礦井大松動圈巷道漸進式支護方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種圍巖支護方法，特別涉及一種礦井大松動圈巷道漸進式支護方法。
【背景技術】
[0002]礦井巷道開挖后，其圍巖由原來的三向應力狀態變成了兩向應力狀態，圍巖的強度(主要指長期強度)就會變低，而其所受應力會因周圍應力重新分布而增大(產生集中應力)ο如果圍巖所受應力超過了其強度，圍巖就會受到破壞產生松動，集中應力內移，繼續破壞離巷道空間較遠的圍巖，直到圍巖的強度高于集中應力為止。由此，在巷道圍巖中產生了一定的松動范圍，巷道圍巖產生的松動范圍就叫松動圈。巷道圍巖松動范圍愈大，因松動產生的體積膨脹愈大(碎脹)，巷道變形就越嚴重。換句話說，巷道的松動圈越大，支護越困難。一般來說，圍巖松動圈厚度大于2.2米的礦井巷道就稱為大松動圈巷道。隨著地下資源開采向深部轉移，由于地壓增加，大松動圈巷道越來越多。由于目前大松動圈巷道施工方法不科學，破壞非常嚴重。例如，很多煤礦的開拓工程經過多次維修仍然不能安全使用，支護成本大幅度升高。為此，提出科學的大松動圈巷道支護方法是十分必要的，而這就需要先對巷道圍巖大松動圈的形成過程有科學的認識。
[0003]巷道圍巖大松動圈是從無到有、從小到大逐漸形成的。一般來說，厚度大于1.5m的松動圈要經過1-3個月的形成過程。巷道空間周圍因受開挖影響而發生應力重新分布的巖體稱為圍巖，未受開挖影響的巖體稱為原巖。圍巖由四部分組成，應力升高彈性圈、塑性硬化圈、塑性軟化圈和塑性流動圈。松動圈屬于圍巖的一部分，一般由兩部分組成:塑性軟化圈和塑性流動圈。巷道大松動圈的形成過程包含三個相互聯系的過程，一是隨著應力升高彈性圈和塑性硬化圈(這兩部分不屬于松動圈的范圍，并且隨開挖后立即形成)的逐漸向圍巖深部移動，塑性軟化圈慢慢擴大，并最終形成一定厚度的塑性流動圈；二是圍巖裂隙逐漸增大、增多并相互貫通形成裂隙網，應力升高彈性圈會出現一些微裂隙，塑性硬化圈時微裂隙不斷發展擴大并最終形成滑移線，塑性軟化圈時滑移線形成破裂面、裂隙發展和貫通速度快速提高、承載能力迅速下降，塑性流動圈時裂隙發展和貫通速度變慢、裂隙間巖塊在穩定的應力下開始錯動；三是圍巖變形、破碎膨脹并向開挖空間擁擠，應力升高彈性圈和塑性硬化圈圍巖體積基本不膨脹，塑性軟化圈圍巖體積開始膨脹，塑性流動圈體積繼續快速增加。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種礦井大松動圈巷道漸進式支護方法，能夠有針對性地根據巷道松動圈的發展狀況，采用相應的支護手段以使巷道圍巖形成穩定的支護結構，保證礦井的安全使用，降低支護成本。
[0005]本發明的礦井大松動圈巷道漸進式支護方法，包括以下步驟:
[0006](I)開挖后，對巷道進行初噴，初噴形成的混凝土噴漿層厚度不大于50mm ;
[0007](2)初噴后，在臨時支護下掛設鋼筋網和鋼筋梯，然后打眼安裝注漿錨桿，形成組合支護；
[0008](3)根據巷道地質條件選擇測定點，在測定點處打眼安裝探測松動圈的系統，并安裝斷面收斂儀，以測定巷道松動圈的變化和巷道斷面收斂情況；
[0009](4)根據巷道斷面監測情況，對巷道斷面變形大的部位補充安裝錨桿，使巷道均勻收斂；
[0010](5)在松動圈的厚度大于注漿錨桿的長度后，打眼安裝注漿錨索；
[0011](6)當巷道斷面變形穩定、松動圈不再擴大時進行復噴，復噴形成的混凝土噴漿層的厚度使得鋼筋網和鋼筋梯至少有20_的保護層；
[0012](7)復噴混凝土硬化后，利用步驟(2)中安裝的注漿錨桿進行圍巖淺部注漿；
[0013](8)圍巖淺部注漿后，利用步驟(5)中安裝的注漿錨索進行圍巖深部注漿。
[0014]進一步，在步驟⑵中的所述注漿錨桿和/或步驟(5)中的所述注漿錨索包括錨體及設在錨體錨固段的延展機構，所述錨體的自由段設有注漿孔；所述延展機構包括膨脹套和引脹件，所述錨體穿過膨脹套后與引脹件連接；巖體變形對錨體及引脹件產生軸向拉力時引脹件對膨脹套形成擠壓，使得膨脹套產生徑向變形而膨脹。
[0015]進一步，所述注漿錨桿和/或所述注漿錨索還包括隔離筒，所述隔離筒的頂部封閉、底部設有開口，并且所述隔離筒套在膨脹套外。
[0016]進一步，所述引脹件呈上大下小的錐臺狀，并且所述引脹件的大部直徑大于膨脹套的內徑、小部直徑小于膨脹套的內徑；所述膨脹套的頂部和底部均設有開口，并且所述膨脹套的壁上設有從其頂部開口處開始延伸的變形縫。
[0017]進一步，所述膨脹套的壁上設有至少兩條沿其軸向延伸的變形縫，各所述變形縫沿膨脹套的周向均勻分布。
[0018]進一步，所述注漿錨桿和/或所述注漿錨索還包括套裝在錨體上用于密貼于巖面的托盤及用于調節預緊力的調節件，所述調節件對托盤形成軸向擠壓。
[0019]進一步，在步驟(I)中，并且初噴使用的混凝土為強度不低于C25的鋼纖維混凝土；在步驟(6)中，復噴形成的混凝土噴漿層的厚度使得鋼筋網和鋼筋梯至少有20mm的保護層。
[0020]進一步，在步驟(2)中，所述鋼筋網中鋼筋直徑為6mm-12mm，且所述鋼筋網的鋼筋間距不小于100mm，網孔形狀為方形或菱形；所述鋼筋梯為兩根長度不小于2000mm、直徑不小于18mm的鋼筋采用高強度焊條焊接，梯子寬度50-100mm，梯子間距等于設計錨桿間距，并采用并排兩根的焊接方法。
[0021]進一步，在步驟(2)中，所述注漿錨桿的長度不小于2000mm，巷道圍巖表面錨桿支護強度不低于0.15MP,并且錨桿的安裝預應力不小于其錨桿屈服強度的一半。
[0022]進一步，在步驟(3)中，所述探測松動圈的系統包括多點位移計或鉆孔攝像系統。
[0023]本發明的有益效果:本發明的礦井大松動圈巷道漸進式支護方法，在塑性軟化圈的形成過程中，利用錨桿支護提高塑性軟化圈的強度，減緩塑性流動圈出現的時間并減少塑性流動圈厚度；當松動圈厚度超過錨桿長度時，利用錨索把松動圈和大結構(主要指應力升高彈性圈和塑性硬化圈)連接起來；當松動圈基本穩定后，利用注漿把松動圈內破碎的巖塊膠結起來，形成一個具有一定強度的整體；最終使巷道圍巖形成一個雙穩定結構，即由應力升高彈性圈、塑性硬化圈和塑性軟化圈形成的自然支撐結構(大結構)和在松動圈內形成的人工支護結構(小結構)；從而能夠有針對性地根據巷道松動圈的發展狀況，采用相應的支護手段以使巷道圍巖形成穩定的支護結構，保證礦井的安全使用，降低支護成本。
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述:
[0025]圖1為本發明實施例一中注漿錨桿和注漿錨索的結構示意圖；
[0026]圖2為本發明實施例二中注漿錨桿和注漿錨索的結構示意圖；
[0027]圖3為本發明實施例一、二中膨脹套的主視圖；
[0028]圖4為本發明實施例一、二中膨脹套的左視圖；
[0029]圖5為本發明實施例三中注漿錨桿和注漿錨索的結構示意圖；
[0030]圖6為本發明實施例三中膨脹套的主視圖；
[0031]圖7為本發明實施例三中膨脹套的左視圖。
【具體實施方式】
[0032]本發明的礦井大松動圈巷道漸進式支護方法應遵守的支護原則:礦井大松動圈巷道支護遵守24字支護原則“寬斷面、嚴治水，少擾動、及時控、強支護、協調變、勤量測、緊封閉”。“寬斷面”，大松動圈巷道斷面收縮變形是不可避免的，所以在巷道斷面設計時要預留收縮空間，適當放大巷道斷面。“嚴治水”，大松動圈巷道圍巖極易受水的影響，要提前采用封堵、導水等方法治理水患，防止圍巖受水影響。“少擾動”，盡量利用手鎬、風鎬或機械開挖方法；必須放炮時，要采用預裂爆破或光面爆破；適當減少循環進尺量。“及時控”，采用噴漿、先進的臨時支護、立刻安裝錨桿等方法及時控制頂板；錨桿預應力不低于錨桿強度的一半。“強支護”，適當增加支護強度，防止圍巖產生有害變形。“協調變”，支護材料本身的變形要能適應巷道圍巖的變形，支護材料具有延展性。“勤量測”，通過量測，及時了解巷道圍巖的變形、離層、裂隙變化等情況，還要了解支護材料的工作阻力、變形量，并根據量測結果改變支護手段。“緊密閉”