煤矿深井巷道穿越断层破碎带管幕超前支护施工方法

摘要

本发明公开了一种煤矿深井巷道穿越断层破碎带管幕超前支护施工方法，步骤是：A、在断层破碎带两端分别构筑始发工作室和接收工作室；B、对始发工作室和接收工作室巷道采用分步联合支护方案进行加固；C、根据洞口岩性破碎情况采用超前注浆进行加固；D、利用软岩顶管机将钢管按圆形或椭圆形断面依次从始发工作室穿越断层破碎带顶进到接收工作室；E、钢管顶进过程中通过管内预设的环形注浆系统注入减阻润滑材料，最后在钢管内注入素混凝土，形成管幕保护体；F、管内混凝土达到设计龄期后，在管幕体内进行巷道的后续开挖支护。该方法简单，安全可靠，对高应力极破碎软弱且裂隙水发育的断层密集分布带巷道安全掘进效果明显。

权利要求

1.一种煤矿深井巷道穿越断层破碎带管幕超前支护施工方法，其步骤是：

A、在断层破碎带两端分别构筑始发工作室（1）和接收工作室（2），始发工作室（1）和接收工作室（2）断面尺寸根据管幕顶进钢管（4）尺寸而定，为设计巷道向外围扩展800～

1200mm，沿巷道轴线方向延伸长度为5～8m；

B、对始发工作室（1）和接收工作室（2）巷道采用分步联合支护方案对其进行加固，并对始发工作室（1）的顶管机反力工作面（3）进行注浆，然后浇注厚度为300~500mm的混凝土反力基础；

C、根据洞口岩性破碎情况采用超前注浆或喷浆对进出洞口的破碎岩体进行加固；

D、利用软岩顶管机将直径600～1000mm的钢管（4）按圆形或椭圆形断面依次从始发工作室（1）穿越断层破碎带顶进到接收工作室（2），钢管（4）顶进顺序为先顶进巷道断面底部钢管（4）再依次往上，采用不等长钢管（4）交替顶进，单节顶进长度控制在5～10m，轴向钢管之间采用连接环（9）连接，垂直于巷道轴向方向相邻钢管（4）之间通过锁扣（6）连接，锁扣（6）采用两根100～200mm的开口钢管和两根50～100mm的钢管加工；

E、环形注浆系统（5）是由一根主注浆管（8）连接5～10个环形注浆管（7）组成的管内注浆系统，环形注浆管（7）采用100～200mm的钢管加工成环形，并在管上均匀分布5个

50～100mm的注浆接头，管内多断面同时注浆，在钢管（4）顶进过程中通过管内预设的环形注浆系统（5）注入减阻润滑材料，全断面所有钢管（4）顶进结束后，通过环形注浆系统（5）对钢管连接处及其周围岩体进行注浆加固，注浆结束后，在钢管内注入强度等级C20的素混凝土，形成管幕保护体；

F、管内混凝土达到设计龄期后，在管幕保护体内进行巷道的后续开挖支护，确保煤矿深井巷道安全高效穿越断层破碎带。

说明书

煤矿深井巷道穿越断层破碎带管幕超前支护施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于深部井巷工程施工技术领域，更具体涉及一种煤矿深井巷道穿越断层破碎带的管幕超前支护施工方法，适用于煤矿深井巷道穿越断层破碎带超前支护，尤其适用于高地应力极松软破碎富水围岩地段巷道支护，实现巷道安全高效掘进。

背景技术

[0002] 在煤矿深部巷道掘进过程中，经常遇到同一地段围岩经历过多次构造运动的反复挤压和剪切作用的情况。这些地段断层分布密集，构造应力高，围岩破碎软弱，亲水性强。裂隙水发育时围岩泥化现象严重，易产生膨胀大变形。在这类断层密集分布的高应力松软围岩富水地段进行巷道掘进，常遭遇大范围垮冒、挤压大变形失稳、难以安全通过的巨大难题。某些矿区曾采用地面预注浆结合工作面超前注浆、超前小管棚和U型钢支架等多重超前支护形式都难以奏效，掘进过程中仍然出现巷道顶拱和掌子面等大范围垮冒，支护结构难以承受围岩挤压大变形而失稳的情况，不仅增加了工程投资，还延误了生产，给煤矿带来重大安全问题和经济损失。因此，亟需一种能有效支护这种高应力松软围岩，实现煤矿深部断层破碎带巷道掘进安全高效通过的施工方法。

发明内容

[0003] 本发明的目的是在于提供了一种煤矿深井巷道穿越断层破碎带管幕超前支护施工方法，该方法工序简单，安全可靠，对高应力极破碎软弱且裂隙水发育的断层密集分布带巷道安全掘进效果明显。

[0004] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术措施：

[0005] 在断层破碎带两端分别构筑始发工作室和接受工作室，采用软岩顶管机从始发工作室将带有锁扣的钢管依次顶进到接收工作室，使其在设计巷道断面外围形成圆形或椭圆形的封闭结构，并通过钢管内设置的环形注浆系统对锁扣连接处及周围岩体进行注浆加固，与钢管共同形成封闭的管幕体，然后在管幕体超前支护措施的保护下对巷道进行开挖和后续支护。

[0006] 一种煤矿深井巷道穿越断层破碎带的管幕超前支护施工方法，其步骤是：

[0007] A、在断层破碎带两端分别构筑始发工作室和接收工作室，始发工作室和接收工作室的断面尺寸为设计巷道向外围扩展800～1200mm，沿巷道轴线方向延伸5～8m；

[0008] B、对始发工作室和接收工作室采用“分步联合支护”方案（刘泉声，高玮，袁亮，《煤矿深部岩巷稳定控制理论与支护技术及应用》，科学出版社，2010年1月）进行加固，并对始发工作室顶管机反力工作面进行注浆及喷射混凝土补强加固，并浇注混凝土反力基础；

[0009] C、对进出洞口的破碎岩体采用喷浆或超前预注浆进行加固；

[0010] D、利用软岩顶管机将直径600～1000mm的钢管按圆形或椭圆形断面依次从始发工作室穿越断层破碎带顶进到接收工作室，顶进过程中通过钢管内预先设置的环形注浆系统注入减阻润滑材料以减小钢管顶进过程中的摩阻力，钢管之间通过锁扣连接；

[0011] E、全断面所有钢管顶进结束后，通过环形注浆系统对钢管连接处及其周围岩体进行注浆加固，注浆结束后，在钢管内注入素混凝土，形成管幕保护体；

[0012] F、当管内混凝土达到设计龄期后（约20～28天），在管幕体的保护下进行巷道后续的开挖支护，确保煤矿深井巷道安全高效穿越断层破碎带。

[0013] 所述的钢管内环形注浆系统通过主注浆管连接多个环形注浆管，可实现多断面同时注浆，该系统在钢管顶进过程中注入减阻润滑材料以减小钢管顶进过程中的摩阻力，顶进结束后再注入水泥浆液进行岩体加固。

[0014] 所述的管幕采用圆形或椭圆形的横断面形式，可有效解决巷道掘进过程中的拱顶和掌子面大范围垮冒、片帮和挤压大变形等问题。

[0015] 所述的管幕体钢管采用长短管交替顶进，使相邻管之间接头不在同一平面，避免在管幕接头处出现不稳定面。

[0016] 本发明的优势和效果主要体现在以下几方面：

[0017] 1、适用于煤矿深部断层破碎带巷道的超前支护，尤其是断层密集分布，围岩极破碎软弱，且裂隙水发育的巷道超前支护；

[0018] 2、施工工序简单，安全可靠，对生产进度影响小；

[0019] 3、能有效解决断层破碎带巷道掘进过程中的大范围垮冒和挤压大变形失稳等问题。

[0020] 4、对高应力极破碎软弱且裂隙水发育的断层密集分布带巷道安全掘进效果明显。

附图说明

[0021] 图1为一种煤矿深井巷道穿越断层破碎带管幕施工过程示意图

[0022] 图2 为图1配合示意图

[0023] 图3 为一种管内环形注浆系统示意图

[0024] 图4 为一种钢管衔接示意图

[0025] 其中 1—始发工作室；2—接收工作室；3—顶管机反力工作面；4—钢管；5—环形注浆系统；6—锁扣；7—环形注浆管；8—主注浆管；9—连接环。

具体实施方式

[0026] 现结合附图对本发明作进一步描述：

[0027] 根据图1、图2、图3和图4可知，本发明提供的一种煤矿深井巷道穿越断层破碎带管幕超前支护施工方法包含始发工作室1和接收工作室2，钢管4通过锁扣6相连形成的管幕封闭结构，此外，本施工方法中还包括：为顶管机顶进过程提供反力的顶管机反力工作面3，钢管4内预设的环形注浆系统5，以及用于连接轴向钢管4的连接环9。其具体实施步骤是：

[0028] A、在断层破碎带两端分别构筑始发工作室1和接收工作室2，始发工作室1和接收工作室2断面尺寸根据管幕顶进钢管4尺寸大小而定，一般为设计巷道向外围扩展800～1200mm，沿巷道轴线方向延伸长度也视顶管机大小而定，一般为5～8m；

[0029] B、对始发工作室1和接收工作室2巷道采用“分步联合支护”方案（刘泉声，高玮，袁亮，《煤矿深部岩巷稳定控制理论与支护技术及应用》，科学出版社，2010年1月）对其进行加固，并对始发工作室1的顶管机反力工作面3进行注浆，然后浇注厚度为300~500mm的混凝土反力基础；

[0030] C、根据洞口岩性破碎情况采用超前注浆或喷浆对进出洞口的破碎岩体进行加固，超前注浆采用普通硅酸盐水泥浆液，水灰比0.4～0.5，控制初凝时间在30～50分钟；喷浆采用喷射强度等级C20的混凝土，水灰比为0.4～0.5，重量配合比为水泥：黄沙：瓜子片＝1：2：2，速凝剂掺入量为水泥重量的3％。

[0031] D、利用软岩顶管机（目前国内顶管技术已经比较成熟，有许多专门生产顶管机的厂商可以按照客户需求对顶管机进行改进）将直径600～1000mm的钢管4按圆形或椭圆形断面依次从始发工作室1穿越断层破碎带顶进到接收工作室2，钢管4顶进顺序为先顶进巷道断面底部钢管4再依次往上，采用不等长钢管4交替顶进，单节顶进长度视顶管机型号而定，一般控制在5～10m，轴向钢管之间采用连接环9连接，垂直于巷道轴向方向相邻钢管4之间通过锁扣6连接，锁扣6采用两根100～200mm的开口钢管和两根50～100mm的钢管加工而成；

[0032] E、环形注浆系统5是由一根主注浆管8连接5～10个环形注浆管7组成的管内注浆系统，环形注浆管7采用100～200mm的钢管加工成环形，并在管上均匀分布5个50～100mm的注浆接头，可实现管内多断面同时注浆，在钢管4顶进过程中通过管内预设的环形注浆系统5注入减阻润滑材料（如膨润土浆液）以减小钢管顶进过程中的摩阻力，当全断面所有钢管4顶进结束后，通过环形注浆系统5对钢管连接处及其周围岩体进行注浆加固，注浆结束后，在钢管内注入强度等级C20的素混凝土，形成管幕保护体；

[0033] F、当管内混凝土达到设计龄期（约20～28天）后，在管幕体内进行巷道的后续开挖支护，确保煤矿深井巷道安全高效穿越断层破碎带。