一种煤矿底鼓巷道控帮锁底长短锚索及复合注浆组合加固方法

1.本发明涉及煤矿巷道底鼓变形控制领域，具体涉及一种煤矿底鼓巷道控帮锁底长短锚索及复合注浆组合加固方法。


背景技术：

2.随着开采深度的增加，煤矿巷道开挖完成后受到地应力及采动压力的影响更加强烈，同时煤矿巷道两帮煤柱强度较小、煤层破碎、层理面发育，底板泥岩为强度较低软岩，在高应力影响下巷道两帮和底板出现严重变形和位移，缩小了巷道断面，严重影响运输和通风。此外，底鼓巷道所呈现的围岩变形严重影响了巷道的正常使用，不利于巷道整体稳定性，由于巷道底鼓改变了巷道围岩的承载结构与支护体系之间的受力方式，使得巷道围岩更易产生集中应力，加剧了巷道变形，进而影响着井下工作人员的正常作业和人身安全。
3.目前煤矿巷道支护的主要方式有锚杆(索)加固、注浆加固、各类卸压方法以及u型钢棚和工字钢棚等被动支护构件。其中锚杆(索)支护施工工艺简单、成本低，是主要的巷道支护手段；注浆加固后与原有岩层共同形成具有更大强度的坚硬岩层可以承受较大应力；卸压方法使巷道围岩处于应力降低区，进而满足巷道原有岩层的承压强度；u型钢棚和工字钢棚等被动支护构件往往成本较高、安装复杂，且棚腿弯曲后维护困难。考虑到卸压方法不适合长期应用巷道，被动支护构件应用复杂且成本高，因此本领域急需改进加固方法。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种煤矿底鼓巷道控帮锁底长短锚索及复合注浆组合加固方法，可以针对煤矿底鼓巷道进行有效的变形控制，提高巷道的整体稳定性，保证巷道的正常使用。其中具体采用长短预应力锚索和复合注浆组合支护的方式对巷道同时进行控帮和锁底支护。锚索支护过程中需要考虑的问题为是否可以打入完整稳固的岩层实现锚固效果及主动支护的作用，故两帮锚索应用锚固剂锚固，且锚索安装前需进行两帮的预注浆实现帮部破碎层的加固，保证锚索的张拉效果；底板受钻孔排渣等施工技术影响，使用预应力锚索注浆的方法，在底板钻孔中同时放入锚索和注浆管，并用套管将自由段包裹，全长注浆后实现锚索的端部锚固效果，同时浆液进入泥岩裂隙中进行岩层加固，保证锚索锚固力实现的同时也达到对底板的锁底作用。
5.为解决上述问题，本发明提出了一种煤矿底鼓巷道控帮锁底长短锚索及复合注浆组合加固方法，包括：两帮预注浆及预应力锚索控帮支护，底板复合注浆、锚索及地脚锚索组合锁底支护，同时两帮和底板喷射混凝土进行硬化；两帮锚索为长短预应力组合锚索，采用锚固剂锚固，地脚锚索为预应力注浆锚索，底板竖直锚索为预应力锚索，采用水泥基浆液锚固。
6.其具体步骤如下：
7.s1、按照所需预注浆孔布置方式在巷道两帮进行预注浆；
8.s2、采用锚索台车施工巷道的两帮短预应力锚索，装入锚固剂并张拉至所需预紧力，区域短预应力锚索施工完成后施工两帮长预应力锚索，装入锚固剂并张拉至所需预紧力；其中所述短预应力锚索和长预应力锚索间隔设置；
9.s3、采用喷浆机在两帮巷道断面喷射混凝土；
10.s4、底板应用潜孔钻机施工预应力锚索钻孔，所述锚索钻孔包括底板两侧的地脚锚索钻孔和中部的底板竖直锚索钻孔；然后将注浆管和锚索共同装入所述预应力锚索钻孔中；
11.s5、钻孔对应的锚索中具有的锚索自由段安装波纹管或内壁涂覆润滑剂的外部套管，进行全长注浆并实现端部锚固，完成地脚锚索和底板竖直锚索支护；
12.s6、底板喷射混凝土进行硬化。
13.可选的，步骤s1中，所述预注浆孔布置方式包括：预注浆孔的间距为3000mm，排距为1300-1500mm，按照单元竖排数量依次成2-1-2三花布置，注浆孔深度为6000mm。
14.可选的，步骤s1中，所述预注浆的过程包括：预注浆超前锚索支护工作面实施，其中，超前距离为50m。
15.更优选地，所述注浆的工艺包括：注浆孔采用凿岩机开孔，帮锚钻机成孔；注浆时孔内下注浆管，其中，注浆管长度为5000mm；注浆时全长一次注浆施工。
16.进一步的，更优选地，所述注浆的过程包括：注浆时采用止浆塞封孔，其中，封孔长度不小于500mm，注浆终止压力为2-3mpa；注浆施工过程中，尽量保证注浆压力，出现局部漏浆时采取相应措施，堵漏或压水后复注；当孔口段岩层破碎，因漏浆导致采用止浆塞不能达到要求的注浆压力，以注浆量为标准判断孔内注浆量是否可达到3m3，若注浆量也无法满足要求则采用二次注浆模式。
17.进一步的，所述二次注浆模式包括：在注浆孔周围选适当位置再钻一注浆孔，注浆孔内同时下两根5000mm长注浆管，其中二次注浆管底部采用胶条或塑料封堵，一次注浆保证孔内注满，浆液初凝后实施二次注浆，注浆压力不小于2mpa，采用速凝混凝土替代止浆塞进行封孔。
18.可选的，步骤s2中，所述锚索台车中采用的锚索为矿用预应力锚索，其钢绞线抗拉强度为1720mpa，其中，短预应力锚索长度为4300mm，长预应力锚索长度为7400mm。
19.可选的，步骤s2中，所述锚索台车安装钻头直径为30mm，短预应力锚索孔深4000
±
100mm，长预应力锚索孔深7100
±
100mm；所述短预应力锚索的安装排间距(即排距
×
间距)为1000mm
×
(900-1000)mm；长预应力锚索布置为单元竖排数量成2-1-2三花布置，锚索孔排距为2000mm，间距为900-1000mm；所述锚索安装后采用锚固剂进行端部锚固；所述锚索安装后张拉预紧力大于150kn。
20.本发明中，排距是指在水平方向上相邻两个孔或孔内锚索之间的最短距离，间距是指在竖直方向上相邻两个孔或孔内锚索之间的最短距离。
21.进一步的，步骤s3中，当锚索支护完成后，对两帮巷道断面进行喷浆，其中，喷浆采用c20混凝土料浆，喷层厚度为100mm，实现巷道两帮的隔水和表面加固。
22.进一步的，步骤s4中，所述底板预应力锚索采用潜孔钻机钻孔，预应力锚索钻孔的钻孔直径为50mm，其中，地脚锚索钻孔的孔深为7100
±
100mm，底板竖直锚索钻孔的孔深为6000
±
100mm；地脚锚索排距1000mm，每排2根地脚锚索，分别布置在距两帮250mm处，角度为
倾向下45
°
；底板竖直锚索排距为1000mm，间距为1000mm，每排四根，实现对巷道底板的锁底。
23.进一步的，步骤s4中，所述注浆管长度为5000mm。
24.进一步的，步骤s5中，钻孔对应的锚索具有锚索锚固段，地脚锚索锚固段长度为2300mm，底板竖直锚索锚固段长度为2000mm。
25.所述底板钻孔成孔后，插入锚索，同时在钻孔内插入铝塑注浆管，其中，施工钻孔时如塌孔严重，将铝塑管与锚索绑在一起旋转下管。
26.进一步的，步骤s5中，所述锚索自由段采用波纹管(或采用内壁涂覆润滑剂的外部套管)包裹实现端部锚固效果，钻孔内全长一次注浆施工，其中，所述端部锚固采用的封孔材料为止浆塞，封孔长度不小于500mm，注浆终止压力为2-3mpa；注浆施工过程中，尽量保证注浆压力，出现局部漏浆时采取相应措施，堵漏或压水后复注；当孔口段岩层破碎，因漏浆导致采用止浆塞不能达到要求的注浆压力，以注浆量为标准判断孔内注浆量是否可达到3m3，若注浆量也无法满足要求则采用二次注浆模式。
27.其中，所述二次注浆模式如上，包括：在注浆孔周围选适当位置再钻一注浆孔，注浆孔内同时下两根5000mm长注浆管，其中二次注浆管底部采用胶条或塑料封堵，一次注浆保证孔内注满，浆液初凝后实施二次复合注浆，注浆压力不小于2mpa，采用速凝混凝土替代止浆塞进行封孔。
28.进一步的，步骤s6中，地脚锚索和底板竖直锚索支护完成后，对巷道底板进行喷浆，其中，喷浆采用c20混凝土料浆，喷层厚度为200mm，实现巷道底板的防水和硬化加固。
29.本发明提供的技术方案优点及带来的有益效果至少包括：
30.本发明针对底鼓巷道提出了同时在底板及两帮注浆与锚固有机结合的方案。底板利用锚索钻孔实现注浆，既使用浆液替代了锚固剂的作用同时又在锚索自由段套管实现了端部锚固效果，且底板注浆可有效完成底板软弱岩层整体的改性加固达到对巷道底板的锁底效果，保证底板岩层承压能力和底板竖直锚索端部锚固效果，同时两帮预注浆的实施保证了长短组合锚索锚固效果，实现煤层裂隙的填充形成强度较高的整体煤层，控帮措施可以更好的承受水平应力带来的两帮变形。
31.本发明对底板和两帮均采用了注浆改性和锚固组合支护手段，不同之处为底板选取地脚锚索与竖直锚索实现锁底作用，两帮则采用长短组合锚索实现锚固作用，施工简单，成本较低，且效果较好，相对于成本高昂、安装复杂、变形后难以复修的u型钢棚和工字钢棚支护和无法保证巷道长期服务属性的卸压手段，在简单高效的前提下实现了底板和两帮的有效支护，保证了巷道的长期稳定性和煤矿安全高效开采。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例提供的煤矿底鼓巷道控帮锁底长短锚索及复合注浆组合加固方法的流程示意图；
34.图2为本发明的两帮预注浆布置示意图；
35.图3为本发明的锚索支护断面图；
36.图4为本发明中底板锚索及注浆组合支护结构示意图。
37.其中，附图标记为：1-巷道帮部；2-注浆孔；3-煤矿巷道；4-短预应力锚索；5-长预应力锚索；6-地脚锚索；7-底板竖直锚索；8-两帮混凝土喷层；9-底板混凝土喷层；10-锁具；11-底板钻孔；12-注浆管；13-锚索自由段；14-锚索锚固段；15-波纹管；16-止浆塞；17-托盘。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种易于操作、成本低廉、支护效果好的煤矿巷道底板及两帮支护方法。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.本发明针对煤矿巷道底板和两帮不稳定和大位移现象，提出了一种采用注浆与锚固有机结合的煤矿底鼓巷道控帮锁底长短锚索及复合注浆组合加固方法，包括两帮预注浆、两帮长短预应力锚索锚固、两帮喷射混凝土、底板施工预应力锚索钻孔、底板注浆及锚固、底板混凝土硬化六部分。具体的，如图1-图4所示，该方法的具体实施流程包括：
42.s1，煤矿巷道3开掘或复修完成后，巷道宽为5500mm，高为3500mm，根据图2所示的两帮预注浆布置方式，在巷道两帮中的任一侧巷道帮部1均注浆钻孔成三花布置，2-1-2排列，每帮布置三排注浆孔2，排距3m，间距1.3m，距顶板0.4m，距底板0.5m，使用凿岩机开孔，孔径42mm，全部采用埋孔口注浆管，孔口注浆管长度800mm，孔内下5000mm注浆管，孔口完成后全长一次注浆施工，采用止浆塞封孔，封孔长度不小于500mm，注浆终止压力2-3mpa。
43.其中，当孔口段岩层破碎，因漏浆导致采用止浆塞不能达到要求的注浆压力，以注浆量为标准判断孔内注浆量是否可达到3m3，若注浆量也无法满足要求选择二次注浆模式。
44.具体的，所述二次注浆模式为在注浆孔内500mm范围内选适当位置再钻一注浆孔，注浆孔内同时下两根注浆管(长度5000mm，其中二次注浆管底部采用胶条或塑料封堵)，一次注浆保证孔内注满，浆液初凝后实施二次注浆，注浆压力不小于2mpa，采用速凝混凝土替代止浆塞进行封孔。
45.s2，两帮预注浆完成后，在两帮施工预应力锚索。如图3所示，两帮锚索安装步骤如下：
46.①
首先，采用锚索台车施工短预应力锚索4钻孔，孔径30mm，孔深4000
±
100mm，然后安装φ22mm
×
4300mm的矿用锚索，采用一支msk2335和一支msz2360树脂锚固剂进行端部锚固，施加150kn预应力，锚索排距为1000mm
×
900mm，锚索用300
×
300
×
16mm拱形高强锚索托板，配调心球垫，配套铺设φ6.5mm焊接钢筋网，规格为3000
×
1200mm，四边封闭，网孔100
×
100mm。
47.②
短预应力锚索4施工完成后，采用锚索台车施工长预应力锚索5钻孔，孔径30mm，孔深7100
±
100mm，安装φ22mm
×
7400mm的矿用锚索，采用一支msk2335和两支msz2360树脂锚固剂进行端部锚固，施加150kn预应力，长预应力锚索5布置为2-1-2排列，三花布置，锚索孔排距为2000mm，间距为900mm，锚索用300
×
300
×
16mm拱形高强锚索托板，配调心球垫，配套φ20mm钢筋焊接钢筋梯梁(焊接强度不得低于母材强度)。
48.s3，当两帮锚索支护完成后，对两帮巷道断面进行喷浆形成两帮混凝土喷层8，其中，喷浆采用c20混凝土料浆，两帮混凝土喷层8厚度为100mm，实现巷道两帮的隔水和表面加固。
49.s4，两帮混凝土喷射完成后，采用潜孔钻机施工底板竖直锚索及注浆钻孔，孔径为50mm，其中，两地脚锚索6孔深为7100
±
100mm，锚索排距1000mm，每排两个地脚锚索6钻孔，分别布置在距两帮250mm处，锚索角度为倾向下45
°
；底板竖直锚索7孔深为6000
±
100mm，锚索间距为1000
×
1000mm，每排四个底板竖直锚索7钻孔。
50.s5，底板钻孔11施工完成后，将锚索同注浆管12一同下入孔中，锚索包括锚索锚固段14和锚索自由段13，其中，地脚锚索6为φ22mm
×
7400mm的矿用锚索，锚索锚固段14长度为2300mm；底板竖直锚索7为φ22mm
×
6300mm的矿用锚索，锚索锚固段14长度为2000mm，锚索自由段13采用波纹管15或采用内壁涂覆润滑剂的外部套管进行包裹，地脚锚索孔注浆管12长度为6000mm，底板竖直锚索孔注浆管12长度为5000mm。安装完成后全长一次注浆施工，采用止浆塞16封孔，封孔长度不小于500mm，注浆终止压力2-3mpa，锚索锚固段14利用浆液做锚固剂实现端部锚固效果。其中，止浆塞16封孔的上方设置配套的托盘17和锁具10进行固定。
51.其中，当孔口段岩层破碎，因漏浆导致采用止浆塞不能达到要求的注浆压力，以注浆量为标准判断孔内注浆量是否可达到3m3，若注浆量也无法满足要求选择二次注浆模式。
52.具体的，所述二次注浆模式为在注浆孔内500mm范围内选适当位置再钻一个注浆孔，注浆孔内同时下两根注浆管(长度5000mm，其中二次注浆管底部采用胶条或塑料封堵)，一次注浆保证孔内注满，浆液初凝后实施二次注浆，注浆压力不小于2mpa，采用速凝混凝土替代止浆塞进行封孔。
53.s6，地脚锚索6和底板竖直锚索7支护完成后，对巷道底板进行喷浆形成底板混凝土喷层9，其中，喷浆采用c20混凝土料浆，喷层9厚度为200mm，实现巷道底板的防水和硬化加固。
54.本实例的上述支护方法，采用复合注浆配合长短预应力锚索同时实现对底鼓巷道的控帮及锁底，提高了底板和两帮的岩层自身承载能力，且极大程度的保证了锚索的主动支护效果，提高了巷道的整体稳定性。上述支护方法形成的组合支护结构相较于短期效果好的卸压方法和成本高昂、变形后难以复修的u型钢棚及工字钢棚支护，施工简单、成本较低、组合支护强度高，可以有效的控制两帮和底板受应力影响出现的两帮位移、底鼓等危害，实用性强。
55.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义
和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
56.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。