[發明專利]一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法

有效

• 申請號: 202110649197.1
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113294185B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 張廣超;陶廣哲;曹懷軒;曲治;陳淼;李友;左昊;宋海洲;李瑞明
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D20/00
• 分類號: E21D20/00;E21D20/02;E21D21/00;E21B49/00
• 代理公司: 徐州上智知識產權代理事務所(普通合伙) 32575
• 代理人: 閆莉

本發明涉及一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法，對鉆孔內圍巖裂隙分形特征進行逐段評價，找到穩定錨固段圍巖，確定鉆孔深度L，設計“內預緊力?機械化學錨固力”聯合提升套筒，在錨固劑化學作用下，聯合提升套筒與穩定錨固圍巖段緊密錨固在鉆孔孔底，錨桿桿體與聯合提升套筒的多線密集螺紋完全咬合，且圓形擴徑器將機械增壓段撐開，使其緊密貼合鉆孔內壁，實現機械錨固力的施加，通過改變預緊力施加位置，實現化學錨固力與機械預緊力在相同位置的同時加載、聯動提升，其將錨桿預緊、錨固位置均轉移至穩定錨固區域。上述過程中，機械力脹推產生機械錨固力，提高錨桿錨固效果；錨桿錨固效果的提升，反過來有利于預緊力“保值”。

技術領域

本發明涉及采礦工程巷道支護方法技術領域，具體涉及一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法。

背景技術

在煤礦開采過程的煤巷中，由于巷道幫部本身就是由裂隙發育的煤體組成，加之受采動影響，煤幫內裂隙迅速發育形成一定范圍的碎裂煤體，有時破裂范圍會遠遠大于常規錨桿長度。在碎裂煤幫內，按照常規技術程序鉆孔、錨固、預緊流程施工進行錨桿支護，若設計的鉆孔剛好位于碎裂煤幫內，由于鉆孔孔壁煤體較為碎裂、空隙較大且深，將導致錨固劑向裂隙內大量流失，使得設計錨固長度減少，錨固質量降低；待錨桿安裝完畢后，采用拉力計進行錨固力測試，易會出現錨固力不合格、錨桿拉出等現象，即便錨桿安裝完畢初期錨固力測試合格，但隨著時間增長，煤體碎裂程度加劇，亦會造成錨固力的逐漸下降，進而導致錨桿預緊力的降低，使得錨桿處于“無效”工作狀態。

針對碎裂煤體內錨固失效問題，常規做法是通過大范圍注漿加固改善圍巖力學特性，再進行錨桿安裝，但注漿工序勞工、費時、成本高、效果差。本發明將提出了一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法，首先對碎裂煤幫內煤體裂隙分形特征進行評價，確定錨桿錨固區域；然后通過改變施工方法和工藝，實現錨桿預緊力和錨固力在時間、空間和效果的同步加載、相互作用和有效聯動，進而提高碎裂煤幫條件下錨桿支護效果。

發明內容

針對碎裂煤幫條件下錨固力不足、預緊錨固配合效果差、預緊形式單一的問題，本發明專利提出一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法。

本發明采用的技術方案是：一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法，其具體步驟為：

步驟1)巷道煤幫煤體裂隙分形特征評價，利用鉆孔窺視技術對鉆孔內圍巖裂隙分形特征進行逐段評價，直至找到穩定錨固段圍巖

步驟1.1)確定觀測起始長度w

自巷道表面，由淺至深，進行鉆孔施工，若鉆孔過程中出現吸鉆、卡鉆、夾鉆或塌孔現象，則該范圍內鉆孔不適合錨固，繼續鉆孔，直至鉆孔能夠完整成型的煤體區域，確定觀測起始長度w；

步驟1.2)確定基本錨固觀測尺度l

基本錨固觀測尺度l根據巷道的煤體賦存情況確定，若煤體夾矸層數在0-3層，則基本錨固觀測尺度l選為20-30cm；若煤體夾矸層數在4-6層，則基本錨固觀測尺度l選為40-50cm；

步驟1.3)判斷鉆孔內煤體裂隙分形特征，以單個裂隙發育情況與裂隙劣化比兩個指標判斷基本錨固觀測尺度內煤體裂隙發育程度

步驟1.3.1)若單個裂隙的長度或者寬度貫穿鉆孔基本錨固觀測尺度或者單個裂隙的長度或者寬度大于5cm，判斷為無法錨固圍巖段，否則進行下一步判斷；

步驟1.3.2)判斷計算裂隙劣化比，裂隙劣化比是指裂隙面積占測量尺度面積的比例，其表達式為：

式中，k為圍巖劣化比；l為基本錨固觀測尺度；r為鉆孔直徑；a’為裂隙長度；b’為裂隙寬度；i代表裂隙條數；