一種控制深部巷道底臌的底板卸壓加固結構的制作方法

本實用新型屬于巷道支護領域，具體涉及一種控制深部巷道底臌的底板卸壓加固結構。

背景技術：

由于巷道掘進或煤層回采的影響破壞了原巖應力場，引起巷道圍巖應力重新分布，當圍巖集中應力超過圍巖強度時，圍巖發生塑性變形，主要表現為巷道頂底板和兩幫圍巖向巷道空間移動，其中巷道底板圍巖向巷道內的移動成為底臌。一般情況下巷道底板處于無支護或者無封閉狀態，巷道底板較巷道兩幫和頂板的支護強度低，出現了巷道變形破壞先從底板臌起即底臌開始，之后巷道兩幫收斂，導致巷道支護完全失效，因此深部開采巷道（硐室）底臌問題一直是影響巷道（硐室）圍巖穩定，增加巷道支護難度的主要因素，其中深部巷道底臌量約占巷道頂底板移近量80％以上，巷道底臌不僅增加頂底板移近量，縮小巷道斷面尺寸，影響到巷道的正常運輸、通風和行人。當底臌量達到0.8~ 1m以上時，巷道需要臥底維修，維修費用高。對安裝有大型固定設備的機頭或絞車房等硐室來講，如果硐室發生一定的底臌，將會造成大型設備底座基礎傾斜，直接影響到設備的正常運轉，甚至出現停產維修的局面，是煤礦巷道正常行人、安全運輸的隱患，為礦井安全生產帶來嚴重的威脅。隨著煤礦開采深度的增加，礦井進入深部開采，礦井地質條件惡化，淺部開采中硬巖石的巷道圍巖逐漸轉化為深井軟巖。巷道圍巖移近量特別是底臌量明顯增大，底臌問題更加突出。大量煤礦巷道礦壓現場觀測結果表明，開采深度600~ 800m的條件下，產生底臌的巷道占25%左右；開采深度900m的條件下，底臌巷道約占40%；開采深度超過1000m時，底臌巷道超過80%，且隨開采深度的增大，底臌量及其在頂底板移近量中所占的比例將逐漸增加。底臌嚴重的巷道引起巷道兩幫移近量增加，巷道圍巖變形處于流變狀態，圍巖處于不穩定狀態，礦井需要耗費大量的人力、物力和財力進行多次翻修，甚至造成整條巷道的完全報廢。因此，如何有效地控制深部巷道底臌，保持巷道底板圍巖的長期穩定，對于保證深部開采煤礦巷道的正常使用和礦井安全生產具有重要的現實意義。

技術實現要素：

本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單、施工方便、設計合理、有效地控制巷道底臌現象的防止底板底臌的加固巷道裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：一種控制深部巷道底臌的底板卸壓加固結構，包括布置在巷道底板兩側的兩道卸壓槽和噴射在巷道圍巖表面的噴射砼，巷道周邊深部的巖層內設有若干錨桿層，所有的錨桿層沿巷道的軸向方向并排均勻設置，每排錨桿層包括若干根沿巷道周邊環向均勻布置的錨桿，錨桿的錨尾端向內穿過噴射砼并固定設有與噴射砼壓接配合的托盤，錨桿與噴射砼的表面垂直設置，相鄰的錨桿的錨尾端之間通過鋼絲繩連接；兩道卸壓槽分別設置在巷道底板的左右兩側。

卸壓槽的深度為2000mm，寬度800mm，其中卸壓槽的深度是指沿卸壓槽高度方向的長度，卸壓槽的寬度是指卸壓槽的橫向長度，卸壓槽的長度即巷道的長度。

采用上述技術方案，在目前深部巷道錨注支護技術的基礎上，采用底板卸壓法來控制深部巷道底臌，通過在深部巷道底板布置合理位置和合理尺寸的雙矩形卸壓槽，經過10~ 15天時間的卸壓以后，巷道圍巖發生變形，巷道兩幫和頂底板中高應力向深部圍巖轉移，巷道淺部圍巖應力降低，能夠明顯改善巷道圍巖應力場；有利于充分發揮深部圍巖的承載能力，減小淺部圍壓的支護阻力，從而降低巷道的支護難度。當圍巖變形趨于穩定以后，對巷道底板、兩幫和頂板圍巖進行注漿加固，以保證巷道底板、兩幫和頂板圍巖的長期穩定。深部巷道掘進，暴露圍巖進行錨網支護以后，距離迎頭5m左右，在巷道底板兩側，由風鎬人工開挖出寬度800mm、深度2000mm的兩個矩形卸壓槽。卸壓槽位于巷道兩幫底板和巷道底板的下部，以巷道兩幫邊界線為卸壓槽對稱線；當卸壓槽內破碎巖石取出以后，在巷道底板形成兩個“弱結構”，為巷道底臌預留一定的變形空間；卸壓以后，巷道淺部底板的高應力，向深部巖層轉移。當出現巷道底角卸壓槽內破碎巖石被壓實和壓密，吸收了底板圍巖變形量，說明“弱結構”對巷道底板、兩幫和頂板的高應力進行了有效釋放，改善了巷道底板、兩幫和頂板的圍巖應力分布狀況。通常卸壓槽掘出10~ 15天以后，巷道淺部頂底板和兩幫圍巖應力進行了充分釋放，主要表現為圍巖發生變形移動。底板卸壓槽形成過程和在卸壓過程中，巷道頂板、兩幫和頂板圍巖巖層中原生裂隙進一步張開、擴展和延伸，同時出現新的次生裂隙，造成圍巖中裂隙發育，有利于巷道兩幫和頂板巖層的卸壓，同時有利于后期對巷道底板、兩幫和頂板圍巖注漿加固。當底板卸壓槽卸壓以后，首先對巷道底板圍巖進行注漿加固，之后對雙底板卸壓槽進行噴射砼充填充實，在巷道底板圍巖形成兩個“強結構”。巷道底板的“強-弱-強”支護結構，可以有效地支撐和控制巷道的底臌。最后，當巷道兩幫變形和頂板下沉速度穩定以后，對巷道兩幫和頂板進行注漿加固，注漿以后有利于提高圍巖的強度，同時增加了錨網支護的支護性能。因此本實用新型，從提高深部巷道圍巖支護強度和降低巷道圍巖應力兩個方面采取措施，保證深部巷道圍巖和錨注支護系統趨于平衡，達到深部巷道圍巖長期處于穩定的目的；

巷道底板卸壓槽的卸壓效果，可以用底板淺部巖層應力降低區的范圍和應力值的大小，以及底板淺部巖層的強度來表示，前者與卸壓槽尺寸包括卸壓槽的深度和寬度有關，后者與底板注漿加固有關。目前采用風鎬實施底板卸壓施工的技術條件下，卸壓槽的深度直接影響到卸壓施工的難易程度和卸壓效果。當卸壓槽較淺時影響到卸壓效果，較深時則直接增加施工的難度。近年來卸壓-強化槽已經在河南省平頂山礦區平頂山天安煤業股份有限公司一礦、六礦、八礦和十礦等礦井的水平大巷和上（下）山巷道中，進行了現場工業性試驗，效果顯著。因此，本實用新型在平頂山礦區現場試驗的基礎上，結合數值計算結果，研究了底板卸壓-強化槽控制深部巷道底臌及其施工方法，確定了深部巷道底板卸壓槽的位置、卸壓槽合理尺寸，有效地改善了深部巷道圍巖應力分布狀態，提高了傳統的錨注支護效果，降低了深部巷道的支護和維修費用，可以保證深部巷道圍巖的長期穩定和煤礦的正常生產。

綜上所述，本實用新型采用底板卸壓法來控制深部巷道底臌和圍巖變形問題，在目前深部巷道錨注支護技術的基礎上，通過合理確定卸壓槽的形狀、尺寸，以及布置位置，改善底板、兩幫和頂板圍巖卸壓效果，增加了圍巖中次生裂隙，提高了圍巖注漿效果，可以有效地控制深部巷道底臌問題，保證深部巷道圍巖的長期穩定。

附圖說明

圖1是本實用新型錨噴支護巷道剖面圖；

圖2是本實用新型巷道平面布置示意圖；

圖3是本實用新型巷道軸向剖面圖。

具體實施方式

如圖1-3所示，本實用新型的一種控制深部巷道底臌的底板卸壓加固結構的裝置，包括布置在巷道底板兩側的兩道卸壓槽3和噴射在巷道圍巖表面的噴射砼4，巷道周邊深部的煤層內設有若干錨桿層，所有的錨桿層沿巷道的軸向方向并排均勻設置，每排錨桿層包括若干根沿巷道周邊環向均勻布置的錨桿1，錨桿1的錨尾端向內穿過噴射砼4并固定設有與噴射砼4壓接配合的托盤5，錨桿1與噴射砼4的表面垂直設置，相鄰的錨桿1的錨尾端之間通過鋼絲繩連接；兩道卸壓槽3分別設置在巷道底板2的左右兩側。

一種控制深部巷道底臌的底板卸壓加固結構的施工方法，包括以下步驟：

（1）掘進巷道并進行錨網支護：深部巷道掘出，圍巖成型以后，對圍巖實施錨網支護；

（2）挖出兩道卸壓槽；錨網支護成巷以后，為控制巷道底板2發生底臌，在巷道底板2兩側沿巷道的長度方向利用風鎬分別挖出一個長條形的卸壓槽3，卸壓槽3的橫截面為長方形，卸壓槽3以巷道一側幫的邊界線為對稱線，卸壓槽3的深度為2000mm，寬度800mm，其中卸壓槽3的深度是指沿卸壓槽3高度方向的長度，卸壓槽3的寬度是指卸壓槽3的橫向長度，卸壓槽3的長度即巷道的長度。

（3）對底板2注漿和對卸壓槽3進行砼充填；經過10-15天時間卸壓，當出現巷道底板2卸壓槽3內破碎巖石被壓縮密實，吸收底板2圍巖變形量，說明卸壓槽3形成的“弱結構”對巷道底板2中的高應力進行了有效釋放，改善了巷道圍巖應力分布，此時需要對巷道底板2進行注漿加固，之后對底板2卸壓槽3進行砼充填充實，使巷道底板2圍巖形成兩個“強結構”。巷道底板2的“強-弱-強”支護結構，有效地巷道控制了巷道底臌。

（4）對巷道兩幫和頂板進行注漿加固；當巷道兩幫變形和頂板下沉速度穩定以后，及時對巷道兩幫和頂板進行注漿加固，確保巷道圍巖長期處于穩定狀態。

步驟（1）中的對圍巖實施錨網支護的具體步驟為：

a）在巷道的毛斷面上噴射一層噴射砼4；

b）接著沿巷道環向施工第一排錨桿層，并通過托盤5將錨桿1的錨尾端安裝在噴射砼4上；

c）第一排錨桿層施工完畢后沿巷道的軸線方向依次施工第二排錨桿層、第三排錨桿層……，施工的同時將所有的錨桿1的錨尾端通過托盤5安裝在噴射砼4上；

d）接著通過沿巷道軸向和環向的鋼絲繩將所有的錨桿1的錨尾端連接在一起，巷道軸向和環向的鋼絲繩形成網狀的鋼絲繩網。

本實施例并非對本實用新型的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術方案的保護范圍。