破碎软岩巷道全断面封闭式深浅耦合让压锚注支护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤矿巷道锚注联合支护方法，具体涉及一种适用于深井大变形的 破碎软岩巷道全断面封闭式深浅耦合让压锚注支护方法，属于煤矿巷道支护领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国浅部煤炭资源的日益枯竭，煤矿开采深度正以8~12m/a的速度向深部 延伸。深部煤炭资源地质赋存环境极为复杂，深井巷道掘进过程中难以避免的会穿过断层 破碎带、软弱岩层等不良地质体，巷道变形破坏非常强烈，支护控制十分困难，严重影响矿 井的安全和生产建设。
[0003] 深部破碎软岩巷道变形破坏呈现如下特点：围岩自稳时间短、来压快；围岩变形 量大、速度快、持续时间长、破坏范围广；围岩四周来压、底鼓明显；围岩流变性强。针对此 类巷道的支护控制方法一直以来是国内相关专家和工程技术人员研究摸索的重点。目前常 用的支护方法是金属型钢支架被动支护、锚网喷主动支护及两者联合支护等，这些支护方 法虽然解决了一定的巷道变形破坏问题，但是对于深部破碎软岩巷道变形控制具有较大的 局限性。金属型钢支架被动支护初期支护强度较低；锚网喷主动支护对破碎围岩的加固效 果较差，锚杆（索）易脱锚、破坏，造成支护失效；金属型钢和锚网喷联合支护初期支护效果 较好，但对高应力下的围岩内部裂隙扩展和持续大变形控制不佳。
[0004] 在现有技术中，"一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法"公开了 一种针对复杂破碎断层带大断面巷道松软、破碎、易冒顶、片帮的支护方法，通过钢拱架支 护、超前小导管注浆加固以及锚网索喷耦合支护三步走的支护方针实现对复杂破碎断层带 巷道围岩的有效控制。该方法对复杂断层破碎带巷道冒顶、片帮、底鼓等浅部围岩破坏形式 具有显著控制效果，但忽略了对围岩深部裂隙扩展的控制，不适用于变形破坏范围广、持续 时间长的巷道围岩，且该方法工序复杂、成本较高。
【发明内容】
[0005] 为克服现有技术的不足，针对深部破碎软岩巷道变形破坏特点，本发明提出破碎 软岩巷道全断面封闭式深浅耦合让压锚注支护方法。
[0006] 本发明所述的破碎软岩巷道全断面封闭式深浅耦合让压锚注支护方法，具体步骤 如下：
[0007] 步骤1):巷道掘进后，随即在巷道全断面打锚杆孔，安装高强预应力锚杆，全断面 挂金属网并以直角交叉的方式布设钢筋梯，安装锚杆托盘，托盘穿过锚杆压紧钢筋梯，并使 其达到设定的预紧力，快速形成具有高支护强度和护表能力的浅部锚杆挤压加固拱；
[0008] 步骤2):全断面高强预应力锚杆安装完成后，在巷道顶板、两帮及底板喷射混凝 土，形成初喷层，混凝土的喷射厚度要满足封闭巷道表面围岩、充填钢筋梯与表面围岩之间 空隙的目的，形成巷道表面喷网组合隔离拱；
[0009] 步骤3):锚网喷初次支护后，打顶部和帮部注浆管钻孔，安装顶帮注浆管，打底板 深、浅注浆孔，安装底板深部注浆管和底板浅部注浆管，完成全断面注浆管的安装；
[0010] 步骤4):打顶板、两帮及底角让压注浆锚索钻孔，安装高强预应力让压注浆锚索；
[0011] 步骤5):注浆管和让压注浆锚索安装结束后，再次向巷道全断面喷射混凝土，封 闭注浆孔，形成复喷层；
[0012] 步骤6):复喷完成后，进行全断面注浆管的封闭式注浆加固，先用低压注底板浅 部注浆管，再用高压注底板深部注浆管，然后对巷道两帮注浆管及顶板注浆管依次注浆，最 终在巷道围岩四周形成全封闭的注浆加固圈；
[0013] 步骤7):巷道掘进一段时间后，待让压注浆锚索的让压构件发生让压变形，根据 让压变形完成的先后顺序对巷道底角、两帮和顶板让压注浆锚索进行注浆，形成深部浆液 扩散加固拱；
[0014] 步骤8):全断面封闭式深浅耦合注浆完成后，采用混凝土回填底板至设计断面， 混凝土回填层与复喷层之间铺设一层粉煤灰垫层。
[0015] 所述步骤1)中，高强预应力锚杆锚固长度为〇? 8~1. 0m，预紧力不小于80kN。
[0016] 所述步骤1)中，钢筋梯采用直径12~14mm的钢筋焊接加工，宽度为80~100mm。
[0017] 所述步骤1)中，位于两帮底端及底板两侧的高强预应力锚杆均倾斜向下设置，其 中位于两帮的锚杆与水平面的夹角为30度，位于底板的锚杆与水平面的夹角为75度。
[0018] 所述步骤2)中，混凝土初喷层厚度不小于80mm。
[0019] 所述步骤3)中，注浆管的间排距根据浆液在浅部围岩中的扩散半径确定，具体的 注浆管间排距与浆液扩散半径具有如下关系：
[0020]
[0021] 式中，R为浆液在浅部围岩中的扩散半径；a，b分别为注浆管的布设间距和排距。
[0022] 所述步骤3)中，帮部底端的注浆管向下倾斜设置，其与水平面的夹角为30度。
[0023] 所述步骤3)中，底板浅部注浆管和底板深部注浆管间隔布置。
[0024] 所述步骤4)中，高强预应力让压注浆锚索由让压构件和高强注浆锚索组成，高强 注浆锚索的极限拉断载荷不小于480kN，预紧力不小于250kN，高强让压锚索长度为6~ 10m，锚固长度不小于1. 5m，锚固点深入到巷道深部稳定围岩；让压构件让压载荷为320~ 380kN、让压距离为60~80mm，每个注浆锚索的让压构件上安装一个位移传感器，可实时监 测让压构件的变形量和变形速率。
[0025] 所述步骤4)中，位于底角的让压注浆锚索向下倾斜设置，其与水平面的夹角为45 度。
[0026] 所述步骤5)中，混凝土复喷层厚度为120~150mm。
[0027] 所述步骤6)中，底板浅部注浆管长1. 2~1. 5m，注浆压力为1. 0~2.OMPa;底板 深部注浆管长2. 5~3.Om，注浆压力为3. 0~4.OMPa;顶板和帮部的顶帮注浆管注浆压力 为2. 0~3.OMPa;注浆管单孔注浆时间为250~400s。
[0028] 所述步骤7)中，高强预应力让压注浆锚索的注浆滞后于全断面注浆管，根据最佳 支护原理，注浆锚索的最佳注浆时间为让压构件变形速率由快趋于平缓的时刻，注浆压力 为6~8MPa，注浆时间600~800s。
[0029] 所述步骤8)中，粉煤灰垫层铺设厚度为20~30mm，粉煤灰粒度范围200~800 目。
[0030] 所述高强预应力让压注浆锚索、高强预应力锚杆以及注浆管均位于不同的截面。
[0031] 所述浆液为水泥单浆加ACZ-1型水泥添加剂，添加剂用量为水泥重量的4%~ 6%，水灰比为0. 5~0. 8,其中注浆管所注浆液水灰比为0. 5~0. 6,高强预应力让压注浆 锚索所注浆液水灰比为〇. 7~0. 8。
[0032] 本发明的工作原理：
[0033] 巷道掘进后，首先通过巷道全断面安装高强预应力锚杆，并挂设金属网和交叉钢 筋梯，快速形成巷道表面及浅部围岩的高强主动支护，对破碎软岩巷道开挖扰动造成的浅 部松动围岩进行约束，形成浅部锚杆挤压加固拱；
[0034] 初喷混凝土层封闭巷道表面围岩，防止围岩进一步风化、潮解，充填钢筋梯与表面 围岩之间空隙，使围岩载荷均匀作用在支护上