一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法

1.本发明涉及煤矿井巷工程围岩控制技术领域，具体涉及一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法。


背景技术：

2.软弱煤岩体广泛分布于我国地层中，是煤矿巷道、输水隧洞等地下工程中较为常见的岩体，软弱煤岩体强度低、孔隙度大、胶结程度低、受构造面切割及水岩相互作用显著、可锚性差是其主要特点，采场及巷道围岩普遍遭受锚固失效、泥化垮冒、流变失稳等灾变威胁，维护成本与失稳风险日益升高，矿山开采等地下工程安全与生产深受其困扰，软弱煤岩巷道围岩控制是行业内致力于突破的重大共性关键难题。
3.因此，对煤矿开采过程中软弱煤岩巷道进行双重注浆构筑承载闭环的方法，改善软弱煤岩体物理力学属性，形成桩群-支护体-固结体闭环承载结构，有效抑制软弱煤岩巷道全周期服务过程中围岩发生强流变和大变形，实现软弱煤岩巷道围岩稳定安全控制，是本领域研究人员亟需攻克的难题。。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法，其能够解决软弱煤岩巷道围岩强流变与大变形的问题，强化巷道浅层围岩物理力学属性，利于锚杆索等支护结构支护预应力的扩散，并采用中空注浆锚索束进一步构筑闭环承载结构，增强围岩的整体性，实现软弱煤岩巷道围岩长时安全稳定控制。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.本发明提供一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法，
7.包括以下步骤：
8.s1、软弱煤岩巷道掘进期间采用水平旋喷注浆加固软弱煤岩体，形成浅层桩群承载闭环结构；
9.s2、采用锚网索支护结构在已成型浅表桩群进行常规巷道支护，为原本软弱煤岩体提供主动支护力；
10.s3、软弱煤岩巷道回采期间采用中空注浆锚索束注浆加固围岩，实现双重注浆承载闭环。
11.优选地，步骤s1中，软弱煤岩巷道掘进期间采用水平旋喷注浆加固软弱煤岩体的施工顺序为：
12.(1)使用钻头直径为100～150mm的钻机在巷道掘进方向煤岩壁上钻进15～25m钻孔，钻进倾角在15
°
以内，钻进速度根据工程施工情况调整；
13.(2)成孔后退出钻头，将高压旋喷注浆高压管头伸至钻孔底部，开动注浆泵，先进行初期试喷，水泥浆经高压泵加压到达旋喷高压管头，旋喷注浆高压管头旋转喷射、切削整
个煤岩钻孔；
14.(3)旋喷高压管头旋转并缓慢回退，所切割下来的煤岩颗粒与水泥浆形成高速搅拌均匀的煤浆固结体，当旋喷高压管头退至孔口0.5
±
0.01m时，停止喷浆，进行封孔作业；
15.(4)完成一个旋喷注浆桩体，在另一侧施工下一个旋喷加固桩体，形成浅层桩群承载闭环结构。
16.优选地，步骤s2中，采用锚网索支护结构在已成型浅表桩群进行常规巷道支护，使用满足巷道原有支护设计的预紧力锚杆索支护，搭配锚网支护结构扩散支护有效应力。
17.优选地，步骤s3中，软弱煤岩巷道回采期间采用中空注浆锚索束注浆加固围岩的施工顺序为：
18.(1)在巷道围岩壁上施工与原支护设计锚杆索间隔布置的钻孔；
19.(2)施工中空注浆锚索束，中空注浆锚索束直径、长度、锚固长度满足现场工程匹配要求即可；
20.(3)根据矿压观测数据确定中空注浆锚索束注浆时机，采用棉纱封口处理，滞后迎头30～50m实施注浆，水灰比为1：2，注浆压力为5～7mpa。
21.(4)待水泥浆液凝固，锁紧搭配的托盘、钢梁。
22.本发明的有益效果在于：
23.1、本发明首次将高压旋喷注浆作为技术方案内容应用于井下煤矿井巷工程围岩控制，有别于传统煤矿巷道注浆工艺，锚杆索常规支护手段结合掘进期旋喷注浆与回采期中空注浆锚索束注浆形成了巷道全周期双重注浆构筑承载闭环围岩强化控制的思路和方法，具有新颖性与可靠性，围岩控制效果在实施案例中得到验证；
24.2、采用本发明的技术方案，掘进期间可明显改善围岩物理力学结构，置换原本软弱的围岩体，为后续常规支护手段的高效施加提供条件基础，软弱煤岩巷道通常开挖初期传统注浆时机难控制和注浆效果较差，采动过后裂隙发育但同样有限，为进一步增强巷道支护效果，采用中空注浆锚索束实现深层锚固，形成实现双重注浆承载闭环。
25.3、本发明通过双重注浆实现围岩强化的控制理念与传统巷道注浆加固控制理念不同，基于软弱煤岩体在巷道赋存的真实状况，应用井下水平旋喷注浆浅表围岩置换，搭配深层锚索束注浆的控制手段，形成桩群-支护体-固结体闭环承载结构，有效抑制软弱煤岩巷道全周期服务过程中围岩发生强流变和大变形，实现软弱煤岩巷道围岩稳定安全控制。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
27.图1为本发明实施例提供的掘进期间水平旋喷注浆加固软弱煤岩体示意图；
28.图2为本发明实施例提供的软弱煤岩巷道水平旋喷注浆加固软弱煤岩体流程示意图；
29.图3为本发明实施例提供的软弱煤岩体水平旋喷注浆巷道断面示意图；
30.图4为本发明实施例提供的中空注浆锚索束结构示意图；
31.图5为本发明实施例提供的中空注浆锚索束局部剖面示意图；
32.图6为本发明实施例提供的回采期间中空注浆锚索束注浆加固围岩流程示意图。
33.图中：1、锚杆；2、金属网；3、注浆泵控制箱体；4、高压注浆管；5、液压油管；6、钻机；7、钻孔；8、钻杆；9、旋喷注浆高压管头；10、旋喷煤浆固结体；11、旋喷桩；12、浆液渗透加固范围；13、锚杆主动支护力；14、夹片；15、多孔锁具；16、托板；17、固定孔；18、钢绞线；19、封孔胶套；20、耳片；21、注浆管；22、箍环；23、孔壁；24、出浆孔；25、导向帽；26、堵浆圆钢；27、钢绞线套筒。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。
35.本实施例提供一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法，包括以下步骤：
36.步骤一：软弱煤岩巷道掘进期间采用水平旋喷注浆加固软弱煤岩体，形成浅层桩群承载闭环结构。
37.参照图1，首先，在某回风巷掘进工作面迎头准备施工设备,注浆泵控制箱体3放置在已由锚杆1和金属网2支护完毕的锚网支护安全空间中，临近掘进工作面通过液压油管5增压调整钻机6适宜的钻杆8高度，使用钻头直径为100～150mm的钻机在巷道煤岩壁上钻进15～25m的钻孔7，钻进倾角在15
°
以内，钻进速度根据工程施工情况调整，本实施例中钻孔仰角与巷道掘进方向保持一致，为12
°
，孔深20m，钻头直径为122mm，煤层回风巷中钻进速度不超过5m/h；
38.成孔后退出钻头，检查确认电路、注浆管路连接畅通，将旋喷注浆高压管头9伸至钻孔7底部，开动注浆泵控制箱体3先进行初期试喷，水泥浆经高压注浆管4送达旋喷高压管头9，旋喷注浆高压管头9旋转喷射、切削整个煤岩钻孔，进一步扩大原有钻孔，本实施例中旋喷压力为20mpa，同时钻杆8缓慢旋转后退，旋转速度为55r/min，后退速度0.2m/min；
39.旋喷注浆高压管头9旋转并缓慢回退，所切割下来的煤岩颗粒与水泥浆形成高速搅拌均匀的旋喷煤浆固结体10，旋喷过程中安排专人观察泵压变化，发现泵压过低时应及时停止喷浆，查明原因后再恢复高压喷浆，当旋喷高压管头退至孔口0.5m左右，停止喷浆，进行封孔作业，关闭注浆泵控制箱体3。
40.完成一个旋喷桩11，在另一侧施工下一个旋喷加固桩体，形成浅层桩群承载闭环结构。
41.步骤二：采用锚网索支护结构在已成型浅表桩群进行常规巷道支护，为原本软弱煤岩体提供主动支护力。
42.参照图3，使用满足巷道原有支护设计的预紧力锚杆索支护，搭配锚网等支护结构扩散支护有效应力，即在巷道浅层形成连续的旋喷桩11，由于表面围岩物理力学属性变化，注浆浆液慢渗入桩体临近软弱围岩，形成浆液渗透加固范围12，更有利于锚杆主动支护力13的形成与施加。
43.步骤三：软弱煤岩巷道回采期间采用中空注浆锚索束注浆加固深层软弱煤岩体，实现双重注浆承载闭环。
44.参照图4，首先在巷道围岩壁上施工与原支护设计锚杆索间隔布置的钻孔，实施例中采用风锤钻孔，每断面布置7个孔，间距1800mm、排距1500mm。
45.参见图5-图6，紧贴孔壁23施工中空注浆锚索束，中空注浆锚索束采用具有一定延展性的钢绞线18，锚索自由段钢绞线18配有钢绞线套筒27，箍环22紧固钢绞线18，防止锚索束扩张，中空注浆锚索束直径、长度、锚固长度等满足现场工程匹配要求即可，实施例中所选用的中空注浆锚索束中空注浆锚索直径22mm，长6300mm，配用300
×
300
×
15mm高强度拱形托盘，每个断面布置5套中空注浆锚索，排距1600mm，每根锚索采用1支z2950中速树脂药卷和1支z2535中速树脂药卷实现树脂端部锚固，锚固段长度1200mm，钻头直径32mm，孔深6100mm，要保证锚索外露不小于160mm，不大于200mm，封孔胶套19封紧钻孔，耳片20贴近孔壁23，托板16紧贴岩面，螺母拧紧后螺纹外露长不小于40mm。
46.根据矿压观测数据确定中空注浆锚索束注浆时机，实施例中注浆材料采用硫铝酸盐水泥，并采用棉纱封口处理，滞后迎头30～50m实施注浆，水灰比为1：2，注浆压力为5～7mpa，中空注浆锚索束顶部导向帽25与堵浆圆钢26封堵浆液，浆液由注浆管21注入，出浆孔24流出，再渗透进孔壁23。
47.待水泥浆液凝固，搭配的高强度夹片14、多孔锁具15、托板16、固定孔17锁紧中空注浆锚索束外露端。
48.以上所述仅是本发明提供的一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法的具体实施方式，并非对本发明的保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神和思想的前提下，本领域技术人员对本发明技术方案做出的各种改变和替换，都应涵盖在本发明权利要求书的保护范围内。

技术特征：
1.一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、软弱煤岩巷道掘进期间采用水平旋喷注浆加固软弱煤岩体，形成浅层桩群承载闭环结构；s2、采用锚网索支护结构在已成型浅表桩群进行常规巷道支护，为原本软弱煤岩体提供主动支护力；s3、软弱煤岩巷道回采期间采用中空注浆锚索束注浆加固围岩，实现双重注浆承载闭环。2.如权利要求1所述的一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法，其特征在于，步骤s1中，软弱煤岩巷道掘进期间采用水平旋喷注浆加固软弱煤岩体的施工顺序为：(1)使用钻头直径为100～150mm的钻机在巷道掘进方向煤岩壁上钻进15～25m钻孔，钻进倾角在15
°
以内，钻进速度根据工程施工情况调整；(2)成孔后退出钻头，将高压旋喷注浆高压管头伸至钻孔底部，开动注浆泵，先进行初期试喷，水泥浆经高压泵加压到达旋喷高压管头，旋喷注浆高压管头旋转喷射、切削整个煤岩钻孔；(3)旋喷高压管头旋转并缓慢回退，所切割下来的煤岩颗粒与水泥浆形成高速搅拌均匀的煤浆固结体，当旋喷高压管头退至孔口0.5
±
0.01m时，停止喷浆，进行封孔作业；(4)完成一个旋喷注浆桩体，在另一侧施工下一个旋喷加固桩体，形成浅层桩群承载闭环结构。3.如权利要求1所述的一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法，其特征在于，步骤s2中，采用锚网索支护结构在已成型浅表桩群进行常规巷道支护，使用满足巷道原有支护设计的预紧力锚杆索支护，搭配锚网支护结构扩散支护有效应力。4.如权利要求1所述的一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法，其特征在于，步骤s3中，软弱煤岩巷道回采期间采用中空注浆锚索束注浆加固围岩的施工顺序为：(1)在巷道围岩壁上施工与原支护设计锚杆索间隔布置的钻孔；(2)施工中空注浆锚索束，中空注浆锚索束直径、长度、锚固长度满足现场工程匹配要求即可；(3)根据矿压观测数据确定中空注浆锚索束注浆时机，采用棉纱封口处理，滞后迎头30～50m实施注浆，水灰比为1：2，注浆压力为5～7mpa。(4)待水泥浆液凝固，锁紧搭配的托盘、钢梁。

技术总结
本发明公开了一种软弱煤岩巷道双重注浆构筑承载闭环围岩控制方法，涉及采矿工程巷道岩体力学与岩层控制领域，具体步骤为：软弱煤岩巷道掘进期间采用水平旋喷注浆加固软弱煤岩体，形成浅层桩群承载闭环结构；采用锚网索支护结构在已成型浅表桩群进行常规巷道支护，为原本软弱煤岩体提供主动支护力；软弱煤岩巷道回采期间采用中空注浆锚索束注浆加固深层软弱煤岩体，实现双重注浆承载闭环。本发明通过采取双重注浆构筑承载闭环的方法，改善软弱煤岩体物理力学属性，形成桩群-支护体-固结体闭环承载结构，有效抑制软弱煤岩巷道全周期服务过程中围岩发生强流变和大变形，增强巷道围岩整体承载能力，实现软弱煤岩巷道围岩长时安全稳定控制。全稳定控制。全稳定控制。


技术研发人员：李桂臣 郝浩然 孙元田 李菁华 杨森 许嘉徽 卢忠诚 沃小芳 李长傲 廖金松
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/15