一种控制深部巷道底臌的底板卸压加固结构及其施工方法与流程

本发明属于巷道支护领域，具体涉及一种控制深部巷道底臌的底板卸压加固结构及其施工方法。

背景技术：

由于巷道掘进或煤层回采的影响破坏了原岩应力场，引起巷道围岩应力重新分布，当围岩集中应力超过围岩强度时，围岩发生塑性变形，主要表现为巷道顶底板和两帮围岩向巷道空间移动，其中巷道底板围岩向巷道内的移动成为底臌。一般情况下巷道底板处于无支护或者无封闭状态，巷道底板较巷道两帮和顶板的支护强度低，出现了巷道变形破坏先从底板臌起即底臌开始，之后巷道两帮收敛，导致巷道支护完全失效，因此深部开采巷道（硐室）底臌问题一直是影响巷道（硐室）围岩稳定，增加巷道支护难度的主要因素，其中深部巷道底臌量约占巷道顶底板移近量80％以上，巷道底臌不仅增加顶底板移近量，缩小巷道断面尺寸，影响到巷道的正常运输、通风和行人。当底臌量达到0.8~ 1m以上时，巷道需要卧底维修，维修费用高。对安装有大型固定设备的机头或绞车房等硐室来讲，如果硐室发生一定的底臌，将会造成大型设备底座基础倾斜，直接影响到设备的正常运转，甚至出现停产维修的局面，是煤矿巷道正常行人、安全运输的隐患，为矿井安全生产带来严重的威胁。随着煤矿开采深度的增加，矿井进入深部开采，矿井地质条件恶化，浅部开采中硬岩石的巷道围岩逐渐转化为深井软岩。巷道围岩移近量特别是底臌量明显增大，底臌问题更加突出。大量煤矿巷道矿压现场观测结果表明，开采深度600~ 800m的条件下，产生底臌的巷道占25%左右；开采深度900m的条件下，底臌巷道约占40%；开采深度超过1000m时，底臌巷道超过80%，且随开采深度的增大，底臌量及其在顶底板移近量中所占的比例将逐渐增加。底臌严重的巷道引起巷道两帮移近量增加，巷道围岩变形处于流变状态，围岩处于不稳定状态，矿井需要耗费大量的人力、物力和财力进行多次翻修，甚至造成整条巷道的完全报废。因此，如何有效地控制深部巷道底臌，保持巷道底板围岩的长期稳定，对于保证深部开采煤矿巷道的正常使用和矿井安全生产具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、施工方便、设计合理、有效地控制巷道底臌现象的控制深部巷道底臌的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种控制深部巷道底臌的底板卸压加固结构，包括布置在巷道底板两侧的两道卸压槽和喷射在巷道围岩表面的喷射砼，巷道周边深部的岩层内设有若干锚杆层，所有的锚杆层沿巷道的轴向方向并排均匀设置，每排锚杆层包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的锚杆，锚杆的锚尾端通过螺母固定设有与喷射砼压接配合的托盘，锚杆与喷射砼表面垂直设置，相邻的锚杆的锚尾端之间通过钢丝绳连接；两道卸压槽对称设置在巷道底板的左右两侧。

一种控制深部巷道底臌的底板卸压加固结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）掘进巷道并进行锚网支护：深部巷道掘出，围岩成型以后，对围岩实施锚网支护；

（2）挖出两道卸压槽：在巷道底板左右两侧沿巷道的轴线方向，利用风镐分别挖出一条长条形的卸压槽，卸压槽的横截面为长方形，卸压槽以巷道一侧帮的边界线为对称线，卸压槽的深度为2000mm，宽度800mm，其中卸压槽的深度是指沿卸压槽高度方向的长度，卸压槽的宽度是指卸压槽沿左右方向的长度，卸压槽的长度即巷道的长度；

（3）对底板进行注浆和对卸压槽进行砼充填；卸压槽掘出，巷道围岩发生变形，经过10-15天围岩卸压以后，对巷道底板进行注浆加固，之后对两道卸压槽进行喷射砼充填充实；

（4）对巷道两帮和顶板内部进行注浆加固。

3、根据权利要求2所述的一种控制深部巷道底臌的底板卸压加固结构及其施工方法，其特征在于：步骤（1）中的对围岩实施锚网支护的具体步骤为：

a）在巷道的毛断面上喷射一层喷射砼；

b）接着沿巷道环向施工第一排锚杆层，并通过托盘将锚杆的锚尾端安装在喷射砼上；

c）第一排锚杆层施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排锚杆层、第三排锚杆层……，施工的同时将各排所有的锚杆的锚尾端通过托盘安装固定在喷射砼上；

接着通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状的钢丝绳网。

采用上述技术方案，在目前深部巷道锚注支护技术的基础上，采用底板卸压法来控制深部巷道底臌，通过在深部巷道底板布置合理位置和合理尺寸的双矩形卸压槽，经过10~ 15天时间的卸压以后，巷道围岩发生变形，巷道两帮和顶底板中高应力向深部围岩转移，巷道浅部围岩应力降低，能够明显改善巷道围岩应力场；有利于充分发挥深部围岩的承载能力，减小浅部围压的支护阻力，从而降低巷道的支护难度。当围岩变形趋于稳定以后，对巷道底板、两帮和顶板围岩进行注浆加固，以保证巷道底板、两帮和顶板围岩的长期稳定。深部巷道掘进，暴露围岩进行锚网支护以后，距离迎头5m左右，在巷道底板两侧，由风镐人工开挖出宽度800mm、深度2000mm的两个矩形卸压槽。卸压槽位于巷道两帮底板和巷道底板的下部，以巷道两帮边界线为卸压槽对称线；当卸压槽内破碎岩石取出以后，在巷道底板形成两个“弱结构”，为巷道底臌预留一定的变形空间；卸压以后，巷道浅部底板的高应力，向深部岩层转移。当出现巷道底角卸压槽内破碎岩石被压实和压密，吸收了底板围岩变形量，说明“弱结构”对巷道底板、两帮和顶板的高应力进行了有效释放，改善了巷道底板、两帮和顶板的围岩应力分布状况。通常卸压槽掘出10~ 15天以后，巷道浅部顶底板和两帮围岩应力进行了充分释放，主要表现为围岩发生变形移动。底板卸压槽形成过程和在卸压过程中，巷道顶板、两帮和顶板围岩岩层中原生裂隙进一步张开、扩展和延伸，同时出现新的次生裂隙，造成围岩中裂隙发育，有利于巷道两帮和顶板岩层的卸压，同时有利于后期对巷道底板、两帮和顶板围岩注浆加固。当底板卸压槽卸压以后，首先对巷道底板围岩进行注浆加固，之后对双底板卸压槽进行喷射砼充填充实，在巷道底板围岩形成两个“强结构”。巷道底板的“强-弱-强”支护结构，可以有效地支撑和控制巷道的底臌。最后，当巷道两帮变形和顶板下沉速度稳定以后，对巷道两帮和顶板进行注浆加固，注浆以后有利于提高围岩的强度，同时增加了锚网支护的支护性能。因此本发明，从提高深部巷道围岩支护强度和降低巷道围岩应力两个方面采取措施，保证深部巷道围岩和锚注支护系统趋于平衡，达到深部巷道围岩长期处于稳定的目的；

巷道底板卸压槽的卸压效果，可以用底板浅部岩层应力降低区的范围和应力值的大小，以及底板浅部岩层的强度来表示，前者与卸压槽尺寸包括卸压槽的深度和宽度有关，后者与底板注浆加固有关。目前采用风镐实施底板卸压施工的技术条件下，卸压槽的深度直接影响到卸压施工的难易程度和卸压效果。当卸压槽较浅时影响到卸压效果，较深时则直接增加施工的难度。近年来卸压-强化槽已经在河南省平顶山矿区平顶山天安煤业股份有限公司一矿、六矿、八矿和十矿等矿井的水平大巷和上（下）山巷道中，进行了现场工业性试验，效果显著。因此，本发明在平顶山矿区现场试验的基础上，结合数值计算结果，研究了底板卸压-强化槽控制深部巷道底臌及其施工方法，确定了深部巷道底板卸压槽的位置、卸压槽合理尺寸，有效地改善了深部巷道围岩应力分布状态，提高了传统的锚注支护效果，降低了深部巷道的支护和维修费用，可以保证深部巷道围岩的长期稳定和煤矿的正常生产。

综上所述，本发明采用底板卸压法来控制深部巷道底臌和围岩变形问题，在目前深部巷道锚注支护技术的基础上，通过合理确定卸压槽的形状、尺寸，以及布置位置，改善底板、两帮和顶板围岩卸压效果，增加了围岩中次生裂隙，提高了围岩注浆效果，可以有效地控制深部巷道底臌问题，保证深部巷道围岩的长期稳定。

附图说明

图1是本发明锚喷支护巷道剖面图；

图2是本发明巷道平面布置示意图；

图3是本发明巷道轴向剖面图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的一种控制深部巷道底臌的底板卸压加固结构，包括布置在巷道底板2两侧的两道卸压槽3和喷射在巷道围岩表面的喷射砼4，巷道周边深部的岩层内设有若干锚杆层，所有的锚杆层沿巷道的轴向方向并排均匀设置，每排锚杆层包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的锚杆1，锚杆1的锚尾端通过螺栓固定设有与喷射砼4压接配合的托盘5，锚杆1与喷射砼4表面垂直设置，相邻的锚杆1的锚尾端之间通过钢丝绳连接；两道卸压槽3对称设置在巷道底板2的左右两侧。

一种控制深部巷道底臌的底板卸压加固结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）掘进巷道并进行锚网支护：深部巷道掘出，围岩成型以后，对围岩实施锚网支护；

（2）挖出两道卸压槽；锚网支护成巷以后，为控制巷道底板2发生底臌，在巷道底板2两侧沿巷道的长度方向利用风镐分别挖出一条长条形的卸压槽3，卸压槽3的横截面为长方形，卸压槽3以巷道一侧帮的边界线为对称线，卸压槽3的深度为2000mm，宽度800mm，其中卸压槽3的深度是指沿卸压槽3高度方向的长度，卸压槽3的宽度是指卸压槽3的横向长度，卸压槽3的长度即巷道的长度。

（3）对底板2注浆和对卸压槽3进行砼充填；经过10-15天时间卸压，当出现巷道底板2卸压槽3内破碎岩石被压缩密实，吸收底板2围岩变形量，说明卸压槽3形成的“弱结构”对巷道底板2中的高应力进行了有效释放，改善了巷道围岩应力分布，此时需要对巷道底板2进行注浆加固，之后对底板2卸压槽3进行砼充填充实，使巷道底板2围岩形成两个“强结构”。巷道底板2的“强-弱-强”支护结构，有效地巷道控制了巷道底臌。

（4）对巷道两帮和顶板进行注浆加固；当巷道两帮变形和顶板下沉速度稳定以后，及时对巷道两帮和顶板进行注浆加固，确保巷道围岩长期处于稳定状态。

步骤（1）中的对围岩实施锚网支护的具体步骤为：

a）在巷道的毛断面上喷射一层喷射砼4；

b）接着沿巷道环向施工第一排锚杆层，并通过托盘5将锚杆1的锚尾端安装在喷射砼4上；

c）第一排锚杆层施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排锚杆层、第三排锚杆层……，施工的同时将所有的锚杆1的锚尾端通过托盘5安装在喷射砼4上；

d）接着通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的锚杆1的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状的钢丝绳网。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。