一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法與流程

本發明涉及巷道圍巖控制領域，具體為一種深部巷道圍巖穩定控制方法，特別是一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法。

背景技術：

隨著社會的不斷發展，尤其是對于資源的強大依賴性，對于資源的開發越來越廣，深度越來越大；而在諸多的能源中，煤炭的使用為社會的多領域發展做出了突出的貢獻，而煤炭的開發安全，一直是多方重視的重中之重。

煤礦進入深部開采后，煤巖體長期處于高地應力、高低溫、高滲透壓及強時間效應作用下，巷道掘出后易表現非線性大變形特征，往往采用多種支護方式仍無法保持巷道的長期穩定。圍巖應力、巖性和支護是影響深部巷道穩定性的主要因素，其中，降低圍巖應力是維護深部巷道穩定的根本。巷道應力轉移實質是采用人為方法降低圍巖所處應力環境或改變圍巖應力分布，使支承壓力向圍巖深部轉移，從而減小圍巖破裂范圍，保持巷道長期穩定，對于一些極難維護的深部高應力巷道，應力轉移可比加強支護和圍巖加固取得更好的礦壓控制效果。

鉆孔卸壓作為一種典型的巷道圍巖應力轉移技術，具有工藝簡單、施工方便、工程量小等優點，并可為圍巖膨脹變形提供有效補償空間。但該方法的應用無疑對巷道圍巖強度及一次支護結構產生一定擾動，不利于掘進后期對巷道圍巖蠕變的控制，即鉆孔卸壓在短期內對控制巷道變形效果顯著，對于應用于服務年限長的巷道（大巷、上下山等）存在一定的局限性，影響了該技術的推廣應用。

因此，提供一種可以基于不同時期巷道圍巖變形破壞類型的不同，采用不同的支護與加固方法控制各個階段圍巖變形，充分發揮圍巖及支護結構自身的支護性能，改善巷道維護效果，對實現深部煤炭資源的安全高效開采具有重要意義。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供了一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，該方法針對巷道掘出后所處不同時期圍巖變形方式的不同，采用不同支護和加固方式控制個階段圍巖變形，實現巷道長期穩定。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，其特征在于，以時間為序分為一次讓壓支護、鉆孔卸壓和二次高強錨注支護三個步驟；

所述的具體步驟如下：

a. 巷道采用光面爆破方法掘進，巷道掘出后盡快清理浮矸，緊跟掘進工作面進行一次高強讓壓支護，采用高強讓壓錨桿和錨索完成對深部高應力巷道的初期支護；

b. 一次高強讓壓支護完成以后，盡快對掘進工作面底板進行包括排矸、排水的工作，之后，按設計的卸壓鉆孔參數對試驗巷道不同位置處圍巖施工卸壓鉆孔；

c. 卸壓鉆孔施工完成以后，在試驗巷道中布置礦壓監測站，監測巷道應力演化規律及圍巖和卸壓鉆孔變形情況，及時分析反饋信息，評判巷道圍巖穩定性；

d. 依據試驗巷道現場實測礦壓結果，待卸壓鉆孔出現閉合現象，即工效喪失后，巷道圍巖應力調整基本趨于穩定，此時需對含卸壓區域的巷道圍巖破碎區域進行二次高強錨注支護，并對卸壓區域采用斜拉短錨索加強支護，對巷道局部破碎嚴重區域再次進行錨桿加強支護。

所述步驟a的爆破掘進工作要符合相關技術規范，保證巷道斷面成型光滑，此外，一次讓壓錨桿和錨索支護中錨桿與錨索讓壓管的讓壓載荷設計應滿足工程要求，取錨桿讓壓載荷為其屈服載荷的0.6-0.75倍，錨索讓壓載荷為其破斷載荷的0.25-0.35倍。

所述步驟b中涉及卸壓鉆孔的關鍵參數包括卸壓方位、卸壓時機、鉆孔長度、直徑和間排距，其設計步驟以上述排列順序為序。

所述步驟c中所需布置的礦壓監測站包括巷道表面及深部位移監測站、圍巖應力監測站及鉆孔變形監測站，每200m布置一組，各種測站采用交替布置方法；同時采用鉆孔窺視儀實時監測卸壓鉆孔收斂情況。

所述步驟d中二次高強錨注支護時機應選擇在卸壓鉆孔出現閉合情況，即鉆孔斷面垮落失穩情況，同時巷道圍巖應力調整及變形趨于穩定狀態以后；二次錨注支護主要包括破碎圍巖注漿加固和二次高強錨桿和錨索加強支護兩個階段，注漿加固前應對巷道表面噴射一層混凝土止漿層，待噴層完全硬化后再對巷道全斷面進行注漿加固；之后，采用高強錨桿和錨索對巷道進行二次支護，并對巷道卸壓區域采用斜拉斷面短錨索加強支護，對巷道局部變形嚴重區域進行錨桿補強支護，待上述工作完成以后，對巷道斷面復噴混凝土，保持巷道平滑。

積極有益效果：本發明公開了一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，針對巷道掘出后所處不同時期圍巖變形方式的不同，采用不同支護和加固方式控制個階段圍巖變形，充分發揮圍巖及支護結構自身的支護性能，減小深部高應力巷道圍巖的大變形，實現巷道長期穩定。同時，該方法可有效降低巷道修復率和工人勞動強度，降低礦井綜合支護成本。

附圖說明

圖1是深部高應力巷道卸壓支護協調控制示意圖；

圖2是巷道一次高強讓壓支護斷面圖；

圖3是巷幫卸壓鉆孔布置圖；

圖4為巷道斷面注漿孔布置圖；

圖5為巷道二次高強錨桿（索）支護斷面圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例，對本發明做進一步的說明：

一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，該方法：首先，深部高應力巷道掘出后，圍巖將產生較大的彈塑性變形，此時常規錨桿（索）支護難以有效控制圍巖大變形，該階段巷道圍巖穩定控制的關鍵在于支護結構必須具有一定的可縮性（讓壓性能），使巷道圍巖能夠在高支護阻力下變形，釋放部分聚集在巷道內部的變形能，緩解巷道彈塑性變形階段及鉆孔卸壓階段支護結構荷載程度，減小錨桿（索）破斷率；其次，一次讓壓支護完成后，緊跟掘進工作面施工卸壓鉆孔，轉移巷道周邊高應力，降低巷道所處應力環境，改善巷道維護條件；最后，基于巷道礦壓監測結果，卸壓鉆孔出現閉合情況（鉆孔斷面垮落失穩），同時巷道圍巖應力調整及變形趨于穩定狀態以后，采用二次高強錨注技術對巷道卸壓區及圍巖破壞松動區進行加強支護，控制破碎巖體后期的蠕變變形，保持巷道長期穩定。

一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，其技術關鍵點在于對鉆孔卸壓時機及二次錨注支護時機的把握，即對卸壓支護協調程度的控制：鉆孔卸壓時機確定在巷道掘出后即可進行，即卸壓鉆孔緊隨掘進工作面施工；二次高強錨注支護時機應選擇在卸壓鉆孔出現閉合情況（鉆孔斷面垮落失穩），同時巷道圍巖應力調整及變形趨于穩定狀態以后進行。

一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，其一次讓壓支護前巷道應采用光面爆破方法掘進，盡可能保證巷道斷面成型光滑，為一次讓壓支護提供較好的支護條件；此外，一次讓壓錨桿（索）支護中錨桿與錨索讓壓管的讓壓載荷設計應滿足工程要求，取錨桿讓壓載荷為其屈服載荷的0.6-0.75倍，錨索讓壓載荷為其破斷載荷的0.25-0.35倍。

一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，其在一次讓壓支護完成后，盡快對掘進工作面進行排矸、排水等工作，之后，按設計的卸壓鉆孔參數對試驗巷道不同位置處圍巖進行鉆孔卸壓，設計鉆孔參數應包括卸壓方位、卸壓時機、鉆孔長度、直徑及間排距等，其設計步驟以上述排列順序為序。

一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，其二次高強錨注支護前率先對巷道布置礦壓監測站，監測巷道應力演化規律及圍巖和卸壓鉆孔變形情況，及時分析反饋信息，評判巷道圍巖穩定性。巷道所需布置的礦壓監測站包括巷道表面及深部位移監測站、圍巖應力監測站及鉆孔位移監測站等，一般每200m布置一組，各種測站采用交替布置方法；同時采用鉆孔窺視儀實時監測卸壓鉆孔收斂情況。

一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，其在卸壓鉆孔出現閉合現象（工效喪失）后，巷道圍巖應力調整基本趨于穩定，此時需對巷道圍巖破碎區域（含卸壓區域）進行二次高強錨注支護，并對卸壓區域采用斜拉短錨索加強支護，對巷道局部破碎嚴重區域再次進行錨桿加強支護。具體操作步驟如下：

a.巷道注漿加固前，對圍巖表面噴射一層混凝土止漿層，防止注漿壓力過大造成漿液外泄；

b.待巷道表面混凝土噴層完全硬化后，對巷道全斷面進行注漿加固；

c.注漿完成后，采用高強錨桿（索）對巷道進行二次支護，并對巷道卸壓區域采用斜拉斷面短錨索加強支護，對巷道局部變形嚴重區域進行錨桿補強支護。

d.上述工作實施完成后，對巷道表面復噴混凝土層，保持巷道表面平滑。

實施例

以下參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5對本發明的具體實施方式作進一步說明，一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，該方法以時間為序分為一次讓壓支護、鉆孔卸壓和二次高強錨注支護三個步驟，其技術關鍵點在于對鉆孔卸壓時機及二次錨注支護時機的把握。該方法的具體實施步驟如下：

a. 試驗巷道采用光面爆破方法掘進，巷道掘出后快速清理浮矸，緊跟工作面進行一次支護，采用高強讓壓錨桿1和高強讓壓錨索2完成對深部高應力巷道的初期支護.

實施過程為：鉆孔→清孔→掛網（梁）→裝入樹脂錨固劑→攪拌→錨桿（索）預緊。

b. 一次讓壓支護完成后，盡快對掘進工作面底板進行排矸、排水等工作，之后，按設計的卸壓鉆孔參數（卸壓方位、卸壓時機、鉆孔長度、直徑及間排距等）對巷道不同位置處圍巖施工卸壓鉆孔3，卸壓鉆孔施工位置位于一次讓壓支護兩排錨桿（索）中間位置。

c. 卸壓鉆孔施工完成以后，在試驗巷道中布置礦壓監測站，監測巷道應力演化規律及圍巖和卸壓鉆孔變形情況，及時分析反饋信息，評判巷道圍巖穩定性。所需布置的礦壓監測站包括巷道表面及深部位移監測站、圍巖應力監測站及鉆孔位移監測站等，每200m布置一組；同時采用鉆孔窺視儀實時監測卸壓鉆孔收斂情況。

d. 依據試驗巷道現場實測礦壓結果，待卸壓鉆孔出現閉合現象（工效喪失）后，巷道圍巖應力調整基本趨于穩定，此時需對巷道圍巖破碎區域（含卸壓區域）進行二次高強錨注支護，并對卸壓區域采用斜拉短錨索加強支護。具體步驟如下：

① 巷道注漿加固前，對圍巖表面噴射一層混凝土止漿層7，防止漿液外泄；

② 待巷道表面混凝土噴層完全硬化后，對巷道表面按照設計注漿參數施工注漿孔8，安裝注漿管9后，進行封孔、聯孔，并對巷道全斷面進行注漿加固；

③ 注漿完成后，采用高強錨桿4和高強錨索5對巷道進行二次支護，并對巷道卸壓區域采用斜拉斷面短錨索6加強支護

④ 上述工作實施完成后，對巷道表面復噴混凝土層，保持巷道表面平滑。

該方法中，如果遇到巷道局部變形破碎、松動圈范圍增大現象，亦可對巷道局部變形嚴重區域進行錨桿補強支護。

本發明公開了一種基于鉆孔卸壓的深部高應力巷道卸壓支護協調控制方法，針對巷道掘出后所處不同時期圍巖變形方式的不同，采用不同支護和加固方式控制個階段圍巖變形，充分發揮圍巖及支護結構自身的支護性能，減小深部高應力巷道圍巖的大變形，實現巷道長期穩定。同時，該方法可有效降低巷道修復率和工人勞動強度，降低礦井綜合支護成本。

以上是為了使本領域普通技術人員理解本發明，而對本發明所進行的詳細描述，但可以想到，在不脫離本發明的權利要求所涵蓋的范圍內還可以做出其它的變化和修改，這些變化和修改均在本發明的保護范圍內。