專利名稱：井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煤礦巷道施工技術領域，特別涉及一種井下軟巖巷道大變形塌方預防 及治理方法。
背景技術：
煤礦軟巖巷道支護問題是困擾煤礦建設及生產(chǎn)安全的重大問題之一。煤礦井下軟 巖巷道具有大變形易塌方的特點。在生產(chǎn)實踐中，經(jīng)常發(fā)生因巷道圍巖變形過大超出支護 材料允許變形量而導致的支護失效、巷道大面積塌方事故，造成了極大的人員傷亡和財產(chǎn) 損失。此外，因軟巖巷道支護不當而造成的巨大的返修量不但造成了很大的經(jīng)濟損失，而且 經(jīng)常使整個礦井的生產(chǎn)陷于困境，甚至關閉。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適應軟巖巷道大變形特點的井下軟巖巷道大變形塌 方預防及治理方法來保證軟巖巷道的穩(wěn)定，以解決現(xiàn)有技術存在的因圍巖變形過大超出支 護材料允許變形量而導致的支護失效、巷道大面積塌方的問題。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法 包括按照所設計巷道的直墻半圓拱斷面掘進成型或擴刷巷道；在所述巷道的頂板和兩幫 上初噴第一層混凝土 ；在所述第一層混凝土上掛幫網(wǎng)和頂網(wǎng)；在所述頂板和兩幫上安裝恒 阻大變形錨桿，所述恒阻大變形錨桿包括桿體、托盤、螺母、恒阻裝置，所述恒阻裝置呈筒狀 結(jié)構(gòu)，并且所述恒阻裝置內(nèi)表面和所述桿體的外表面均為螺紋結(jié)構(gòu)，所述恒阻裝置套裝于 所述桿體的尾部，所述托盤和螺母依次套裝在所述恒阻裝置的尾部，所述螺母和所述恒阻 裝置通過螺紋連接；復噴第二層混凝土 ；在所述頂板上安裝恒阻大變形錨索；挖底；在底 板上鋪設第一層底板混凝土 ；在所述第一層底板混凝土上掛一層底網(wǎng)；在底角安裝底角錨 桿；鋪設第二層底板混凝土至地坪；在所述巷道的頂板和兩幫上設置長期礦壓監(jiān)測點，若 所述巷道變形達到一預定值，則在所述巷道關鍵部位進行二次支護，并進行圍巖加壓注漿。本發(fā)明利用恒阻大變形錨桿、恒阻大變形錨索具有較大變形空間及較高的抗拔力 的特性，同時相應的配合其他支護材料，通過合理的設置支護結(jié)構(gòu)、參數(shù)和支護過程，本發(fā) 明能吸收圍巖變形能量，而且大變形后仍保持恒阻支護能力不變，可以很好的保證軟巖巷 道大變形條件下的穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明還具有實施簡單易行、成本較低的有益效果。
圖1為本發(fā)明較優(yōu)實施例的一巷道斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明較優(yōu)實施例的恒阻大變形錨桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。
首先需要說明的是，在下述較優(yōu)實施例中將涉及多個具體參數(shù)，如本領域普通技 術人員所熟知，所涉及的多個具體參數(shù)僅是為了舉例便于說明該較優(yōu)實施例而已，根據(jù)井 下軟巖巷道的具體地質(zhì)條件，下述所涉及的多個具體參數(shù)可具有多種變化以適應不同的地 質(zhì)條件。圖1示出了本發(fā)明較優(yōu)實施例的一巷道的斷面結(jié)構(gòu)。在實施該較優(yōu)實施例時，首 先進行掘進成型，也即按所設計巷道的直墻半圓拱斷面掘進或擴刷巷道，并保證有良好的 成型，嚴禁超欠挖現(xiàn)象。為保證后續(xù)支護安全作業(yè)，掘進時還架設前探梁作為臨時支護。接著在巷道的頂板和兩幫上初噴60mm的第一層混凝土 11，并掛頂網(wǎng)和幫網(wǎng)12。 其中的頂網(wǎng)采用鋼筋焊接而成的鋼筋網(wǎng)，要求網(wǎng)片逐點焊接，整體性好，各網(wǎng)片之間逐扣連 接。幫網(wǎng)也同由鋼筋焊接而成。連接各網(wǎng)片時，先連接頂網(wǎng)，后連接幫網(wǎng)。然后打錨桿眼、安裝恒阻大變形錨桿14。恒阻大變形錨桿14通常也叫恒阻拉伸錨 桿，其能夠在一定的變形范圍內(nèi)保證恒定的工作阻力，已經(jīng)逐步在煤礦開采領域展開應用， 本發(fā)明較優(yōu)實施例的恒阻大變形錨桿如圖2所示。為了描述簡潔，在清楚的情況，下面將把 恒阻大變形錨桿14和恒阻大變形錨索15簡稱為錨桿14和錨索15。在打錨桿眼之前，首先按照中、腰線嚴格檢查巷道斷面規(guī)格，不符合作業(yè)規(guī)程要求 時必須先進行處理，打眼前還要敲幫問頂，仔細檢查頂幫圍巖情況，清除活矸、危巖，確認安 全后，方可開始工作。打眼時，錨桿14(直徑Φ20πιπι)鉆頭選用Φ 30mm合金鉆頭，按“先開 水后開風”的順序試運轉(zhuǎn)。用手鎬點眼定位，刨出眼窩，鉆頭放入眼窩后，啟動手柄開關。點 眼后按規(guī)定的角度和方向均勻用力向前推進直至達到要求深度。點眼或打眼過程中，不準 用手直接扶或托鉆桿和用手掏眼口的煤巖粉。打完眼后，先關水后停電。打錨桿眼時，應從 外向里進行，對于同排錨桿14，先打頂板的錨桿眼，后打肩部和兩幫的錨桿眼。圖1中，錨桿14端部的較粗結(jié)構(gòu)為錨固劑，安裝錨固劑前須用水或壓縮空氣將錨 桿眼內(nèi)的巖屑、浮土清除干凈。每一錨桿14里側(cè)采用1根CK2370、外側(cè)采用1根Z2335樹 脂錨固劑。用風煤鉆機將錨桿14的桿體旋進錨桿眼，然后依次安裝、托盤、螺母(圖中未標 記)等。安裝后，托盤應在第一層混凝土 11或巖面平整處，以使承載力均勻分布，防止壓力 傳遞，造成錨桿14產(chǎn)生彎曲應力。然后復噴40mm的第二層混凝土 13。接著打錨索眼，安裝恒阻大變形錨索15，恒阻大變形錨索也能夠在一定的變形范 圍內(nèi)保證恒定的工作阻力，已經(jīng)逐步在煤礦開采領域展開應用。在此步驟中，可采用普通單 體錨桿機配中空六方接長式鉆桿和雙翼鉆頭濕式打眼。為保證錨索眼的孔深準確，可在起 始鉆桿上用白色或黃色油漆標出終孔位置。錨索鉆頭選用合金鉆頭。插入樹脂藥卷時，快 凝藥卷在上，緩凝藥卷在下。每一錨索15里側(cè)采用1根CK2370和外側(cè)采用2根Z2335樹 脂錨固劑，圖1中，每一錨索15端部的較粗結(jié)構(gòu)為錨固劑。安裝錨索15之前，用棉絲將錨 索錨固段的水、煤巖屑等擦干凈，用塑料膠帶將樹脂藥卷與錨索15粘結(jié)定位。錨索15下端 裝上安裝錨索用攪拌驅(qū)動器，并用錨索15頂住錨固劑緩緩送入鉆孔，在此過程中不能反復 抽拉錨索15，并確保錨固劑全部送到孔底。將安裝錨索用攪拌驅(qū)動器尾部六方頭插入錨桿 機上，邊推進邊攪拌，前半程用慢速旋轉(zhuǎn)，后半程用快速旋轉(zhuǎn)。停止攪拌時，繼續(xù)保持錨桿機 的推力約3min，然后縮下錨桿機并移開打下一個錨索孔。IOmin后，先卸下安裝錨索用攪拌 驅(qū)動器，為錨索15裝上托梁、托盤、錨具，并將其托到緊貼頂板的位置，將張拉千斤頂套在錨索15上并托住，開泵進行張拉，并觀察壓力表讀數(shù)，達到設計預緊力千斤頂行程結(jié)束時， 迅速換向回程，卸下張拉千斤頂。然后挖底，并在底板上鋪設IOOmm第一層底板混凝土 16，接著在第一層底板混凝 土 16上掛第一層底網(wǎng)17、打底角錨桿眼、安裝底角錨桿111，該底網(wǎng)7也由鋼筋焊接而成。底角錨桿111的安裝和錨索15的安裝可同時進行，底角錨桿111的安裝工藝和頂 板及兩幫錨桿14安裝工藝相同，具體施工角度及參數(shù)隨地質(zhì)條件改變。底角錨桿111用鋼管式錨桿，在安裝底角錨桿111之前，用壓縮空氣或掃孔器清凈 底角錨桿眼內(nèi)巖渣和積水，向鋼管式底角錨桿111桿體套入金屬托板，然后將桿體錐端插 入錨桿孔，用人工或機械方式把桿體打入，產(chǎn)生足夠的鎖固預應力。安裝完畢，將底角錨桿 111管內(nèi)的碎石清除后，向底角錨桿111管內(nèi)灌入水泥漿，在管內(nèi)插入鋼筋。鉆鑿底角錨桿 眼時應有合理的孔、管徑差值，且孔有較小的偏斜。針對軟巖巷道的特性并結(jié)合縫管式錨桿 的特點，錨桿眼的鉆鑿具體要求為鉆孔直徑=0. 95 1. 05*錨桿直徑、鉆孔深度=錨桿長 度+200mm、鉆孔偏斜率< 1. 5%。然后鋪設第二層底板混凝土 18至地坪。也可以在鋪設大約IOOmm厚的第二層底 板混凝土 18后，掛第二層底網(wǎng)19，并鋪設第三層底板混凝土 110至地坪，該底網(wǎng)19由鋼筋 焊接而成。最后，在巷道頂板及兩幫設長期礦壓觀測點，也即每隔IOm設置一個表面位移 及錨桿和錨索受力監(jiān)測斷面，每隔20m設置一個頂板離層監(jiān)測點，若巷道變形達大約 200mm時，在巷道關鍵部位進行二次支護，并進行圍巖加壓注漿。之后，若巷道變形每增加 100-150mm時，進行一次巷道圍巖加壓注漿，噴射纖維混凝土。后來的巷道變形沒有首次巷 道變形時，即要進行一次圍巖加壓注漿。若錨桿或錨索受力超過額定范圍，要及時在其所在 區(qū)域補打恒阻大變形錨桿或恒阻大變形錨索。需要說明的是，本優(yōu)選實施例的第二層底板 混凝土 18和第二層底網(wǎng)19為可選的，其可以增加巷道底板的強度。如圖2所示，該恒阻大變形錨桿包括螺母2、托盤3、恒阻裝置4、桿體6。恒阻裝置 4呈筒狀結(jié)構(gòu)，套裝于桿體6的尾部，托盤3和螺母2依次套裝在恒阻裝置4的尾部，其中托 盤3的中間部分設有一孔31以供恒阻裝置4穿過，螺母2螺紋連接于恒阻裝置4，恒阻裝置 4的優(yōu)選長度為990mm-1010mm。為了實現(xiàn)通過拉伸其長度而適應圍巖大變形并保持恒定的工作阻力，恒阻裝置4 內(nèi)表面和桿體6的外表面均為螺紋結(jié)構(gòu)。如圖2所示，恒阻裝置4的外表面設有螺紋結(jié)構(gòu) 41以與螺母2連接，其內(nèi)表面設有螺紋結(jié)構(gòu)42以與桿體6配合產(chǎn)生固定的工作阻力。靜 態(tài)時，恒阻裝置4緊緊的套裝在桿體6上，當受到的軸向拉力小于恒阻裝置4和桿體6之間 的靜止摩擦力時，恒阻裝置4和桿體處于相對靜止狀態(tài)；當受到的軸向拉力大于恒阻裝置 4和桿體6之間的靜止摩擦力時，桿體6和恒阻裝置4之間將發(fā)生相對位移，同時恒阻裝置 4發(fā)生表現(xiàn)為徑向膨脹的微小彈性形變以利于發(fā)生該相對位移，在發(fā)生該相對位移的過程 中，恒阻裝置4和桿體6之間仍保持恒定的工作阻力，當外部軸向拉力減小至恒阻裝置4和 桿體6之間的摩擦力時，二者將不再發(fā)生相對位移而處于靜止狀態(tài)，恒阻裝置4從微小的彈 性形變恢復至原狀態(tài)并再次緊緊的套裝在桿體6上。為了增加部件強度，恒阻裝置4由金屬材料制成，托盤3為金屬蝶形托盤。桿體6 的頭部呈楔形(圖中未標記)，該楔形頭部為攪拌頭，用于攪拌錨固劑，并且該楔形頭部的長度優(yōu)選為35mm-45mm。在某些地質(zhì)條件下，需要在巷道圍巖上安裝較長的錨桿，但是巷道空間一般都比 較狹小，難以采用較長的恒阻裝置。為了解決該問題，恒阻裝置4頭部還連接一連接套5，當 需要較長的恒阻裝置時，可以通過連接套5將兩恒阻裝置連接在一起以解決前述問題，連 接筒狀結(jié)構(gòu)的金屬材質(zhì)的恒阻裝置4的連接套5具有多種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，也即能夠?qū)赏矤罱Y(jié) 構(gòu)的恒阻裝置4固接在一起即可。井下巷道多為潮濕環(huán)境，為了防止水分進入恒阻裝置4而導致恒阻裝置4和桿體6 的連接面發(fā)生銹蝕，恒阻裝置4的尾部端口還設有一封蓋1以使恒阻裝置4的中空腔體處 于密封狀態(tài)。在將本優(yōu)選實施例應用于巷道中時，巷道圍巖出現(xiàn)大變形初期的能量較大，巷道 圍巖的變形能超出錨桿所能承受的范圍，恒阻裝置4和桿體6產(chǎn)生相對位移，也即圖2所示 恒阻大變形錨桿隨著圍巖大變形而發(fā)生表現(xiàn)為軸向拉伸的大變形。圍巖發(fā)生大變形之后， 其能量得到釋放，圍巖的變形能小于恒定工作阻力時，恒阻裝置恢復原狀并緊緊的套裝在 桿體上時，巷道將再次處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過上述較優(yōu)實施例的描述可以分析得知，本發(fā)明能夠在圍巖壓力未達到恒阻大 變形錨桿或恒阻大變形錨索工作阻力時，利用恒阻大變形錨桿和錨索控制頂板和兩幫的變 形，使巷道保持穩(wěn)定；在圍巖壓力未達到或超過錨桿或錨索工作阻力情況下，巷道圍巖產(chǎn)生 大變形時，恒阻大變形錨桿和錨索能夠與圍巖協(xié)調(diào)變形，并保持恒定的工作阻力，使支護體 不失效，保證巷道不發(fā)生塌方事故，操作簡單，性能可靠；巷道圍巖通過變形釋放能量，圍巖 裂隙增加，強度降低，恒阻大變形錨桿或錨索通過變形吸收能量，當圍巖的變形力與支護反 力平衡時，圍巖和支護體處于平衡狀態(tài)，對圍巖進行加壓注漿，改善圍巖完整性，提高圍巖 強度，使巷道達到穩(wěn)定狀態(tài)。采用鋼管、鋼筋和混凝土作為底角錨桿控制軟巖巷道底臌，操 作簡單，并且能夠很好的保持巷道底板的穩(wěn)定性。由技術常識可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方 案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所 有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
權利要求
一種井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，包括以下步驟按照所設計巷道的直墻半圓拱斷面掘進成型或擴刷巷道；在所述巷道的頂板和兩幫上初噴第一層混凝土；在所述第一層混凝土上掛幫網(wǎng)和頂網(wǎng)；在所述頂板和兩幫上安裝恒阻大變形錨桿，所述恒阻大變形錨桿包括桿體、托盤、螺母、恒阻裝置，所述恒阻裝置呈筒狀結(jié)構(gòu)，并且所述恒阻裝置內(nèi)表面和所述桿體的外表面均為螺紋結(jié)構(gòu)，所述恒阻裝置套裝于所述桿體的尾部，所述托盤和螺母依次套裝在所述恒阻裝置的尾部，所述螺母和所述恒阻裝置通過螺紋連接；復噴第二層混凝土；在所述頂板上安裝恒阻大變形錨索；挖底；在底板上鋪設第一層底板混凝土；在所述第一層底板混凝土上掛一層底網(wǎng)；在底角安裝底角錨桿；鋪設第二層底板混凝土至地坪；在所述巷道的頂板和兩幫上設置長期礦壓監(jiān)測點，若所述巷道變形達到一預定值，則在所述巷道關鍵部位進行二次支護，并進行圍巖加壓注漿。
2.根據(jù)權利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，在 掘進成型巷道或擴刷巷道時，還架設前探梁作為臨時支護，以保證后續(xù)支護安全作業(yè)。
3.根據(jù)權利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，在 所述第一層混凝土上掛幫網(wǎng)和頂網(wǎng)時，所述幫網(wǎng)和頂網(wǎng)的各網(wǎng)片之間逐扣連接，并且先連 接所述頂網(wǎng)，再連接所述幫網(wǎng)。
4.根據(jù)權利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，在 所述頂板上安裝恒阻大變形錨索和在底角安裝底角錨桿同時進行。
5.根據(jù)權利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，所 述底角錨桿為鋼管式錨桿，內(nèi)插鋼筋并灌漿。
6.根據(jù)權利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，在 所述巷道的頂板和兩幫上設置長期礦壓監(jiān)測點的步驟具體為每隔一定距離設置一個表面 位移及錨桿和錨索受力監(jiān)測斷面，每隔一定距離設置一個頂板離層監(jiān)測點。
7.根據(jù)權利要求6所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，所 述表面位移及錨桿和錨索受力監(jiān)測斷面的間隔距離為10米，所述頂板離層監(jiān)測點的間隔 距離為20米。
8.根據(jù)權利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，在 所述巷道關鍵部位進行二次支護，并進行圍巖加壓注漿之后，所述巷道變形每增加100 150mm,則進行巷道圍巖加壓注漿，并噴射纖維混凝土。
9.根據(jù)權利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，當 所述恒阻大變形錨桿或恒阻大變形錨索受力超過額定范圍時，則在受力超過額定范圍的恒 阻大變形錨桿或恒阻大變形錨索所在區(qū)域補打恒阻大變形錨桿或恒阻大變形錨索。
10.根據(jù)權利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，其特征在于，在第二層底板混凝土上掛另一層底網(wǎng)，然后鋪設第三層底板混凝土至地坪。
全文摘要
一種井下軟巖巷道大變形塌方預防及治理方法，包括掘進成型或擴刷巷道；初噴第一層混凝土，并在所述第一層混凝土上掛幫網(wǎng)和頂網(wǎng)；安裝恒阻大變形錨桿；復噴第二層混凝土；在所述頂板上安裝恒阻大變形錨索；挖底并在底板上鋪設第一層底板混凝土；在所述第一層底板混凝土上掛一層底網(wǎng)，并在底角安裝底角錨桿；鋪設第二層底板混凝土至地坪；設置長期礦壓監(jiān)測點，若所述巷道變形達到一預定值，則在所述巷道關鍵部位進行二次支護，并進行圍巖加壓注漿。本發(fā)明能夠很好的保證軟巖巷道大變形條件下的穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明還具有實施簡單易行、成本較低的有益效果。
文檔編號E21D11/10GK101906977SQ201010231928
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權日2010年7月21日
發(fā)明者何滿潮, 馮吉利, 陳新 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)