[發明專利]一種強膨脹泥化軟巖巷道置換支護方法

有效

• 申請號: 201410333847.1
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104047614A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 李青海;史衛平;秦忠誠;黃冬梅;劉勇
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/05;E21D20/00;E21D11/10
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

?本發明屬于隧道工程、地下工程支護技術領域，尤其涉及采礦工程的支護方法，具體涉及一種強膨脹泥化軟巖巷道置換支護方法。

背景技術

軟巖巷道控制問題一直是困擾我國煤礦安全高效開采的關鍵問題之一。隨著煤炭開發強度的不斷增加，煤炭新區進一步開發建設，部分礦區逐漸遭遇強膨脹泥化軟巖巷道支護難題，該類巷道變形呈現出持續的非線性大變形特征，其巷道變形機理復雜，支護結構復雜且返修率高，大大增加礦井基建投資，延長礦井建設工期，威脅礦井安全生產，給煤礦建設帶來極大困難。

強膨脹泥化軟巖含有較高比例的膨脹性粘土礦物，巖層膠結程度差，屬于力學強度較低的極軟巖層。與傳統復雜條件巷道相比，煤層賦存范圍內無堅硬巖層，巖層本身難以形成承載結構，強烈的膨脹變形極易導致錨桿預應力喪失，錨固支護難以形成穩定、有效的承載結構。傳統的棚式支護亦難以抵抗圍巖的巨大膨脹變形能。同時由于強膨脹性粘土礦物比重較大，注漿加固方式難以實施，現有支護方式以及相關支護方式的組合根本無法取得預期效果。受該難題困擾，部分煤炭企業甚至被迫放棄礦井的繼續建設，強膨脹泥化軟巖巷道支護問題成為制約煤炭企業發展的一大瓶頸。鑒于此，尋求合理的支護方式成為該類煤礦繼續開采面臨的重要問題。

現有的支護方式主要存在以下三個主要問題：

（1）由于覆巖范圍內無堅硬巖層，主動支護方式難以找到有效的著力點，難以形成穩定的錨固結構，支護效果難以發揮。

（2）傳統的被動支護棚式支架強度低、剛度低、穩定性差，難以有效控制圍巖變形。

（3）由于圍巖的強膨脹特性，與主動支護、被動支護配套的注漿加固方式難以實施。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有錨網噴支護、棚式支護的不足，提供了一種強膨脹泥化軟巖巷道置換支護方法，所述支護方法具有支護強度高、剛度高、支護效果明顯改進的優點。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

一種強膨脹泥化軟巖巷道置換支護方法，所述支護方法包括生石灰置換填充、高強度棚式支護、錨網噴擠壓成拱支護三部分，具體支護步驟如下：

（1）巷道開挖完畢，首先進行高強度棚式支護中棚式支架外框的架設，外框架設完畢，在支架外框與圍巖之間鋪設一層鐵絲網；

（2）在支架外框架設完畢后進行生石灰置換填充，在已經鋪設的鐵絲網與圍巖之間密實填充生石灰置換層，生石灰填充順序是自棚式支架底部逐漸向上至支架頂部；

（3）在生石灰置換填充完畢后進行高強度棚式支護工作，采用焊接或法蘭連接方式將底拱橫梁、頂拱橫梁順序安裝于高強度支架的內側，利用底拱橫梁撐緊支架的兩底角位置；

（4）在高強度棚式支護完成后進行錨網噴擠壓成拱支護，首先進行薄層干式噴漿工作，混凝土內噴層將高強度度棚式支架完全覆蓋；之后在噴漿表面進行掛網工作，掛網之后采用錨桿進行錨固加固，錨固完畢再次進行干式噴漿至設計巷道斷面。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是：本發明所述支護方法包括生石灰置換填充、高強度棚式支護、錨網噴擠壓成拱支護三部分，所述生石灰置換填充具體方式為在巷道掘進過程中在設計巷道斷面的基礎上對圍巖進行適量超挖，對超挖圍巖采用一定厚度的生石灰墊層等強吸水性材料進行填充，生石灰填充層之間留有空隙，為生石灰吸水膨脹預留變形空間；所述高強度棚式支護采用高強度棚式支架進行支護，高強度棚式支架在傳統棚式支架的基礎上在底拱位置、頂拱位置增加橫梁進行加固，頂拱橫梁、底拱橫梁之間高差滿足行人運料要求，相鄰兩支架之間采用若干連桿進行連接；所述錨網噴擠壓成拱支護首先在生石灰置換填充、高強度棚式支護的基礎上進行薄層干式噴漿，隔絕外部水源和空氣，然后采用短、細、密錨桿進行錨固加固，使圍巖形成具有承載能力的承壓拱，最后進行干式噴漿至設計巷道斷面。本發明所述支護方法針對強膨脹泥化軟巖的特點，有效隔絕了圍巖膨脹條件，強力補充圍巖缺失的一向應力，充分調動圍巖的自承能力，其對圍巖的控制效果較單純棚式支護、錨網噴支護，或棚式支護和錨網噴聯合支護顯著提高。

本發明利用置換填充可以有效吸收強膨脹泥化軟巖中的水分，可以隔絕外部水源和空氣，控制內部圍巖的膨脹變形量和減小圍巖膨脹變形的外部誘因；高強度棚式支護可以提供較高的支護強度，有效補充圍巖缺失的一向應力，同時相鄰支架間的連桿加固可以有效提高支架的整體穩定性，起到良好的限制圍巖變形的目的；錨網噴擠壓成拱支護可以在圍巖形成穩定的拱式承載結構，改變強膨脹泥化軟巖自身無承載能力的現狀，充分調動圍巖自身的承載能力。