專利名稱：井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)防及治理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦巷道施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)防 及治理方法。
背景技術(shù)：
煤礦軟巖巷道支護(hù)問題是困擾煤礦建設(shè)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(hù) 材料允許變形量而導(dǎo)致的支護(hù)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(hù)不當(dāng)而造成的巨大的返修量不但造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，而且 經(jīng)常使整個礦井的生產(chǎn)陷于困境，甚至關(guān)閉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適應(yīng)軟巖巷道大變形特點的井下軟巖巷道大變形塌 方預(yù)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(shù)存在的因圍巖變形過大超出支 護(hù)材料允許變形量而導(dǎo)致的支護(hù)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(yù)防及治理方法 包括按照所設(shè)計巷道的直墻半圓拱斷面掘進(jìn)成型或擴(kuò)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(fù)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(shè)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(shè)第二層底板混凝土至地坪；在所述巷道的頂板和兩幫上設(shè)置長期礦壓監(jiān)測點，若 所述巷道變形達(dá)到一預(yù)定值，則在所述巷道關(guān)鍵部位進(jìn)行二次支護(hù)，并進(jìn)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(yīng)的配合其他支護(hù)材料，通過合理的設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和支護(hù)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(hù)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(jìn)一步詳細(xì)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(lǐng)域普通技 術(shù)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(yīng)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(jìn)行掘進(jìn)成型，也即按所設(shè)計巷道的直墻半圓拱斷面掘進(jìn)或擴(kuò)刷巷道，并保證有良好的 成型，嚴(yán)禁超欠挖現(xiàn)象。為保證后續(xù)支護(hù)安全作業(yè)，掘進(jìn)時還架設(shè)前探梁作為臨時支護(hù)。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(lǐng)域展開應(yīng)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(yán)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(jìn)行處理，打眼前還要敲幫問頂，仔細(xì)檢查頂幫圍巖情況，清除活矸、危巖，確認(rèn)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(fēng)”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(guān)。點 眼后按規(guī)定的角度和方向均勻用力向前推進(jìn)直至達(dá)到要求深度。點眼或打眼過程中，不準(zhǔn) 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(guān)水后停電。打錨桿眼時，應(yīng)從 外向里進(jìn)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(fēng)煤鉆機將錨桿14的桿體旋進(jìn)錨桿眼，然后依次安裝、托盤、螺母(圖中未標(biāo) 記)等。安裝后，托盤應(yīng)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(yīng)力。然后復(fù)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(lǐng)域展開應(yīng)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(zhǔn)確，可在起 始鉆桿上用白色或黃色油漆標(biāo)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(fù) 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(jìn)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(jìn)行張拉，并觀察壓力表讀數(shù)，達(dá)到設(shè)計預(yù)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(shè)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(jìn)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(yù)應(yīng)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(yīng)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(shè)第二層底板混凝土 18至地坪。也可以在鋪設(shè)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(shè)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(shè)長期礦壓觀測點，也即每隔IOm設(shè)置一個表面位移 及錨桿和錨索受力監(jiān)測斷面，每隔20m設(shè)置一個頂板離層監(jiān)測點，若巷道變形達(dá)大約 200mm時，在巷道關(guān)鍵部位進(jìn)行二次支護(hù)，并進(jìn)行圍巖加壓注漿。之后，若巷道變形每增加 100-150mm時，進(jìn)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(jìn)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(shè)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(yīng)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(shè)有螺紋結(jié)構(gòu) 41以與螺母2連接，其內(nèi)表面設(shè)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(dāng)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?fàn)顟B(tài)；當(dāng)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(dāng)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?fàn)顟B(tài)，恒阻裝置4從微小的彈 性形變恢復(fù)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(biāo)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(dāng) 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(jìn)入恒阻裝置4而導(dǎo)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(shè)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(yīng)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(fù)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(dá)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(dá)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(hù)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(dāng)圍巖的變形力與支護(hù)反 力平衡時，圍巖和支護(hù)體處于平衡狀態(tài)，對圍巖進(jìn)行加壓注漿，改善圍巖完整性，提高圍巖 強度，使巷道達(dá)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(shù)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(quán)利要求
一種井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)防及治理方法，其特征在于，包括以下步驟按照所設(shè)計巷道的直墻半圓拱斷面掘進(jìn)成型或擴(kuò)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(fù)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(shè)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(shè)第二層底板混凝土至地坪；在所述巷道的頂板和兩幫上設(shè)置長期礦壓監(jiān)測點，若所述巷道變形達(dá)到一預(yù)定值，則在所述巷道關(guān)鍵部位進(jìn)行二次支護(hù)，并進(jìn)行圍巖加壓注漿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)防及治理方法，其特征在于，在 掘進(jìn)成型巷道或擴(kuò)刷巷道時，還架設(shè)前探梁作為臨時支護(hù)，以保證后續(xù)支護(hù)安全作業(yè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)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(quán)利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)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(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)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(quán)利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)防及治理方法，其特征在于，在 所述巷道的頂板和兩幫上設(shè)置長期礦壓監(jiān)測點的步驟具體為每隔一定距離設(shè)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(shè)置一個頂板離層監(jiān)測點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)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(quán)利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)防及治理方法，其特征在于，在 所述巷道關(guān)鍵部位進(jìn)行二次支護(hù)，并進(jìn)行圍巖加壓注漿之后，所述巷道變形每增加100 150mm,則進(jìn)行巷道圍巖加壓注漿，并噴射纖維混凝土。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)防及治理方法，其特征在于，當(dāng) 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(quán)利要求1所述的井下軟巖巷道大變形塌方預(yù)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(shè)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(yù)防及治理方法，包括掘進(jìn)成型或擴(kuò)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(fù)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(shè)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(shè)第二層底板混凝土至地坪；設(shè)置長期礦壓監(jiān)測點，若所述巷道變形達(dá)到一預(yù)定值，則在所述巷道關(guān)鍵部位進(jìn)行二次支護(hù)，并進(jìn)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(quán)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(xué)(北京)