一种无煤柱开采留巷锚注支护方法

本发明属于无煤柱开采留巷巷道支护，具体涉及一种无煤柱开采留巷锚注支护方法。

背景技术：

1、针对无煤柱开采留巷巷道围岩控制问题，由于无煤柱开采留巷巷道需经历掘巷期、回采期和留巷期，巷道服务周期较长，且围岩的变形破坏集中发生于回采期和留巷期，使得无煤柱开采留巷巷道变形具有长时非匀速的特点。若前期发生支护失效使得围岩出现变形离层，将加剧后期变形控制难度，因此需针对巷道的长时非匀速变形特点提出一种全周期变形一体化控制支护方法。

2、传统的锚杆(索)仅能通过锚固作用保证巷道掘成后的围岩稳定，控制初期围岩变形与离层的发生，但对于后续回采期及留巷期破碎围岩条件下的巷道变形控制效果较差；若后期再进行注浆加固将增大工程量、影响生产效率，同时掘进支护施工的普通锚杆(索)已失效，难以达到锚注联合支护的效果，而再施工过密的锚杆(索)支护则会破坏顶板结构完整。

3、注浆锚索支护可以同时实现锚固和注浆加固两种作用，在破碎围岩巷道掘进支护中广泛应用且适应性较好。传统的锚注支护大多针对破碎围岩掘进巷道在掘进期进行一次注浆，但无煤柱开采留巷巷道掘成初期围岩较完整，无需且难以通过注浆锚索进行注浆加固，而后期回采期和留巷期的围岩较破碎均需进行注浆加固。

4、因此，需提出一种支护方法，根据无煤柱开采留巷巷道服务全周期围岩变形破坏特征，不仅能控制掘巷初期围岩变形离层，同时对回采期和留巷期破碎围岩进行超前注浆加固及复注，且根据不同时期破坏特点确定浆液参数，以实现无煤柱开采留巷巷道围岩的全周期变形一体化控制和巷道的正常使用。针对这一技术问题，本发明提供了一种无煤柱开采留巷锚注支护方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种无煤柱开采留巷锚注支护方法，该锚注支护方案通过掘进期锚固支护、回采期超前锚注加固和留巷期复注加固对无煤柱开采留巷巷道全周期进行支护，以实现围岩变形一体化控制和保证巷道断面的目的。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无煤柱开采留巷锚注支护方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、回采巷道掘进期：

4、对巷道打钻孔获取的围岩岩样进行实验室力学性能试验获得巷道围岩力学参数，进行现场地应力原位测试获取巷道围岩力学环境，进行钻孔窥视获取掘进期巷道围岩变形破坏特征；根据巷道围岩的力学参数、应力环境和掘进期巷道围岩变形破坏特征，通过理论计算和数值模拟确定采用中空高强注浆锚索、中空注浆锚杆和高强预应力锚杆支护的掘进期锚固支护方案；

5、步骤s2、回采巷道掘进支护期：

6、根据步骤s1中确定的支护方案施工中空高强注浆锚索、中空注浆锚杆和高强预应力锚杆对巷道进行支护，对施工完成的中空高强注浆锚索、中空注浆锚杆和高强预应力锚杆张拉预紧至设计预应力；

7、步骤s3、采煤工作面回采期：

8、在采煤工作面回采期，在巷道内进行现场煤体支承压力监测、钻孔窥视和巷道变形监测，获得超前支承压力分布特征和回采期巷道围岩变形破坏特征；根据超前支承压力分布特征和回采期巷道围岩变形破坏特征，通过回采期超前锚注支护数值模拟和注浆试验，提出回采期超前锚注支护技术方案；

9、根据回采期超前锚注支护技术方案，在回采巷道内超前工作面30～80m范围，通过向步骤s2中的中空高强注浆锚索和中空注浆锚杆注液，注浆完成后排空中空高强注浆锚索和中空注浆锚杆的浆液，并对注浆后的中空高强注浆锚索和中空注浆锚杆以及高强预应力锚杆进行二次张拉预紧；

10、步骤s4、回采巷道留巷期：

11、在回采巷道留巷期，在巷道内进行钻孔窥视和巷道变形监测获取留巷期巷道围岩变形破坏特征，根据留巷期巷道围岩变形破坏特征提出留巷期复注加固支护方案；

12、根据留巷期巷道复注加固支护方案，滞后工作面2～4个周期来压步距的范围，通过向步骤s3中经过注浆的中空高强注浆锚索和中空注浆锚杆的顶板进行二次注浆，并对二次注浆后的中空高强注浆锚索和中空注浆锚杆以及进行高强预应力锚杆三次张拉预紧。

13、作为本发明的进一步优选，步骤s1中，对巷道的顶板、底板和巷帮进行钻孔窥视，获取掘进期巷道围岩变形破坏特征，掘进期巷道围岩变形破坏特征包括巷道围岩的裂隙发育密度、长度、宽度和深度；根据巷道围岩的力学参数、应力环境和掘进期巷道围岩变形破坏情况，通过理论计算得出支护强度，设计掘进期锚固支护方案，基于应变软化本构模型建立无煤柱开采巷道全周期支护数值计算模型，分析采用提出的掘进期锚固支护方案支护的掘进巷道的围岩变形量及塑性区分布范围，并根据数值模拟结果优化掘进期锚固支护方案，优化后的掘进期锚固支护方案包括支护体的直径、长度、预紧力、间排距、锚固剂的型号与数量、托盘的型号与尺寸。

14、作为本发明的进一步优选，步骤s2中，中空注浆锚杆和高强预应力锚杆按照800～1000mm排距施工，中空高强注浆锚索按照1600～2000mm排距施工；同一巷道断面内，中空注浆锚杆与高强预应力锚杆进行相间施工；中空高强注浆锚索和中空注浆锚杆间隔施工，中空高强注浆锚索位于两排中空注浆锚杆之间，一排施工1～3根中空高强注浆锚索，另一排施工2～4根中空注浆锚杆。

15、作为本发明的进一步优选，步骤s3中，煤体支承压力监测具体步骤为，在回采巷道超前支护段钻孔，将围岩应力传感器布置于巷道围岩内，实际测量回采期间巷道内超前支承压力分布特征，超前支承压力分布特征包括超前支承压力的影响范围、大小以及应力集中系数；

16、钻孔窥视具体步骤为，在回采期，对回采巷道的顶板和巷帮进行钻孔窥视，以掌握回采期巷道围岩破坏特征，窥视得到超前工作面不同距离处巷道围岩的变形破坏情况，回采期巷道围岩破坏特征包括超前工作面不同距离处巷道围岩的裂隙发育密度、长度、宽度和深度；

17、巷道变形监测具体步骤为，在回采期，以超前工作面50m处为起点，每隔50m设置一个监测断面，监测回采期巷道变形特征，回采期巷道变形特征包括超前工作面不同距离处巷道的顶底板移近量和两帮移近量；

18、综合分析钻孔窥视得到的回采期巷道围岩破坏特征和巷道变形监测得到的回采期巷道变形特征，得出回采期巷道围岩变形破坏特征；

19、根据超前支承压力分布特征和回采期巷道围岩变形破坏特征，通过超前锚注支护数值模拟分析提出的超前锚注支护施工参数对巷道超前支护段的围岩控制效果，围岩控制效果评价指标包括巷道断面收敛情况和塑性区发育情况，根据模拟结果优化并确定超前锚注支护施工参数，超前锚注支护施工参数包括注浆压力、注浆量和浆液配比参数；通过进行现场注浆试验分析不同超前工作面注浆距离的围岩控制效果和浆液扩散效果，确定合理的超前工作面注浆距离；根据超前锚注支护施工参数和超前工作面注浆距离提出超前锚注支护技术方案。

20、作为本发明的进一步优选，步骤s3中，注浆材料采用水泥水玻璃浆液，水泥浆的水灰比为水：水泥(质量比)＝1:1；使用波密度37的液体水玻璃，水泥浆：水玻璃(体积比)＝1:0.1～0.2。

21、作为本发明的进一步优选，步骤s4中，留巷期间，在巷道内进行钻孔窥视和巷道变形监测获取留巷期巷道围岩变形破坏特征；

22、钻孔窥视具体步骤为，在留巷期，对回采巷道留巷段的顶板和巷帮进行钻孔窥视，以掌握留巷期巷道围岩破坏特征，窥视得到滞后工作面不同距离处巷道围岩的变形破坏情况，留巷期巷道围岩破坏特征包括滞后工作面不同距离处巷道围岩的裂隙发育密度、长度、宽度和深度；

23、巷道变形监测具体步骤为，对进入留巷期的回采期设置的监测断面继续进行变形监测，监测留巷期巷道变形特征，留巷期巷道变形特征包括滞后工作面不同距离处巷道的顶底板移近量和两帮移近量；

24、综合分析钻孔窥视得到的留巷期巷道围岩破坏特征和巷道变形监测得到的留巷期巷道变形特征，得出留巷期巷道围岩变形破坏特征；

25、根据留巷期巷道围岩变形破坏特征提出留巷期复注加固支护方案，留巷期复注加固支护方案包括滞后工作面注浆距离、注浆压力、注浆量和浆液配比参数。

26、作为本发明的进一步优选，步骤s4中，二次注浆采用速凝高渗阻燃型聚氨酯浆液或高分子树脂材料。

27、通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

28、本发明通过掘进期锚固支护、回采期“超前注浆+二次张拉预紧”、留巷期“二次注浆+三次张拉预紧”对无煤柱开采留巷巷道进行“掘进期+回采期+留巷期”全周期一体化支护，以实现控制围岩变形和保证巷道断面的目的，该方法对矿井地质条件的适应性强，可改善无煤柱开采留巷巷道的围岩控制效果，具有良好的应用前景和巨大的推广价值。