一種高應力巷道圍巖卸壓控制大變形的方法技術

本發明專利技術屬于礦山高應力巷道圍巖大變形控制的一種方法，該方法主要包括：判斷圍巖壓力是否為高應力，卸壓時機的確定，卸壓方式確定，鉆孔或預裂切割爆破卸壓，缷壓區域充填，圍巖壓力監測和變形監測。發明專利技術的特征在于：通過巷道圍巖巖石樣品的強度測試和成分分析判斷高應力圍巖的性質，通過變形監測和實驗研究確定卸壓時機和方式，在巷道圍巖內采用鉆孔或預裂爆破技術缷壓，并在缷壓槽內充填圍巖變形緩沖材料，同時在缷壓槽內埋設壓力傳感器和布設圍巖變形監測斷面以監測缷壓效果。本發明專利技術能有效控制礦山大埋深或者非沖擊地壓的高地應力地質條件下巷道圍巖變形，保證礦山高地應力環境中的巷道能在生產期間正常使用。

【技術實現步驟摘要】
一種高應力巷道圍巖卸壓控制大變形的方法
本專利技術屬于礦山高應力圍巖巷道卸壓施工的一種方法，適用于礦山大埋深或高地應力的地質條件下的巷道工程。
技術介紹
隨著礦山開采深度越來越大，地質環境更加復雜，導致地應力增加、破碎巖體增加、涌水量加大、地溫升高、突發性災害事故增加、作業環境惡化等一系列問題。對礦山巷道圍巖變形更加嚴重，如何有效控制礦山深部巷道圍巖變形的問題受到國內外專家學者關注。巷道圍巖的高應力表現為兩種形式：①沖擊地壓類型高應力圍巖和②大變形類型高應力圍巖，對于①沖擊地壓類型高應力圍巖，當巷道圍巖的內應力超過一定的應力值并且應力瞬間釋放，才會發生沖擊地壓，造成災害，通常稱為沖擊地壓。專利(CN102425416A)公開了一種煤礦高應力區域巷道掘進工作面沖擊地壓防治方法和專利(CN101936162A)公開了一種煤礦構造應力區層狀巷道底板沖擊地壓防治方法，這兩個專利主要是一種消除沖擊地壓的方法，《防治煤與瓦斯突出規程》中的第八條～第十三條提出了突出煤層和突出礦井鑒定要求，當礦井或者煤層經過被專業機構鑒定認為是具有突出，那么開采設計、巷道施工、安全檢測和防護措施均要符合《防治煤與瓦斯突出規程》的規定。對于②大變形類型高應力圍巖，當巷道圍巖內高應力緩慢釋放則表現為巷道圍巖變形量大，這種圍巖的高應力通過變形緩慢釋放，不會造成災害，隨著巷道圍巖變形量增大，嚴重影響巷道的正常使用，如陳啟永在《煤炭科學技術》公開發表了“高應力大變形巷道錨注支護技術實踐”認為高應力圍巖巷道并非全部為沖擊地壓，分析了巷道的變形破壞是多種因素綜合作用的結果，影響該巷道穩定的原因主要包括構造應力、巖性、支護形式及參數等；龐建勇在《建井技術》發表的“新型鋼筋網殼錨噴支架的試驗研究與應用”論文中認為高應力軟巖巷道地壓大，表現為變形強烈，支護困難。深部復雜的地質條件和力學環境，造成巷道圍巖穩定性難以控制，支護困難，使用期變形破壞嚴重，迫使礦山企業陷入多次修復與嚴重影響正常生產的困境，同時多次修護更易造成礦山深部巷道圍巖的多次擾動更不利于巷道的變形控制。目前對于礦山深部巷道圍巖變形控制主要采用柔性支護結構，如錨索網梁聯合支護、可縮性金屬支架、開挖卸壓巷道等方法。這些方法都存在成本高，支護效果不理想等問題。對于大埋深或高地應力地質條件下的巷道工程如何降低深部圍巖對支護結構和淺部圍巖的作用力，同時由深部圍巖承擔一部分高地應力的問題，這將是解決礦山深部巷道圍巖變形一種有效方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種適用于礦山大埋深或高地應力的地質條件下的礦山巷道圍巖變形控制的方法。為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：通過巷道圍巖巖石樣品的強度測試和成分分析判斷高應力圍巖的性質，通過變形監測和實驗研究確定卸壓時機和方式，在巷道圍巖內采用鉆孔或預裂爆破技術缷壓，并在缷壓槽內充填圍巖變形緩沖材料，同時在缷壓槽內埋設壓力傳感器和布設圍巖變形監測斷面以監測缷壓效果。(1)判斷巷道圍巖內的應力是否為高應力，對硬質巖體采用應力解除法、應力恢復法或水壓致裂法測試得到初始應力大于20MPa或者當Rc/σmax＝4～7時，即為高應力硬質巖體；對軟質巖體采用巖石試件單軸抗壓(抗拉)強度和電鏡掃描巖石細微裂隙及礦物，當巷道圍巖應力接近或已達到其極限承載強度，同時巖石成分中含有遇水顯著膨脹類物質和片架狀粘土礦物，即為高應力軟質巖體。(2)開槽時機，對于硬巖體內的巷道，當監測圍巖的位移變化速率降低到50％時認為施工開挖引起的變形量完成，圍巖內部高應力開始釋放，即為開挖卸壓槽的最佳時機。對于軟巖體內的巷道由工程類比法加以選定。(3)開槽方式，沿巷幫平行于巷道軸向方向開槽，即沿著巷道軸向方向距離底板1000mm開槽水平卸壓槽；垂直于巷道軸向局部開槽，即垂直于巷道軸向幫部、底板或者頂板開槽，卸壓槽的間距在10m～15m，降低巷道圍巖淺部應力，將圍巖內的高應力轉移至深部圍巖；垂直于巷道四周開槽，即垂直于巷道軸向方向在巷道四周開槽，卸壓槽的間距在20m～30m。(4)高應力巷道圍巖卸壓措施，對于硬質圍巖采用預裂爆破技術(鉆孔之間采用間隔裝藥，利用未裝藥的鉆孔作為爆破導向孔)在巷道圍巖內形成卸壓槽，卸壓槽的規格：寬度100mm～200mm，深度1000mm～1500mm；對于軟質圍巖采用風鎬施工大直徑鉆孔在巷道圍巖內形成卸壓槽，卸壓槽的規格：寬度200mm～300mm，深度500mm～1000mm。(5)卸壓區域的充填措施，對硬質巖體巷道圍巖卸壓槽內回填鋸末、生石灰等；對軟質巖體巷道圍巖卸壓槽后及時處理，卸壓槽上下用木板護槽壁，中間打木撐固定，槽口用鋼筋網封閉。(6)卸壓效果檢驗，每個100m在缷壓槽內采用水泥砂漿埋設液壓型或光電型壓力傳感器監測卸壓槽內的壓力；在巷道表面采用三角法布置位移監測點測試卸壓效果。本專利技術的有益技術效果在于：能有效控制礦山大埋深或高地應力的地質條件下的礦山巷道圍巖變形；降低深部圍巖對支護結構和淺部圍巖的作用力；由深部圍巖承擔一部分高地應力；改變礦山大埋深或高地應力的地質條件下的巷道多次修復困境。本專利技術使用于以下類型采煤工作面的回采巷道：①高地應力地質環境，②礦山埋深大的地質環境，③存在底臌的巷道，④存在有巖爆的巷道工程。附圖說明圖1為本專利技術的巷道卸壓槽充填示意圖。圖2為本專利技術的巷道卸壓槽埋設的壓力傳感器示意圖。圖3巷道圍巖開挖卸壓槽爆破鉆孔布置示意圖。圖4沿巷道軸向圍巖卸壓槽布置示意圖。圖中：1-巷道2-卸壓槽3-充填材料4-壓力表5-壓力傳感器6-爆破鉆孔7-支護結構具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步說明。巷道高應力圍巖的兩種形式①沖擊地壓類型高應力圍巖和②大變形類型高應力圍巖的區別：(1)判斷標準沖擊地壓類型圍巖高應力的表現形式為沖擊地壓，沖擊地壓是世界范圍內煤礦礦井中最嚴重的自然災害之一。災害是以突然、急劇、猛烈的形式釋放煤巖體變形能，煤巖體被拋出，造成支架損壞、片幫冒頂、巷道堵塞、傷及人員，并產生巨大的響聲和巖體震動，震動時間從幾秒到幾十秒。大變形類型高應力圍巖的表現形式為變形量大，圍巖內應力緩慢釋放，該類型的巷道圍巖在其服務期間圍巖塑性區大，變形十分嚴重，少則幾百毫米，多則1.0～2.0m。巷道在服務期間需要進行不斷的維護與返修。(2)處理方法沖擊地壓類型高應力圍巖主要通過：①煤層高壓注水，②深孔控制爆破，③深孔控制爆破與高壓注水結合。《防治煤與瓦斯突出規程》中的第八條～第十三條提出了突出煤層和突出礦井鑒定要求。當礦井或者煤層經過被專業機構鑒定認為是具有突出，那么開采設計、巷道施工、安全檢測和防護措施均要符合《防治煤與瓦斯突出規程》的規定。以一種高應力巷道圍巖變形控制方法為例，在《防治煤與瓦斯突出規程》中的第九十條煤巷掘進工作面采用松動爆破防突措施，如下所述：①松動爆破鉆孔的孔徑一般為42mm，孔深不得小于8m。松動爆破應至少控制到巷道輪廓線外3m的范圍。孔數根據松動爆破的有效影響半徑確定。松動爆破的有效影響半徑通過實測確定；②松動爆破孔的裝藥長度為孔長減去5.5～6m；③松動爆破按遠距離爆破的要求執行。大變形類型高應力圍巖主要通過：①應力釋放法，如柔性支護結構(錨網支護、可縮性U型支架等)，②應力轉移理論與技術(預裂爆破、水力沖孔、鉆本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高應力巷道圍巖變形控制方法的其特征在于：①判斷巷道圍巖內的應力是否為高應力，對硬質巖體采用應力解除法、應力恢復法或水壓致裂法測試得到初始應力大于20MPa或者當Rc/σmax＝4～7時，即為高應力硬質巖體；對軟質巖體采用巖石試件單軸抗壓(抗拉)強度和電鏡掃描巖石細微裂隙及礦物，當巷道圍巖應力接近或已達到其極限承載強度，同時巖石成分中含有遇水顯著膨脹類物質和片架狀粘土礦物，即為高應力軟質巖體；②開槽時機，對于硬巖體內的巷道，當監測圍巖的位移變化速率降低到50％時認為施工開挖引起的變形量完成，圍巖內部高應力開始釋放，即為開挖卸壓槽的最佳時機。對于軟巖體內的巷道由工程類比法加以選定；③開槽方式，沿巷幫平行于巷道軸向方向開槽，即沿著巷道軸向方向距離底板1000mm開槽水平卸壓槽；垂直于巷道軸向局部開槽，即垂直于巷道軸向幫部、底板或者頂板開槽，卸壓槽的間距在10m～15m，降低巷道圍巖淺部應力，將圍巖內的高應力轉移至深部圍巖；垂直于巷道四周開槽，即垂直于巷道軸向方向在巷道四周開槽，卸壓槽的間距在20m～30m；④高應力巷道圍巖卸壓措施，對于硬質圍巖采用預裂爆破技術(鉆孔之間采用間隔裝藥，利用未裝藥的鉆孔作為爆破導向孔)在巷道圍巖內形成卸壓槽，卸壓槽的規格：寬度100mm～200mm，深度1000mm～1500mm；對于軟質圍巖采用風鎬施工大直徑鉆孔在巷道圍巖內形成卸壓槽，卸壓槽的規格：寬度200mm～300mm，深度500mm～1000mm；⑤卸壓區域的充填措施，對硬質巖體巷道圍巖卸壓槽內回填鋸末、生石灰等；對軟質巖體巷道圍巖卸壓槽后及時處理，卸壓槽上下用木板護槽壁，中間打木撐固定，槽口用鋼筋網封閉；⑥卸壓效果檢驗，每個100m在缷壓槽內采用水泥砂漿埋設液壓型或光電型壓力傳感器監測卸壓槽內的壓力；在巷道表面采用三角法布置位移監測點測試卸壓效果。...

【技術特征摘要】
1.一種高應力巷道圍巖卸壓控制大變形的方法，其特征在于：①判斷巷道圍巖內的應力是否為高應力，對硬質巖體采用應力解除法、應力恢復法或水壓致裂法測試得到初始應力大于20MPa或者當Rc/σmax＝4～7時，即為高應力硬質巖體；對軟質巖體采用巖石試件單軸抗壓(抗拉)強度和電鏡掃描巖石細微裂隙及礦物，當巷道圍巖應力接近或已達到其極限承載強度，同時巖石成分中含有遇水顯著膨脹類物質和片架狀粘土礦物，即為高應力軟質巖體；②開槽時機，對于硬巖體內的巷道，當監測圍巖的位移變化速率降低到50％時認為施工開挖引起的變形量完成，圍巖內部高應力開始釋放，即為開挖卸壓槽的最佳時機，對于軟巖體內的巷道由工程類比法加以選定；③開槽方式，沿巷幫平行于巷道軸向方向開槽，即沿著巷道軸向方向距離底板1000mm開槽水平卸壓槽；垂直于巷道軸向局部開槽，即垂直于巷道軸向幫部、底板或者頂板開槽，卸壓槽的間距在10m～15...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉增輝，孟祥瑞，馮英華，趙光明，高召寧，王向前，婁嵩，
申請(專利權)人：安徽理工大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34