
所述的锚杆注浆判定等级是将每段巷道围岩裂隙综合宽度划分为A(<0.100m)、B(0.100～0.199m)、C(0.200～0.299m)、D(≥0.300m)四个等级，当各段巷道围岩裂隙综合宽度的均值Sg≥0.100m，即巷道顶板或两帮锚杆注浆判定等级不为A时，判定巷道顶板或两帮需要进行锚杆注浆加固；
步骤五：根据巷道锚杆注浆判定结果，在判定结果为需要进行锚杆注浆加固的巷道顶板或两帮进行分段注浆加固，根据巷道围岩分段和该段巷道顶板或两帮注浆锚杆杆体所在围岩分段判定等级，确定该段巷道顶板或两帮注浆锚杆杆体上出浆孔数量和分布，A、B、C、D四个锚杆注浆判定等级分别对应每段巷道围岩内部注浆锚杆杆体上出浆孔数量为0个、2个、4个、6个，由每段巷道围岩内裂隙综合宽度Sd所在锚杆注浆判定区间得到各段巷道围岩内注浆锚杆杆体上出浆孔数量；基于巷道围岩钻孔裂隙分布情况，实现针对性注浆加固；
步骤六：完成一段巷道是否需要锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施后，重复步骤一～五，进行下一段巷道锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施，直至完成整个巷道的锚杆注浆判定及分段锚杆注浆实施。
2.根据权利要求1所述的一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法，其特征在于，步骤二中，所述钻孔成像仪能够输出描述钻孔岩芯或孔壁围岩的立体柱状图或平面展开图，用于钻孔探测数据统计，所述钻孔探测数据包括围岩裂隙倾向、倾角及宽度。
3.根据权利要求1所述的一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法，其特征在于，步骤五中，注浆锚杆杆体上出浆孔为交错布置。
4.根据权利要求1所述的一种巷道锚杆注浆判定及分段实施方法，其特征在于，步骤五中，所述注浆锚杆杆体长度根据每段巷道围岩裂隙综合宽度Sd进行设置，注浆锚杆杆体长度应大于巷道至围岩最外端Sd≥0.100m围岩段的距离。
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