一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法。在高地应力条件下，巷道围岩呈现具有显著方向性的张拉、剪切破断和持续变形等特性，通过理论和试验研究可以获得并掌握巷道围岩拉伸‑剪切裂隙的空间展布特征，通过采用具有一定目标性、方向性的锚网索支护和注浆加固技术，能够高效地实现巷道支护“对定向破裂的定位控制”，从而实现精准靶向控制。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法
本专利技术涉及矿山
，具体涉及一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法。
技术介绍
深部岩体高地应力、高地温、高渗透压现象对深部巷道围岩的长期稳定性带来巨大威胁，造成高地应力软岩大变形、岩爆、冲击地压、突水等剧烈的矿井灾害事故，严重威胁着深部矿井的安全生产；在深部成巷条件下，许多已采用锚-网-索联合支护的大断面煤(岩)层巷道在深部诸多灾变因素的协同影响下依然出现了大变形、破坏甚至严重失稳现象，为巷道的正常使用造成了极大困难和安全隐患。深究这些问题的成因，均是由于对深部岩体变形、破裂机制、锚杆-围岩耦合作用机理尚不清楚，盲目采用经验化、均一化的锚固支护方案所造成的；当前，锚杆支护作为应用最为广泛的支护方法，大多基于普氏理论、悬吊理论和松动圈理论相结合的工程类比法开展支护设计，但是这些现有技术中的支护方法忽略了对于岩体破裂方向、形态以及破裂性质的考虑，仅考虑了宏观碎裂范围。这种支护技术在很多情况下难以满足现场支护要求，易出现大变形、破裂失稳等失效灾变现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用了下列技术方案：一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法，其特征在于，包括以下工艺流程：(1)首先，获取目标巷道周围地质条件与开采情况的相关资料；(2)对巷道所处应力环境采用孔壁应力解除法进行地应力测试，获得巷道周围的原始地应力和采动应力分布情况，并获得三个主应力方向θ1、θ2、θ3及三个主应力值σ1、σ2、σ3，其中：θ1为最大主应力方向，σ1为最大主应力值；(3)采用原位测量或实验室测量方式，对巷道围岩的岩石力学参数进行测定；(4)基于上述巷道围岩的岩石力学参数、巷道周围地质条件和开采情况、原始地应力及采动应力分布状态建立FDEM数值模型，通过工作站进行计算，获得巷道周围张拉及剪切裂隙分布图，分析并预测软岩巷道周围可能存在的张拉裂隙和剪切裂隙的发育性质、长度与方向等重要特征参数；(5)通过钻孔窥视的方法验证破断裂隙位置及分布是否与预测一致：探测并绘制巷道围岩内实际破断裂隙分布图，并与数值模拟或预测结果进行反复对照，揭示其真实机理并作出判断；(6)进行取芯裂隙性质验证；(7)鉴定完毕后，即获得软岩巷道围岩内拉剪裂隙分布特征及性质状态，并绘图；(8)设计或改进支护方案；(9)通过对浅部巷道围岩采用锚注支护精准控制后，浅部巷道围岩形成稳定的精准锚固圈层；采用锚索或锚索束将精准控制后的浅部圈层悬吊于深部稳定岩层，以减小围岩整体位移；(10)基于对软岩巷道围岩拉剪破裂发育位置的确定，分别对其进行靶向注浆加固补强，对浅部破裂区进行靶向注浆加固补强时，应控制合适的注浆压力；(11)通过上述工艺流程的实施，整体实现了对软岩巷道围岩的精准靶向控制；(12)加强巷道围岩变形、围岩应力以及支护体受力状态的实时监测并进行及时补强。进一步的，所述巷道周围地质条件和开采情况资料包括巷道周围的主要岩性、地质构造和工作面开采情况，所述地质构造包括断层、褶皱、陷落柱，所述开采情况包括已经开采和正在开采情况。进一步的，所述力学参数包括弹性模量Ed、抗拉强度σt、抗压强度σc、抗剪强度τ、内聚力C、内摩擦角Φ。进一步的，所述钻孔窥视的方法为采用ZXZ20A矿用钻孔窥视仪进行裂隙分布探测验证，在矩形或拱形巷道顶部、两帮及重点关注位置各打孔2～3个，所述重点关注位置为数值模拟拉剪裂隙发育严重区域，探测孔孔径大于探测头直径，所述探测孔孔径不小于30mm，钻孔深度结合巷道直径确定为10～15m，每间隔5m布置一个测站。进一步的，钻孔窥视的方法为采用断面均布钻孔窥视验证法，在巷道两帮和顶板布置均布钻孔，断面内钻孔角度在0～180°范围内每间隔30°布置一个钻孔，钻孔深度10～15m，共监测2个测站，测站间距5m。进一步的，所述取芯裂隙性质验证采用XY-2型钻机进行，在矩形或拱形巷道顶板、两帮重点关注位置或者均布全断面进行取芯，所述重点关注位置需结合前期裂隙分布验证结果确定，钻孔深度10～15m，取芯直径为89mm，对岩芯破断面性质进行鉴定，破裂面无接触且无擦痕为张拉破断，破裂面紧密接触并伴有擦痕则为剪切破断，由此鉴定每条破断裂隙的力学机理。进一步的，所述支护方案采用适用于张拉变形的特种锚杆垂直于潜在张拉破裂布设，采用强力抗剪锚杆垂直于潜在剪切破裂布设，根据软岩巷道围岩张拉-剪切裂隙的空间分布特征，进行锚杆的靶向精准空间布设或增设，采用φ20～25mm的高预应力、高强度螺纹钢树脂锚杆进行补强，所述高预应力为大于锚杆屈服力30％，所述高强度为杆体屈服强度大于500MPa，结合裂隙发育范围，确定锚杆长度为1.6～3m,结合张拉和剪切裂隙发育特征，在一定范围内提高预紧力以保证支护质量,所述一定范围为锚杆屈服力30％～60％，在关键张拉破裂和剪切滑移部位进行适时的定向增密补强，加密锚杆间排距范围为0.6～1m。进一步的，针对巷道两帮和顶部主要破裂位置，采用7～9m锚索进行悬吊加固，间排距为1m，为控制巷道底板在底角采用9m的三芯锚索束进行反悬吊。进一步的，采用YHW300型本安型位移计进行位移监测，采用KBU101-200型顶底板移近量动态报警仪进行变形预警，采用MCS-400本安型锚杆锚索测力计进行锚杆、锚索受力诊断，一旦出现局部大变形、松弛、支护体破断等问题，及时进行精准支护补强，以维持巷道的长期稳定。本专利技术由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：(1)充分考虑了岩体的在特定地质、岩性和应力条件下的定向破裂过程，将锚注支护理论由定性向精细化的定量研究推进了一步；(2)该方法简单易行，对于相同地应力环境及构造特征条件下的软岩巷道，可以采用类似的精准靶向围岩控制方法；(3)重点解决了目前采用锚杆支护经验化、均一化的问题，提出了精准支护和精准补强的支护理念，通过本理念的实施能够显著提升巷道支护质量，保证巷道的长期稳定。附图说明图1为本专利技术中适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本专利技术的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。...

【技术保护点】
1.一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法，其特征在于，包括以下工艺流程：/n(1)首先，获取目标巷道周围地质条件与开采情况的相关资料；/n(2)对巷道所处应力环境采用孔壁应力解除法进行地应力测试，获得巷道周围的原始地应力和采动应力分布情况，并获得三个主应力方向θ

【技术特征摘要】
1.一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法，其特征在于，包括以下工艺流程：
(1)首先，获取目标巷道周围地质条件与开采情况的相关资料；
(2)对巷道所处应力环境采用孔壁应力解除法进行地应力测试，获得巷道周围的原始地应力和采动应力分布情况，并获得三个主应力方向θ1、θ2、θ3及三个主应力值σ1、σ2、σ3，其中：θ1为最大主应力方向，σ1为最大主应力值；
(3)采用原位测量或实验室测量方式，对巷道围岩的岩石力学参数进行测定；
(4)基于上述巷道围岩的岩石力学参数、巷道周围地质条件和开采情况、原始地应力及采动应力分布状态建立FDEM数值模型，通过工作站进行计算，获得巷道周围张拉及剪切裂隙分布图，分析并预测软岩巷道周围可能存在的张拉裂隙和剪切裂隙的发育性质、长度与方向等重要特征参数；
(5)通过钻孔窥视的方法验证破断裂隙位置及分布是否与预测一致：探测并绘制巷道围岩内实际破断裂隙分布图，并与数值模拟或预测结果进行反复对照，揭示其真实机理并作出判断；
(6)进行取芯裂隙性质验证；
(7)鉴定完毕后，即获得软岩巷道围岩内拉剪裂隙分布特征及性质状态，并绘图；
(8)设计或改进支护方案；
(9)通过对浅部巷道围岩采用锚注支护精准控制后，浅部巷道围岩形成稳定的精准锚固圈层；采用锚索或锚索束将精准控制后的浅部圈层悬吊于深部稳定岩层，以减小围岩整体位移；
(10)基于对软岩巷道围岩拉剪破裂发育位置的确定，分别对其进行靶向注浆加固补强，对浅部破裂区进行靶向注浆加固补强时，应控制合适的注浆压力；
(11)通过上述工艺流程的实施，整体实现了对软岩巷道围岩的精准靶向控制；
(12)加强巷道围岩变形、围岩应力以及支护体受力状态的实时监测并进行及时补强。


2.根据权利要求1所述的一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法，其特征在于：所述巷道周围地质条件和开采情况资料包括巷道周围的主要岩性、地质构造和工作面开采情况，所述地质构造包括断层、褶皱、陷落柱，所述开采情况包括已经开采和正在开采情况。


3.根据权利要求1所述的一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法，其特征在于：所述力学参数包括弹性模量Ed、抗拉强度σt、抗压强度σc、抗剪强度τ、内聚力C、内摩擦角Φ。


4.根据权利要求1所述的一种适用于深部软岩巷道的精准靶向锚注控制方法，其特征在于：所述钻孔窥视的方法为采用ZXZ20A矿用钻孔窥视仪进行裂隙分布探测验证，在矩形或拱形巷道顶部、...

【专利技术属性】
技术研发人员：洛锋，李盟，吴东涛，郭钇君，续培东，刁杨龙，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北;13