[发明专利]一种深埋巷硐围岩近场应力调控方法

说明书

本发明公开了一种深埋巷硐围岩近场应力调控方法，该方法在巷道开挖并进行临时支护以后实施，包括步骤：沿巷道径向将周围岩体由近及远依次划分为岩柱圈以及裂隙圈和/或拱形圈，在巷壁钻凿若干钻孔，使各钻孔依次穿过岩柱圈以及裂隙圈和/或拱形圈，然后对裂隙圈进行预裂和/或对拱形圈进行注浆，最后采用具有恒阻大变形特性的液压锚杆对岩柱圈进行支护，实现恒阻大变形让压释能。将液压锚杆支护与预裂和/或注浆工艺相结合，在应力稳态释放基础上分别实现近场高应力高效阻断和/或转移降阶的多级调控效果，从根本上解决了深部巷硐围岩大变形、冒顶片帮和岩爆等岩石灾变难题。

技术领域

本发明涉及矿山地压管理技术领域，特别涉及一种基于稳态让压释能液压锚杆支护的深埋巷硐围岩近场应力调控方法，可广泛用于高应力环境下的巷道、隧洞、隧道和硐室等深埋工程，尤其适用于高应力条件下巷道和硐室围岩大变形和岩爆等岩石灾变的防控。

背景技术

随着世界经济全球化的加速，经济发展巨大的资源消耗使得地球浅部资源逐渐枯竭，深部开采已成为各国矿业开发的新常态。目前，全球范围内煤矿和金属矿最大开采深度分别达1500m和4350m，预计在未来10～15年内我国将有1/3以上矿山开采深度达到或超过1000米。深部开采环境比较复杂，最显著的特征是存在高初始地应力，据南非地应力测定结果，1000～5000m深度地应力达到50～135MPa。地应力是岩石灾变和矿压显现的根本驱动力，巷硐等地下工程开挖以后，围岩应力产生集中进一步形成高采动应力，由此诱导岩爆和大变形等各种高量级灾害频繁高发，岩体非常规破坏现象(板裂、岩心饼化、分区破裂等)日益凸显。深部活动面临的诸多地压灾害及技术难题，归根到底是深部采动作用下高应力环境及其变异引起的。

目前，矿山针对深部围岩大变形支护多采用提高围岩强度(注浆加固、锚注等)和强力支护技术(砌喧、架棚、锚网等)进行控制。研究发现，提高支护阻力对围岩应力场和塑性区分布影响有限，进入深部高应力环境后上述方法难以奏效，巷硐需要多次返修。此外，金属矿山深部硬岩初始储能极高，动力灾害倾向性更大，开挖扰动下弹性应变能极易瞬态释放，而现有被动防控技术难以从根本上解决岩爆等灾害难题。可见，研究深部高应力调控方法，解除近场高应力状态并向低应力进行良性转换在深埋工程中显得尤为必要。目前，人们对煤炭高应力卸压开采开展了一些探索和实践，涉及到与深井采矿相关的开采保护层、优化开拓系统和采准工程布置、强制放顶、孔槽卸压、爆破/水力致裂、巷外掘巷等，但应力调控效果不明显。例如，公开号CN107083961A的中国专利公开了基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法，通过对巷道围岩进行压裂形成压裂圈阻断深部高应力的传播，由于压裂圈外围岩难以形成自承载结构，应力阻断效果有限。专利号CN103726872A、CN103899330A、CN204267040U、CN104763432A和CN103061808A均采用钻孔/槽或辅以爆破预裂方式进行卸压，破坏了围岩的稳定性，造成巷道围岩难以控制。其他相关专利，如CN102852522A、CN105569659A和CN103758570A借助水力割缝或机械切割预制切槽采用水力压裂或爆破方式切断巷道上覆坚硬顶板，消除了应力集中的影响，但无法改变深部巷硐围岩近场高初始应力状态。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供一种深埋巷硐围岩近场应力调控方法，将应力稳态释放与应力阻断和/或转移相结合，以改变近场应力的分布特征和分布规律，形成预期的卸荷低应力区，抑制岩石灾变发生。

为实现上述目的，本发明所采用的一种技术方案是：

一种深埋巷硐围岩近场应力调控方法，在巷道开挖并进行临时支护以后实施，包括步骤：

(S11)沿巷道径向将周围岩体由近及远依次划分为岩柱圈和裂隙圈；

(S12)在巷壁钻凿若干钻孔，使各钻孔依次穿过岩柱圈和裂隙圈；

(S13)用第一封堵器封堵孔内岩柱圈和裂隙圈的交界区域，对裂隙圈进行预裂形成裂隙，并使相邻钻孔周边裂隙彼此贯通，阻断应力传递路径；