[发明专利]一种高应力巷道围岩卸压控制大变形的方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山高应力围岩巷道卸压施工的一种方法，适用于矿山大埋深或高地应力的地质条件下的巷道工程。

背景技术

随着矿山开采深度越来越大，地质环境更加复杂，导致地应力增加、破碎岩体增加、涌水量加大、地温升高、突发性灾害事故增加、作业环境恶化等一系列问题。对矿山巷道围岩变形更加严重，如何有效控制矿山深部巷道围岩变形的问题受到国内外专家学者关注。

巷道围岩的高应力表现为两种形式：①冲击地压类型高应力围岩和②大变形类型高应力围岩，对于①冲击地压类型高应力围岩，当巷道围岩的内应力超过一定的应力值并且应力瞬间释放，才会发生冲击地压，造成灾害，通常称为冲击地压。专利(CN102425416A)公开了一种煤矿高应力区域巷道掘进工作面冲击地压防治方法和专利(CN101936162A)公开了一种煤矿构造应力区层状巷道底板冲击地压防治方法，这两个专利主要是一种消除冲击地压的方法，《防治煤与瓦斯突出规程》中的第八条～第十三条提出了突出煤层和突出矿井鉴定要求，当矿井或者煤层经过被专业机构鉴定认为是具有突出，那么开采设计、巷道施工、安全检测和防护措施均要符合《防治煤与瓦斯突出规程》的规定。对于②大变形类型高应力围岩，当巷道围岩内高应力缓慢释放则表现为巷道围岩变形量大，这种围岩的高应力通过变形缓慢释放，不会造成灾害，随着巷道围岩变形量增大，严重影响巷道的正常使用，如陈启永在《煤炭科学技术》公开发表了“高应力大变形巷道锚注支护技术实践”认为高应力围岩巷道并非全部为冲击地压，分析了巷道的变形破坏是多种因素综合作用的结果，影响该巷道稳定的原因主要包括构造应力、岩性、支护形式及参数等；庞建勇在《建井技术》发表的“新型钢筋网壳锚喷支架的试验研究与应用”论文中认为高应力软岩巷道地压大，表现为变形强烈，支护困难。

深部复杂的地质条件和力学环境，造成巷道围岩稳定性难以控制，支护困难，使用期变形破坏严重，迫使矿山企业陷入多次修复与严重影响正常生产的困境，同时多次修护更易造成矿山深部巷道围岩的多次扰动更不利于巷道的变形控制。目前对于矿山深部巷道围岩变形控制主要采用柔性支护结构，如锚索网梁联合支护、可缩性金属支架、开挖卸压巷道等方法。这些方法都存在成本高，支护效果不理想等问题。

对于大埋深或高地应力地质条件下的巷道工程如何降低深部围岩对支护结构和浅部围岩的作用力，同时由深部围岩承担一部分高地应力的问题，这将是解决矿山深部巷道围岩变形一种有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于矿山大埋深或高地应力的地质条件下的矿山巷道围岩变形控制的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：通过巷道围岩岩石样品的强度测试和成分分析判断高应力围岩的性质，通过变形监测和实验研究确定卸压时机和方式，在巷道围岩内采用钻孔或预裂爆破技术缷压，并在缷压槽内充填围岩变形缓冲材料，同时在缷压槽内埋设压力传感器和布设围岩变形监测断面以监测缷压效果。

(1)判断巷道围岩内的应力是否为高应力，对硬质岩体采用应力解除法、应力恢复法或水压致裂法测试得到初始应力大于20MPa或者当R_c/σ_max＝4～7时，即为高应力硬质岩体；对软质岩体采用岩石试件单轴抗压(抗拉)强度和电镜扫描岩石细微裂隙及矿物，当巷道围岩应力接近或已达到其极限承载强度，同时岩石成分中含有遇水显著膨胀类物质和片架状粘土矿物，即为高应力软质岩体。

(2)开槽时机，对于硬岩体内的巷道，当监测围岩的位移变化速率降低到50％时认为施工开挖引起的变形量完成，围岩内部高应力开始释放，即为开挖卸压槽的最佳时机。对于软岩体内的巷道由工程类比法加以选定。

(3)开槽方式，沿巷帮平行于巷道轴向方向开槽，即沿着巷道轴向方向距离底板1000mm开槽水平卸压槽；垂直于巷道轴向局部开槽，即垂直于巷道轴向帮部、底板或者顶板开槽，卸压槽的间距在10m～15m，降低巷道围岩浅部应力，将围岩内的高应力转移至深部围岩；垂直于巷道四周开槽，即垂直于巷道轴向方向在巷道四周开槽，卸压槽的间距在20m～30m。

(4)高应力巷道围岩卸压措施，对于硬质围岩采用预裂爆破技术(钻孔之间采用间隔装药，利用未装药的钻孔作为爆破导向孔)在巷道围岩内形成卸压槽，卸压槽的规格：宽度100mm～200mm，深度1000mm～1500mm；对于软质围岩采用风镐施工大直径钻孔在巷道围岩内形成卸压槽，卸压槽的规格：宽度200mm～300mm，深度500mm～1000mm。