[發明專利]深部軟巖巷道雙殼耦合支護方法

無效

• 申請號: 201110034513.0
• 申請日: 2011-02-09
• 公開（公告）號: CN102140924A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 李沖;徐金海;盧愛紅;周保精;張連英;萬世文;吳銳;李明;李凱
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00;E21D11/10;E21D9/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

技術領域

本發明涉及深部軟巖巷道雙殼耦合支護方法，尤其適用于構造復雜區域以及深部復合型軟巖巷道的支護。

背景技術

深部巷道工程巖體開挖后處于塑性大變形階段，深部的巖體處于“三高”狀態（即高地應力、高溫、高孔隙水壓力），地質條件惡化，在淺部開采基礎上發展起來的傳統支護理論、設計方法及技術難以適應深部軟巖巷道支護的要求。目前深部軟巖巷道常常出現“前掘后修，重復翻修”的現象，維護費用高，錨桿長度過長，造成浪費。能否解決深部軟巖巷道的支護難題，是我國煤炭開采向深部發展和安全生產的關鍵問題之一。深部軟巖巷道采用傳統U型鋼、工字鋼支護、錨網索或錨注支護難以滿足生產的需求，采用一般的耦合支護形式（錨網索耦合、錨網索U型鋼架耦合等）其支護費用高，支護效果不理想，往往不是鋼架被壓壞，就是鋼架支護作用失效。其主要原因是支護體之間以及支護體與圍巖之間出現剛度、強度和結構不耦合，造成巷道變形加劇，難以控制。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對已有技術中存在的問題，提供一種方法簡單、經濟、安全、能夠一次成巷的深部軟巖巷道雙殼耦合支護方法。

技術方案：本發明是通過以下技術措施實現的：

1．一種深部軟巖巷道雙殼耦合支護方法，其特征在于，包括以下步驟：

a．根據巷道圍巖特性，通過力學分析、物理相似模擬試驗及有限元數值模擬確定預留變形層的厚度（H）：

?（1）

式中：H為預留變形層的厚度，為圍巖體的內聚力，為內摩擦角，為圍巖松弛時間，為圍巖滯后變形時間，為圍巖瞬時變形模量，為長期剪切變形模量，為圍巖泊松比，為巷道半徑，為一次支護強度，為原巖應力；

b．根據井下運輸、通風、設備安裝的要求確定巷道設計的毛斷面尺寸，根據巷道設計的毛斷面尺寸設計三維網殼支架；

c．根據預留變形層的厚度H及巷道設計的毛斷面尺寸確定巷道掘進預備空間斷面尺寸；

d．開挖巷道掘進預備空間，巷道掘進預備空間的斷面尺寸大于巷道設計的毛斷面尺寸，在巷道掘進預備空間斷面與巷道設計毛斷面之間形成預留變形層；

e．采用預應力短錨桿對開挖出的巷道進行錨噴支護，使巷道淺部圍巖形成一定厚度的巖殼，預應力短錨桿全長錨固，其間排距為0.4m~0.6m；

f．對錨噴支護的巷道進行圍巖變形觀測，待錨噴支護的巷道圍巖變形量達到預留變形層的厚度的70%時，開始加打預應力錨索對巖殼進行加固，然后架設三維網殼支架；

g．待巷道圍巖變形量達到預留變形層厚度時，對架設的三維網殼支架噴射混凝土，形成鋼筋網殼襯砌結構，完成雙殼耦合支護。

所述一定厚度的巖殼不小于1m；所述預應力錨桿的長度為1～1.5m；所述三維網殼支架噴射混凝土的厚度為140～150mm；所述預應力短錨桿的預緊力為20?kN?~70kN。

有益效果：本發明針對構造復雜區域以及深部復合型軟巖巷變形大、壓力大、節理化的特性，采用雙殼耦合支護，通過預應力短錨桿全長錨固加固巷道圍巖，使巷道淺部圍巖形成一個不小于1m厚度的三向受壓區域，即巖殼。由于深部軟巖巷道變形大，不能用支架硬頂，必須釋放一定的壓力，本著“先柔后剛，柔讓適度”的支護原則，預留一定的變形空間，允許巷道圍巖變形但不產生松動破壞，利用預留變形空間充分轉化深部高應力能和膨脹變形能；最大限度發揮塑性區承載能力。通過各支護體之間的耦合以及支護體與圍巖之間的耦合，對深部軟巖巷道進行雙殼耦合支護，即網殼與巖殼耦合，充分利用圍巖的自承能力，同時又最大程度發揮各個支護體的作用，使各個支護體之間及支護體與圍巖之間在強度、剛度、結構上實現耦合，即網殼支架與巖殼在強度、剛度、結構實現雙殼耦合支護。實現了深部軟巖巷道工程穩定性的有效控制，適用于構造復雜區域以及深部軟巖地下工程，特別是煤礦井下復合型軟巖巷道的支護，節約了工程支護材料?，降低了施工成本，減少浪費。其方法簡單、易行，安全經濟，支護效果好，具廣泛的實用性。

附圖說明

圖1?是本發明的雙殼耦合支護布置示意圖。

圖2?是本發明的全封閉三維網殼支架支護結構立體示意圖。

圖3是本發明的三維網殼支架橫截面結構示意圖。

圖4是本發明的三維網殼支架平面圖結構示意圖。

圖5是本發明的每榀網殼構件結構示意圖。

圖6是本發明的巷道變形量與變形時間關系曲線圖。

圖中：1－聯接板，2－預應力錨索，3－巖殼，4－預應力短錨桿，5－初噴層，6-預留變形層，7-三維網殼支架，8-每榀網殼構件，9-橫向橋形架。

具體實施方式