[发明专利]一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿开采巷道支护技术领域，具体涉及一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法。

背景技术

矿井进入深部开采以后，围岩自重应力和构造应力都进一步增加，两个应力场的叠加使深部应力环境变得更加复杂，同时加上岩层产状及地质构造等因素的影响，使得深部巷道围岩变形往往表现出明显的非对称变形特征。沿巷道中轴线对称面的左右两帮变形不协调，一侧的变形往往较另一侧大，使得巷道整体向一侧偏斜，同时在一些肩角等关键部位的变形量比其他位置变形量大，如图2所示，这种非对称的变形特征给深部巷道支护带来了很大的困难。根据对深部巷道工程的现场调查分析，发现深部巷道均有不同程度的非对称变形破坏特点，而且随巷道所处深度的增大和岩层倾角的增大，这种非对称变形特征逐渐明显。

针对深部巷道非对称变形的特点，当前尚没有专门的支护控制对策,主要还是采用在巷道变形的关键部位加打锚杆锚索的常规方式进行重点加强支护。而对于深部巷道围岩来说，巷道的变形主要是由于高应力场作用下围岩的初期变形与长期流变变形造成的，仅仅采用增大锚杆锚索支护密度的方式并不能给围岩提供足够的支护强度，无法控制围岩的长期流变变形，因此也不能从根本上解决深部巷道的非对称变形问题。

发明内容

鉴于上述不足，本发明提供了一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其目的是提供一种能够在巷道变形关键部位提供足够支护阻力的复合支护方法，从而在根本上解决深部高应力场中巷道的非对称变形问题。

其技术解决方案为：

一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其包括以下步骤：

a、将深井巷道围岩其断面形状掘成圆形或圆弧形，并沿顺时针方向均等的将巷道断面划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，其中，Ⅱ区和Ⅳ区围岩变形量小，Ⅰ区和Ⅲ区围岩变形量大；

b、准备设备，所需设备包括铁丝网、锚杆、锚索和钢管混凝土支架，所述钢管混凝土支架是由若干段空钢管组成的圆形或弧形结构，相邻的空钢管之间选用套管进行连接；

c、初次支护，首先在围岩周围铺设铁丝网，在所述深井巷道断面的Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区依次安装锚杆与锚索，其中Ⅰ区和Ⅲ区内锚杆之间、锚索之间的间排距小于Ⅱ区和Ⅳ区内锚杆之间、锚索之间的间排距，并且Ⅰ区和Ⅲ区均选用高强度的锚杆与锚索，然后在巷道断面喷射混凝土喷层并封闭围岩，所述混凝土喷层的厚度≥100mm；

d、二次支护，上述步骤c完成后，选用钢管混凝土支架对上述初次支护的巷道围岩进行二次支护，在上述初次支护位置的外侧布置钢管混凝土支架，向所述钢管混凝土支架内注入一定的混凝土，所述钢管混凝土支架与巷道初次支护之间留有100mm～200mm的空间，以木板或矸石袋填充作为柔性均压卸压层，在Ⅰ区和Ⅲ区内的支架其壁厚选为10～12mm，在Ⅱ区和Ⅳ区内的支架其壁厚选为6～8mm。

作为本发明的一个优选方案，上述空钢管的管径在168mm～219mm之间。

作为本发明的另一个优选方案，上述钢管混凝土支架包括3～4节段的空钢管。

上述铁丝网的孔径为100mm×100mm。

本发明提出了一种深井巷道围岩非对称变形的控制方法，其首先在巷道围岩实施初次支护，然后选用钢管混凝土支架对上述初次支护的巷道围岩进行二次支护，采用初次支护和二次支护的复合支护方法，同时在巷道变形量较大的关键区域如Ⅰ区和Ⅲ区增加高预应力锚杆、锚索的支护密度、增加支架的钢管壁厚，以提高支护体的支护强度，能够较好地控制深井巷道围岩的非对称变形。

其中初次支护对象是针对围岩破裂区内处于残余强度下的岩体，其支护目的就是要最大限度地保持围岩的完整性，降低围岩破裂区的发展速度，同时通过锚杆、锚索对围岩受力状态的改善，帮助提高锚固区内围岩的承载能力。初次支护密度越大，其对围岩力学性能的改善越强，锚固区内围岩承载力越高，因此通过增加巷道关键变形区的初次支护密度，如Ⅰ区和Ⅲ区内的锚杆之间的间排距小于Ⅱ区和Ⅳ区内锚杆之间的排排距，锚索之间的间排距也小于Ⅱ区和Ⅳ区内锚索之间的间排距，这样能够有效控制巷道的前期非对称变形。