一種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法
【專利摘要】一種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法是在巷道斷面形成后，及時(shí)對(duì)巷道圍巖表面進(jìn)行噴混凝土層封堵，之后在巷道安裝幫錨桿和頂板自鉆式注漿錨桿及鋼帶；通過(guò)巷道頂板中央的注漿錨桿進(jìn)行高壓注水清淤；待兩肩部注漿錨桿中有清水溢出時(shí)，由肩部注漿錨桿和緊靠掘進(jìn)頭的一排頂板注漿錨桿注入快硬注漿材料，構(gòu)成封堵加固區(qū)Ａ；再通過(guò)頂板正上方的其余注漿錨桿注入剛-柔性注漿材料，構(gòu)成剛-柔性緩沖加固區(qū)Ｂ；待剛-柔性緩沖加固區(qū)Ｂ穩(wěn)定并構(gòu)成整體承載結(jié)構(gòu)后，完成鉆錨索孔、安裝錨索及張拉預(yù)緊。本發(fā)明通過(guò)鉆孔、注漿和錨固，實(shí)施加壓清淤、分段封堵、分區(qū)注漿的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟泥入侵孔洞性復(fù)合頂板的綜合加固和主動(dòng)支護(hù)，提高了巷道頂板的綜合承載能力。
【專利說(shuō)明】一種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巷道支護(hù)方法，具體地說(shuō)，是一種用于煤礦巷道頂板中含有軟泥入侵的孔洞性頂板的巷道支護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的煤礦巷道支護(hù)方法中，常采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)來(lái)控制巷道頂板的穩(wěn)定，這是建立在通常情況的巷道頂板性質(zhì)的前提之下，對(duì)于某些特殊性質(zhì)的頂板，這種支護(hù)方式便失去了對(duì)巷道圍巖的控制作用。這種特殊頂板是指在巷道頂板巖層中存在著許多形狀不一、排列無(wú)序、相互導(dǎo)通的巖層孔洞，并且這些孔洞被軟弱黃泥充斥著，充填物的力學(xué)性質(zhì)遠(yuǎn)差于巖石，嚴(yán)重影響圍巖的整體承載能力，一般稱這種含有軟弱黃泥入侵的頂板叫孔洞性頂板。
[0003]這種形狀大小不一的孔洞中不僅充斥著軟弱黃泥，而且孔洞中多存在著巖石硬核。進(jìn)行錨桿和錨索鉆孔時(shí)，當(dāng)鉆桿撤出鉆孔后，其中的巖石硬核便會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)律的錯(cuò)動(dòng)，致使錨固劑或桿體不能沿著已有的鉆孔順利安裝，造成了錨桿和錨索安裝失敗，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這種復(fù)雜的多孔洞性頂板巷道的主動(dòng)支護(hù)。
[0004]在巖溶地區(qū)進(jìn)行煤礦開(kāi)采活動(dòng)中，經(jīng)常會(huì)遇到各種巖溶處理問(wèn)題，對(duì)于埋深較淺的大溶洞可通過(guò)清挖、回填混泥土等常規(guī)方法解決。而對(duì)于埋深較大受巖溶侵蝕的多孔洞性巖層巷道，現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的方法均無(wú)法在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有效控制。比如當(dāng)錨桿或錨索無(wú)法打入僅采用被動(dòng)架棚支護(hù)時(shí)，由于支架與圍巖難以形成共同作用體，在高應(yīng)力環(huán)境下該類頂板巷道會(huì)嚴(yán)重破壞；當(dāng)采用普通注漿法加固時(shí)，由于多孔洞導(dǎo)通和軟泥入侵的特性，會(huì)出現(xiàn)大范圍漿液跑漏、充實(shí)飽和度差、結(jié)石強(qiáng)度低等問(wèn)題，尤其孔洞中軟泥的存在會(huì)大幅度降低注漿加固體的整體強(qiáng)度，嚴(yán)重影響巷道穩(wěn)定性。因此，針對(duì)煤礦巷道多孔洞性頂板的特性研究開(kāi)發(fā)巷道支護(hù)新技術(shù)已迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問(wèn)題是如何穩(wěn)定控制煤礦巷道多孔洞性頂板，并提供一種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的措施是一種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，其所述支護(hù)方法是依次按下列步驟進(jìn)行的:
(1)在巷道開(kāi)挖后，及時(shí)在巷道表面噴射50?60mm厚的混凝土層，對(duì)圍巖進(jìn)行封
堵;
(2)在巷道打入兩幫錨桿，同時(shí)安裝頂板自鉆式注漿錨桿1、自鉆式注漿錨桿II和自鉆式注漿錨桿III，間排距為1.0?1.2m,并加鋼帶；
(3)以2?3個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為分段，通過(guò)巷道頂板中央的自鉆式注漿錨桿I進(jìn)行高壓注水清淤，注水壓力為3.5?4.5MPa，將頂板孔洞內(nèi)的軟弱黃泥擠排至巷道頂板支護(hù)范圍外；
(4)待兩肩部自鉆式注漿錨桿III中有清水溢出時(shí)，通過(guò)兩肩部的自鉆式注漿錨桿III及緊靠掘進(jìn)頭的一排自鉆式注漿錨桿I和自鉆式注漿錨桿II注入快硬注漿材料a，構(gòu)成封堵加固區(qū)A ;再通過(guò)頂板正上方其余的自鉆式注漿錨桿I和自鉆式注漿錨桿II注入剛-柔性注漿材料b，構(gòu)成剛-柔性緩沖加固區(qū)B ；
其中，封堵加固區(qū)A:自鉆式注漿錨桿III及緊靠掘進(jìn)頭的一排頂板自鉆式注漿錨桿I和自鉆式注漿錨桿II注漿壓カ為2.5Mpa，水灰比0.6?0.8，注漿時(shí)間為5分鐘，注漿速度為25?30 L /min ;緩沖加固區(qū)B:自鉆式注漿錨桿I和自鉆式注漿錨桿II注漿水灰比
0.5?0.6，起始注漿壓カ為2.5MPa，5分鐘后注漿壓カ升至3.5Mpa，注漿時(shí)間為I 0分鐘，注漿速度為25?30 L /min ；
(5)待剛-柔性緩沖加固區(qū)B穩(wěn)定，并構(gòu)成統(tǒng)一整體承載結(jié)構(gòu)后，安裝錨索，后依次完成鉆錨索孔、安裝錨索及張拉預(yù)紫。
[0007]在上述技術(shù)方案中，進(jìn)ー步地。
[0008]所述巷道肩部自鉆式注漿錨桿III向外傾斜45 °植入。
[0009]所述快硬注漿材料a的組成及其配比按質(zhì)量份為ADF快硬注漿材料:錳礦渣細(xì)料:水玻璃=51.5飛2.3: 31.5?38.6: 13.4?19.8，在注漿時(shí)，快速混合攪拌均勻注入。
[0010]所述剛-柔性注漿材料b的組成及其配比按質(zhì)量份為:普通硅酸鹽水泥:錳礦渣細(xì)料:膨脹珍珠巖粉:水玻璃=53.3?57.5: 14.6?18.2: 13.3?17.4: 11.5?15.5，在注漿時(shí)，快速混合攪拌均勻注入。
[0011]實(shí)施本發(fā)明上述所述的ー種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的突出優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于:
(I)本發(fā)明方法通過(guò)預(yù)先實(shí)施加壓清淤將孔洞中的軟泥擠排至頂板加固區(qū)外，可大幅提高巖層孔洞中有效注漿體的充實(shí)度和結(jié)石強(qiáng)度，改善圍巖結(jié)構(gòu)特征和整體力學(xué)性能。
[0012](2)本發(fā)明方法通過(guò)封堵加固將強(qiáng)度較高的快硬注漿材料注入巷道肩部區(qū)域，充分提高巷道肩部應(yīng)カ集中區(qū)的圍巖承載強(qiáng)度，有效增強(qiáng)抗剪破壞能力；再通過(guò)分區(qū)注漿將剛?cè)嵯酀?jì)的注漿材料注入頂板中部承載區(qū)，使其同時(shí)具備緩沖減壓和有效承載作用；通過(guò)順利安裝錨桿和錨索實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道圍巖的主動(dòng)支護(hù)。
[0013](3)本發(fā)明方法使注漿錨桿的加固拱與注漿體形成加厚承壓拱，提高了圍巖的承壓能力；錨桿注漿對(duì)巷道圍巖的孔洞、裂隙有效地充填封閉，改善了圍巖的受カ狀態(tài)，避免了應(yīng)カ集中，提高了圍巖的整體強(qiáng)度及其自身承載能力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明孔洞性頂板巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖
圖中:1:混凝土噴層；2:幫錨桿；3:自鉆式注漿錨桿I ; 4:自鉆式注漿錨桿II ；5:自鉆式注漿錨桿III ； 6:鋼帶；7:錨索。
[0015]A:封堵加固區(qū)；B:緩沖加固區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明針對(duì)煤礦巷道多孔洞性頂板，研究開(kāi)發(fā)出ー種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，該方法主要是通過(guò)加壓清淤、分段封堵、分區(qū)注漿加固及錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)來(lái)控制巷道穩(wěn)定性。即巷道開(kāi)挖后立即進(jìn)行初噴混凝土封閉，隨后安裝頂幫自鉆式注漿錨桿及幫錨桿，然后采用自鉆式錨桿注入高壓水清淤泥，再通過(guò)巷道肩部的自鉆式錨桿注入快硬材料注漿封堵，最后通過(guò)頂板自鉆式錨桿注入剛?cè)岵牧献⑿纬删彌_減壓加固區(qū)，加注漿固完成后，巷道頂板形成了統(tǒng)一的整體承載結(jié)構(gòu)，最后打錨索加鋼帶，完成了整個(gè)支護(hù)工序。
[0017]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作出進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018]實(shí)施一種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，該支護(hù)方法是在巷道開(kāi)挖后，立即在巷道表面噴射50?60mm的混凝土進(jìn)行圍巖封閉，以防止圍巖風(fēng)化和跑漿。
[0019]這樣做的目的是:利用混凝土噴層使巷道圍巖形成封閉體，解決了注漿加固時(shí)的漿液跑漏，同時(shí)防止了巷道圍巖的風(fēng)化解體。對(duì)于復(fù)合頂板的巷道，巷道頂板易離層冒落，煤幫壓力大易片幫，在巷道掘出后，及時(shí)初噴可提高煤巖體的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力，增強(qiáng)圍巖強(qiáng)度，使之形成承載結(jié)構(gòu)體，是改善巷道支護(hù)效果和安全施工的關(guān)鍵。
[0020]待巷道噴混凝土完成后，同時(shí)打入頂板自鉆式注漿錨桿和兩幫錨桿，并準(zhǔn)備進(jìn)行清淤和注漿工作。
[0021]自鉆式注漿錨桿是集鉆孔、注漿、錨固為一體的，尤其在多孔洞性復(fù)雜的頂板支護(hù)中，是首選和最合理的注漿錨桿。其實(shí)質(zhì)是在多孔洞松散圍巖巷道中，依靠錨桿自鉆功能通過(guò)圍巖孔洞破碎區(qū)，解決普通錨桿安裝困難問(wèn)題。同時(shí)利用錨桿兼作注漿管，外錨內(nèi)注，實(shí)現(xiàn)“錨注一體化”，這樣不但可以充分發(fā)揮錨桿對(duì)圍巖的錨固作用，而且可以提高圍巖的強(qiáng)度和完整性。
[0022]注漿錨桿支護(hù)方式具有如下優(yōu)點(diǎn):注漿錨桿的加固拱與注漿體形成加厚承壓拱，提高了圍巖的承壓能力；錨桿注漿對(duì)巷道圍巖的孔洞、裂隙有效地充填封閉，改善圍巖受力狀態(tài)，避免了應(yīng)力集中，提聞圍巖的整體強(qiáng)度及其自身承載能力。
[0023]本方法采用頂板分區(qū)注漿是基于軟弱黃泥溶洞的頂板條件下，實(shí)現(xiàn)從巷道兩肩部頂角上方封堵加固區(qū)A對(duì)緩沖加固區(qū)B進(jìn)行封堵。肩部上方封堵加固區(qū)A使用快硬注漿材料進(jìn)行注漿，快硬注漿材料凝固后，使得封堵加固區(qū)A成為封堵加固承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了巷道肩部的承載能力，該方法可以在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)巖溶進(jìn)行有效封堵，封堵加固區(qū)A大幅減小了巷道肩部的應(yīng)力集中影響。緩沖加固區(qū)B受封堵后，已被清理的軟弱黃泥便無(wú)法侵入，此時(shí)采用較柔性注漿材料進(jìn)行注漿加固，使緩沖加固區(qū)B既提高了整體承載性能又對(duì)巷道頂板來(lái)壓起到了緩沖、減壓作用，同時(shí)解決錨索打眼及安裝的困難，這種注漿及支護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)了巷道復(fù)合頂板巖溶入侵時(shí)，一次支護(hù)成功，無(wú)需進(jìn)行巷道的二次支護(hù)，克服了巷道返修的困難，節(jié)約成本，提高煤礦生產(chǎn)效益。
[0024]下面結(jié)合附圖，具體說(shuō)明本發(fā)明所提供的一種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，其具體實(shí)施方法步驟如下:
步驟一、在巷道開(kāi)挖后，首先在巷道表面噴射50?60 mm厚的混凝土層I，對(duì)圍巖進(jìn)行封堵，保證在下步支護(hù)完成前巷道不出現(xiàn)大面積破壞，防止了跑漿與圍巖風(fēng)化。
[0025]步驟二、在巷道兩幫打入錨桿支護(hù)2，在同時(shí)安裝頂板自鉆式注漿錨桿3、4、5，間排距為1.0?1.2m，加鋼帶6。巷道肩部注漿錨桿5要向外傾斜45°打入，主要原因?yàn)?①由于巷道開(kāi)挖，巷道兩肩部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，兩肩部最大應(yīng)力可達(dá)到原巖應(yīng)力的3?5倍，注漿錨桿斜打能夠提高巷道肩部巖體的承載能力，有效控制肩部巖體的滑落失穩(wěn)變形；②注漿錨桿斜打?yàn)楹罄m(xù)的注漿加固形成封堵區(qū)做準(zhǔn)備。[0026]步驟三、以2~3個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為分段開(kāi)始注漿。由于頂板孔洞都是相互導(dǎo)通的，所以首先通過(guò)巷道頂板中央的注漿錨桿3進(jìn)行高壓注水清淤，壓カ為3.5~4.5Mpa，將頂板孔洞內(nèi)的軟弱黃泥擠排至巷道頂板支護(hù)范圍以外。
[0027]步驟四、緊接步驟三，待兩肩部注漿錨桿5中有清水溢出時(shí)，表明頂板中淤泥已排至頂板支護(hù)范圍以外，此時(shí)立即通過(guò)兩肩部的注漿錨桿5及緊靠掘進(jìn)頭的頂板注漿錨桿
3、4注入快硬注漿材料a，形成了封堵加固區(qū)A，完成了對(duì)頂板B區(qū)域的有效封堵，具體實(shí)施過(guò)程參數(shù)為:注漿錨桿5及緊靠掘進(jìn)頭的頂板注漿錨桿3、4以2.5Mpa的注漿壓カ在5分鐘內(nèi)注入快硬注漿材料a ,水灰比0.6~0.8，注漿速度為25~30 L /min。再通過(guò)頂板正上方其余注漿錨桿3、4注入剛-柔性注漿材料b，形成了剛-柔性緩沖加固區(qū)B，具體實(shí)施過(guò)程參數(shù)為:水灰比0.5~0.6，前5分鐘，頂板注漿錨桿3、4以2.5Mpa的注漿壓カ，25~30 L /min的注漿速度注入材料b，后5分鐘注漿壓カ升至3.5Mpa，注漿速度不變?？煊沧{材料a的成分為GDF快硬注漿材料、錳礦渣細(xì)料和水玻璃；剛-柔性注漿材料b的主要成分為普通硅酸鹽水泥、錳礦渣細(xì)料、膨脹珍珠巖粉和水玻璃 。
[0028]快硬注漿材料a按質(zhì)量份的配比為，GDF快硬注漿材料:錳礦渣細(xì)料:水玻璃=51.5~62.3: 31.5~38.6: 13.4~19.8，在注漿時(shí)，快速混合攪拌均勻注入。
[0029]剛-柔性注漿材料b按質(zhì)量份配比為，普通硅酸鹽水泥:錳礦渣細(xì)料:膨脹珍珠巖粉:水玻璃=53.3飛7.5:14.6^18.2:13.3^17.4:11.5^15.5，在注漿時(shí)，快速混合攪拌均勻注入。
[0030]步驟五、待剛-柔性緩沖加固區(qū)B穩(wěn)定后，頂板B區(qū)形成了統(tǒng)ー的整體承載結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行錨索7的安裝，分別完成鉆錨索孔、安裝錨索7及張拉預(yù)緊，整個(gè)支護(hù)エ序完成。
【權(quán)利要求】
1.ー種多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，其所述方法是依次按下列步驟進(jìn)行的: (1)在巷道開(kāi)挖后，及時(shí)在巷道表面噴射50?60m m厚的混凝土層(I )，對(duì)圍巖進(jìn)行封堵； (2)在巷道兩幫打入錨桿(2)，同時(shí)安裝頂板自鉆式注漿錨桿I( 3)、自鉆式注漿錨桿II (4)和自鉆式注漿錨桿111(5)，間排距為1.0?1.2m,并加鋼帶(6)； (3)以2?3個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為分段，通過(guò)巷道頂板中央的自鉆式注漿錨桿1(3)進(jìn)行高壓注水清淤，注水壓カ為3.5?4.5MPa，將頂板孔洞內(nèi)的軟弱黃泥擠排至巷道頂板支護(hù)范圍外； (4)待兩肩部自鉆式注漿錨桿111(5)中有清水溢出時(shí)，通過(guò)兩肩部的自鉆式注漿錨桿III(5)及緊靠掘進(jìn)頭的一排自鉆式注漿錨桿I ( 3 )和自鉆式注漿錨桿II (4)注入快硬注漿材料a，構(gòu)成封堵加固區(qū)A ;再通過(guò)頂板正上方其余的自鉆式注漿錨桿I (3)和自鉆式注漿錨桿II (4)注入剛-柔性注漿材料b，構(gòu)成剛-柔性緩沖加固區(qū)B ； 其中，封堵加固區(qū)A:兩肩部的自鉆式注漿錨桿111(5)及緊靠掘進(jìn)頭的一排自鉆式注漿錨桿I ( 3 )和自鉆式注漿錨桿II (4)注漿壓カ為2.5Mpa，水灰比0.6?0.8，注漿時(shí)間為5分鐘，注漿速度為25?30 L /min ;緩沖加固區(qū)B:頂板正上方其余的自鉆式注漿錨桿I(3 )和自鉆式注漿錨桿II (4)注漿水灰比0.5?0.6，開(kāi)始注漿壓カ為2.5MPa, 5分鐘后注漿壓カ升至3.5Mpa，注漿時(shí)間為I 0分鐘，注漿速度為25?30 L /min ； (5)待剛-柔性緩沖加固區(qū)B穩(wěn)定，并構(gòu)成統(tǒng)一整體承載結(jié)構(gòu)后，安裝錨索(7)，依次完成鉆錨索孔、安裝錨索(7)及張拉預(yù)紫。
2.如權(quán)利要求1所述的多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，其所述巷道肩部自鉆式注漿錨桿III(5)向外傾斜45°植入。
3.如權(quán)利要求1所述的多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，其所述快硬注漿材料a的組成及其配比按質(zhì)量份為:GDF快硬注漿材料:錳礦渣細(xì)料:水玻璃=51.5?62.3: 31.5?38.6: 13.4?19.8，在注漿時(shí)，快速混合攪拌均勻注入。
4.如權(quán)利要求1所述的多孔洞軟泥入侵復(fù)合頂板巷道支護(hù)方法，其所述剛-柔性注漿材料b的組成及其配比按質(zhì)量份為:普通硅酸鹽水泥:錳礦渣細(xì)料:膨脹珍珠巖粉:水玻璃=53.3?57.5: 14.6?18.2: 13.3?17.4: 11.5?15.5，在注漿時(shí)，快速混合攪拌均勻注入。
【文檔編號(hào)】E21D20/02GK103573280SQ201310586298
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】蘇學(xué)貴, 李彥斌, 李本奎, 蘇蕾, 李劍坤, 李浩春, 原鴻鵠, 李立功, 杜獻(xiàn)杰, 侯濤 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)