[发明专利]巷道穿断层破碎带分步动态耦合支护方法

说明书

技术领域

本发明属于采矿建井支护技术领域，具体涉及一种复杂地质条件下巷道穿断层破碎带分步动态耦合支护方法。

背景技术

随着对煤炭需求量的增加和开采深度的不断加大，浅部资源日益枯竭，我国矿山相继进入了深部开采，地质力学环境更加复杂。断层破碎带地质构造复杂，地应力较大，巷道变形严重，是易形成较高的应力集中区，巷道围岩极为破碎，出现非线性大变形和显著的流变特征，增加了巷道支护的困难，影响通风断面，威胁到正常安全生产。在巷道掘进过程中出现底鼓、两帮位移、喷层开裂和脱落、拱顶下沉、钢筋网及支架扭曲变形、锚杆拉断等破坏，尤其是通过大型断层破碎带时，由于围岩破碎、自稳能力很差，如果不采取有效的巷道围岩控制技术，极易造成大范围失稳破坏。

目前，采用传统的锚网索、工字钢、U型棚或锚注支护难以满足断层破碎带复杂地质条件的巷道支护要求，支护设计不合理，主动支护和被动支护体系不协调，支护效果差，支护结构与围岩出现刚度、强度等不耦合问题突出。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种巷道穿断层破碎带分步动态耦合支护方法，该方法针对破碎带围岩变形特征，及时喷层、适时加固、滞后注浆，将围岩应力释放和巷道支护作为一个动态耦合支护体系，融合了巷道动态支护原理和分步加固技术，协同发挥主动和被动支护作用，解决复杂地质条件下巷道穿越断层破碎带时出现的巷道底鼓、两帮位移、喷层开裂和脱落、拱顶下沉、钢筋网及支架扭曲变形、锚杆拉断破坏等问题。

其技术解决方案包括：

一种巷道穿断层破碎带分步动态耦合支护方法，依次包括以下步骤：

a、在断层破碎带巷道毛断面开挖成形后，选用混杂柔性纤维混凝土喷射20mm～30mm厚的喷层，形成初喷层以封闭围岩裂隙；

b、待步骤a围岩剧烈变形速率趋于稳定后，进行“锚、网、带、索”安装，即：锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护安装，形成支护层，用于对内部岩层提供强大的支护阻力；

c、在所述巷道内侧滞后步骤b支护层5m～10m处安装封闭式支架，所述封闭式支架与步骤b支护层形成强有力的共同承载结构，所述封闭式支架为马蹄形，所述封闭式支架是由四条U型钢两两搭接而成，在搭接处选用限位卡缆加一副中间卡缆固定，所述封闭式支架具有可伸缩性以限制围岩大量变形；

d、待步骤c完成后，进行混凝土复喷，喷射100mm～120mm厚并进行全断面注浆；

e、在所述巷道底板铺设300mm～400mm厚碎矸石，浇筑混凝土地坪，并在地坪距巷道帮部一侧150mm～200mm处砌筑水沟，用于排水工作。

作为本发明的一种优选方式，步骤a中，上述混杂柔性纤维混凝土是由素混凝土、钢纤维和聚丙烯纤维混合而成的，其中，钢纤维体积率为1.1％～2.0％、聚丙烯纤维体积率为0.11％～0.20％；上述混杂柔性纤维混凝土中水泥、黄沙、石子的重量比一次为1:2:2。

上述混杂柔性纤维混凝土由素混凝土、钢纤维和聚丙烯纤维混合而成，以提高混凝土的变形能力，增强混凝土的韧性，能满足开挖初期的巷道围岩变形和应力释放，减少混凝土中裂缝的产生并抑制其扩展。

作为本发明的另一种优选方式，上述马蹄形支架的架间距为500mm～600mm。

上述的马蹄形封闭式支架由U36型钢加工成4节组成，搭接处两侧用限位卡缆加一副中间卡缆固定，形成一个马蹄形封闭式支架，在架设时棚与棚之间，用4副8#槽钢加工的拉杆拉住，形成一个整体，马蹄形封闭支架可通过自身的压缩变形，使其不均匀的受力状态调整为均匀状态，从而提高了支架的承载能力。

本发明马蹄形封闭式支架可通过自身的压缩变形，使其不均匀的受力状态调整为均匀状态，从而提高了支架的承载能力，在结构设计上具有以下特点：

①支架顶部和肩窝处半圆拱形，具有较大的承载顶部和45°方向上的压力；

②采用支架斜腿外扎布置，具有较大的抵抗两帮变形的能力；

③拱顶接头位置选在型钢同曲率半径处，连接件附加阻力小，支架的可缩性能好可减少或避免卡缆损坏；

④支架底梁采用不同的曲率半径，抵抗底角变形能力强，巷道卧底量小，巷道利用率较高；

⑤采用封底式设计，可避免支架插底现象，有利于减轻底鼓并减轻支架构件损坏；

⑥在侧压大，底鼓严重的回采巷道中使用可以大大减少巷道移近量，改善巷道的维护状况，保证巷道所需的最终断面，满足安全生产的要求。