一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法与流程

1.本发明涉及矿山巷道支护技术领域，特别是涉及一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法。

背景技术：

2.近年来我国金属矿山逐步进军超千米深井开采序列，采矿过程中如遇破碎岩体，在高地应力作用下易造成深部井巷工程持续变形破坏。巷道围岩破碎、风化严重、稳定性极差，造成巷道的掘进与支护施工难度大、成本高，同时也增加了安全隐患。
3.申请号为201810919714.0的专利申请，采用的技术方案是提供一种矿山高应力软岩巷道的锚杆联合支护方法。技术方案是：针对矿山高应力软岩巷道不同位置处锚杆的受力不同，先将矿山高应力软岩巷道划分成8个不同的锚杆支护区域，再针对巷道的垂直应力大于水平应力和水平应力大于垂直应力的两种情况，分别在不同的锚杆支护区域中安装不同材质和不同长度的锚杆。安装材质不同的锚杆能充分发挥各类材料的支护优势，安装长度不同的锚杆，采用长锚杆与短锚杆联合支护的方法，使锚杆穿过巷道围岩塑性区深入稳定围岩中，提高了锚固效果，最后加装金属网固定，从而增强巷道稳定性和能有效保证矿山安全生产。
4.但是上述支护方案通过对巷道支护的应力进行分析，根据应力分析设置锚杆支护方案，但是在锚杆安装之后，其拉拔力是随时间呈波动性变化，仅依靠巷道支护之前的应力分析设置的支护方案，可能会使锚杆支护系统在锚杆拉拔力波动至最低时发生坍塌的危险，进而无法保证巷道的稳定性。

技术实现要素：

5.为了克服现有的矿山巷道支护技术的不足，本发明提供一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，解决现有技术中巷道支护系统在安装完成之后亦可能存在坍塌风险的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其包括如下步骤：
7.在巷道开挖后，自巷道顶板中心线向巷道两帮布设锚网，按照管缝锚杆的支撑分布参数在锚网上分布设置管缝锚杆；
8.实时监测管缝锚杆拉拔力的时空变化，根据管缝锚杆拉拔力的时空变化特征，在管缝锚杆锚固力达到最低值的前一天，在每张锚网方格的中心分别增加至少一根管缝锚杆。
9.优选的，所述自巷道顶板中心线向巷道两帮布设锚网，具体包括如下内容：
10.首先沿巷道顶板中心线布设一条中心锚网，然后自巷道顶板上的中心锚网向巷道两帮布设锚网。
11.优选的，所述中心锚网的中心线与巷道顶板中心线相对齐。
12.优选的，相邻锚网的边缘重叠设置。
13.优选的，所述管缝锚杆与锚网之间设有托盘，所述管缝锚杆一端依次穿过所述托盘的中心、锚网的网孔插入巷壁中。
14.优选的，所述管缝锚杆呈梅花形交错布置。
15.优选的，巷道顶板与两帮的转角处必须设有管缝锚杆。
16.优选的，如果需要增加两根管缝锚杆，则两根所述管缝锚杆以锚网方格的中心为对称中心对称设置。
17.优选的，新增的管缝锚杆的长度大于原有管缝锚杆的长度。
18.优选的，针对巷道中局部应力集中严重、巷道围岩破碎的区域，沿巷道前进方向设置双筋条，所述双筋条的长度延伸方向与巷道前进方向一致。
19.本发明的有益效果是：
20.本发明自巷道顶板中心线向巷道两帮布设锚网，将所述中心锚网的中心线与巷道顶板中心线相对齐，用中心锚网将巷道顶板中心线进行整体包互支撑，保证巷道顶板中心线处的支护力。
21.本发明通过对管缝锚杆拉拔力的时空变化进行实时监测，根据管缝锚杆拉拔力的时空变化特征，在管缝锚杆锚固力达到最低值的前一天，在每张锚网方格的中心分别增加至少一根管缝锚杆，从而在原锚杆锚固力降到最低值时，新增管缝锚杆锚固力恰好达到峰值，形成错峰补强的优化方式，用以为原锚网支护系统补强支护能力，避免巷道在支护完成之后由于锚杆拉拔力的变化产生坍塌风险的问题。
22.本发明针对巷道中局部应力集中严重、巷道围岩破碎的区域，沿巷道前进方向设置双筋条，以增强支护系统的整体支护性能，避免因锚固力降低导致顶帮浮石冒落。
附图说明
23.图1为本发明实施例所述高应力破碎岩体错峰补强支护方法的流程框图。
24.图2为采用本发明实施例所述高应力破碎岩体错峰补强支护方法进行巷道支护、且管缝锚杆呈矩阵布设的巷顶俯视图。
25.图3为采用本发明实施例所述高应力破碎岩体错峰补强支护方法进行巷道支护、且管缝锚杆呈梅花状布设的示意图。
26.图4为锚杆拉拔力时效性曲线图。
27.附图中各部件的标记如下：
28.1、锚网；2、管缝锚杆；3、托盘；4、双筋条。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
30.本发明实施例提供一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，如图1所示，其包括如下步骤：
31.s1、在巷道开挖后，自巷道顶板中心线向巷道两帮布设锚网1，按照管缝锚杆2的支撑分布参数在锚网1上分布设置管缝锚杆2。
32.具体的，由于巷道顶板中心受到的下压应力最大，而锚网1中部的支护力大于其连接搭边的支护力，因此如图2所示，在巷道开挖后，沿巷道顶板中心线布设一条中心锚网1，所述中心锚网1的中心线与巷道顶板中心线相对齐，用中心锚网1将巷道顶板中心线进行整体包互支撑，保证巷道顶板中心线处的支护力。
33.然后自巷道顶板上的中心锚网1向巷道两帮布设锚网1，直至巷道顶板及两帮均被锚网1包护住，所述锚网1优选为菱形金属网。为提高锚网1连接搭边的支护力，相邻锚网1的搭接边重叠设置。具体如图3所示，相邻锚网1的边缘重叠搭接的长度不小于10cm。原来相邻锚网1边缘需要采用两排锚杆进行分别固定，将相邻锚网1的搭接边重叠设置之后，仅需要单排锚杆进行对两张锚网1的边缘进行固定，极大的减少了锚杆的使用数量，从而不仅提高锚网1连接搭边的支护力，还降低了支护成本。
34.在锚网1铺设的过程中，按照管缝锚杆2的支撑分布参数在巷壁上开设锚杆孔，所述锚杆孔的直径应小于管缝锚杆2外径1.5mm～3.5mm，按照锚杆孔与管缝锚杆2一一对应的关系在锚网1上分布设置管缝锚杆2，一般是按照1米的间隔设置管缝锚杆2的，所述管缝锚杆2可以呈矩形分布设置，如图2所示，也可以呈梅花形交错布置，如图3所示，当所述管缝锚杆2呈梅花形交错布置时，每一根管缝锚杆2承载的支护力更加均匀，其相对矩形分布设置，能够适应各种形状的支护面。
35.所述管缝锚杆2一端穿过锚网1插入巷壁中，对巷壁上的锚网1进行固定，所述管缝锚杆2相对锚固工作面之间的角度为75
°‑
90
°
，优选90
°
最佳；为增加对锚网1的支撑面积，所述管缝锚杆2与锚网1之间设有托盘3，所述管缝锚杆2一端依次穿过所述托盘3的中心、锚网1的网孔插入巷壁中，从而使管缝锚杆2、托盘3、锚网1形成一个整体牢固的支护系统，提高锚固承压拱的承载能力。
36.本发明实施例中，优选壁厚2.5mm、直径41.5mm、缝宽15mm的管缝锚杆2；长宽规格为2.0m
×
1.0m、网孔规格为100mm
×
100mm的金属网；直径为20cm的圆形托盘3。
37.在分布设置管缝锚杆2的过程中，如果是矩形巷道，其巷道顶板与两帮的转角处与相邻管缝锚杆2之间的间隔宽度小于管缝锚杆2分布设置的单位间隔宽度，则仍然需要在其转角处设置管缝锚杆2，即矩形巷道的巷道顶板与两帮的转角处必须设有管缝锚杆2；如果是拱形巷道，其圆弧顶板与两帮之间为弧形过渡，则按照管缝锚杆2的支撑分布参数在弧形面上布设管缝锚杆2即可。
38.s2、实时监测管缝锚杆2拉拔力的时空变化，根据管缝锚杆2拉拔力的时空变化特征，在管缝锚杆2锚固力达到最低值的前一天，在每张锚网1方格的中心分别增加至少一根管缝锚杆2。
39.本发明实施例对不同中段、不同施工间隔时间(锚杆施工后0小时、1小时、24小时、3天、7天、14天)的管缝锚杆2进行拉拔力测试，获得了相同施工技术及围岩条件下的锚杆拉拔力时效性曲线，总结出锚杆拉拔力随时间的变化规律，如图4所示。
40.由图4可以看出，管缝锚杆2的拉拔力随时间均呈现先升高后降低，最后再升高后趋向稳定的变化趋势。管缝锚杆2的拉拔力最高值出现在施工后24小时，随后拉拔力逐渐降低，在施工72小时后达到最低值；管缝锚杆2施工3天后，拉拔力逐渐回升趋于稳定。
41.因此，本发明实施例在管缝锚杆2锚固力达到最低值的前一天，在每张锚网1方格的中心分别增加至少一根管缝锚杆2，从而在原锚杆锚固力降到最低值时，新增管缝锚杆2
锚固力恰好达到峰值，形成错峰补强的优化方式，用以为原锚网1支护系统补强支护能力。如果需要增加两根管缝锚杆2，则两根所述管缝锚杆2以锚网1方格的中心为对称中心对称设置。进一步优选的，新增管缝锚杆2的长度大于原有管缝锚杆2的长度，即新增管缝锚杆2在原有管缝锚杆2的支护深度上进一步加深，提高原有支护系统的支护强度。
42.另外，针对巷道中局部应力集中严重、巷道围岩破碎的区域，沿巷道前进方向设置双筋条4，以增强支护系统的整体支护性能，避免因锚固力降低导致顶帮浮石冒落。具体的，所述双筋条4的长度延伸方向与巷道前进方向一致，其两端采用管缝锚杆2固定在巷壁上。
43.本发明实施例所述一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其通过对管缝锚杆2拉拔力的时空变化进行实时监测，根据管缝锚杆2拉拔力的时空变化特征，在管缝锚杆2锚固力达到最低值的前一天，在每张锚网1方格的中心分别增加至少一根管缝锚杆2，从而在原锚杆锚固力降到最低值时，新增管缝锚杆2锚固力恰好达到峰值，形成错峰补强的优化方式，用以为原锚网1支护系统补强支护能力，避免巷道在支护完成之后由于锚杆拉拔力的变化产生坍塌风险的问题。
44.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，包括如下步骤：在巷道开挖后，自巷道顶板中心线向巷道两帮布设锚网，按照管缝锚杆的支撑分布参数在锚网上分布设置管缝锚杆；实时监测管缝锚杆拉拔力的时空变化，根据管缝锚杆拉拔力的时空变化特征，在管缝锚杆锚固力达到最低值的前一天，在每张锚网方格的中心分别增加至少一根管缝锚杆。2.根据权利要求1所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，所述自巷道顶板中心线向巷道两帮布设锚网，具体包括如下内容：首先沿巷道顶板中心线布设一条中心锚网，然后自巷道顶板上的中心锚网向巷道两帮布设锚网。3.根据权利要求2所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，所述中心锚网的中心线与巷道顶板中心线相对齐。4.根据权利要求1所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，相邻锚网的边缘重叠设置。5.根据权利要求1所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，所述管缝锚杆与锚网之间设有托盘，所述管缝锚杆一端依次穿过所述托盘的中心、锚网的网孔插入巷壁中。6.根据权利要求1所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，所述管缝锚杆呈梅花形交错布置。7.根据权利要求1所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，巷道顶板与两帮的转角处必须设有管缝锚杆。8.根据权利要求1所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，如果需要增加两根管缝锚杆，则两根所述管缝锚杆以锚网方格的中心为对称中心对称设置。9.根据权利要求1所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，新增的管缝锚杆的长度大于原有管缝锚杆的长度。10.根据权利要求1所述的一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其特征在于，针对巷道中局部应力集中严重、巷道围岩破碎的区域，沿巷道前进方向设置双筋条，所述双筋条的长度延伸方向与巷道前进方向一致。

技术总结

本发明公开了一种高应力破碎岩体错峰补强支护方法，其通过在巷道开挖后，自巷道顶板中心线向巷道两帮布设锚网，按照管缝锚杆的支撑分布参数在锚网上分布设置管缝锚杆；实时监测管缝锚杆拉拔力的时空变化，根据管缝锚杆拉拔力的时空变化特征，在管缝锚杆锚固力达到最低值的前一天，在每张锚网方格的中心分别增加至少一根管缝锚杆；从而在原锚杆锚固力降到最低值时，新增管缝锚杆锚固力恰好达到峰值，形成错峰补强的优化方式，用以为原锚网支护系统补强支护能力，避免巷道在支护完成之后由于锚杆拉拔力的变化产生坍塌风险的问题。杆拉拔力的变化产生坍塌风险的问题。杆拉拔力的变化产生坍塌风险的问题。