一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法
阅读说明：本技术 一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法 (Method for controlling soft rock roadway or chamber bottom plate of coal mine in stages ) 是由 潘锐 王雷 程桦 陆鹏举 刘宁 王珍 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法,包括以下步骤：步骤1,建立底板数值模型,得到底板围岩位移分布规律；步骤2,根据底板围岩位移分布规律,定量划分零点位移曲线和拉应变范围；根据零点位移曲线和拉应变范围确定第一阶段,第一阶段为硐室底板爆破泄压支护阶段的爆破参数与锚固参数；步骤3,监测底板围岩的变形程度与支护构件受力大小,得到底板与构件的监测数据；步骤4,根据步骤3中的底板与构件的监测数据,确定第二阶段的支护参数,第二阶段为锚注二次支护阶段。该底板分阶段控制方法主动对底板进行泄压支护,使得巷道或硐室底板的形变得到良好的控制,使得底板变形得到良好的控制,避免了底鼓现象的发生。(The invention provides a coal mine soft rock roadway or chamber bottom plate staged control method, which comprises the following steps: step 1, establishing a bottom plate numerical model to obtain a bottom plate surrounding rock displacement distribution rule; step 2, quantitatively dividing a zero displacement curve and a tensile strain range according to a bottom plate surrounding rock displacement distribution rule; determining a first stage according to the zero displacement curve and the tensile strain range, wherein the first stage is blasting parameters and anchoring parameters of a chamber bottom plate blasting pressure relief supporting stage; step 3, monitoring the deformation degree of surrounding rocks of the bottom plate and the stress of the supporting member to obtain monitoring data of the bottom plate and the supporting member; and 4, determining support parameters of a second stage according to the monitoring data of the bottom plate and the member in the step 3, wherein the second stage is an anchoring and grouting secondary support stage. The base plate staged control method actively carries out pressure relief support on the base plate, so that the deformation of the roadway or chamber base plate is well controlled, the deformation of the base plate is well controlled, and the occurrence of the bottom heave phenomenon is avoided.)
技术领域
本发明属于底鼓治理技术领域，具体涉及一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法。
背景技术
深井软岩控制一直是困扰煤矿的安全、高效生产的重大难题之一，在高应力、断层破碎带、弱胶结等影响下，在巷道或者硐室内，随着使用时间变长，巷道或者硐室的底部由于岩层的挤压作用会出现底鼓现象，使巷道或硐室底部变得凹凸不平，增加了巷道或者硐室的返修强度与次数，影响了工作效率。
目前针对软岩巷道或硐室底板控制主要以反底拱为主，属于被动型控制，并且由于软岩巷道或者硐室属于煤矿永久性建筑，底板变形超限后返修治理将会严重影响煤矿正常生产运营，因此急需一种简单高效的底板控制方法。
现行的底板控制方法主要具有以下缺点：
1、反底拱施工工艺复杂，且底板变形超限后返修困难，施工周期较长，耗费人力物力较大；
2、反底拱对于开挖后围岩应力分布影响较弱，且支护时机较为滞后，不能及时的形成支护结构；
3、反底拱属于被动支护，本质是对围岩提供更大的径向作用力，无法调动调动围岩自身的承载能力，难以维持围岩的长期稳定性。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法，以至少解决目前使用底板控制工艺复杂且效果较差等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法，包括以下步骤：
步骤1，建立底板数值模型，得到底板围岩位移分布规律；
步骤2，根据底板围岩位移分布规律，定量划分零点位移曲线和拉应变范围；
根据零点位移曲线和拉应变范围确定第一阶段，第一阶段为硐室底板爆破泄压支护阶段的爆破参数与锚固参数；
步骤3，监测底板围岩的变形程度与支护构件受力大小，得到底板与构件的监测数据；
步骤4，根据步骤3中的底板与构件的监测数据，确定第二阶段的支护参数，第二阶段为锚注二次支护阶段。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，所述步骤1中通过分析地应力、岩层分布、巷道或硐室位置建立数值模型，在建立的底板数值模型的基础上，分析巷道或硐室的几何参数、岩体力学参数及支护参数；
优选地，巷道或硐室为直角半圆拱形结构，建立直角半圆拱形结构的底板数值模型，将底板的受力参数、周围岩体的力学参数以及支护参数代入到底板数值模型中得到底板的位移方向素描图和应力范围素描图。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，在底板爆破泄压支护阶段中，在底板上钻设爆破支护一体孔；
所述爆破支护一体孔包括炸药段、缓冲段与支护段；所述炸药段位于所述爆破支护一体孔的孔底，所述缓冲段位于所述炸药段与所述支护段之间；
优选地，在爆破段与缓冲段之间切出一条切缝，所述切缝垂直于爆破支护一体孔的轴线。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，所述爆破参数包括爆破支护一体孔的深度、缓冲段长度与炸药段的长度；
所述锚固参数包括锚杆(索)的杆体长度，锚固长度及间排距。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，通过位移方向素描图和应力范围素描图确定零点位移最大值与拉应变范围最深值；
支护段长度为零点位移最大值；
炸药段长度为拉应变最深值减去零点位移最大值；
缓冲段长度为炸药段长度的一半。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，若底板围岩变形超过零点位移值，第一阶段中的锚固构件采用注浆锚杆(索)；
若底板围岩变形没有超过零点位移值，第一阶段中的锚固构件采用锚杆(索)；
第二阶段的锚注支护构件采用注浆锚杆(索)。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，在所述步骤3中，第一阶段实施后监测底板的底鼓量、杆体受力及围岩应力随时间变化曲线。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，根据底板的底鼓量、杆体受力及围岩应力随时间变化曲线，确定第二阶段支护参数，支护参数包括注浆材料，注浆压力。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，注浆材料为水泥浆液，水泥浆液的水灰比范围为0.8：1～1.5:1；
若选用注浆锚索，注浆锚索的长度范围为5～6m，注浆压力为2～3MPa；
若选用注浆锚杆，注浆锚杆长度为2.5m，注浆压力为1～2MPa。
如上所述的底板分阶段控制方法，优选地，所述第二阶段支护完成后，继续监测底板的变形情况，根据底板的位移变化曲线判断是否继续实施锚注支护。
有益效果：本发明提供的一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法，该控制方法通过第一阶段中爆破与支护对底板进行第一步的泄压与支护，爆破区域形成泄压区，减少了周围岩层受应力变形对巷道或硐室底板的影响；在此基础上，在爆破支护一体孔中的支护段进行支护，保证巷道或硐室的底板具有足够的结构强度而不会发生变形；第二阶段的支护进一步加强巷道或硐室底板的支护。使得巷道或硐室底板的形变得到良好的控制，本发明的底板分阶段控制方法先主动将底板爆破泄压，彻底切断底板与周围岩层的连接，在将底板支护起来；该底板分阶段控制方法主动对底板进行泄压支护，使得底板变形得到良好的控制，避免了底鼓现象的发生。
附图说明
图1为发明实施例中底板分阶段控制方法的流程示意图；
图2为发明实施例中底板分阶段控制方法中确定零点位移曲线和拉应变范围的示意图；
图3为发明实施例中底板分阶段控制方法中对底板进行第一阶段与第二阶段施工示意图；
图4为发明实施例中爆破支护一体孔的结构示意图；
图5为发明实施例中底板位移随时间变化图。
图中：1、爆破支护一体孔；1-1、炸药段；1-2、缓冲段；1-3、支护段；2、锚杆(索)。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
根据本发明的具体实施例，如图1-5所示，本发明提供一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法，该控制方法可用于软岩巷道、硐室、回采巷道等地下工程的底板支护中，所述底板分阶段控制方法包括以下步骤：
步骤1，根据巷道或硐室的工程地质条件，建立底板数值模型，得到底板围岩位移分布规律。具体的，通过分析地应力、岩层分布、巷道或硐室位置建立数值模型，在建立的底板受力数值模型的基础上，分析巷道或硐室几何参数、岩体力学参数及支护参数得到底板位移分布规律。
在本实施例中，为巷道或硐室采用直墙半圆拱形为例，建立的巷道或硐室底板的数值模型为直墙半圆拱形模型，然后将底板的受力参数、周围岩体的力学参数以及支护参数代入到该数值模型中得到底板的位移方向素描图和应力范围素描图。
步骤2，根据底板围岩位移分布规律，定量划分零点位移曲线和拉应变范围；根据零点位移曲线和拉应变范围确定第一阶段，即底板爆破泄压支护阶段的爆破参数与锚固参数。
在本实施例中，以建立直墙半圆拱形巷道或硐室为例，巷道或硐室的净宽为5000mm，净高为4300mm，周围岩体的弹性模量为1.6GPa，粘聚力为0.6MPa，内摩擦角为28°；在地应力25MPa作用下，将底板的受力数据代入到底板数值模型中，得到底板位移方向素描图，向上为底鼓方向，向下为底板下沉方向，如图2所示，两者方向交界处即为零点位移曲线；拉应变范围类似于底板位移方向素描图。
根据零点位移曲线与拉应变范围得到，零点位移曲线最深达到底板下方，2.8m，设置锚固长度为零点位移曲线深度也即2.8m。拉应变范围为最深达到底板下方3.2m。
在底板爆破泄压支护阶段中，在底板上钻设爆破支护一体孔1；爆破支护一体孔1包括炸药段1-1、缓冲段1-2与支护段1-3；炸药段1-1位于爆破支护一体孔1的孔底，缓冲段1-2位于炸药段1-1与支护段1-3之间。爆破支护一体孔1中，通过设置缓冲段1-2，而使得炸药段1-1的爆破不影响支护段1-3的孔壁的质量，从而保证支护的质量。
在爆破段1-1与缓冲段1-2之间通过高压水射流设备切出一条切缝，该切缝垂直于爆破支护一体孔的轴线，使得爆破段与缓冲段、支护段形成物理上的隔离，从而能够减小爆破段爆破时对支护段的影响，保证支护段的成孔质量。
爆破参数包括爆破支护一体孔1的深度、缓冲段1-2长度与炸药段1-1长度。
在本实施例中，爆破支护一体孔1中的炸药段1-1长度为拉应变最深值减去最深底板零点位移最大值，也即3.2m-2.8m＝0.4m；炸药选用煤矿许用型乳化炸药，分两节装药；缓冲段1-2的长度为炸药段1-1长度一半，即缓冲段1-2为0.2m，缓冲段1-2选用泡沫混凝土等柔性充填材料进行填充。
支护段1-3根据底板围岩破碎情况，若底板围岩变形超过零点位移值，第一阶段中的锚固构件采用注浆锚杆(索)；若底板围岩变形没有超过零点位移值，第一阶段中的锚固构件采用锚杆(索)；
锚固参数包括锚杆(索)的杆体长度，锚固长度及间排距。
先根据巷道或硐室的工程地质条件，确定第一阶段即底板爆破泄压支护阶段的施工参数；先在巷道或硐室底部打设多个爆破支护一体孔1，在该孔的最低部装填炸药进行爆破，爆破区域形成泄压区，使得巷道或硐室下部的底部的底板通过泄压区与周围岩层隔开，这也就减少了周围岩层受应力变形对巷道或硐室底板的影响；在此基础上，在爆破支护一体孔1中的支护段1-3进行支护，以将巷道或硐室底部的底板加强支护为一个整体，保证巷道或硐室的底板具有足够的结构强度而不会发生变形。
步骤3，监测底板围岩的变形程度，以及支护构件受力大小；第一阶段实施后监测底板底鼓量、杆体受力及围岩应力。
第二阶段是对底板进行进一步加强支护，以保证底板具有足够的结构强度而不会发生变形。
步骤4，根据步骤3中的监测数据，确定第二阶段的支护参数，第二阶段为锚注二次支护阶段。
根据底板底鼓量、杆体受力及围岩应力随时间变化曲线，确定第二阶段支护参数，包括注浆材料，注浆压力。第二阶段的锚注支护构件采用注浆锚杆(索)2。
第二阶段为底板在一定时间后发生变形后进行的支护阶段；而在第二阶段中使用注浆锚杆(索)2，一方面是软岩巷道或硐室在使用一段时期后，底板围岩破碎、底鼓等现象逐渐显现出来，采用注浆锚杆(索)2能够通过注浆充填围岩的破碎裂缝，加固围岩，提高围岩的强度和承载力，并抑制底板进一步变形破坏；另一方面，相比于反底拱等被动措施，本控制方法中在爆破泄压后采用主动锚注支护，施工工艺简单，效率更高，而且本控制方法中采用主动支护，能够更好的控制底板变形。
在本实施例中，第二阶段的注浆材料为水泥浆液，水灰比范围为0.8：1～1.5:1；若选用注浆锚索，注浆锚索的长度范围为5～6m，注浆压力为2～3MPa；若选用注浆锚杆，注浆锚杆长度为2.5m，注浆压力为1～2MPa。
第二阶段支护完成后，继续监测底板变形情况，根据底板位移变化曲线判断是否继续实施锚注支护。若底板变形量较大，则在底板上继续施工多根注浆锚杆(索)2，若底板变形量较小，则无需对底板进行加强支护。
综上所述，本发明提供的一种煤矿软岩巷道或硐室底板分阶段控制方法，该控制方法通过第一阶段中爆破与支护对底板进行第一步的泄压与支护，爆破区域形成泄压区，减少了周围岩层受应力变形对巷道或硐室底板的影响；在此基础上，在爆破支护一体孔中的支护段进行支护，保证巷道或硐室的底板具有足够的结构强度而不会发生变形；第二阶段的支护进一步加强巷道或硐室底板的支护。
使得巷道或硐室底板的形变得到良好的控制，从附图5中也能够明显看出，爆破泄压区间，底板受应力较大，此时发生较大变形，而通过爆破泄压切断了底板与周围岩层的联系，通过进一步的支护加强了底板的强度，在第二阶段的支护后，底板形变区域稳定；也即本发明的底板分阶段控制方法先主动将底板爆破泄压，彻底切断底板与周围岩层的连接，在将底板支护起来；该底板分阶段控制方法主动对底板进行泄压支护，使得底板变形得到良好的控制，避免了底鼓现象的发生。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
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