[发明专利]一种全垮落法开采下井上下一体化隧道围岩变形控制方法

说明书

本发明公开了一种全垮落法开采下井上下一体化隧道围岩变形控制方法，具体包括开采前提出基于超深孔穿层水压致裂坚硬岩层和协调无煤柱开采的地表均匀沉降控制方法，确定隧道分段动态锚注预加固方案，布置隧道监测控制网；开采过程中借助隧道监测控制网，对隧道整体结构下沉和周边收敛量进行监测；开采后分析监测数据，评价隧道稳定性及安全性，提出工作面回采后隧道衬砌结构和围岩加固修复方案；本发明基于水压致裂切顶+协调无煤柱开采+分段动态锚注+采后加固修复的井上下一体化变形分级控制技术，能够确保地表隧道适应煤层开采后的变形，实现合理开采煤炭资源和确保隧道安全运营的目标，具有良好的推广前景。

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其是一种全垮落法开采下井上下一体化地表隧道变形分级控制的三下采煤方法。

背景技术

由于社会经济发展对能源的刚性需求和煤炭资源的不可再生性，实施煤炭资源集约化开采对实现社会的可持续发展具有重要意义。煤炭开采导致上方地层移动变形，影响地表公路及上方建筑物的正常使用。隧道作为土木工程的重要部分，既是道路构筑物又是地下工程，对岩层移动变形比较敏感，下方煤层的开采必将引起一系列的隧道工程问题，如隧道衬砌结构变形、路面下沉等，影响隧道的安全运行。在隧道下采煤通常是借助减沉开采措施来控制变形，以牺牲压煤开采量为代价使隧道移动变形在限定范围内。因此迫切需要研究全垮落法开采下隧道变形规律与控制研究，在保障高的采出率和高效开采隧道下方煤层的同时，保证隧道安全运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种全垮落法开采下井上下一体化隧道围岩变形控制方法，该全垮落法开采下井上下一体化隧道围岩变形控制方法解决了隧道下压煤开采效率低、成本高、煤炭采出率低的问题，在保证隧道安全运行的情况下，得到最大的压煤开采量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种全垮落法开采下井上下一体化隧道围岩变形控制方法，包括以下步骤：

步骤1、开采前提出基于超深孔穿层水压致裂坚硬岩层和协调无煤柱开采的地表均匀沉降控制方法，确定隧道分段动态锚注预加固方案，布置隧道监测控制网，具体步骤如下；

步骤11、收集工作面上覆岩层地质状况，所述工作面上覆岩层地质状况包括岩层埋深、厚度、岩性以及各岩层的弹性模量、抗拉、压强度和容重；

步骤12、探测分析得到隧道工程状况：隧道工程状况包括隧道围岩的松散程度、衬砌结构的裂隙分布情况；

步骤13、根据工作面上覆岩层地质状况和隧道工程状况，构建反映隧道-工作面空间关系的UDEC数值模型；

步骤14、根据UDEC数值模型，分析开采过程中隧道围岩变形演化规律，根据所述隧道围岩变形演化规律提出超深孔穿层水压致裂坚硬岩层和协调无煤柱开采控制地表均匀沉降的方法，确定水压切顶方案和煤柱宽度；

步骤15、根据UDEC数值模型，分析开采过程中隧道围岩裂隙扩展特征，同时结合隧道工程状况，确定隧道分段动态锚注预加固方案；

步骤16、布置隧道监测控制网：通过布设隧道表面位移监测点、地表沉降监测点、隧道围岩内部位移监测点，形成水平位移监测、沉降监测、隧道围岩内部位移监测控制网；

步骤2、开采过程中借助隧道监测控制网，对隧道整体结构下沉和周边收敛量进行监测；

步骤3、开采后分析监测数据，评价隧道稳定性及安全性，提出工作面回采后隧道衬砌结构和围岩加固修复方案。

作为本发明的进一步的优选方案，所述步骤11的收集工作面上覆岩层地质状况的具体方法如下：通过在工作面的上方地表施工地面钻孔，绘制岩层综合柱状图，确定岩层埋深、厚度、岩性；对钻孔取芯试样进行物理力学性能测试，获得工作面上方各个岩层的弹性模量、抗拉、压强度和容重。