一种煤矿软岩巷道底板返修治理方法
阅读说明：本技术 一种煤矿软岩巷道底板返修治理方法 (Method for repairing and treating soft rock roadway floor of coal mine ) 是由 潘锐 叶中豹 程桦 刘宁 王珍 刘林林 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底板返修治理方法,包括以下步骤：1,建立巷道数值模型,2,在巷道中选择多个断面,在每个断面处采集底板表面位移数值,利用钻孔探测仪得到底板松动破坏范围；3,确定底鼓范围影响率与底板破坏扩展率；4,得到杆体强度使用率；利用点荷载仪获取岩体单轴强度,以确定岩体强度稳定率；5,根据底鼓范围影响率、底板破坏扩展率、杆体强度使用率、岩体强度稳定率,按比例分配权重系数后得到底板返修分区综合指标；6,定量划分出底板分区标准S,确定不同分区的底板返修方案；7,不同的分区范围,选择锚注加固支护T1、爆破卸压支护T2与拱架封闭支护T3中的一种或多种支护方式组合进行返修。(The invention provides a method for repairing and treating a coal mine soft rock roadway bottom plate, which comprises the following steps: 1, establishing a tunnel numerical model, 2, selecting a plurality of sections in a tunnel, collecting the displacement numerical value of the surface of a bottom plate at each section, and obtaining the loosening damage range of the bottom plate by using a drilling detector; 3, determining the influence rate of the bottom drum range and the damage expansion rate of the bottom plate; 4, obtaining the strength utilization rate of the rod body; acquiring the uniaxial strength of the rock mass by using a point load instrument to determine the stability rate of the strength of the rock mass; 5, according to the bottom heave range influence rate, the bottom plate damage expansion rate, the rod body strength utilization rate and the rock mass strength stability rate, obtaining a comprehensive index of the bottom plate repair subarea after distributing weight coefficients in proportion; 6, quantitatively dividing a baseplate partition standard S, and determining baseplate repair schemes of different partitions; 7, selecting one or more support modes of an anchoring and grouting reinforcement support T1, a blasting pressure relief support T2 and an arch frame sealing support T3 to be combined for repairing in different subarea ranges.)
技术领域
本发明属于煤矿巷道支护技术领域，具体涉及一种煤矿软岩巷道底板返修治理方法。
背景技术
软岩问题一直是困扰煤矿安全、高效生产的重大难题之一，尤其随着煤炭开采逐渐向深部发展，这类巷道的各种非线性力学现象越来越多，支护越来越困难。各种因素如地应力、动压、地质构造等影响下，围岩节理裂隙发育、松散破碎、变形剧烈、破坏范围大；巷道冒顶、片帮及底鼓现象层出不穷，巷道需要多次返修，巷道返修费用远超成巷费用。
目前针对软岩巷道顶板治理效果较为突出，底板治理成为急需解决的关键难题。一方面软岩巷道底板返修主要以卧底为主，施工工艺复杂，在回采巷道中影响掘进和工作面回采生产，在永久大巷或硐室中影响材料运输或设备底座稳定，这些都严重制约煤矿的安全运营；另一方面从巷道延伸角度看，由于所处岩层变化以及受力情况的差异，呈现出不同地段底板变形破坏程度不同的现象，单一的采用卧底使得底板返修针对性较差，一定程度上浪费人力物力。
也即，现行的底板返修方法主要具有以下缺点：
1、返修以卧底为主，施工工艺复杂且方法单一；
2、不同地段底板的破坏程度不同，返修治理针对性不强，无法做到科学治理；
3、卧底后对围岩破坏严重，更加难以形成有效的承载结构，底板难以维持长期稳定性。
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底板返修治理方法，以至少解决目前返修治理针对性不强，返修效果较差等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤矿软岩巷道底板返修治理方法，包括以下步骤：
步骤1，建立巷道数值模型，得到巷道的底板围岩变形分布规律；根据底板围岩变形分布规律，划分出底板零点位移位置与拉应变范围；
步骤2，在巷道中选择多个断面，在每个断面处采集底板表面位移数值，利用钻孔探测仪得到底板松动破坏范围；
步骤3，根据底板零点位移位置、拉应变范围、底板表面位移数值与底板松动破坏范围的数值，确定底鼓范围影响率与底板破坏扩展率；
步骤4，利用压力计采集锚杆(索)工作载荷，得到杆体强度使用率；
利用钻孔应力计采集底板应力峰值强度，利用点荷载仪获取岩体单轴强度，以确定岩体强度稳定率；
步骤5，根据底鼓范围影响率、底板破坏扩展率、杆体强度使用率、岩体强度稳定率，按比例分配权重系数后得到底板返修分区综合指标；
步骤6，根据底板返修分区综合指标，定量划分出底板分区标准S，确定不同分区的底板返修方案；
步骤7，不同的分区范围，选择锚注加固支护T1、爆破卸压支护T2与拱架封闭支护T3中的一种或多种支护方式组合进行返修；
步骤8，返修施工完成后，继续监测底板表面位移、底板松动破坏范围与锚杆(索)工作载荷。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，根据底板零点位移位置与拉应变范围，确定巷道底板零点最大位移位置L0、拉应变最大范围Dε；
根据底板表面位移数值与底板松动破坏范围，确定底板表面最大位移L 与底板围岩最大破坏范围D。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，在所述步骤3中，底鼓范围影响率的计算公式为η1＝L/L0×100％；
底板破坏扩展率的计算公式为η2＝D/Dε×100％。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，在所述步骤4中，在同一位置测得锚杆受力为Fm，锚索受力为Fc，锚杆屈服强度为Em，锚索屈服强度为 Ec；
锚杆强度使用率为Fm/Em×100％；
锚索强度使用率为Fc/Ec×100％。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，根据锚杆强度使用率与锚索强度使用率以及不同位置杆体强度使用率分配系数为αi来计算杆体强度使用率；
杆体强度使用率的计算公式为η3＝∑αi(Fm/Em×100％+Fc/Ec×100％)；
αi为分配系数，i＝1～2，且∑αi＝1。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，在步骤4中，利用钻孔应力计获取底板应力峰值强度σmax，利用点荷载仪获取岩体单轴强度σc；
岩体强度稳定率的计算公式为η4＝σc/σmax×100％。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，分区标准S由低到高依次划分为S1、S2、S3、S4四个分区范围。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，分区S1采用T1即锚注加固支护；
分区S2采用T2即爆破卸压支护和T1即锚注加固支护组合支护返修；
分区S3采用T1即锚注加固支护和T3即拱架封闭组合支护返修；
分区S4采用T2即爆破卸压支护、T1即锚注加固支护和T3即拱架封闭支护组合支护返修。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，在步骤5中，分配权重系数为βi，∑βi＝1；
返修区综合指标的技术公式为η＝∑βiηi，i＝1～4。
如上所述的底板返修治理方法，优选地，根据返修区综合指标的取值范围，确定四个分区的划分标准为：
无影响区S1∈[η，3/4η)、弱影响区S2∈[3/4η，1/2η)、中影响区S3∈[1/2η， 1/4η)、强影响区S4∈[1/4η，0)。
有益效果：本发明填补了煤矿软岩巷道底板返修分区标准理念的空白，补充了围岩控制技术体系。本发明针对性的选用主、被动支护组合控制方法，克服了现行以卧底为主的底板返修形式，针对性强，提高了施工效率。本发明重视应力转移、岩体加固、封闭支护等方面的控制，返修措施科学合理。
附图说明
图1为本发明实施例中底板返修治理方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中巷道返修分区示意图；
图3为本发明实施例中返修指标分布示意图；
图4为本发明实施例中支护结构示意图；
图5为本发明实施例中爆破卸压一体孔的结构示意图。
图中：1、爆破卸压一体孔；1-1、爆破段；1-2、缓冲段；1-3、支护段； 2、注浆锚杆(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底板返修治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立巷道数值模型，得到巷道的底板围岩变形分布规律；根据底板围岩变形分布规律，划分出底板零点位移位置与拉应变范围。
在本实施例中，当巷道为圆形时，建立圆形的巷道数值模型；当巷道为直角半圆拱形时，建立直角半圆拱形的巷道模型。将巷道受力数据代入到数值模型中，得到底板零点位移方向素描图，如图3所示，向上为底鼓方向，向下为底板下沉方向，两者方向交界处即为零点位移曲线；拉应变分布素描图类似于底板位移方向素描图。
根据底板零点位移位置与拉应变范围，确定巷道底板零点最大位移位置 L0、拉应变最大范围Dε。
步骤2，在巷道中选择多个断面，在每个断面处采集底板表面位移数值，利用钻孔探测仪得到底板松动破坏范围。
根据底板表面位移数值与底板松动破坏范围，确定底板表面最大位移L 与底板围岩最大破坏范围D。
步骤3，根据底板零点位移位置、拉应变范围、底板表面位移数值与底板松动破坏范围的数值，确定底鼓范围影响率与底板破坏扩展率。
在步骤3中，底鼓范围影响率的计算公式为η1＝L/L0×100％；底板破坏扩展率的计算公式为η2＝D/Dε×100％。
步骤4，利用压力计采集锚杆(索)工作载荷，得到杆体强度使用率；利用钻孔应力计采集底板应力峰值强度，利用点荷载仪获取岩体单轴强度，以确定岩体强度稳定率。
在步骤4中，在同一位置测得锚杆受力为Fm，锚索受力为Fc，锚杆屈服强度为Em，锚索屈服强度为Ec。
锚杆强度使用率为Fm/Em×100％。
锚索强度使用率为Fc/Ec×100％。
根据锚杆强度使用率与锚索强度使用率以及不同位置杆体强度使用率分配系数为αi来计算杆体强度使用率。
杆体强度使用率的计算公式为η3＝∑αi(Fm/Em×100％+Fc/Ec×100％)。
αi为分配系数，i＝1～2，且∑αi＝1。在本实施例中，具体的分配系数αi根据锚杆与锚索的使用比例确定。
在步骤4中，利用钻孔应力计获取底板应力峰值强度σmax，利用点荷载仪获取岩体单轴强度σc。
岩体强度稳定率的计算公式为η4＝σc/σmax×100％。
步骤5，根据底鼓范围影响率、底板破坏扩展率、杆体强度使用率、岩体强度稳定率，按比例分配权重系数后得到底板返修分区综合指标。
分区标准S由低到高依次划分为S1、S2、S3、S4四个分区范围。
在步骤5中，分配权重系数为βi，∑βi＝1。其中分配权重系数根据每一个参数的比重进行分配。
返修区综合指标的技术公式为η＝∑βiηi，i＝1～4。
步骤6，根据底板返修分区综合指标，定量划分出底板分区标准S，确定不同分区的底板返修方案。
根据返修区综合指标的取值范围，确定四个分区的划分标准为：
无影响区S1∈[η，3/4η)、弱影响区S2∈[3/4η，1/2η)、中影响区S3∈[1/2η， 1/4η)、强影响区S4∈[1/4η，0)。
步骤7，不同的分区范围，选择锚注加固支护T1、爆破卸压支护T2与拱架封闭支护T3中的一种或多种支护方式组合进行返修。
无影响区S1采用T1即锚注加固支护。
弱影响区S2采用T2即爆破卸压支护和T1即锚注加固支护组合支护返修。
中影响区S3采用T1即锚注加固支护和T3即拱架封闭组合支护返修。
强影响区S4采用T2即爆破卸压支护、T1即锚注加固支护和T3即拱架封闭支护组合支护返修。
在爆破卸压支护中，在底板上钻设爆破支护一体孔1；爆破支护一体孔1 包括爆破段1-1、缓冲段1-2与支护段1-3；爆破段1-2位于爆破支护一体孔 1的孔底，缓冲段1-2位于爆破段1-1与支护段1-3之间。
爆破段1-1的长度为最大拉应变深度减去最深零点位移深度，炸药主要选取隧道爆破常用炸药或乳化炸药，分三节装药；缓冲段1-2为爆破段1-1 长度一半，缓冲段1-2中主要选用黏土或泡沫混凝土等柔性充填材料。
在锚注加固支护中，锚注构件使用的是注浆锚杆(索)2，注浆浆液的水灰比为0.7:1～1.2:1(可选取两端值之间的任意比值)，根据围岩破碎程度进行选择，若围岩破碎程度轻，则选用注浆浆液的水灰比较小；若围岩破碎程度严重，这选用注浆浆液的水灰比较大。
步骤8，返修施工完成后，继续监测底板表面位移、底板松动破坏范围与锚杆(索)工作载荷。若底板发生变形则需要继续对底板进行加强支护。
综上所述，本发明提供的煤矿软岩巷道底板返修治理方法，该返修治理方法根据巷道底板的实际变形与受力程度，对底板进行分区治理，对受影响小的区域的底板，仅采用锚注加固支护；对受影响较大的区域的底板，采用爆破卸压支护、锚注加固支护与拱架封闭支护三种方式结合支护，如此使得底板的支护更加合理，而且对于不需要加强支护的区域，无需过渡支护，从而大大降低了支护成本。本发明填补了煤矿软岩巷道底板返修分区标准理念的空白，补充了围岩控制技术体系，返修措施科学合理。且针对性的选用主、被动支护组合控制方法，克服了现行以卧底为主的底板返修形式，针对性强，提高了施工效率。
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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