一种高水平应力不良岩层巷道支护工艺

摘要

本发明涉及一种高水平应力不良岩层巷道支护工艺，包括以下步骤：步骤a、凿岩爆破掘出巷道，在工作面所有裸露的顶板岩石和两帮围岩表面喷射素混凝土形成临时支护层，以临时封闭围岩；步骤b、巷道掘出12小时内，采用锚网喷支护方法对巷道进行第一次支护，并形成第一支护层；步骤c、在巷道进行第一次支护15~20天后，采用锚网喷支护方法对巷道进行第二次支护，并形成第二支护层。本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺是根据围岩稳定性情况，分析应力与时间的关系，针对围岩应力释放的时间段，采用多种支护方式相结合的支护方案，既有效的释放了围岩的高水平应力，又及时防止了围岩的开裂、裂隙的扩张和松散破坏，预防了围岩从量变向质变的转换，确保了巷道的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及地矿技术领域，尤其涉及一种高水平应力不良岩层巷道支护工艺，适用于深部矿井开拓及开采过程中存在高应力作用，具有塑性形变、易风化岩层，破碎岩体，岩体稳定性差、胶结差等不良岩层中的掘进和支护。 

背景技术

随着矿井开采范围的扩展，开采深度不断增加，开采条件越来越困难，尤其是存在高应力作用，具有塑性形变、易风化岩层，破碎岩体，岩体稳定性差、胶结差等不良岩层中的掘进和支护。巷道开挖后，巷道周围围岩中的应力将会进行重新调整，如不及时进行有效的防护，围岩整体性将遭到破坏，甚至出现围岩垮塌现象。传统的巷道支护方法形式单一、支护效果差。巷道支护不稳定，影响矿井建设期间的安全生产，也会为以后的正常使用带来隐患。 

发明内容

为了解决现有技术中巷道支护方式单一、支护效果差的问题，本发明提供一种高水平应力不良岩层巷道支护工艺。 

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高水平应力不良岩层巷道支护工艺，包括以下步骤： 

步骤a、凿岩爆破掘出巷道后，对作业面所有裸露的顶板岩石和两帮围岩表面喷射素混凝土形成临时支护层，以临时封闭围岩；

步骤b、巷道掘出12小时内，采用锚网喷支护方法对巷道进行第一次支护，形成第一支护层；

步骤c、在巷道进行步骤b所述的第一次支护15~20天后，采用锚网喷支护方法对巷道进行第二次支护，形成第二支护层。

进一步的，所述步骤a中所述凿岩爆破掘出巷道时： 

周边眼的间距小于2R₂，周边眼轮廓线缩回数据为R₂~1.1 R₂，其中，R₂ 代表岩体爆破破碎松动圈的半径；或者，采用隔眼装药的方法，且周边眼装药量不得超过200g。

进一步的，所述步骤b中所述的锚网喷支护方法为： 

步骤b.1、钢筋网及锚杆安装：在巷道顶板中部及两帮围岩上形成的所述临时支护层上钻锚杆孔，然后在所述锚杆孔内装树脂药卷，在树脂药卷内安装锚杆并挂钢筋网片，用锚杆搅拌树脂药卷，然后停止搅拌19.5~20.5秒后，上紧螺母紧固垫板；

步骤b.2、钢筋网及锚杆安装完成后，进行喷射混凝土支护，喷射混凝土的厚度为100mm~150mm，以覆盖钢筋网为宜；钢筋网、锚杆及喷射混凝土共同形成所述第一支护层。

进一步的，所述锚杆为直径18mm的螺纹钢树脂锚杆，其支护长度为2250mm，间距为1000mm，排距为1000mm；所述锚杆托盘采用厚度δ=10mm的钢板制成，其尺寸为长200mm、宽200mm；所述钢筋网片采用直径为6.5mm的钢筋制成，其网度为200mm×200mm。 

进一步的，所述步骤c中所述锚网喷支护方法为： 

步骤c.1、在巷道顶板中部及两帮围岩上形成的所述第一支护层上钻锚杆孔，然后在所述锚杆孔内装砂浆，在砂浆孔内安装锚杆并挂钢筋网片，待砂浆凝固后上紧螺母紧固垫板；

步骤c.2、钢筋网及锚杆安装完成后，进行喷射混凝土支护，喷射混凝土厚度为100mm～150mm，以覆盖钢筋网为宜；钢筋网、锚杆及喷射混凝土共同形成所述第二支护层。

进一步的，所述锚杆锚杆为直径18mm的砂浆锚杆，其支护长度为2250mm，间距为1000mm，排距为1000mm；所述锚杆托盘采用厚度δ=10mm的钢板制成，其尺寸为长200mm、宽200mm；钢筋网采用直径为6.5mm的钢筋制成，其网度为200mm×200mm。 

进一步的，所述第二次支护中的锚杆与所述第一次支护中的锚杆交错设置。 

进一步的，所述步骤a中所述的临时支护层厚度为30mm～50mm。 

进一步的，所述步骤b中所述的第一支护层厚度为100mm～150mm。 

进一步的，所述步骤c中所说的第二支护层厚度为100mm～150mm。 

本发明的有益效果是：本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺是根据围岩稳定性情况，充分分析应力与时间的关系，针对围岩应力释放的每一个时间段，采用多种支护方式相结合的支护方案，既有效的释放了围岩的高水平应力，又及时防止了围岩的开裂、裂隙的扩张和松散破坏，预防了围岩从量变向质变的转换，确保了巷道的稳定性，摆脱了传统支护方式单一、支护效果差的独立模式；本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺根据施工地段围岩性质，编制了不同的支护施工方案，具有良好的支护效果，尽可能的减少巷道因支护模式不当而出现返修的可能，突破了传统的一项工程一个支护模式的思维束缚。 

本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺采用工作面实施第一次支护后，距工作面10～40m进行第二次支护，从空间上实现了不同工序的平行作业，减少了施工时间，提高了施工效率。 

本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺解决了施工难度大、进度慢的施工难题，节约设备、材料、人工成本，获得了良好的经济效益。 

本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺适时采取了临时支护、一次支护和二次支护，改善了作业面安全状况，大大降低了事故发生率，获得了良好的社会效益。 

附图说明

图1为本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺的工艺步骤流程图； 

图2为岩体爆破内部结构图；

图3为围岩在不同压力下的流变特性图；

图4为应力应变等时曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。 

一种高水平应力不良岩层巷道支护工艺，如图1所示，其包括以下步骤： 

步骤a、凿岩爆破掘出巷道，凿岩爆破掘出巷道的过程应满足以下工艺参数：周边眼间距小于2R₂，周边眼轮廓线缩回数据应略大于R₂值，范围为R₂值的1~1.1倍，其中，R₂ 代表岩体爆破破碎松动圈的半径，或者，采用隔眼装药的方法，且周边眼装药量不得超过200g；

在作业面所有裸露的顶板岩石及两帮围岩表面自外向里（已支护区向工作面）喷射素混凝土形成30mm～50mm厚的临时支护层，以临时封闭围岩；

若围岩稳定性较差时，可待素喷混凝土封闭围岩后，用铲运机将碴出至巷道的拱基线以下约300～500mm的位置，并将碴面摊平，将网片贴紧巷道顶板，采用螺杆伸缩支柱固定牢靠，有效控制好顶板。

步骤b、巷道掘出12小时内，采用锚网喷支护方法对巷道进行第一次支护，并形成100mm～150mm厚的第一支护层，具体操作步骤为： 

步骤b.1、在巷道顶板中部及两帮围岩形成的临时支护层上钻锚杆孔，然后在临时支护层上的锚杆孔内装树脂药卷，在树脂药卷内安装锚杆并挂钢筋网片，用锚杆搅拌树脂药卷，然后停止搅拌20±5s后，上紧螺母紧固垫板；其中，锚杆采用直径18mm的螺纹钢树脂锚杆，其支护长度为2250mm，间距为1000mm，排距为1000mm；锚杆托盘采用δ=10mm的钢板制成，其尺寸为200mm×200mm；钢筋网采用直径为6.5mm的钢筋制成，其网度为200mm×200mm。

步骤b.2、钢筋网及锚杆安装完成后，进行喷射混凝土支护，喷射混凝土厚度为100mm～150mm，以覆盖钢筋网为宜；钢筋网、锚杆及喷射混凝土共同形成第一支护层。 

步骤c、在巷道进行第一次支护后20天左右，采用锚网喷支护方法对巷道进行第二次支护，并形成厚度为100mm～150mm的第二支护层，具体操作步骤为： 

步骤c.1、钢筋网及锚杆安装：在巷道顶板中部及两帮围岩上形成的第一支护层上钻锚杆孔，且第二次支护的锚杆孔要与第一次支护中的锚杆孔交错设置，以增加锚杆的锚固范围；然后在第一支护层上的锚杆孔内装砂浆；在砂浆孔内安装锚杆并挂钢筋网片；待砂浆凝固后上紧螺母紧固垫板。其中，锚杆采用直径18mm的砂浆锚杆，其支护长度为2250mm，间距为1000mm，排距为1000mm；所述锚杆托盘采用δ=10mm的钢板制成，其尺寸为200mm×200mm；钢筋网采用直径为6.5mm的钢筋制成，其网度为200mm×200mm。

步骤c.2、钢筋网及锚杆安装完成后，进行喷射混凝土支护，喷射混凝土厚度为100mm～150mm，以覆盖钢筋网为宜；钢筋网、锚杆及喷射混凝土共同形成第二支护层。 

若在进行第一次支护后20天以内出现开裂现象（喷射混凝土出现细小裂隙），则需立即进行第二次支护，以消灭其残余应力，使岩体本身、第一支护层和第二支护层共同构成支护系统。 

本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺工艺原理为： 

1）、岩体爆破破碎松动圈原理：如图2所示，图2中R₀代表药包半径，R₁代表岩体压碎区半径，R₂代表岩体破碎松动圈的半径。根据按设计轮廓线打眼爆破后检查出的超挖值R₂确定岩体爆破破碎松动圈的大小，R₂越大，岩体越破碎，则施工时两炮眼间间距须稍大于或等于2 R₂，周边眼布置需在设计轮廓线上缩进R₂，以控制巷道开挖尺寸。因此，本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺步骤a中凿岩爆破掘出巷道满足以下工艺参数：周边眼间距小于2R₂，周边眼轮廓线缩回数据应略大于R₂值，其中，R₂ 代表岩体爆破破碎松动圈的半径，或者，采用隔眼装药的方法，且每眼装药量不得超过200g。

2）、围岩的应力应变原理：如图3所示，恒定应力越大，在相同时间内围岩形变越大，岩体流变特性越明显。 

从图4可见，弹性模量随时间t的增大而减小，当应力值f小于t=∞曲线对应的应力值时，岩石只产生蠕变，直至达到应力平衡点，不会造成岩石破坏；当应力值f大于t=∞曲线对应的应力值（图4中阴影区）时，则围岩将产生加速蠕变，如不及时进行有效的防护，围岩整体性将遭到破坏，甚至出现围岩垮塌现象。 

在巷道开挖后，巷道周围围岩中的应力将会进行重新调整，结合以上原理，本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺及时在适当的时间内采取相应的最佳支护方式，减少或平衡了应力释放，防止围岩开裂和裂隙扩展，阻止围岩发生从量变向质变的转化，确保巷道的稳定，保证施工安全。 

3）、锚网喷支护方法的原理：锚网喷支护方法属于主动支护，锚杆安装时施加了较大的预紧力，给围岩提供了轴向及横向的支护阻力，而钢筋网及喷射混凝土支护形式的进一步加固，使的支护体同围岩形成了统一整体，强化了围岩强度，随着围岩的变形，支护阻力也迅速增加，充分发挥了巷道围岩的自承能力，有效地控制了巷道围岩变形。 

本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺采用工作面实施第一次支护后，距工作面10～40m进行第二次支护，从空间上实现了不同工序的平行作业，减少了施工时间，提高了施工效率。 

本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺是根据围岩稳定性情况，充分分析应力与时间的关系，针对围岩应力释放的每一个时间段，采用多种支护方式相结合的支护方案，及时有效的防止围岩开裂，遏制了围岩裂隙的扩张，预防了围岩从量变向质变的转换，确保了巷道的稳定性，摆脱了传统支护方式单一、支护效果差的独立模式；本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺根据施工地段围岩性质，编制了不同的支护施工方案，具有良好的支护效果，尽可能的减少巷道因支护模式不当而出现返修的可能，突破了传统的一项工程一个支护模式的思维束缚。 

本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺解决了施工难度大、进度慢的施工难题，节约设备、材料、人工成本，获得了良好的经济效益。 

本发明高水平应力不良岩层巷道支护工艺适时采取了临时支护、一次支护和二次支护，改善了作业面安全状况，大大降低了事故发生率，获得了良好的社会效益。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。