[發明專利]一種深井巷道圍巖非對稱變形的控制方法

有效

• 申請號: 201410489929.5
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104265322B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 黃萬朋;高琳;王瑋;張磊
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14;E21D11/10;E21D20/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 張紅鳳

技術領域

本發明屬于煤礦開采巷道支護技術領域，具體涉及一種深井巷道圍巖非對稱變形的控制方法。

背景技術

礦井進入深部開采以后，圍巖自重應力和構造應力都進一步增加，兩個應力場的疊加使深部應力環境變得更加復雜，同時加上巖層產狀及地質構造等因素的影響，使得深部巷道圍巖變形往往表現出明顯的非對稱變形特征。沿巷道中軸線對稱面的左右兩幫變形不協調，一側的變形往往較另一側大，使得巷道整體向一側偏斜，同時在一些肩角等關鍵部位的變形量比其他位置變形量大，如圖2所示，這種非對稱的變形特征給深部巷道支護帶來了很大的困難。根據對深部巷道工程的現場調查分析，發現深部巷道均有不同程度的非對稱變形破壞特點，而且隨巷道所處深度的增大和巖層傾角的增大，這種非對稱變形特征逐漸明顯。

針對深部巷道非對稱變形的特點，當前尚沒有專門的支護控制對策,主要還是采用在巷道變形的關鍵部位加打錨桿錨索的常規方式進行重點加強支護。而對于深部巷道圍巖來說，巷道的變形主要是由于高應力場作用下圍巖的初期變形與長期流變變形造成的，僅僅采用增大錨桿錨索支護密度的方式并不能給圍巖提供足夠的支護強度，無法控制圍巖的長期流變變形，因此也不能從根本上解決深部巷道的非對稱變形問題。

發明內容

鑒于上述不足，本發明提供了一種深井巷道圍巖非對稱變形的控制方法，其目的是提供一種能夠在巷道變形關鍵部位提供足夠支護阻力的復合支護方法，從而在根本上解決深部高應力場中巷道的非對稱變形問題。

其技術解決方案為：

一種深井巷道圍巖非對稱變形的控制方法，其包括以下步驟：

a、將深井巷道圍巖其斷面形狀掘成圓形或圓弧形，并沿順時針方向均等的將巷道斷面劃分為Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區和Ⅳ區，其中，Ⅱ區和Ⅳ區圍巖變形量小，Ⅰ區和Ⅲ區圍巖變形量大；

b、準備設備，所需設備包括鐵絲網、錨桿、錨索和鋼管混凝土支架，所述鋼管混凝土支架是由若干段空鋼管組成的圓形或弧形結構，相鄰的空鋼管之間選用套管進行連接；

c、初次支護，首先在圍巖周圍鋪設鐵絲網，在所述深井巷道斷面的Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區和Ⅳ區依次安裝錨桿與錨索，其中Ⅰ區和Ⅲ區內錨桿之間、錨索之間的間排距小于Ⅱ區和Ⅳ區內錨桿之間、錨索之間的間排距，并且Ⅰ區和Ⅲ區均選用高強度的錨桿與錨索，然后在巷道斷面噴射混凝土噴層并封閉圍巖，所述混凝土噴層的厚度≥100mm；

d、二次支護，上述步驟c完成后，選用鋼管混凝土支架對上述初次支護的巷道圍巖進行二次支護，在上述初次支護位置的外側布置鋼管混凝土支架，向所述鋼管混凝土支架內注入一定的混凝土，所述鋼管混凝土支架與巷道初次支護之間留有100mm～200mm的空間，以木板或矸石袋填充作為柔性均壓卸壓層，在Ⅰ區和Ⅲ區內的支架其壁厚選為10～12mm，在Ⅱ區和Ⅳ區內的支架其壁厚選為6～8mm。

作為本發明的一個優選方案，上述空鋼管的管徑在168mm～219mm之間。

作為本發明的另一個優選方案，上述鋼管混凝土支架包括3～4節段的空鋼管。

上述鐵絲網的孔徑為100mm×100mm。

本發明提出了一種深井巷道圍巖非對稱變形的控制方法，其首先在巷道圍巖實施初次支護，然后選用鋼管混凝土支架對上述初次支護的巷道圍巖進行二次支護，采用初次支護和二次支護的復合支護方法，同時在巷道變形量較大的關鍵區域如Ⅰ區和Ⅲ區增加高預應力錨桿、錨索的支護密度、增加支架的鋼管壁厚，以提高支護體的支護強度，能夠較好地控制深井巷道圍巖的非對稱變形。

其中初次支護對象是針對圍巖破裂區內處于殘余強度下的巖體，其支護目的就是要最大限度地保持圍巖的完整性，降低圍巖破裂區的發展速度，同時通過錨桿、錨索對圍巖受力狀態的改善，幫助提高錨固區內圍巖的承載能力。初次支護密度越大，其對圍巖力學性能的改善越強，錨固區內圍巖承載力越高，因此通過增加巷道關鍵變形區的初次支護密度，如Ⅰ區和Ⅲ區內的錨桿之間的間排距小于Ⅱ區和Ⅳ區內錨桿之間的排排距，錨索之間的間排距也小于Ⅱ區和Ⅳ區內錨索之間的間排距，這樣能夠有效控制巷道的前期非對稱變形。