一種用于高應(yīng)力導(dǎo)水溶洞群復(fù)合頂板巷道快速支護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種礦井巷道復(fù)合頂板支護方法，具體地說，它是一種用于高應(yīng)力區(qū)煤礦巷道、且巷道頂板中含有較多的溶洞群的巷道復(fù)合頂板支護方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著礦井開采深度的不斷增加，巷道開采活動受高地應(yīng)力及各種高復(fù)雜構(gòu)造應(yīng)力的影響越來越大，礦井巷道圍巖的變形、破壞程度越來越嚴重，不僅如此，煤礦巷道頂板由于受地下水和巖楽巖侵蝕，頂板巖層中分布著大小不一、排列無序、相互導(dǎo)通的巖層溶洞，其中包覆大量軟弱黃泥及碗狀巖石硬核，且該類巷道頂板上方存在大流量的含水層，導(dǎo)致頂板溶洞大量涌水，巷道頂板淋水嚴重及錨桿(索)支護工作無法順利進行；由于大量的涌水溶洞的存在，在巷道掘進過程中，巷道圍巖因開挖遭到破壞，劇烈變形后釋放出的高應(yīng)變能量使原有的溶洞群圍巖進一步擴展，產(chǎn)生新的松動破壞后，頂板上方含水層導(dǎo)通頂板溶洞群，造成礦井水災(zāi)，給掘進施工帶來很大安全威脅。
[0003]復(fù)雜的溶洞周圍應(yīng)力集中現(xiàn)象極其劇烈，頂板巖層已無法保持一定的連續(xù)、完整性，導(dǎo)致巷道頂板承載強度大大降低，加之巷道圍巖受高地應(yīng)力的沖擊，巷道極不穩(wěn)定，施工過程稍不慎，便會導(dǎo)致頂板事故的發(fā)生，輕則損壞施工設(shè)備，重則危及生命。
[0004]針對這種復(fù)雜的高應(yīng)力區(qū)導(dǎo)水溶洞群復(fù)合頂板的礦井巷道，迄今為止，本領(lǐng)域內(nèi)大部分學(xué)者通過采用注漿、砌碹、“雙殼”支護、修筑淋水引流裝置等手段，對這種導(dǎo)水溶洞頂板的治理效果均不明顯，該類巷道的掘進、支護施工等工序面臨著前所未有的障礙。因此基于本科研團隊數(shù)年的研宄與實踐，認為這種復(fù)雜的高應(yīng)力區(qū)導(dǎo)水溶洞群復(fù)合頂板治理，不僅是某種方法能夠?qū)崿F(xiàn)的，而是某幾種方法通過空間、時間上的相互配合形成一掘進施工體系而完成的，因此只有采用適當?shù)氖┕すに嚕腋鞣N工藝間應(yīng)高效地相互配合才能有效的加固導(dǎo)水溶洞構(gòu)造帶，阻止巷道圍巖由于掘進開挖造成的持續(xù)破壞，給巷道支護帶來方便，確保巷道的安全施工。
[0005]現(xiàn)有的支護體系，其支護能力在這種復(fù)雜地質(zhì)條件下無法達到預(yù)期支護效果，而圍巖壓力過大、巷道頂板涌水嚴重等現(xiàn)象，造成巷道無法正常施工。為了有效控制導(dǎo)水溶洞頂板圍巖的變形破壞和頂板涌水，可通過注漿降低頂板涌水量和提高圍巖承載性能的基礎(chǔ)上，配合采用強力支護結(jié)構(gòu)，對導(dǎo)水溶洞頂板巷道圍巖進行綜合加固與控制。溶洞群注漿，一方面是利用漿液將溶洞內(nèi)的各種弱面空間充實、將支離破碎的頂板重新膠結(jié)起來，提高頂板圍巖整體性和自身力學(xué)承載性能另一方面是隔斷溶洞頂板上方的含水層，阻斷含水層對頂板溶洞群的充灌路徑，降低頂板涌水量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種用于高應(yīng)力導(dǎo)水溶洞群復(fù)合頂板巷道快速支護方法。
[0007]實現(xiàn)上述快速支護方法的思路是將注漿加固及高預(yù)應(yīng)力錨索支護結(jié)合為一種“拱形支撐結(jié)構(gòu)”和單體液壓支柱配合使用的超前加強支護結(jié)構(gòu)來解決高應(yīng)力區(qū)導(dǎo)水溶洞群巷道頂板。即首先植入幫錨桿，隨后采用自鉆式錨桿注入一種快硬注漿材料對巷道上方進行封堵加固，加固完成后，巷道頂板形成整體承載結(jié)構(gòu)，在巷道頂板中植入高預(yù)應(yīng)力錨索及頂板錨桿，完成了錨桿支護工序，最后安裝“拱形支撐結(jié)構(gòu)”對巷道進行加強支護，用以抵抗高應(yīng)力圍巖對巷道的沖擊，這種注漿加固和錨桿聯(lián)合支護加之與拱形巷道U型鋼相匹配的“拱形支撐結(jié)構(gòu)”構(gòu)成的支護體系，實現(xiàn)了對高應(yīng)力溶洞群特殊頂板的有效控制，大大減少了該類巷道的維護工程量，基本實現(xiàn)了巷道的零翻修，同時有效的提高了煤礦生產(chǎn)及經(jīng)濟效益。
[0008]其具體支護方法的技術(shù)方案如下:
1、一種用于高應(yīng)力導(dǎo)水溶洞群復(fù)合頂板巷道快速支護方法，其所述快速支護方法是按以下步驟進行的:
(一)在巷道開挖形成后，先在巷道兩幫打入幫錨桿，后在巷道拱腳和拱頂分別按間排距1.0?1.5m植入自鉆式拱腳注漿錨桿和自鉆式拱頂注漿錨桿；
(二)在自鉆式拱腳注漿錨桿和自鉆式拱頂注漿錨桿中以2.5Mpa的注漿壓力，在10分鐘內(nèi)注入快硬注漿材料a，形成頂板快速加固區(qū)P ;
所述快硬注漿材料a是按原料組成及其質(zhì)量份配比為:CTG快硬注漿粉料:錳礦渣粉料:水玻璃:水=5L 5-62.3: 31.5-38.6: 11.2-14.5: 23.6-29.7，進行充分攪拌混合而成；
其中，所述CTG快硬注漿粉料是按原料組成及其質(zhì)量份配比為:水泥:有機硅粉:石膏粉=13.2-14.5: 33.7-35.6: 8.4-9.6 進行均勻混合而成；
(三)快速注入快硬注漿材料a，30分鐘后安裝錨索和頂板錨桿，實現(xiàn)巷道頂板錨桿支護；
(四)采用與巷道頂板錨桿支護后復(fù)合頂板相應(yīng)的拱梁支撐結(jié)構(gòu)進行加強支護；
所述拱梁支撐結(jié)構(gòu)是將25U型鋼拱梁制作成與巷道頂板相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)拱梁，并通過加強筋與工字鋼橫梁焊接構(gòu)成拱形支撐結(jié)構(gòu)；在拱形支撐結(jié)構(gòu)的工字鋼橫梁上設(shè)置有對稱的兩個與鋼結(jié)構(gòu)支護件相應(yīng)的兩個咬合支撐結(jié)構(gòu)，并在兩個鋼結(jié)構(gòu)支護件上分別連接有兩個單體液壓支柱，在兩個單體液壓支柱的支腳處通過兩端帶螺紋的連桿進行連接固定，構(gòu)成拱梁支撐結(jié)構(gòu)。
實現(xiàn)本發(fā)明上述技術(shù)方案是在有溶洞群的頂板條件下，通過注漿錨桿注入的快硬材料以改變巷道頂板溶洞中的軟弱充填介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)，使之強化固結(jié)，使頂板圍巖形成堅固的承載結(jié)構(gòu)體，為頂板錨桿及巷道U型鋼的支護工作提供有力穩(wěn)定的著力面或根基。本發(fā)明的“拱形支撐結(jié)構(gòu)”與巷道U型鋼支護，安裝過程方便快捷，能夠有效抵抗高應(yīng)力對巷道圍巖的沖擊破壞，這種注漿、錨桿聯(lián)合支護及拱形支撐結(jié)構(gòu)的支護方式，實現(xiàn)了高應(yīng)力區(qū)巷道復(fù)合頂板溶洞入侵時，一次支護成功，克服了巷道返修的困難，減少了巷道維護工程量，大大節(jié)約了支護成本，提高煤礦的生產(chǎn)效益。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明高應(yīng)力導(dǎo)水溶洞群復(fù)合頂板巷道快速支護方法的支護結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明圖1的D-D剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:1:幫錨桿；2:單體液壓支柱；3:工字鋼橫梁；4:鋼結(jié)構(gòu)支護件；5:拱腳注漿錨桿6:拱頂注漿錨桿；7:錨索；8:頂板錨桿；9:29U型鋼拱梁；10:螺紋；11:連桿；12:加強筋。
【具體實施方式】
[0012]下面對本發(fā)明的【具體實施方式】作出進一步的說明。
[0013]結(jié)合附圖1-2，實施一種用于高應(yīng)力導(dǎo)水溶洞群復(fù)合頂板巷道快速支護方法，該方法是在巷道掘成以后，立即對巷幫進行錨桿支護，提高煤體的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力，增強煤幫強度，控制巷幫煤體的進一步收斂、變形，使之形成承