深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法技术

本发明专利技术公开了一种深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，在深井软岩巷道中，围岩承压环设计成圆环形或椭圆环形；在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽采用相贯成排钻孔开凿沿巷道轴线方向连续；在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则在卸压槽内插入泡沫塑料板；在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力回升到初始切向应力值的40％时，则在同一位置实施再次开槽；在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环内固定锚杆和/或锚索。支护效果好，可以达到深井软岩动压巷道稳定性控制的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种深井软岩巷道支护技术，尤其涉及一种深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法。
技术介绍
目前，深井软岩巷道主要支护技术有：锚网喷支护系列技术、型钢支架支护系列技术、钢筋混凝土结构支护系列技术和钢管混凝土支架支护技术等。但在深井软岩巷道支护实践中，支护结构体常常不能承受住围岩动压作用的影响，软岩巷道变形严重甚至破坏。另外，部分支护技术成本相对较高、工人劳动强度较大，支护施工速度较慢。U型钢支架支护一般可提供0.2～0.4MPa的支护反力，钢管混凝土支架一般可提供0.8～1.2MPa的支护反力。其支护反力仍不能满足深井软岩巷道的支护需求。同时可缩性较差。在动压作用影响下，如受工作面推进的影响，支护结构体难以维护软岩巷道的整体稳定性，导致巷道大范围严重变形和破坏，影响井下正常生产，给煤矿带来经济损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种支护效果好的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，在深井软岩巷道中，按以下原则设计围岩承压环结构：若巷道处于近似静水压力状态，围岩承压环设计成圆环形，承压环厚度不小于巷道半径；若巷道处于非静水压力状态，围岩承压环设计成椭圆环形，承压环厚度不小于椭圆半长轴与半短轴长度和的平均值，椭圆长轴与短轴长度之比近似等于所对应方向的主应力之比；在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽的断面形状为窄缝深槽，缝宽为30-100mm，卸压槽深度大于巷道半径，卸压槽采用相贯成排钻孔开凿沿巷道轴线方向连续；在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则在卸压槽内插入泡沫塑料板；在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力回升到初始切向应力值的40％到50％时，则在同一位置实施再次开槽；在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环内固定锚杆和/或锚索。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，建立了深井软岩巷道围岩承压环力学模型，提出以“相贯成排钻孔卸压”作为主要实现途径，以高强度可缩性喷层混凝土碹体作为主体支护结构，并辅之以锚杆、锚索支护的巷道支护技术方法，从而达到深井软岩动压巷道稳定性控制的目的。附图说明图1为本专利技术实施例中静水压力状态下圆形巷道围岩应力分布图；图中：σ0-原岩应力；σθ-巷道围岩切向应力；σr-巷道围岩径向应力；R-巷道半径；r-巷道围岩半径。图2为本专利技术实施例中围岩承压环结构示意图；图3为本专利技术实施例中围岩承压环稳定性控制力学原理图；图中：Ⅰ区-承压环(开槽卸压区)，Ⅱ区-应力增高区，Ⅲ区-原岩应力区；σθ为开槽卸压之前的围岩切向应力，σθ′为开槽卸压后的围岩切向应力；σr为高强可缩混凝土碹体支护之前的围岩径向应力，σr′为高强可缩混凝土碹体之后的围岩径向应力。图4a为本专利技术实施例中圆环形围岩承压环几何形状示意图；图4b为本专利技术实施例中椭圆环形围岩承压环几何形状示意图；图5为本专利技术实施例中巷道断面上卸压槽布置方式与尺寸示意图；图6为本专利技术实施例中巷道围岩中相贯成排钻孔开槽示意图(沿巷道长轴方向剖面)；图7为本专利技术实施例中巷道围岩中相贯成排钻孔(卸压槽)立体示意图；图8为稀疏钻孔卸压时钻孔之间应力集中示意图；图中：σ1为开槽卸压前应力值；σ2为开槽卸压后应力值。图9为本专利技术实施例中高强可缩喷层碹体示意图；图中：1-顶弧段；2-左帮上弧段；3-右帮上弧段；4-左帮下弧段；5-右帮下弧段；6-底弧段；图10为本专利技术实施例中薄层第一次至第五次循环喷射成碹示意图；图11为本专利技术实施例中混凝土喷层厚度控制示意图；图12为本专利技术实施例中混凝土碹体内的钢筋结构示意图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其较佳的具体实施方式是：在深井软岩巷道中，按以下原则设计围岩承压环结构：若巷道处于近似静水压力状态，围岩承压环设计成圆环形，承压环厚度不小于巷道半径；若巷道处于非静水压力状态，围岩承压环设计成椭圆环形，承压环厚度不小于椭圆半长轴与半短轴长度和的平均值，椭圆长轴与短轴长度之比近似等于所对应方向的主应力之比；在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽的断面形状为窄缝深槽，缝宽为30-100mm，卸压槽深度大于巷道半径，卸压槽采用相贯成排钻孔开凿沿巷道轴线方向连续；在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则在卸压槽内插入泡沫塑料板；在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力回升到初始切向应力值的40％时，则在同一位置实施再次开槽；在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环内固定锚杆和/或锚索。所述高强可缩喷层碹体包括4～8个弧段，在相邻弧段之间设置可缩变形结构。所述高强可缩喷层碹体的径向可缩量大于巷道直径10％，所述可缩变形结构与所述卸压槽个数相等并与卸压槽在空间位置上相互重合，所述可缩变形结构的厚度为400-600mm，其压缩率为40％～60％。所述高强可缩喷层碹体采用强度大于40MPa的高强混凝土材料，并在高强混凝土中添加减水剂、速凝剂以及硅灰和粉煤灰；所述可缩变形结构的材料选取以下任一种或多种可缩材料：矿用高水充填材料，将其装入编织袋中，并放置在可缩变形结构位置处；含泡沫颗粒的土坯体，将泡沫塑料颗粒与泥浆均匀混合，待土坯体固结之后，将其装入编织袋中，并放置在碹体可缩变形结构位置处；选用常用木材，加工成板材，并放置在碹体可缩变形结构位置处，所述木材包括杨木、柳木和松木。所述高强可缩喷层碹体包括6个弧段，分别是底弧段、顶弧段、左邦下弧段、左邦上弧段、右邦下弧段、右邦上弧段，所述底弧段碹体使用混凝土预制件，其它段碹体采用喷射混凝土施工。所述高强可缩喷层碹体的厚度为400～600mm，在进行巷道喷射混凝土施工时，采用薄层循环喷射的方法，一次喷射厚度为100mm，待薄喷层初凝，粘结力增大以后，再次喷射薄层混凝土，如此往复，多次喷射，直至喷至设计厚度。在进行巷道喷射混凝土施工之前，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，在深井软岩巷道中，按以下原则设计围岩承压环结构：若巷道处于近似静水压力状态，围岩承压环设计成圆环形，承压环厚度不小于巷道半径；若巷道处于非静水压力状态，围岩承压环设计成椭圆环形，承压环厚度不小于椭圆半长轴与半短轴长度和的平均值，椭圆长轴与短轴长度之比近似等于所对应方向的主应力之比；在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽的断面形状为窄缝深槽，缝宽为30‑100mm，卸压槽深度大于巷道半径，卸压槽采用相贯成排钻孔开凿沿巷道轴线方向连续；在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则在卸压槽内插入泡沫塑料板；在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力回升到初始切向应力值的40％到50％时，则在同一位置实施再次开槽；在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环内固定锚杆和/或锚索。

【技术特征摘要】
2015.12.18 CN 20151095899421.一种深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，在深井软岩巷道
中，按以下原则设计围岩承压环结构：
若巷道处于近似静水压力状态，围岩承压环设计成圆环形，承压环厚度不小于巷道
半径；
若巷道处于非静水压力状态，围岩承压环设计成椭圆环形，承压环厚度不小于椭圆
半长轴与半短轴长度和的平均值，椭圆长轴与短轴长度之比近似等于所对应方向的主应
力之比；
在巷道横断面上，沿巷道周边向所述承压环内均匀开凿4～8个卸压槽，卸压槽的断面
形状为窄缝深槽，缝宽为30-100mm，卸压槽深度大于巷道半径，卸压槽采用相贯成排钻
孔开凿沿巷道轴线方向连续；
在软弱破碎围岩条件下，当巷道围岩比较破碎，开槽后易出现岩块塌落现象时，则
在卸压槽内插入泡沫塑料板；
在软弱围岩或受动压作用条件下，当卸压槽缓慢闭合后，围岩承压环内的切向压力
回升到初始切向应力值的40％到50％时，则在同一位置实施再次开槽；
在巷道内壁设置高强可缩喷层碹体作为主体支护结构，并沿巷道径向向所述承压环
内固定锚杆和/或锚索。
2.根据权利要求1所述的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，
所述高强可缩喷层碹体包括4～8个弧段，在相邻弧段之间设置可缩变形结构。
3.根据权利要求2所述的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，
所述高强可缩喷层碹体的径向可缩量大于巷道直径10％，所述可缩变形结构与所述卸压
槽个数相等并与卸压槽在空间位置上相互重合，所述可缩变形结构的厚度为400-
600mm，其压缩率为40％～60％。
4.根据权利要求3所述的深井软岩巷道围岩承压环稳定性控制方法，其特征在于，
所述高强可缩喷层碹体采用强度大...

【专利技术属性】
技术研发人员：左建平，于鑫，谢浩，郭贺，张凤银，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11