一种弱胶结地层巷道支护方法及支护系统技术方案

本发明专利技术涉及一种弱胶结地层巷道支护方法及支护系统，尤其适用于西部矿区弱胶结地层岩石具有强度低、胶结性差、遇水崩解等特点，受开挖扰动影响巷道浅部围岩短时间破坏范围较大，伴随发生岩石向砂石颗粒的相变现象，传统的锚网支护、锚注加固难以有效控制稳定。首先预制中空壳体，通过锚杆支护将壳体安装在开挖后巷道表面，并通过锚杆向围岩施加一定的预紧力；其次向中空壳体充填包内注入膨胀性注浆液，注浆液在凝固过程中膨胀作用向围岩施加预应力，限制围岩变形；最后实施全断面喷浆和底板浇筑混凝土。该方法操作简单，施工方便，主要应用于弱胶结地层巷道支护工程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤矿中的巷道支护方法，尤其适用于我国西部及西北矿区弱胶结地层巷道支护工程的弱胶结地层巷道支护方法及支护系统。
技术介绍
我国西部及西北矿区可采煤层赋存于侏罗系和白垩系地层中，该类岩层受成岩环境影响表现出强度低、胶结性差、遇水崩解等特点，巷道开挖后短时间内围岩出现大变形、破坏范围大等现象，传统锚网支护和锚注加固方法不能有效控制巷道稳定，巷道返修率高，支护成本大幅度增加，制约了西部及西北矿井安全生产。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种适用于弱胶结地层、大变形的巷道主动控制方法，可有效控制巷道稳定，减少巷道支护成本的弱胶结地层巷道支护方法及支护系统。本专利技术的技术方案是:一种弱胶结地层巷道支护方法，该方法具体包括以下步骤: 步骤1.预制中空壳体:将直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，备用； 步骤2.初次加固:在已掘出巷道的毛断面上进行初喷得到厚度为20-30mm的第一加固层，强度为C20，将步骤I预制的中空壳体通过若干等距设置的锚杆固定于巷道顶板和两帮表面，并对锚杆施加预应力，所述锚杆预紧力为60KN ; 步骤3.再次加固:再滞后巷道掘进头的15-20m处，对设置在顶板上的中空壳体利用等距设置2根第一锚索进行再次加固，对设置在两帮的中空壳体利用第二锚索进行加固；所述锚索预紧力为100KN ; 步骤4.注浆:分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体内置的柔性中空充填包体内实施注浆，注入注浆液时，先通过排气口排出空气，通过高压将注浆液注入，待注浆材料凝固，此时膨胀的中空壳体向巷道围岩表面施加整体、均匀的约束力，提高巷道支护阻力；步骤5:注浆后3天，分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体的表面进行复喷，复喷的厚度为50-60mm，强度为C20，得到复喷层，在对巷道底板浇筑混凝土，形成完整巷道断面。进一步，所述步骤2中所述锚杆为高强度锚杆，直径20mm，长度2200mm ;所述锚杆间排距为800mmX800mm。进一步，所述步骤3中所述第一锚索和第二锚索的直径为20mm，所述第一锚索的长度6300mm，所述第二销索的长度为4300mm ;所述第一销索的间排距为1600mmX 1600mm,所述第二锚索在巷道腰线水平布置，排距1600_。进一步，所述步骤I中的柔性中空充填包体，规格长X宽X高为1900mm X 300mm X 60mm或1900mm X 700mm X 60mm，所述步骤I中的柔性中空充填包体可承受1MPa压力，可膨胀范围为50-80%。进一步，所述步骤I中的所述柔性中空充填包体的两端设有注浆口和出气口，所述注浆口上设有注浆管，所述注浆管直径Φ 22mm，长度50mm;出气口直径Φ 22mm，长度50mm ；注浆过程中出气口排出浆液立即关闭出气口。进一步，所述步骤4中的所述注浆液由325水泥、膨胀性添加剂、水组成，其比例为1:0.1:2ο进一步，步骤5中的所述巷道底板混凝土浇筑层厚度为300mm，强度为C20。进一步，所述上层钢网和下层钢网的焊接规格分别为长X宽X高为1600mm X 10Omm X 1600mm 和 2000mm X 10Omm X 1600mm,棚■格规格 10Omm X 100mm。本专利技术的另一目的是提供上述方法使用的支护系统，该系统包括中空壳体、锚杆、锚索、第一加固层、复喷层和底板； 其中，所述第一加固层设置在所述巷道的巷道顶板和两帮的毛断面的表面，所述中空壳体通过所述锚杆和锚索固定在所述巷道固定于第一加固层上，所述复喷层设置在所述中空壳体的另一端面上，所述底板设在所述巷道的底部。进一步，所述中空壳体包括由直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，所述柔性中空充填包体两端设有注浆口和出气口。本专利技术的弱胶结地层巷道支护系统及支护方法是:巷道掘进后通过安装锚杆将中空壳体固定于巷道帮顶围岩表面，与锚杆、锚索共同作用，提高巷道表面支护强度；通过向中空壳体内加注高压膨胀性浆液，凝固膨胀后充填体将支护阻力均匀、整体的施加给对巷道岩壁，进一步限制围岩变形破坏。本专利技术的有益效果在于，本专利技术与现有技术相比，本专利技术通过在巷道帮顶围岩表面安装膨胀性中空壳体，在中空壳体内注入高压可膨胀性浆液材料，待浆液凝固后，材料膨胀使壳体膨胀鼓起，给巷道围岩表面施加整体、均匀的约束力，该约束力较传统支护结构的支护阻力大、均匀。本专利技术的方法对弱胶结类岩层巷道实用性强。本专利技术的方法简单，易于实施，支护效果好，具有广泛的推广应用价值。【附图说明】图1是本专利技术巷道支护断面示意图。图2是本专利技术巷道两帮支护平面图。图3是本专利技术巷道顶板支护平面图。图4是本专利技术支护效果与传统支护效果对比示意图。图中: 1.毛断面、2.第一加固层、3.锚杆、4.中空壳体、5.内置充填包、6.第一锚索、7.第二锚索；8.复喷混凝土层、9.底板浇筑混凝土层、10.巷道净断面、11.注浆口、12.排气口、13.缓冲空间、14.膨胀后支护壳体、15.均匀支护阻力、16.非均匀支护阻力。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。图1-4所示，本专利技术的一种弱胶结地层巷道支护系统的结构示意图，该系统主要是解决西部矿区弱胶结地层岩石具有强度低、胶结性差、遇水崩解性岩层的巷道稳定性问题，例如某矿井下煤层大巷，大巷埋深675m，位于井底车场以北，巷道位于侏罗系延安组3-1煤层中，顶板为砂质泥岩，煤层厚度6.5m，巷道沿煤层顶板掘进，岩石和煤体单轴抗压强度在20-30MPa之间，属于典型的弱胶结岩层。巷道断面为矩形，原支护采用锚梁网支护，巷道全断面变形、破坏严重，尤其是两帮变形较大，后采用本专利技术巷道支护方案。该方法具体包括以下步骤: 步骤1:预制中空壳体:将直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，备用，其中，所述上层钢网和下层钢网的焊接规格分别为长X宽X高为1600mmX 10OmmX 1600mm和 2000mmX 10OmmX 1600mm，棚.格规格 10OmmX 10Omm ;所述柔性中空充填包体可承受1MPa压力，可膨胀范围为50-80%当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弱胶结地层巷道支护方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤1.中空壳体:将直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，备用；步骤2.初次加固：在已掘出巷道的毛断面上进行初喷得到厚度为20‑30mm的第一加固层，强度为C20，将步骤1预制的中空壳体通过若干等距设置的锚杆固定于巷道顶板和两帮表面，并对锚杆施加预应力，所述锚杆预紧力为60KN；步骤3.再次加固：再滞后巷道掘进头的15‑20m处，对设置在顶板上的中空壳体利用等距设置2根第一锚索进行再次加固，对设置在两帮的中空壳体利用第二锚索进行加固；所述锚索预紧力为100KN；步骤4.注浆：分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体内置的柔性中空充填包体内实施注浆，注入注浆液时，先通过排气口排出空气，通过高压将注浆液注入，注浆过程中出气口排出浆液立即关闭出气口，待注浆材料凝固此时膨胀的中空壳体向巷道围岩表面施加整体、均匀的约束力，提高巷道支护阻力，所述注浆压力为3‑5MPa；步骤5：注浆后3天，分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体的表面进行复喷，复喷的厚度为50‑60mm，强度为C20，得到复喷层，在对巷道底板浇筑混凝土，形成完整巷道断面。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张振金，纪洪广，贾怀晓，孙利辉，武亚峰，陈波，蒋华，曾鹏，高宇，
申请(专利权)人：内蒙古伊泰广联煤化有限责任公司，北京科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15