一种巷道的围岩支护施工方法

技术领域

本发明涉及地下工程施工领域，尤其涉及一种巷道的围岩支护施工方法。

背景技术

巷道是在地表与煤体之间钻凿出的各种通路，用来运矿、通风、排水、行人等的通路，统称为巷道。受埋深、地质构造与开采活动的影响，巷道围岩总会形成高应力集中区。由于高应力集中区的应力水平大大超过巷道围岩的承载极限，巷道围岩往往出现严重的变形破坏的情形。

为了控制高应力水平下巷道围岩的稳定，人们往往借助于预应力锚杆对围岩进行支护控制，对围岩施加高预应力。其中，高预应力是预应力锚杆通过其尾部的螺纹旋转挤压托盘而扩散入围岩的支护应力。如图1所示，在巷道的壁面向围岩施作两根预应力锚杆100，在预应力锚杆100所对应的围岩区域形成了高应力集中区200。由于两根预应力锚杆100之间预应力扩散之后预应力叠加，从而两根预应力锚杆100之间的围岩区域形成了预应力叠加区300，两根预应力锚杆100外侧的围岩区域形成了应力残余区400。研究发现，预应力叠加区可以对围岩进行挤压，使得围岩的整体性能得到提高，从而提高了围岩的承载能力。

由于预应力锚杆施工方便、技术可靠，能够较好地控制巷道围岩的稳定效果，得到广泛的应用。如图2所示，为了卸掉一部分高应力，以减轻预应力锚杆100所在的支护区的压力，人们开始在预应力锚杆100之间打设卸压孔500。卸压孔是具有一定深度的圆形孔，在高应力挤压围岩，使得围岩破碎变形于卸压孔内时，可通过卸压孔释放掉大部分的高应力。

然而，如图3所示，实际应用中，上述基于卸压孔500进行围岩破碎的卸压方式，不仅在深部围岩产生裂隙600，而且在预应力锚杆100的支护范围内也会产生大量的裂隙600，导致预应力锚杆100对应的预应力叠加区300的围岩受损，严重影响到对围岩的约束力，同时巷道浅部围岩变形破坏的趋势亦开始加重。

综上所述，当前在利用卸压孔卸去高应力集中的同时，也破坏了浅部围岩的完整性，导致预应力锚杆的预应力叠加区受损严重，使得巷道围岩变形破坏现象严重。

发明内容

本发明提供一种巷道的围岩支护施工方法，用以解决当前在利用卸压孔卸去围岩上集中的高应力时，破坏了浅部围岩的完整性，导致围岩变形破损的问题。

本发明提供一种巷道的围岩支护施工方法，包括：S1，在巷道的壁面上朝向围岩区域施作第一预应力锚杆、第二预应力锚杆及卸压孔，所述卸压孔位于所述第一预应力锚杆与所述第二预应力锚杆之间，所述卸压孔的深度大于所述第一预应力锚杆与所述第二预应力锚杆当中至少一者的长度；S2，在所述卸压孔内安装第一封堵段与第二封堵段，使得所述第一预应力锚杆与所述第二预应力锚杆之间的预应力叠加区位于所述第一封堵段与所述第二封堵段之间的围岩区域内；S3，向所述第一封堵段与所述第二封堵段之间的卸压孔内加注浆液，直至浆液扩散至所述第一封堵段与所述第二封堵段之间的围岩区域。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述在巷道的壁面上朝向围岩区域施作第一预应力锚杆、第二预应力锚杆及卸压孔，包括：在所述巷道的侧壁上，沿着与所述侧壁垂直的方向向围岩区域施作所述第一预应力锚杆与所述第二预应力锚杆；在所述第一预应力锚杆与所述第二预应力锚杆之间的围岩区域施作卸压孔，所述第一预应力锚杆、所述第二预应力锚杆及所述卸压孔分布于同一竖直平面上。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述第一预应力锚杆与所述第二预应力锚杆的长度相同，所述卸压孔的深度大于所述第一预应力锚杆的长度的4倍；所述卸压孔的中轴线分别与所述第一预应力锚杆及所述第二预应力锚杆平行，所述卸压孔与所述第一预应力锚杆之间的间距等于所述卸压孔与所述第二预应力锚杆之间的间距。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述在所述卸压孔内安装第一封堵段与第二封堵段，包括：将所述第一封堵段安装于所述卸压孔的中部；将所述第二封堵段安装于所述卸压孔的孔口位置，确保所述第一封堵段与所述第二封堵段之间的间距大于所述第一预应力锚杆与所述第二预应力锚杆当中至少一者的长度。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述第一封堵段与所述第二封堵段之间的间距大于所述第一预应力锚杆或所述第二预应力锚杆的长度的1.5倍。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述第一封堵段包括第一囊体与第一接管，所述第一接管安装于所述第一囊体上，所述第一接管的入口端构造有螺纹结构，所述第一接管的出口端与所述第一囊体连通，所述第一接管内装有第一单向阀；相应地，所述方法还包括：将注水管的一端与所述第一接管的入口端螺纹连接，通过所述注水管将所述第一封堵段递送至所述卸压孔的中部；向所述第一囊体内注水，直至所述第一囊体的外表面与所述卸压孔的孔壁贴合；解除所述注水管与所述第一接管的螺纹连接，将所述注水管从所述卸压孔内抽出。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述第二封堵段包括第二囊体、直通管及第二接管；所述第二囊体与所述直通管的中部连接；所述第二接管的一端与所述直通管中部的侧壁连通，另一端与所述第二囊体连通；所述第二接管内装有第二单向阀；所述直通管的一端为入口端，另一端为出口端，所述直通管的出口端与所述第二接管的一端之间的所述直通管内装有可拆卸式的限压片；相应地，所述方法还包括：将所述第二囊体置于所述卸压孔的孔口位置，将注水管的一端与所述直通管的入口端连接；向所述第二囊体内注水，直至所述第二囊体的外表面与所述卸压孔的孔壁贴合，解除所述注水管与所述第二接管的连接；拆除限压片，将注浆装置的注浆管穿过所述直通管，并伸入至所述卸压孔内，启动注浆装置，向所述第一封堵段与所述第二封堵段之间的卸压孔内加注浆液。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述第一囊体包括第一弹性膜与第一端盖，所述第一弹性膜与所述第一端盖围成密闭腔体；所述第一接管安装于所述第一端盖上。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述第二囊体包括第二弹性膜与第二端盖；所述第二端盖设有两个，两个所述第二端盖用于沿所述卸压孔的轴向间隔设置；所述第二弹性膜与两个所述第二端盖围成密闭腔体；所述直通管贯穿所述第二囊体，所述直通管的两端分别安装于两个所述第二端盖上。

根据本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，所述注浆装置包括注浆泵、注浆软管及注浆管，所述注浆软管的一端与所述注浆泵连接，另一端与所述注浆管的一端连接。

本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法，通过在第一封堵段与第二封堵段之间的卸压孔内加注浆液，可使得浆液在注浆压力的作用下，沿着第一封堵段与第二封堵段之间的围岩裂隙扩散并形成浆液扩散区，以强化靠近巷道壁面的浅部围岩，大幅度增强预应力叠加区与预应力残余区对应的围岩的完整性，而对于远离巷道壁面的深部围岩，由于相应围岩区域的卸压孔内没有加注浆液，随着围岩上应力累积，可利用卸压孔对高应力集中区的围岩进行破碎卸压，对累积的应力进行释放。

由此可见，本发明能够强化高应力巷道的浅部围岩，通过弱化深部围岩的整体性以卸去深部围岩的高应力集中区，达到高应力巷道浅部强化深部卸压的效果，不仅施工便捷，而且能够确保巷道围岩的稳定性，有效地提高巷道围岩整体的承载能力，克服了传统的只通过卸压孔卸压的方式存在破坏高应力巷道浅部围岩的完整性及导致的预应力叠加区消减失效等诸多问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1是现有技术中在巷道的壁面向围岩施作两根预应力锚杆的结构示意图；

图2是在图1所示的两根预应力锚杆之间的围岩区域施作卸压孔的结构示意图；

图3是在图2所示的围岩变形破坏后，卸压孔与巷道浅部围岩预应力叠加区出现裂隙的结构示意图；

图4是本发明提供的一种巷道的围岩支护施工方法的流程结构示意图；

图5是本发明提供的向巷道的围岩施作第一预应力锚杆与第二预应力锚杆的结构示意图；

图6是本发明提供的在图5所示的第一预应力锚杆与第二预应力锚杆之间的围岩区域施作卸压孔的结构示意图；

图7是本发明提供的在卸压孔安装第一封堵段的结构示意图；

图8是本发明提供的在卸压孔安装第二封堵段的结构示意图；

图9是本发明提供的向第一封堵段与第二封堵段之间的卸压孔加注浆液的结构示意图；

图10是本发明提供的第一封堵段的结构示意图；

图11是本发明提供的第二封堵段的结构示意图；

附图标记：

100：预应力锚杆； 200：高应力集中区； 300：预应力叠加区；

400：应力残余区； 500：卸压孔； 600：裂隙；

1：第一预应力锚杆； 2：第二预应力锚杆； 3：第一封堵段；

4：第二封堵段； 31：第一囊体； 32：第一接管；

33：第一单向阀； 310：第一弹性膜； 311：第一端盖；

312：第一紧箍； 41：第二囊体； 42：直通管；

43：第二接管； 44：第二单向阀； 45：限压片；

410：第二弹性膜； 412：第二端盖； 413：第二紧箍；

5：注浆泵； 6：注浆软管； 7：注浆管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

下面结合图4-图11描述本发明的一种巷道的围岩支护施工方法。

如图4所示，本发明提供一种巷道的围岩支护施工方法，包括：S1，在巷道的壁面上朝向围岩区域施作第一预应力锚杆1、第二预应力锚杆2及卸压孔500，卸压孔500位于第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2之间，卸压孔500的深度大于第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2当中至少一者的长度；S2，在卸压孔500内安装第一封堵段3与第二封堵段4，使得第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2之间的预应力叠加区300位于第一封堵段3与第二封堵段4之间的围岩区域内；S3，向第一封堵段3与第二封堵段4之间的卸压孔500内加注浆液，直至浆液扩散至第一封堵段3与第二封堵段4之间的围岩区域。

具体地，本实施例通过在第一封堵段3与第二封堵段4之间的卸压孔内加注浆液，可使得浆液在注浆压力的作用下，沿着第一封堵段3与第二封堵段4之间的围岩裂隙600扩散并形成浆液扩散区，以强化靠近巷道壁面的浅部围岩，大幅度增强预应力叠加区300与预应力残余区400对应的围岩的完整性，而对于远离巷道壁面的深部围岩，由于相应围岩区域的卸压孔500内没有加注浆液，随着围岩上应力累积，可利用卸压孔500对高应力集中区200的围岩进行破碎卸压，对累积的应力进行释放。

由此可见，本发明能够强化高应力巷道的浅部围岩，通过弱化深部围岩的整体性以卸去深部围岩的高应力集中区，达到高应力巷道浅部强化深部卸压的效果，不仅施工便捷，而且能够确保巷道围岩的稳定性，有效地提高巷道围岩整体的承载能力，克服了传统的只通过卸压孔卸压的方式存在破坏高应力巷道浅部围岩的完整性及导致的预应力叠加区消减失效等诸多问题。

进一步地，如图5与图6所示，本实施例所示的S1中，在巷道的壁面上朝向围岩区域施作第一预应力锚杆1、第二预应力锚杆2及卸压孔500，具体包括：在巷道的侧壁上，沿着与侧壁垂直的方向向围岩区域施作第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2；在第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2之间的围岩区域施作卸压孔500，第一预应力锚杆1、第二预应力锚杆2及卸压孔500分布于同一竖直平面上。

其中，本实施例所示的巷道的侧壁具体为巷道左、右两侧的侧壁，该侧壁也称之为巷道的帮部。本实施例所示的卸压孔的直径可选择为200-500mm。进一步地，卸压孔的直径优选为200mm、300mm、350mm、500mm等。

进一步地，本实施例所示的第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2的长度相同，卸压孔的深度大于第一预应力锚杆1的长度的4倍；卸压孔的中轴线分别与第一预应力锚杆1及第二预应力锚杆2平行，卸压孔与第一预应力锚杆1之间的间距等于卸压孔与第二预应力锚杆2之间的间距。如此，在与巷道的侧壁平行的截面上，卸压孔的中心位于第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2的中心连接的中点位置。其中，本实施例可具体设置第一预应力锚杆1施作于第二预应力锚杆2正上方的位置。

进一步地，如图7与图8所示，本实施例所示的S2中，在卸压孔内安装第一封堵段3与第二封堵段4，包括：将第一封堵段3安装于卸压孔的中部；将第二封堵段4安装于卸压孔的孔口位置，确保第一封堵段3与第二封堵段4之间的间距大于第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2当中至少一者的长度。

其中，在第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2的长度相同的情况下，由于第二封堵段4安装于卸压孔的孔口位置，则第一封堵段3在卸压孔内安装的深度同时大于第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2的长度。并且，通过设置第一封堵段3与所述第二封堵段4之间的间距大于第一预应力锚杆1或第二预应力锚杆2的长度的1.5倍，在向第一封堵段3与第二封堵段4之间的卸压孔内加注浆液，浆液沿着围岩裂隙扩散并形成浆液扩散区时，可使得第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2之间的预应力叠加区位于浆液扩散区内，可实现强化靠近巷道壁面的浅部围岩，大幅度增强预应力叠加区与预应力残余区对应的围岩的完整性。

进一步地，如图7与图10所示，本实施例所示的第一封堵段3包括第一囊体31与第一接管32，第一接管32安装于第一囊体31上，第一接管32的入口端构造有螺纹结构，第一接管32的出口端与第一囊体31连通，第一接管32内装有第一单向阀33。

相应地，本实施例所示的方法还包括：将注水管的一端与第一接管32的入口端螺纹连接，通过注水管将第一封堵段3递送至卸压孔的中部；向第一囊体31内注水，直至第一囊体31的外表面与卸压孔的孔壁贴合；解除注水管与第一接管32的螺纹连接，将注水管从卸压孔内抽出。

在此应指出的是，本实施例第一囊体31包括第一弹性膜310与第一端盖311，第一弹性膜310与第一端盖311围成密闭腔体；第一接管32安装于第一端盖311上。其中，第一弹性膜310具体可通过第一紧箍312沿周向紧固于第一端盖311的沿边上。第一接管32同轴安装于第一端盖311上。

与此同时，第一端盖311设计的直径略小于卸压孔的孔径，以便于将第一囊体31安装于卸压孔内。第一端盖311用于对第一囊体31的形状进行定型，在第一囊体31内加水并使得第一弹性膜310膨胀时，第一端盖311可也防止第一囊体31沿着卸压孔的轴向移动。由于在注浆时，第一端盖311还对浆液起到止挡作用，可避免第一弹性膜310与浆液直接接触，从而确保了第一囊体31使用的可靠性。

进一步地，如图8、图9及图11所示，本实施例所示的第二封堵段4包括第二囊体41、直通管42及第二接管43；第二囊体41与直通管42的中部连接；第二接管43的一端与直通管42中部的侧壁连通，另一端与第二囊体41连通；第二接管43内装有第二单向阀44；直通管42的一端为入口端，另一端为出口端，直通管42的出口端与第二接管43的一端之间的直通管42内装有可拆卸式的限压片45。其中，限压片45具体为圆形薄片。在向直通管42的入口端注水时，限压片45可防止加注的水流从直通管42的出口端流出，只有在第二囊体41内的水压高于水压阈值时，限压片45才可从直通管42内脱离。在对第二囊体41完成注水操作后，也可采用强力破坏的方式实现限压片45与直通管42的分离。

相应地，本实施例所示的方法还包括：将第二囊体41置于卸压孔的孔口位置，将注水管的一端与直通管42的入口端连接；向第二囊体41内注水，直至第二囊体41的外表面与卸压孔的孔壁贴合，解除注水管与第二接管43的连接；拆除限压片45，将注浆装置的注浆管7穿过直通管42，并伸入至卸压孔内，启动注浆装置，向第一封堵段3与第二封堵段4之间的卸压孔内加注浆液。

在此应指出的是，本实施例所示的第二囊体41包括第二弹性膜410与第二端盖412；第二端盖412设有两个，两个第二端盖412用于沿卸压孔的轴向间隔设置；第二弹性膜410与两个第二端盖412围成密闭腔体；直通管42贯穿第二囊体41，直通管42的两端分别安装于两个第二端盖412上。

其中，第二弹性膜410可通过第二紧箍413沿周向紧固于第二端盖412的沿边上。直通管42同轴安装于第二端盖412上。第二端盖412设计的直径略小于卸压孔的孔径，以便于将第二囊体41安装于卸压孔的孔口位置。第二端盖412也用于对第二囊体41的形状进行定型，在第二囊体41内加水并使得第二弹性膜410膨胀时，第二囊体41形成圆柱状。由于第二弹性膜410分布于两个第二端盖412之间，可使得第二弹性膜410较好地与卸压孔的孔壁密封，并且第二端盖412还对浆液起到止挡作用，避免第二弹性膜410与浆液直接接触，从而确保了第二囊体41使用的可靠性。

与此同时，本实施例所示的注浆装置包括注浆泵5、注浆软管6及注浆管7，注浆软管6的一端与注浆泵5连接，另一端与注浆管7的一端连接。

在一个优选实施例中，可具体采用如下步骤进行巷道围岩的支护施工。

第一步：依据高应力巷道的支护设计方案，在高应力巷道的帮部向围岩区域依次施作第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2，并对第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2施加预设的预紧力。

第二步：在高应力巷道的帮部再次施作卸压孔，卸压孔位于第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2之间，并具体位于巷道的帮部的中部，卸压孔的直径为300mm，深度一般大于4倍的第一预应力锚杆1或第二预应力锚杆2的长度。

第三步：在打设的卸压孔内，先将注水管或注浆管的头端与第一封堵段3通过螺纹对接，然后，将第一封堵段3推送至卸压孔内，并位于1.5倍的第一预应力锚杆1或第二预应力锚杆2的长度的位置；接着，通过注水管或注浆管向第一封堵段3内注水，直至第一封堵段3对卸压孔的相应位置实现封堵。

第四步：在卸压孔的孔口位置安装第二封堵段4，并将注水管或注浆管的头端与第二封堵段4通过螺纹对接，向第二封堵段4内注水，直至第二封堵段4对卸压孔的孔口位置实现封堵。

第五步：将注浆软管6的一端与注浆管7的一端对接牢固，将注浆管7的另一端穿过第二封堵段4，并深入至卸压孔内的预设位置，同时将注浆软管6的另一端与注浆泵5对接稳妥。

第六步：启动注浆泵5，将浆液注入第一封堵段3与第二封堵段4之间的围岩区域，形成浆液扩散区，浆液扩散区即包含第一预应力锚杆1与第二预应力锚杆2的支护范围内的围岩。

第七步：随着高应力的施加，卸压孔在第一封堵段3以深的孔段必然坍塌，可卸去大部分高应力，而第一封堵段3与第二封堵段4之间的浆液扩散区已强化，不仅可以确保预应力叠加区的完整性，而且还相应地提高了围岩的整体承载能力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。