多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法及结构与流程

1.本发明涉及巷道支护技术领域，尤其涉及一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法及结构。


背景技术：

2.巷道围岩控制技术是煤炭开采中的一项关键技术，安全、合理、有效的巷道支护技术是保证矿井高产高效的必要条件。
3.针对巷道开挖过程中的围岩控制问题，常规的锚网索支护因其安全、方便，得到了大规模的推广应用。通过锚杆锚索支护在围岩中形成稳定的加固区带，充分发挥围岩自身的承载作用，保证了围岩的稳定。
4.但是，在煤矿巷道开挖过程中，围岩地质条件复杂、裂隙发育，不同的岩层中高岭土、绿泥石等软岩成份含量较高，受开挖过程中淋水、温度及地质构造的影响，往往造成巷道围岩控制过程中，锚杆锚索锚固力不足，围岩变形较大，断面严重收缩，造成煤矿巷道多次修复，甚至可能引发顶板灾害事故，对煤矿的安全生产造成严重影响。


技术实现要素：

5.本发明提供一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法及结构，用以解决现有技术中因围岩大变形导致的锚杆锚索锚固过程中锚固力不足及后期衰减严重的情况的缺陷，实现提高围岩控制的安全程度和效果。
6.本发明提供一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法，包括：
7.在巷道的围岩钻孔形成锚孔，并在所述锚孔的孔壁进行多段切槽形成切槽段；
8.将锚固件放入所述锚孔，并在所述锚固件靠近巷道侧壁的尾部放入封孔装置，所述封孔装置封堵于所述锚孔；
9.在所述锚孔内通过高压劈裂注浆形成注浆段，以使所述注浆段周围的围岩形成高压劈裂注浆强化区。
10.根据本发明提供的一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法，所述在所述锚孔内通过高压劈裂注浆形成注浆段的步骤，包括：
11.在所述锚孔的底部先注入树脂锚固剂形成锚固剂锚固段，所述锚固剂锚固段包裹所述锚固件的锚固端；
12.在所述锚孔的其余部分通过高压劈裂注浆形成所述注浆段。
13.根据本发明提供的一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法，所述在所述锚孔内通过高压劈裂注浆形成注浆段的步骤，包括：
14.在所述锚孔的全长段通过高压劈裂注浆形成所述注浆段。
15.根据本发明提供的一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法，所述在巷道的围岩钻孔形成锚孔，并在所述锚孔的孔壁进行多段切槽的步骤，包括：
16.根据钻孔深度和围岩性质确定多段所述切槽段的间距；
17.利用钻孔切槽工具进行多段切槽，通过一次成孔形成所述锚孔和切槽段。
18.根据本发明提供的一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法，所述将锚固件放入所述锚孔的步骤，之前：
19.在所述锚固件的杆体上设置多个摩擦结构，根据钻孔深度确定多个所述摩擦结构的间距。
20.本发明还提供一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构，包括：
21.锚固件，所述锚固件设于巷道侧壁，所述锚固件靠近所述巷道侧壁的尾部设有封孔装置；
22.注浆段，所述注浆段位于巷道围岩内，所述注浆段具有多段沿锚固件长度方向间隔布置的注浆切槽段，所述注浆段包裹于所述锚固件，并抵接于所述封孔装置；
23.高压劈裂注浆强化区，所述高压劈裂注浆强化区位于所述注浆段的外周。
24.根据本发明提供的一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构，所述多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构还包括锚固剂锚固段，所述锚固剂锚固段具有多段沿锚固件长度方向间隔布置的锚固剂切槽段，所述锚固剂锚固段与所述注浆段沿所述锚固件的长度方向并列布置，所述锚固剂锚固段位于所述锚固件的锚固端一侧。
25.根据本发明提供的一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构，所述注浆段自所述锚固件的锚固端延伸至所述封孔装置。
26.根据本发明提供的一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构，所述锚固件的杆体上还设置有多个间隔布置摩擦结构，所述注浆段包裹于所述摩擦结构。
27.本发明还提供一种巷道围岩改性结构，包括多个如上述任一种所述的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构；
28.相邻的所述多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构的高压劈裂注浆强化区交叉布置。
29.本发明提供的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法及结构，通过多段切槽形成的切槽段提高了锚固段的锚固强度，并且，在注浆时，通过劈裂注浆形成的高压劈裂注浆强化区对周围围岩改性，提高锚孔周围围岩的强度，提高锚固段及围岩的密实性，通过锚固件支护，显著提高大变形软岩巷道快速掘进及围岩的控制效果，并提升软岩大变形巷道顶板管理水平。相较于现有技术给出的锚固件锚索支护方法而言，本发明给出的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法，锚固件锚固稳定，提高了围岩控制的安全程度和效果。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
31.图1是本发明提供的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法的流程示意图；
32.图2是本发明提供的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构的示意图之一；
33.图3是本发明提供的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构的示意图之二；
34.图4是本发明提供的巷道围岩改性结构的示意图；
35.附图标记：
36.10：锚固件；
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11：封孔装置；
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12：注浆托盘；
37.13：摩擦结构；
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20：注浆段；
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21：注浆切槽段；
38.22：高压劈裂注浆强
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30：锚固剂锚固段；
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31：锚固剂切槽段。化区；
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
40.在对巷道进行支护时，锚固件是用作在巷道围岩中形成加固区带的，发挥围岩自身的承载作用，保证围岩稳定，因此，需要保证锚固件锚固稳定，不能出现锚固力不足、支护失效的问题，对此，本发明给出的方法和结构针对软岩或锚固失效巷道可提高锚固件的锚固效果。本发明的方法和结构不仅限于用在巷道，根据需要也可用于其他需要提高支护效果的地方。并且，本发明的方法和结构可为在巷道开挖前的预设支护方法，也可为在后期巷道修复时的修复支护方法，其中，在巷道修复时，需要先将巷道修复至巷道初始设计形状，然后采用本发明的方法。巷道的形状可不限于本发明实施例中给出的拱形，根据使用需要，也可为方形或其他形状，不作赘述。
41.此处所说的锚固件可以为锚杆或锚索等锚固结构。
42.下面结合图1-图4描述本发明的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法及结构。
43.请结合参阅图1，其中，本发明实施例中，多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法，包括：
44.在巷道的围岩钻孔形成锚孔，并在所述锚孔的孔壁进行多段切槽形成切槽段；钻孔是垂直于巷道的侧壁施工的，切槽段形成在锚孔的孔壁，切槽段的位置和间距不作限制，本实施例中，切槽段呈圆环状的环形孔结构，该结构的切槽段可提高锚固段置于围岩的结构强度，避免锚固段脱离围岩，提高锚固件10支护效果，进一步的，在一实施例中，该切槽段朝向锚孔口的顶壁可沿远离锚孔的方向朝锚孔口倾斜布置，以进一步调高该锚固段的结构强度，而在其他实施例中，切槽段也可是一侧开口的矩形凹槽或其他形状的加强结构，本发明中不作限制。
45.将锚固件10放入所述锚孔，并在所述锚固件10靠近巷道侧壁的尾部放入封孔装置11，所述封孔装置11封堵于所述锚孔；锚固件10的尾部设有封孔装置11，本实施例中，该封孔装置11为杆体握裹式侧向封孔装置，封孔装置11的封口器接口可与注浆泵相连，以向锚孔内注浆，并避免泥浆漏出，另外，在锚固件10的尾部还设有注浆托盘12，注浆托盘12抵住巷道的侧壁，可用来固定锚网等结构。
46.在所述锚孔内通过高压劈裂注浆形成注浆段20，以使所述注浆段20周围的围岩形成高压劈裂注浆强化区22；锚孔内采用高压劈裂注浆，可将填充到周围的裂隙中，从而对周围裂隙实现改性，形成高压劈裂注浆强化区22，达到微型钻孔桩的效果，提高围岩的密实性，保证锚固效果，本实施例中，高压劈裂注浆为低压充填高压劈裂时序注浆。
47.另外，在钻孔之前，首先要对巷道围岩进行应力、结构(如围岩裂隙)、软岩成分(如高岭土、绿泥石等)及影响范围等进行调查，对调查结果进行评估，确定弱胶结软岩和高应力软岩的特点，在前期调查基础上，确定单根锚固件10围岩控制宽度和锚固件10需要钻孔的深度，以便于后续施工。
48.本实施例中，通过多段切槽形成的切槽段提高了锚固段的锚固强度，并且，在注浆时，通过劈裂注浆形成的高压劈裂注浆强化区22对周围围岩改性，提高锚孔周围围岩的强度，提高锚固段及围岩的密实性，通过锚固件10支护，显著提高大变形软岩巷道快速掘进及围岩的控制效果，并提升软岩大变形巷道顶板管理水平。相较于现有技术给出的锚固件10锚索支护方法而言，本发明给出的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制方法，锚固件10锚固稳定，提高了围岩控制的安全程度和效果。
49.请结合参阅图1，本发明一实施例中，至少有两种锚固件10锚固方法，实施例一中，所述在所述锚孔内通过高压劈裂注浆形成注浆段20的步骤，包括：
50.在所述锚孔的底部先注入树脂锚固剂形成锚固剂锚固段30，所述锚固剂锚固段30包裹所述锚固件10的锚固端；
51.在所述锚孔的其余部分通过高压劈裂注浆形成所述注浆段20。
52.在锚孔底部采用树脂锚固，形成一定长度的锚固剂锚固段30，其余部分则采用注浆方式进行，需知的是，锚固剂锚固段30也是填充在上述给出的切槽段的，因此能够保证锚固件10端部的锚固效果，该方法适用于掘进巷道或对支护时间要求较为严格的巷道，实施效率高。
53.请结合参阅图1，而在另一实施例中，所述在所述锚孔内通过高压劈裂注浆形成注浆段20的步骤，包括：
54.在所述锚孔的全长段通过高压劈裂注浆形成所述注浆段20。
55.即，在锚孔的全部区域注浆，可提高整个锚固段的强度，且高压劈裂注浆强化区22相较于上述实施例更大，因此，周围围岩的结构强度更高，该方法适用于对支护时间较为宽松的巷道。
56.请结合参阅图1，本发明一实施例中，所述在巷道的围岩钻孔形成锚孔，并在所述锚孔的孔壁进行多段切槽的步骤，包括：
57.根据钻孔深度和围岩性质确定多段所述切槽段的间距；
58.利用钻孔切槽工具进行多段切槽，通过一次成孔形成所述锚孔和切槽段。
59.在巷道掘进钻孔过程中，采用机械或水力切槽的方式，在孔壁间隔一定的距离形成自切槽，避免了普通扩孔的二次施工，提高钻孔效率，本实施例中，多段切槽段间距相等，以提高锚固段整体的强度。
60.当然，在其他实施例中，也可先钻孔，然后在锚孔中多次切槽得到切槽段，不作赘述。
61.请结合参阅图1，此外，本发明一实施例中，所述将锚固件10放入所述锚孔的步骤，之前：
62.在所述锚固件10的杆体上设置多个摩擦结构13，根据钻孔深度确定多个所述摩擦结构13的间距。
63.通过设置摩擦结构13，可使得锚固件10和锚固段之间的连接强度进一步提高，以
提高支护效果，本实施例中，多个摩擦结构13之间的间距相等，以提高锚固件10整体的锚固效果。可选的，摩擦结构13的距离为30-50cm，具体可根据围岩条件进行调整。
64.在一实施例中，该摩擦结构13可以为多个焊接于锚固件10外周的螺钉，在注入泥浆后，螺钉和浆液可形成钢筋混凝土的结构，进一步增加整体的结构强度。当然，在其他实施例中，摩擦结构13也可为环绕于锚固件10外周的钢丝或其他结构，不作赘述。
65.本发明一实施例中，在使用高压劈裂注浆时，对于煤巷注浆压力不大于10mpa，对于岩巷注浆压力不大于30mpa，以保证注浆效果，且满足高压劈裂注浆对钻孔围岩裂隙的充填，以对围岩进行强化。
66.请结合参阅图2和图3，基于上述方法，本发明得到了一种多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构，包括：
67.锚固件10，所述锚固件10设于巷道侧壁，所述锚固件10靠近所述巷道侧壁的尾部设有封孔装置11；
68.注浆段20，所述注浆段20位于巷道围岩内，所述注浆段20具有多段沿锚固件10长度方向间隔布置的注浆切槽段21，所述注浆段20包裹于所述锚固件10，并抵接于所述封孔装置11；
69.高压劈裂注浆强化区22，所述高压劈裂注浆强化区22位于所述注浆段20的外周。
70.该结构提高了锚固段和周围围岩的结构强度，因而，锚固件10锚固稳定，提高了围岩控制的安全程度和效果。
71.对应上述方法，在采用树脂锚固剂和注浆同时填充锚孔时，所述多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构还包括锚固剂锚固段30，所述锚固剂锚固段30具有多段沿锚固件10长度方向间隔布置的锚固剂切槽段31，所述锚固剂锚固段30与所述注浆段20沿所述锚固件10的长度方向并列布置，所述锚固剂锚固段30位于所述锚固件10的锚固端一侧。
72.在采用全长段注浆时，所述注浆段20自所述锚固件10的锚固端延伸至所述封孔装置11。
73.另外，所述锚固件10的杆体上还设置有多个间隔布置摩擦结构13，所述注浆段20包裹于所述摩擦结构13。基于上述两种锚固件10锚固方法，在采用树脂锚固剂和注浆同时填充锚孔时，锚固剂锚固段30和注浆段20均会包裹摩擦结构13，并和摩擦结构13充分接触，提高锚固件10的锚固强度，在采用全长段注浆时，整个锚固段会形成类似钢筋混凝土的结构，进一步提高整体的强度。
74.请结合参阅图4，此外，本发明还提供一种巷道围岩改性结构，包括多个如上述所述的多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构；
75.相邻的所述多段切槽和劈裂注浆改性围岩协同控制结构的高压劈裂注浆强化区22交叉布置。
76.即，为了提高巷道整体的控制效果，设置多个协同控制结构，且高压劈裂注浆强化区22交叉布置，从而使得巷道的围岩结构改性，强度极大的提高，形成巷道围岩整体锚固结构，保证巷道围岩稳定，大大提高了巷道围岩的控制效果。
77.具体的，在前期调查基础上，确定单锚固件10围岩控制宽度，以此来确定相邻锚固件10之间的距离，本实施例中，沿巷道围岩的宽度方向，多个锚固件10均匀间隔设置。进一步的，沿巷道围岩的长度方向，多个锚固件10均匀间隔设置，且多个锚固件10整体呈梅花状
布置，这样，相比与其他方式，可保证围岩整体改性，效果更佳，进而提高巷道围岩的结构强度，以提高支护效果。
78.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。