[发明专利]一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法

说明书

技术领域

 本发明属于隧道工程、地下工程支护技术领域，尤其涉及采矿工程的支护方法，具体涉及一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法。

背景技术

软岩巷道控制问题一直是困扰我国煤矿安全高效开采的关键问题之一。随着煤炭开发强度的不断增加，煤炭新区进一步开发建设，部分矿区逐渐遭遇强膨胀泥化软岩巷道支护难题，该类巷道变形呈现出持续的非线性大变形特征，其巷道变形机理复杂，支护结构复杂且返修率高，大大增加矿井基建投资，延长矿井建设工期，威胁矿井安全生产，给煤矿建设带来极大困难。

强膨胀泥化软岩含有较高比例的膨胀性粘土矿物，岩层胶结程度差，属于力学强度较低的极软岩层。与传统复杂条件巷道相比，煤层赋存范围内无坚硬岩层，岩层本身难以形成承载结构，强烈的膨胀变形极易导致锚杆预应力丧失，锚固支护难以形成稳定、有效的承载结构。传统的棚式支护亦难以抵抗围岩的巨大膨胀变形能。同时由于强膨胀性粘土矿物比重较大，注浆加固方式难以实施，现有支护方式以及相关支护方式的组合根本无法取得预期效果。受该难题困扰，部分煤炭企业甚至被迫放弃矿井的继续建设，强膨胀泥化软岩巷道支护问题成为制约煤炭企业发展的一大瓶颈。鉴于此，寻求合理的支护方式成为该类煤矿继续开采面临的重要问题。

现有的支护方式主要存在以下三个主要问题：

（1）由于覆岩范围内无坚硬岩层，主动支护方式难以找到有效的着力点，难以形成稳定的锚固结构，支护效果难以发挥。

（2）传统的被动支护棚式支架强度低、刚度低、稳定性差，难以有效控制围岩变形。

（3）由于围岩的强膨胀特性，与主动支护、被动支护配套的注浆加固方式难以实施。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有锚网喷支护、棚式支护的不足，提供了一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，所述支护方法具有支护强度高、刚度高、支护效果明显改进的优点。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，所述支护方法包括生石灰置换填充、高强度棚式支护、锚网喷挤压成拱支护三部分，具体支护步骤如下：

（1）巷道开挖完毕，首先进行高强度棚式支护中棚式支架外框的架设，外框架设完毕，在支架外框与围岩之间铺设一层铁丝网；

（2）在支架外框架设完毕后进行生石灰置换填充，在已经铺设的铁丝网与围岩之间密实填充生石灰置换层，生石灰填充顺序是自棚式支架底部逐渐向上至支架顶部；

（3）在生石灰置换填充完毕后进行高强度棚式支护工作，采用焊接或法兰连接方式将底拱横梁、顶拱横梁顺序安装于高强度支架的内侧，利用底拱横梁撑紧支架的两底角位置；

（4）在高强度棚式支护完成后进行锚网喷挤压成拱支护，首先进行薄层干式喷浆工作，混凝土内喷层将高强度度棚式支架完全覆盖；之后在喷浆表面进行挂网工作，挂网之后采用锚杆进行锚固加固，锚固完毕再次进行干式喷浆至设计巷道断面。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所述支护方法包括生石灰置换填充、高强度棚式支护、锚网喷挤压成拱支护三部分，所述生石灰置换填充具体方式为在巷道掘进过程中在设计巷道断面的基础上对围岩进行适量超挖，对超挖围岩采用一定厚度的生石灰垫层等强吸水性材料进行填充，生石灰填充层之间留有空隙，为生石灰吸水膨胀预留变形空间；所述高强度棚式支护采用高强度棚式支架进行支护，高强度棚式支架在传统棚式支架的基础上在底拱位置、顶拱位置增加横梁进行加固，顶拱横梁、底拱横梁之间高差满足行人运料要求，相邻两支架之间采用若干连杆进行连接；所述锚网喷挤压成拱支护首先在生石灰置换填充、高强度棚式支护的基础上进行薄层干式喷浆，隔绝外部水源和空气，然后采用短、细、密锚杆进行锚固加固，使围岩形成具有承载能力的承压拱，最后进行干式喷浆至设计巷道断面。本发明所述支护方法针对强膨胀泥化软岩的特点，有效隔绝了围岩膨胀条件，强力补充围岩缺失的一向应力，充分调动围岩的自承能力，其对围岩的控制效果较单纯棚式支护、锚网喷支护，或棚式支护和锚网喷联合支护显著提高。

本发明利用置换填充可以有效吸收强膨胀泥化软岩中的水分，可以隔绝外部水源和空气，控制内部围岩的膨胀变形量和减小围岩膨胀变形的外部诱因；高强度棚式支护可以提供较高的支护强度，有效补充围岩缺失的一向应力，同时相邻支架间的连杆加固可以有效提高支架的整体稳定性，起到良好的限制围岩变形的目的；锚网喷挤压成拱支护可以在围岩形成稳定的拱式承载结构，改变强膨胀泥化软岩自身无承载能力的现状，充分调动围岩自身的承载能力。