矿井大松动圈巷道渐进式支护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种围岩支护方法，特别涉及一种矿井大松动圈巷道渐进式支护方法。
【背景技术】
[0002]矿井巷道开挖后，其围岩由原来的三向应力状态变成了两向应力状态，围岩的强度(主要指长期强度)就会变低，而其所受应力会因周围应力重新分布而增大(产生集中应力)ο如果围岩所受应力超过了其强度，围岩就会受到破坏产生松动，集中应力内移，继续破坏离巷道空间较远的围岩，直到围岩的强度高于集中应力为止。由此，在巷道围岩中产生了一定的松动范围，巷道围岩产生的松动范围就叫松动圈。巷道围岩松动范围愈大，因松动产生的体积膨胀愈大(碎胀)，巷道变形就越严重。换句话说，巷道的松动圈越大，支护越困难。一般来说，围岩松动圈厚度大于2.2米的矿井巷道就称为大松动圈巷道。随着地下资源开采向深部转移，由于地压增加，大松动圈巷道越来越多。由于目前大松动圈巷道施工方法不科学，破坏非常严重。例如，很多煤矿的开拓工程经过多次维修仍然不能安全使用，支护成本大幅度升高。为此，提出科学的大松动圈巷道支护方法是十分必要的，而这就需要先对巷道围岩大松动圈的形成过程有科学的认识。
[0003]巷道围岩大松动圈是从无到有、从小到大逐渐形成的。一般来说，厚度大于1.5m的松动圈要经过1-3个月的形成过程。巷道空间周围因受开挖影响而发生应力重新分布的岩体称为围岩，未受开挖影响的岩体称为原岩。围岩由四部分组成，应力升高弹性圈、塑性硬化圈、塑性软化圈和塑性流动圈。松动圈属于围岩的一部分，一般由两部分组成:塑性软化圈和塑性流动圈。巷道大松动圈的形成过程包含三个相互联系的过程，一是随着应力升高弹性圈和塑性硬化圈(这两部分不属于松动圈的范围，并且随开挖后立即形成)的逐渐向围岩深部移动，塑性软化圈慢慢扩大，并最终形成一定厚度的塑性流动圈；二是围岩裂隙逐渐增大、增多并相互贯通形成裂隙网，应力升高弹性圈会出现一些微裂隙，塑性硬化圈时微裂隙不断发展扩大并最终形成滑移线，塑性软化圈时滑移线形成破裂面、裂隙发展和贯通速度快速提高、承载能力迅速下降，塑性流动圈时裂隙发展和贯通速度变慢、裂隙间岩块在稳定的应力下开始错动；三是围岩变形、破碎膨胀并向开挖空间拥挤，应力升高弹性圈和塑性硬化圈围岩体积基本不膨胀，塑性软化圈围岩体积开始膨胀，塑性流动圈体积继续快速增加。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种矿井大松动圈巷道渐进式支护方法，能够有针对性地根据巷道松动圈的发展状况，采用相应的支护手段以使巷道围岩形成稳定的支护结构，保证矿井的安全使用，降低支护成本。
[0005]本发明的矿井大松动圈巷道渐进式支护方法，包括以下步骤:
[0006](I)开挖后，对巷道进行初喷，初喷形成的混凝土喷浆层厚度不大于50mm ;
[0007](2)初喷后，在临时支护下挂设钢筋网和钢筋梯，然后打眼安装注浆锚杆，形成组合支护；
[0008](3)根据巷道地质条件选择测定点，在测定点处打眼安装探测松动圈的系统，并安装断面收敛仪，以测定巷道松动圈的变化和巷道断面收敛情况；
[0009](4)根据巷道断面监测情况，对巷道断面变形大的部位补充安装锚杆，使巷道均匀收敛；
[0010](5)在松动圈的厚度大于注浆锚杆的长度后，打眼安装注浆锚索；
[0011](6)当巷道断面变形稳定、松动圈不再扩大时进行复喷，复喷形成的混凝土喷浆层的厚度使得钢筋网和钢筋梯至少有20_的保护层；
[0012](7)复喷混凝土硬化后，利用步骤(2)中安装的注浆锚杆进行围岩浅部注浆；
[0013](8)围岩浅部注浆后，利用步骤(5)中安装的注浆锚索进行围岩深部注浆。
[0014]进一步，在步骤⑵中的所述注浆锚杆和/或步骤(5)中的所述注浆锚索包括锚体及设在锚体锚固段的延展机构，所述锚体的自由段设有注浆孔；所述延展机构包括膨胀套和引胀件，所述锚体穿过膨胀套后与引胀件连接；岩体变形对锚体及引胀件产生轴向拉力时引胀件对膨胀套形成挤压，使得膨胀套产生径向变形而膨胀。
[0015]进一步，所述注浆锚杆和/或所述注浆锚索还包括隔离筒，所述隔离筒的顶部封闭、底部设有开口，并且所述隔离筒套在膨胀套外。
[0016]进一步，所述引胀件呈上大下小的锥台状，并且所述引胀件的大部直径大于膨胀套的内径、小部直径小于膨胀套的内径；所述膨胀套的顶部和底部均设有开口，并且所述膨胀套的壁上设有从其顶部开口处开始延伸的变形缝。
[0017]进一步，所述膨胀套的壁上设有至少两条沿其轴向延伸的变形缝，各所述变形缝沿膨胀套的周向均匀分布。
[0018]进一步，所述注浆锚杆和/或所述注浆锚索还包括套装在锚体上用于密贴于岩面的托盘及用于调节预紧力的调节件，所述调节件对托盘形成轴向挤压。
[0019]进一步，在步骤(I)中，并且初喷使用的混凝土为强度不低于C25的钢纤维混凝土；在步骤(6)中，复喷形成的混凝土喷浆层的厚度使得钢筋网和钢筋梯至少有20mm的保护层。
[0020]进一步，在步骤(2)中，所述钢筋网中钢筋直径为6mm-12mm，且所述钢筋网的钢筋间距不小于100mm，网孔形状为方形或菱形；所述钢筋梯为两根长度不小于2000mm、直径不小于18mm的钢筋采用高强度焊条焊接，梯子宽度50-100mm，梯子间距等于设计锚杆间距，并采用并排两根的焊接方法。
[0021]进一步，在步骤(2)中，所述注浆锚杆的长度不小于2000mm，巷道围岩表面锚杆支护强度不低于0.15MP,并且锚杆的安装预应力不小于其锚杆屈服强度的一半。
[0022]进一步，在步骤(3)中，所述探测松动圈的系统包括多点位移计或钻孔摄像系统。
[0023]本发明的有益效果:本发明的矿井大松动圈巷道渐进式支护方法，在塑性软化圈的形成过程中，利用锚杆支护提高塑性软化圈的强度，减缓塑性流动圈出现的时间并减少塑性流动圈厚度；当松动圈厚度超过锚杆长度时，利用锚索把松动圈和大结构(主要指应力升高弹性圈和塑性硬化圈)连接起来；当松动圈基本稳定后，利用注浆把松动圈内破碎的岩块胶结起来，形成一个具有一定强度的整体；最终使巷道围岩形成一个双稳定结构，即由应力升高弹性圈、塑性硬化圈和塑性软化圈形成的自然支撑结构(大结构)和在松动圈内形成的人工支护结构(小结构)；从而能够有针对性地根据巷道松动圈的发展状况，采用相应的支护手段以使巷道围岩形成稳定的支护结构，保证矿井的安全使用，降低支护成本。
【附图说明】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
[0025]图1为本发明实施例一中注浆锚杆和注浆锚索的结构示意图；
[0026]图2为本发明实施例二中注浆锚杆和注浆锚索的结构示意图；
[0027]图3为本发明实施例一、二中膨胀套的主视图；
[0028]图4为本发明实施例一、二中膨胀套的左视图；
[0029]图5为本发明实施例三中注浆锚杆和注浆锚索的结构示意图；
[0030]图6为本发明实施例三中膨胀套的主视图；
[0031]图7为本发明实施例三中膨胀套的左视图。
【具体实施方式】
[0032]本发明的矿井大松动圈巷道渐进式支护方法应遵守的支护原则:矿井大松动圈巷道支护遵守24字支护原则“宽断面、严治水，少扰动、及时控、强支护、协调变、勤量测、紧封闭”。“宽断面”，大松动圈巷道断面收缩变形是不可避免的，所以在巷道断面设计时要预留收缩空间，适当放大巷道断面。“严治水”，大松动圈巷道围岩极易受水的影响，要提前采用封堵、导水等方法治理水患，防止围岩受水影响。“少扰动”，尽量利用手镐、风镐或机械开挖方法；必须放炮时，要采用预裂爆破或光面爆破；适当减少循环进尺量。“及时控”，采用喷浆、先进的临时支护、立刻安装锚杆等方法及时控制顶板；锚杆预应力不低于锚杆强度的一半。“强支护”，适当增加支护强度，防止围岩产生有害变形。“协调变”，支护材料本身的变形要能适应巷道围岩的变形，支护材料具有延展性。“勤量测”，通过量测，及时了解巷道围岩的变形、离层、裂隙变化等情况，还要了解支护材料的工作阻力、变形量，并根据量测结果改变支护手段。“紧密闭”