高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法技术

本发明专利技术公布了一种高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，属于高应力软岩大巷围岩卸压领域。当在高应力软岩区域施工完成大巷后，在大巷端头垂直帮部向内为l的位置及垂直底板下方围岩做一个断面硐室作为始发硐室，在处于应力集中区的大巷帮部围岩向内距离l的位置及垂直底板下方围岩另一端做一个断面硐室作为接收硐室；利用顶管机机头和多根首尾连接的小口径顶管管节从始发硐室中向接收硐室沿平行于大巷的顶进轴线施工三个卸压巷，分别为位于大巷左侧的左帮围岩长距离卸压巷、位于大巷右侧的右帮围岩长距离卸压巷、位于大巷下方的底板围岩长距离卸压巷。卸压巷施工可以实现远程控制、智能掘进、一次成型，大大提高卸压巷掘进速度。提高卸压巷掘进速度。提高卸压巷掘进速度。

【技术实现步骤摘要】
高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法


[0001]本专利技术涉及一种高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，适用于煤矿井下使用。

技术介绍

[0002]当前煤矿高应力软岩巷道主要采用重型金属支架、钢管混凝土等被动支护或多层次锚喷网索注、锚架喷注等联合支护，但高应力软岩巷道围岩易渗水泥化膨胀，锚固结构易失效，巷道初期变形剧烈、长期流变、破坏严重、前掘后修、频繁返修，投入成本高，维护效果差，工人劳动强度大，高应力软岩巷道长期稳定性控制极其困难，严重制约了矿井安全高效生产。
[0003]采用围岩卸压方法，将高应力软岩巷道围岩浅部高应力向深部转移，改善围岩应力环境是高应力软岩巷道围岩控制的有效手段。目前高应力软岩巷道主要采用切槽、大直径钻孔卸压(钻孔直径约90～120mm)，但是软岩大直径钻孔成孔率低、成孔困难。由于煤矿高应力软岩巷道轴线距离较长，一般几百米至数千米不等，巷道轴向或径向施工切槽、卸压钻孔数量众多。然而由于切槽、大直径钻孔构建的有效卸压空间小，围岩应力转移效果不明显，切槽或钻孔空间吸收补偿围岩体积膨胀变形效果差，无法有效改善围岩应力环境。此外由于切槽、大直径钻孔等卸压方式人为破坏了巷道浅部围岩局部结构完整性及承载能力，也进一步增加了围岩支护难度。传统切槽、大直径钻孔等卸压方式工程量巨大，工人劳动强度高，也不利于矿井安全高效生产和减员增效提质。
[0004]若在高应力软岩大巷周围布置卸压巷，由于卸压巷断面远大于切槽、钻孔等卸压方式断面空间，能够将巷道围岩浅部高应力向深部有效转移，改善围岩应力环境。但是传统钻爆法或综掘法掘进施工卸压巷均增加了工人劳动强度，且施工效率低，进度慢，无法长距离快速构建卸压巷。因此，寻求一种高应力软岩大巷围岩卸压巷智能化长距离快速构建方法，将巷道围岩浅部高应力向深部转移，构建有效卸压巷空间吸收补偿围岩体积膨胀变形，并且不破坏巷道浅部支护围岩结构完整性及承载能力，维护高应力软岩大巷围岩长期稳定性，降低围岩卸压方法施工工人劳动强度，是高应力软岩巷道围岩控制近年来亟待解决的关键技术难题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足之处，提供一种高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，通过智能化的顶管机将机头和小口径顶管管节顶入高应力软岩大巷处于应力集中区的岩体内，沿平行于高应力软岩大巷的顶进轴线单次顶进小口径顶管管节形成长距离卸压巷，小口径顶管可回收重复利用。卸压巷的施工将高应力软岩大巷围岩浅部高应力向深部转移，优化围岩应力环境，卸压巷的空间吸收补偿围岩体积膨胀变形，消除或降低因长期应力集中导致的大巷围岩流变现象，显著降低高应力软岩大巷变形量，并且不破坏巷道浅部支护围岩结构完整性及承载能力，维护高应力软岩大巷围岩长期稳定性，有效避免
高应力软岩大巷返修或减少返修次数，显著降低工人劳动强度和巷道维护综合成本，确保矿井安全高效生产。
[0006]为实现上述目的，本专利技术一种高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，当在高应力软岩区域施工完成大巷后，在大巷端头垂直帮部向内为l的位置及垂直底板下方围岩做一个断面硐室作为始发硐室，在处于应力集中区的大巷帮部围岩向内距离l的位置及垂直底板下方围岩另一端做一个断面硐室作为接收硐室；利用顶管机机头和多根首尾连接的小口径顶管管节从始发硐室中向接收硐室沿平行于大巷的顶进轴线施工三个卸压巷，分别为位于大巷左侧的左帮围岩长距离卸压巷、位于大巷右侧的右帮围岩长距离卸压巷、位于大巷下方的底板围岩长距离卸压巷。
[0007]进一步，小口径顶管为多根通过管节承插连接口首尾连接的小口径顶管管节构成，每节小口径顶管管节的侧壁上等间距设有四个出浆口，出浆口上设有注浆传感器，小口径顶管管节内设有与每个出浆口连接的注浆软管，小口径顶管管节直径d为800～2000mm，l距离为8～15m。
[0008]进一步，卸压巷长距离顶管施工一次顶进长度L为100～1000m；首尾连接的小口径顶管管节之间采用承插式连接，在顶管机机头后侧依次顶进小口径顶管管节形成卸压巷，第一段小口径顶管管节顶进完成后，回退至初始位置，第二节小口径顶管管节与第一节小口径顶管管节承插连接，连接处添加胶合涂层以增加管节的密封性。
[0009]进一步，所述小口径顶管顶进时端部安装以后顶管机机头，顶管机机头端部设有刀盘，刀盘上设有刀盘传感器和渣浆出浆口，其中渣浆出浆口连接有通过小口径顶管内部延伸的渣浆输送管。
[0010]高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法的具体步骤如下：
[0011]S1、完成高应力软岩区域的大巷施工，根据现场测量、数值模拟确定大巷围岩应力集中区位置，在高应力软岩大巷端头垂直帮部向内l为8～15m的位置及垂直底板下方围岩做一个断面硐室作为始发硐室，在处于应力集中区的大巷帮部围岩向内l为8～15m的位置及垂直底板下方围岩另一端做一个断面硐室作为接收硐室，在背向掘进面的一侧搭建一个后支撑墙，依靠该墙的承载力架设顶管机机头；
[0012]S2、将顶管机机头与小口径顶管进行安装并在始发硐室中吊装定位，利用千斤顶顶进顶管机机头和小口径顶管在顶进过程中不断向小口径顶管外注浆，从而在顶管机机头和小口径顶管外侧形成泥浆套，减小摩擦阻力；
[0013]S3、在沿平行于高应力软岩大巷的顶进轴线顶进小口径顶管时，小口径顶管山的出浆口随着顶进过程向周围排出慢性润滑剂从而在小口径顶管外侧形成泥浆套，使地层与小口径顶管管节不直接接触，将小口径顶管与周围地层的摩擦力由干摩擦变为湿摩擦，小口径顶管管节与地层的管节—岩体接触变为管—浆液接触，减小摩擦阻力，同时慢性润滑浆液由于其触变性同时起支撑地层的作用，所述慢性润滑剂包括膨润土、羧甲基纤维素、纯碱和水；
[0014]S4、顶管机机头通过刀盘上设置的刀盘传感器，感知开挖路线刀盘前方的压力；利用注浆传感器采集注浆压力、浆液消耗量；顶管机机头上装备陀螺仪和激光传感器，采集顶管机机头倾斜角度、路线偏移距离信息；
[0015]S5、注浆传感器、刀盘传感器和智能顶管机千斤顶中的顶推力传感器将工作中收
集到的数据上传至位于工控机的顶管机控制系统，顶管机控制系统根据实时数据确定顶管机机头以及小口径顶管是否处于正常工作状态，若出现偏差则主动进行纠偏；
[0016]S6、完成左帮围岩长距离卸压巷、右帮围岩长距离卸压巷、底板围岩长距离卸压巷的施工后，回收顶管机机头和小口径顶管管节，重复S1
‑
S6步骤进行下一个卸压巷的施工作业；
[0017]S7、小口径顶管管节回收后，左帮围岩长距离卸压巷、右帮围岩长距离卸压巷、底板围岩长距离卸压巷形成的空间吸收补偿大巷周围的围岩体积膨胀变形，大巷周围的左帮围岩长距离卸压巷、右帮围岩长距离卸压巷、底板围岩长距离卸压巷将高应力软岩大巷围岩浅部高应力向深部转移，改善围岩应力环境，并且不破坏巷道浅部支护围岩结构完整性及承载能力，维护高应力软岩大巷围岩长期稳定性，有效避免高应力软岩大巷返修或减少返修次数，显著降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，其特征在于：当在高应力软岩区域施工完成大巷(1)后，在大巷(1)端头垂直帮部向内为l的位置及垂直底板下方围岩做一个断面硐室作为始发硐室(6)，在处于应力集中区的大巷帮部围岩向内距离l的位置及垂直底板下方围岩另一端做一个断面硐室作为接收硐室(7)；利用顶管机机头(10)和多根首尾连接的小口径顶管管节(15)从始发硐室(6)中向接收硐室(7)沿平行于大巷的顶进轴线施工三个卸压巷，分别为位于大巷(1)左侧的左帮围岩长距离卸压巷(2)、位于大巷(1)右侧的右帮围岩长距离卸压巷(3)、位于大巷(1)下方的底板围岩长距离卸压巷(4)。2.根据权利要求1所述高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，其特征在于：小口径顶管为多根通过管节承插连接口(12)首尾连接的小口径顶管管节(15)构成，每节小口径顶管管节(15)的侧壁上等间距设有四个出浆口(13)，出浆口(13)上设有注浆传感器(17)，小口径顶管管节(15)内设有与每个出浆口(13)连接的注浆软管(14)，小口径顶管管节(15)直径d为800～2000mm，l距离为8～15m。3.根据权利要求1所述高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，其特征在于：卸压巷长距离顶管施工一次顶进长度L为100～1000m；首尾连接的小口径顶管管节(15)之间采用承插式连接，在顶管机机头(10)后侧依次顶进小口径顶管管节形成卸压巷，第一段小口径顶管管节(15)顶进完成后，回退至初始位置，第二节小口径顶管管节(15)与第一节小口径顶管管节(15)承插连接，连接处添加胶合涂层以增加管节的密封性。4.根据权利要求1所述高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，其特征在于：所述小口径顶管顶进时端部安装以后顶管机机头(10)，顶管机机头(10)端部设有刀盘(19)，刀盘(19)上设有刀盘传感器(18)和渣浆出浆口(9)，其中渣浆出浆口(9)连接有通过小口径顶管内部延伸的渣浆输送管(11)。5.根据权利要求1所述高应力软岩大巷围岩卸压巷长距离智能化顶管构建方法，其特征在于具体步骤如下：S1、完成高应力软岩区域的大巷(1)施工，根据现场测量、数值模拟确定大巷(1)围岩应力集中区位置，在高应力软岩大巷(1)端头垂直帮部向内l为8～15m的位置及垂直底板下方围岩做一个断面硐室作为始发硐室(6)，在处于应力集中区的大巷帮部围岩向内l为8～15m的位置及垂直底板下方围岩另一端做一个断面硐室作为接收硐室(7)，在背向掘进面的一侧搭建一个后支撑墙，依靠该墙的承载力架设顶管机机头(10)；S2、将顶管机机头(10)与小口径顶管进行安装并在始发硐室(6)中吊装定位，利用千斤顶顶进顶管机机头(10)和小口径顶管在顶进过程中不断向小口径顶管外注浆，从而在顶管机机头(10)和小口径顶管外侧形成泥浆套(16)，减小摩擦阻力；S3、在沿平行于高应力软岩大巷(1)的顶进轴线顶进小口...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱德雨，焦河喜，杨兴国，線桂宏，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：