一种高应力破碎劣化围岩三级联控围岩稳定控制方法

本发明涉及围岩稳定性控制，特别涉及一种高应力破碎劣化围岩三级联控围岩稳定控制方法。

背景技术：

1、矿井开发已逐步进入深部开采阶段。受深部“五高两扰动”复杂环境影响，煤岩体赋存环境复杂，高应力、破碎劣化围岩逐步增多，巷道围岩易表现出持续变形、强时效性、支护难度大等特点，已成为制约深部安全开采的技术瓶颈，长期以来一直是煤矿围岩安全稳定控制的热点和难题。

2、矿区对于深部高应力软岩巷道普遍采用一次普通锚杆，二次加长锚杆/锚索的二次锚网索注支护方案，锚杆密度大，铺设双层钢筋网，取得了一定的支护效果。然而，以上常规的支护技术在遇到高应力破碎劣化围岩时，对于一次支护后，动态补强的最佳时机不能准确把握，造成破碎劣化围岩一次支护与动态补强在时间上和空间上不能优化配合，难以在释放变形能的同时又保证一次支护后围岩的初期稳定。因此，此种条件下，高应力破碎劣化围岩控制困难。

3、针对巷道围岩变形破坏难题，人们采取了大量的联合支护控制方案，比如现有技术中，关于巷道围岩稳定性控制的专利技术公开了如下技术方案：中国专利申请号201911398999.9，公告日2020年04月28日，公开了名为“巷道围岩稳定性控制方法”的技术方案，该技术方案包括以下步骤：根据巷道围岩的主应力分布情况，确定围岩关键承载区；对所述巷道的表层围岩进行支护处理；对所述围岩关键承载区进行注浆加固处理；和/或，对所述围岩关键承载区的外围进行卸压处理。该发明能够根据巷道围岩的关键承载区进行精确控制，减小工程量并降低工程成本，提高了巷道围岩的长期稳定性，但是该发明所存在的不足之处在于：没有使用动态补强支护，对于最佳支护时机不能确定，在遇到高应力破碎劣化围岩时，很难控制围岩的稳定。因此，亟需一种解决高应力破碎劣化围岩稳定控制的技术方案。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高应力破碎劣化围岩三级联控围岩稳定控制方法，解决传统支护方式在高应力破碎劣化围岩巷道上效果差易失效的问题。本发明针对高应力破碎劣化围岩，巷道开挖后处于卸荷状态，此时围岩应力调整、能量释放，及时采用增阻让压的主动支护结构进行一次支护，初步控制围岩变形，形成浅部承载结构；其次确定动态补强支护时机，进行动态补强支护，改善围岩承载性能，形成深部承载结构；最后，采取局域钻孔卸压、切顶卸压等方式优化破碎劣化围岩所处的高应力环境，实现一次支护及时阻劣、动态补强支护修复增强围岩强度、卸压改善围岩应力环境。

2、为了实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：一种高应力破碎劣化围岩三级联控围岩稳定控制方法，包括：

3、基于围岩性质，对开挖巷道进行围岩支护，其中，所述围岩支护的方式包括采用增阻让压主动支护结构的一次支护；

4、基于所述一次支护后的破碎劣化围岩应力、位移演化特征，结合巷道围岩位移监测和松动圈范围实测，确定最佳动态补强支护的时机，基于所述最佳动态补强支护的时机进行动态补强支护；

5、基于高应力作用，对高应力巷道进行围岩卸压，最终改善围岩应力环境。

6、优选地，所述一次支护方式包括：锚喷支护、锚注支护、锚网喷支护、锚网索喷支护和锚网索喷注支护。

7、优选地，所述一次支护的过程包括：

8、预应力锚杆、锚索深入流动层围岩，锚杆的加固范围相互叠加配合钢筋网和混凝土喷层与所述流动层围岩得到浅部承载结构。

9、优选地，基于所述一次支护后的破碎劣化围岩应力、位移演化特征，结合巷道围岩位移监测和松动圈范围实测，确定最佳动态补强支护时机的过程包括：

10、基于理论分析方法得到第一动态补强支护时机；

11、基于数值模拟方法模拟围岩应力场和位移场的演化规律得到第二动态补强支护时机；

12、基于巷道围岩位移监测方法得到第三动态补强支护时机；

13、基于围岩松动圈发育范围与时间关系方法得到第四动态补强支护时机；

14、基于所述理论分析方法、数值模拟方法、巷道围岩位移监测方法和围岩松动圈发育范围与时间关系方法中的一种或几种得到佳动态补强支护时机。

15、优选地，基于所述一次支护的围岩应力场演化过程得到第一动态补强支护时机的过程包括：

16、基于西原模型确定深部岩石流变特性；

17、基于圆形洞室弹塑性应力分布理论得到巷道围岩应力分布；

18、基于所述巷道围岩应力分布得到围岩应力；

19、基于所述围岩应力和长时强度得到应力峰值演化过程；

20、基于应力峰值演化过程得到应力场演化过程；

21、当所述应力峰值出现拐点时，得到第一动态补强支护时机。

22、优选地，基于数值模拟方法模拟围岩应力场和位移场的演化规律得到第二动态补强支护时机的过程包括：

23、获取工程地质条件，基于所述工程地质条件构建数值计算模型；

24、将所述一次支护的方案输入所述数值计算模型进行巷道支护模拟计算，得到巷道围岩应力、位移指标与时间的关系；

25、基于所述巷道围岩应力、位移指标与时间的关系，得到巷道变形速率；

26、当所述巷道变形速率达到拐点时，得到第二动态补强支护时机。

27、优选地，所述巷道围岩松动圈实测的方法包括：钻孔窥视仪测试法、声波探测法、光纤测试法、电阻率测试法和多点位移计法。

28、优选地，巷道围岩位移监测方法包括：收敛计监测法、全站仪测量法、激光断面扫描仪测试法。

29、优选地，基于所述最佳动态补强支护的时机进行动态补强支护，其中，动态补强支护包括动态补强支护的方式和动态补强支护的位置；

30、所述动态补强支护的方式包括：锚注一体式柔性锚、长锚杆+注浆和注浆锚索；

31、所述动态补强支护的位置包括：巷道矿压显现位置，所述矿压显现位置包括：肩窝和底角。

32、优选地，所述围岩卸压的方式包括：大直径钻孔卸压、预裂爆破切顶卸压和水力压裂切顶卸压。

33、本发明具有如下技术效果：

34、(1)本发明改变了传统高应力劣化破碎围岩单一治理的理念，采用多种控制手段相结合的协同控制思想，基于现有支护技术，提出了高应力劣化破碎围岩三级联控治理思路，弥补现有技术中支护效果不理想，支护时机难以把握，支护手段不能很好配合等问题。具体地，一级控制是在破碎劣化巷道开挖后，第一时间采用增阻让压主动支护结构进行一次支护，初步控制围岩变形，形成浅部承载结构；二级控制是在一次支护基础上进行动态补强支护，动态补强支护改善围岩承载性能，形成深部承载结构；三级控制是采用大直径钻孔卸压、预裂爆破切顶卸压、水力压裂切顶卸压等方式优化高应力破碎劣化围岩应力环境，更好发挥出一次支护和动态补强支护效果。针对高应力劣化破碎围岩的三级联控，能够有效控制围岩的稳定，合理的协同控制手段，有效杜绝过度支护，降低支护成本。

35、(2)本发明采用的动态补强支护侧重对劣化围岩进行补强锚注减隙，通过锚注等方式，对巷道浅部、深部围岩裂隙进行充填固结，强化围岩承载性能，使得围岩整体强度和完整性在一定程度上得到修复，弥补了一次支护强度的不足，形成深、浅承载的支护体，有效控制巷道的变形，从而保证了围岩的稳定。

36、(3)本发明确定的动态补强支护时机，是通过理论分析、数值模拟及现场实测方法综合确定，提出最佳的动态补强时机，可以让高应力破碎劣化巷道围岩开挖后处于能量有效释放而又不至于变形破坏的最佳状态，为动态补强支护提供依据。