专利名称：一种高应力巷道煤岩体的支护方法
技术领域：
本发明与巷道破碎围岩体支护方法有关，进一步地是一种用于巷道高应力破碎煤岩体变形破坏的支护方法。
背景技术：
矿井开采深度不断增加，开采深度在600米以上时，自重应力场、残余构造应力场和开挖引起的支承应力场等耦合形成的高应力场，使巷道围岩的稳定性控制成为难题。高应力、大变形及其表现出来的破碎特性，使得巷道围岩支护困难加大。很多矿区采用多次翻修，多次注浆等维持生产，甚至被迫放弃高应力条件下的矿井开采，严重影响矿井的安全生产。现有对高应力破碎煤岩体的巷道支护主要采用三种支护方式一是被动刚性支护，如采用砌碹、U型钢全封闭支架和架棚后再喷浆的复合支护技术，在高应力条件下支护体会被压垮、压裂和压折；二是采用高强锚杆加锚索加网加喷混凝土和浅表部围岩注浆等复合支护技术，高应力条件下，这类锚固体会出现整体大变形，甚至断锚杆断锚索导致事故；三是采用先让压变形，释放部分应力，然后进行锚杆加锚索加网加钢带加喷混凝土复合支护，或采用支架、砌碹体预留变形量或垫层，或采用大变形锚索，但这是以浅表部围岩的大变形与破碎为代价，在高应力条件下，支护体和巷道空间难以满足让压对变形量的要求， 围岩的自承载能力增长有限。近些年发展起来的锚注支护技术，是利用注浆锚杆向破碎煤岩体内注入带有一定压力的浆液。提高了煤岩体自身的强度和稳定性，取得了较好效果。但是，由于注入煤岩体的浆液基本上是单一的注浆材料，如无机浆液，有机浆液。在复杂应力状态下，巷道围岩变化有时间、大小和方向上的差异。单纯的无机水泥浆液加固的岩体表现出刚性特征，容易遭到反复应力扰动后变形垮落失去支护功能；单纯的有机化学浆液加固后岩体呈现柔性特征，但化学浆材强度不够，且成本过高、漏浆跑浆严重。因此，在实际使用过程中仍存在着支护效果不理想的问题。
发明内容
本发明基于上述现有技术的不足，提供一种高应力巷道煤岩体的支护方法，并通过锚注支护方法实现表面围岩构建强韧过渡封层，浅部围岩构建刚性层，深部围岩原位改性为柔性层，以改善高应力条件下破碎煤岩体自身性质，加强围岩自承载能力，实现高应力及破碎煤岩体的锚注支护体系。基于上述目的，本发明所采取的技术措施是一种高应力巷道煤岩体的支护方法， 包括锚注支护方法及其设备，其所述方法是在巷道掘进成型后，表面及时构建强韧过渡封层，并将自进式注浆长锚杆和短锚杆分别交叉布入巷道煤岩体中，分层注入刚性浆材和柔性浆材，使注入刚性浆材的围岩原位构建成刚性支撑层，注入柔性浆材的围岩原位改性为柔性减压层，两层相互嵌合处构成刚柔嵌合过渡层，注浆结束后，在注浆长锚杆和短锚杆的末端固定有托盘。其具体方法按下列步骤进行
首先，在巷道掘进后，巷道表面由钢筋混凝土构建为强韧过渡封层； 其次，在构建强韧过渡封层后，分别交叉布设有自进式注浆长锚杆和短锚杆，并在自进式注浆长锚杆和短锚杆的刚性支撑层和柔性减压层的注浆段分别设置有交叉射浆孔；
第三，由自进式注浆长锚杆和短锚杆的交叉射浆孔在巷道煤岩体中注入刚性浆材和柔性浆材；
第四，注浆结束后，在长锚杆和短锚杆的末端固定有托盘。在上述技术方案中，所述钢筋混凝土是由钢筋网注入混凝土构成；所述刚性浆材的组成及其含量按质量份为快硬硫铝酸盐水泥67. 8%。自应力硫铝酸盐水泥28. 5%。GOR 粉状速凝剂3. 5%。氯化锂0. 2% ；所述柔性浆材的组成及其含量按质量份为脲醛树脂 90%，碳酸氢铵0. 5%，十二烷基硫酸钠1. 5%，甘油2. 0%，磷酸6. 0% ；所述刚性浆材的初凝时间为2 4分钟，半小时抗压强度> 16MPa，M小时抗压强度>20 MPa，微膨胀率>0. 2%， 水灰比0. 7 0. 8 ；所述注入刚性浆材的注浆压力1 3 Mpa，扩散半径1. 5 2. Om ；所述柔性浆材是脲醛树脂发泡浆材，其凝结时间为3 5分钟，抗压强度> 0. 8Mpa，膨胀倍数 30;所述注入柔性浆材的注浆压力3 5 Mpa，注浆时间为2、分钟，扩散半径2. 0 2. 5m。本发明所提供的一种高应力巷道煤岩体的支护方法，通过锚注支护方法实现了表面围岩构建成为强韧过渡封层，浅部围岩构建成为刚性层，深部围岩原位改性成为柔性层， 进一步改善了高应力条件下破碎煤岩体自身的性质，加强了巷道煤岩体的自承载能力，实现了一种在高应力及破碎煤岩体中的锚注支护体系。本发明方法与现有技术相比，具有以下的突出特点
(1)本发明方法通过向巷道破碎煤岩体压注不同的浆体材料，消除了围岩破碎效应，并提高了自承载能力；通过柔性层减压、刚性层支撑和强韧刚柔过渡封层主动改变了围岩体的应力条件，保持了巷道围岩的完整性，进一步提高了高应力巷道围岩的稳定性。(2)本发明方法通过原位改变围岩性质，有效地释放了巷道深部围岩中的高应力， 消除了巷道浅表部围岩中的高应力，防止了巷道围岩被高应力压裂和产生大变形，保持了巷道围岩的完整性。(3)本发明方法通过压注到围岩体深部的浆体材料，将深部的自重应力场、残余构造应力场和由于开挖开采引起的高支承应力场等条件下的压力加以释放，防止了冲击地压的发生，稳定了巷道深部围岩体的构架。(4)本发明所述的一种高应力巷道煤岩体的支护方法方法，具有工艺流程简单，施工速度快，可多层次平行作业。安全可靠，成本低等显著特点。
图1是本发明刚柔嵌合注浆刚性支撑柔性减压加固高应力破碎煤岩体的结构示意图。图中1 强韧过渡封层；2 刚性支撑层；3 刚柔嵌合过渡层；4 柔性减压层；5 短锚杆；6 长锚杆。
具体实施例方式实施本发明所提供的一种高应力巷道煤岩体的支护方法，通过锚注支护方法科学合理的应用，结合巷道围岩体的构成，采用表面围岩构建为强韧过渡封层，浅部围岩构建为刚性层，深部围岩原位改性为柔性层的设计理念，进而改变了高应力条件下破碎煤岩体自身性质，加强了围岩自承载能力，实现了高应力及破碎煤岩体的锚注支护体系，保证了高应力巷道围岩的稳定性。由于巷道围岩应力大，易破碎，采用普通注浆法实施钻孔，当钻杆拔出后，容易塌孔或变形，使注浆管安装困难。因此，采用自进式注浆锚杆可以克服以上缺点。自进式注浆锚杆端头为合金钻头，杆体为注浆管。配套钻机可一次完成钻眼和安装注浆管工作。杆体可根据孔深加长。施工中，将自进式注浆锚杆分短，长打入巷道破碎煤岩体内。分别注入带有压力的刚注浆材料和柔注浆材料。本发明方法在围岩体内形成刚柔嵌合两层支护层。 使外层刚性层承压形成加强拱或加强梁，内层柔性层形成弹性减压层，允许变形，释放高应力。柔性层、刚柔嵌合过渡层、刚性层与强韧刚柔过渡封层最终形成良好的组合拱结构，从而使巷道趋于稳定，保证了巷道的安全稳定性。下面对本发明的具体实施方式
作出进一步的详细说明
步骤1，在巷道掘出后，巷道表面由钢筋混凝土及时构建为强韧过渡封层1。所述强韧过渡封层是由钢筋网注入混凝土构成，其中，强韧层是由钢筋网喷入混凝土构成。喷层能及时充填围岩表面裂隙形成防风化和止水的保护层，并填平补强围岩使其受力均勻，提高了支护系统的整体性，并防止了注浆过程中漏浆现象；
步骤2，根据围岩破碎情况，刚性支撑层2采用刚性浆材进行注浆支护，打入自进式短注浆锚杆5。刚性支撑层锚杆直经为25mm，长度为0 2. 5m，在注浆段布置10 12个直径为8mm的交叉射浆孔，注入刚性浆材，该材料具有快凝、早强、不干缩等特点，其初凝时间为2 4分钟，半小时抗压强度> 16MPa，M小时抗压强度> 20 MPa，微膨胀率> 0. 2%， 水灰比为0. 7 0. 8。选择水泥注浆泵，注浆压力为1 3 Mpa，注浆时间为3飞分钟，扩散半径为1. 5 2. Om;
其中，所述的刚性浆材的组成及其含量按质量比为67. 8%的硫铝酸盐水泥，28. 5%的硫铝酸盐水泥，3. 5%的GOR粉状速凝剂和0. 2%的氯化锂，进行混合均勻即可；
步骤3，根据围岩破碎情况，柔性减压层4采用柔性浆材注浆支护，打入自进式长注浆锚杆6。柔性减压层锚杆直经为25mm，长度为2. 5 6. Om,在锚杆前端2. 5 6. Om注浆段布置10 12直径8mm的交叉射浆孔，注入脲醛发泡树脂浆材，该材料具有快凝、膨胀率大、可压缩等特点。凝结时间为3 5分钟，抗压强度> 0. 8Mpa，膨胀倍数30 ；所述注入柔性浆材的注浆压力3 5 Mpa，注浆时间为2、分钟，扩散半径2. 0 2. 5m。其中，所述的柔性浆材的组成及其含量按质量比为脲醛树脂90%，碳酸氢铵 0. 5%，十二烷基硫酸钠1. 5%，甘油2. 0%，磷酸6. 0% ；
步骤4，构建的刚性支撑层2和柔性减压层4构成刚柔嵌合过渡层3，由水泥浆材和树脂浆材注浆结合构成。步骤5，注浆结束后1小时后，在注浆长锚杆6和注浆短锚杆5的末端头安装托盘， 拧紧螺母固定。实施本发明一种高应力巷道煤岩体的支护方法，所采用的设备为现有的常规设备，主要设施有7655凿岩机，搅拌桶，高压管，截止阀和快速接头等。其所述方法的工艺流程为准备，注浆，钻孔，制浆，注浆，管路以及设备清洗。
在上述具体实施方式
的基础上，本领域的技术人员结合现有技术以及利用常规设备，在本发明思想的教导下，能够实现本发明所提供的一种高应力巷道煤岩体的支护方法， 并且能够达到本发明所述效果。进一步地，在本发明思想方法的基础上，利用现有常规设备以及公知常识，也可以进行改变或者是调整注浆的深度以及长锚杆和短锚杆的长度，以适应不同巷道围岩体的应力构成进行稳定巷道围岩体。
权利要求
1.一种高应力巷道煤岩体的支护方法，包括锚注支护方法及其设备，其所述方法是在巷道掘进成型后，表面及时构建强韧过渡封层(1)，并将自进式注浆长锚杆(6)和短锚杆 (5)分别交叉布入巷道煤岩体中，再分层注入刚性浆材和柔性浆材，使注入刚性浆材的围岩原位构建成刚性支撑层(2)，注入柔性浆材的围岩原位改性为柔性减压层(4)，两层相互嵌合处构成刚柔嵌合过渡层(3)，注浆结束后，在注浆长锚杆(6)和短锚杆(5)的末端固定有托盘。
2.如权利要求1所述的支护方法，其所述方法按下列步骤进行(一)在巷道掘进后，巷道表面由钢筋混凝土构建为强韧过渡封层(1)；(二)在构建强韧过渡封层(1)后，分别交叉布设自进式注浆长锚杆(6)和短锚杆(5)， 并在自进式注浆长锚杆(6)和短锚杆(5)的刚性支撑层(2)和柔性减压层(4)的注浆段分别设置有交叉射浆孔；(三)由自进式注浆长锚杆(6)和短锚杆(5)的交叉射浆孔在巷道煤岩体中注入刚性浆材和柔性浆材；(四)注浆结束后，在长锚杆(6)和短锚杆(5)的末端固定托盘。
3.如权利要求1或2所述的方法，所述强韧过渡封层(1)是由钢筋网注入混凝土构成。
4.如权利要求2所述的方法，所述刚性浆材的组成及其含量按质量比为硫铝酸盐水泥67. 8%，硫铝酸盐水泥28. 5%，GOR粉状速凝剂3. 5%，氯化锂0. 2%。
5.如权利要求4所述的方法，所述刚性浆材的水灰比为0.7 0. 8，初凝时间为2 4分钟，半小时抗压强度> 16MPa，M小时抗压强度> 20 MPa，微膨胀率> 0. m。
6.如权利要求2所述的方法，其所述注入刚性浆材的注浆压力为1 3Mpa，注浆时间为:3 5分钟，扩散半径为1. 5 2. Om0
7.如权利要求2所述的方法，所述柔性浆材的组成及其含量按质量比为脲醛树脂 90%，碳酸氢铵0. 5%，十二烷基硫酸钠1. 5%，甘油2. 0%，磷酸6. 0%。
8.如权利要求7所述的方法，所述柔性浆材是脲醛树脂发泡浆材，其凝结时间为3 5分钟，抗压强度> 0. 8Mpa，膨胀倍数30。
9.如权利要求2所述的方法，其所述注入柔性浆材的注浆压力为3 5Mpa，注浆时间为:2 4分钟，扩散半径为2. 0 2. 5m。
全文摘要
一种高应力巷道煤岩体的支护方法是在巷道掘进成型后，表面围岩及时构建为强韧过渡封层，并将自进式注浆长锚杆和短锚杆分别交叉布入巷道煤岩体中，分层注入刚性浆材和柔性浆材，使注入刚性浆材的围岩原位构建成刚性支撑层，注入柔性浆材的围岩原位改性为柔性减压层，两层相互嵌合处构成刚柔嵌合过渡层。本发明支护方法提高了巷道围岩深部岩体适应大变形和自承载的能力，改善了高应力巷道围岩的应力分布状态，使高应力巷道一次成形一次支护，保证了在复杂结构、高应力、大范围松动破碎以及大变形的条件下巷道的稳定性。
文档编号E21D20/02GK102493821SQ201110413709
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月10日 优先权日2011年12月10日
发明者康天合, 李剑坤, 李彦斌, 杨永康, 苏学贵 申请人:太原理工大学