[01145674]深井高应力巷道底板预应力锚注加固关键技术及应用

一、任务来源 本鉴定为2015年度国家安全生产重大事故防治关键技术科技项目（henan-0020 -2015AQ）及焦作市科技攻关计划项目（2014110006）共同成果。 二、应用领域和技术原理 深井巷道围岩大变形主要表现为强烈的底鼓现象,底鼓量约占顶底板移近量的2/3~3/4。在某种程度上来说,底鼓的发生进一步加剧了巷道围岩整体破坏的进程,是导致深部巷道围岩整体失稳破坏的关键。而深井巷道底鼓的类型主要是应力型底鼓,底板锚索加固由于其加固范围大,底板围岩加固强度高等特点,是治理底鼓最行之有效的手段。但是,巷道底板锚固孔（尤其是锚索孔的深孔钻进）钻进排渣困难、钻孔直径大,造成底板锚固孔成孔效率低,锚固效果差,成为制约底板锚索加固技术发展的瓶颈,推广应用困难。 本项目以新汶华丰煤矿-1180东岩巷和平煤十二矿己7上部车场为研究背景,针对深井高应力巷道底鼓的特征,通过现场测试、实验室实验、理论分析及工业试验等相结合的方法,建立巷道围岩结构岩体变形破坏力学模型,研究了深井高应力巷道底鼓机理及锚固技术控制底鼓的方法;以流体力学为基本原理,分析了巷道底板锚固孔钻渣运移规律,从底板锚固孔钻进方法到底板锚索预应力锚注加固技术实现快速成孔、即时锚固、集中注浆为一体的巷道底板快速加固技术。 三、主要性能指标 （1）得出深部巷道底鼓以应力型底鼓为主,提出底板高强预应力锚注加固使巷道底板形成一个强力的承载结构,有效控制底鼓的发生。 （2）开发了一套巷道底板下锚上注预应力锚固技术,使得底板锚索集预应力锚固、封孔、注浆为一体的底板锚注加固技术。 （3）得出正循环钻进“钻渣三区”的相互作用是制约底板锚索孔快速钻进的根源,提出泵吸反循环钻进可以根除“钻渣三区”的形成,研制了一套底板锚索孔泵吸反循环钻进系统装置,实现了底板锚索孔的快速钻进。 四、与国内外同类技术的比较 （1）缺乏对深井高应力巷道底鼓发生的机理进行深入研究。巷道多处于呈层状结构的沉积岩中,在长期的地质构造运动中,煤岩体中往往存在多种结构面。对巷道底鼓发生的机理研究时,国内外缺乏考虑结构面分布、产状及力学性质对巷道底鼓的作用。 （2）对深井高应力巷道底板控制机理认识不清。国内外学者在对一般深部巷道围岩控制技术上都有其独特的见解,但对于目前的深井高应力巷道围岩的控制,这些技术遇到了严重挑战。在高地应力作用下,深井高应力巷道顶底板和两帮是一个相互作用的有机体,不能隔开任何一方面进行支护,尤其对巷道底板的控制问题没有引起足够的重视。 （3）深井高应力巷道底板锚索加固是控制巷道底鼓最有效的手段,但巷道底板施工机具及施工工艺成为制约巷道底板锚杆支护实现的关键因素。由于煤矿巷道底板的地质条件和所处的特殊环境,现有的施工机具在底板打锚固孔时,造成成孔效率极低,锚固孔直径大,产生了一系列的影响：①锚索锚固效率低;②底板锚固速度跟不上巷道掘进速度,底板锚杆主动支护的作用得不到充分的发挥;③由于孔径大,锚固力达不到设计的要求;④由于使用水泥浆锚固,无法施加高预紧力;⑤支护成本较高等。 本项目基于以上原因,采用现场测试、实验室实验、理论分析及工业试验等相结合的方法,研究了深井高应力巷道底鼓机理及锚固技术控制底鼓的方法,实现快速成孔、即时锚固、集中注浆为一体的巷道底板快速预应力锚注加固技术。 五、成果的创造性、先进性 本项目是在目前国家煤炭严峻形势下,对煤炭企业节能减耗的提出严峻挑战。本项目经过大量的现场测试,采用实验室实验、理论分析及工业试验等方法,对深井高应力巷道底板进行预应力锚注加固进行研究,得出以下主要 结论： （1）将深井高应力巷道进行区域划分,得出深井巷道围岩各分区之间是一个相互作用的有机统一体,把对巷道底板的控制放在与控制顶帮同等重要的 地位,在支护顶帮的同时进行底鼓的控制。 （2）得出深部巷道底鼓以应力型底鼓为主,底板高强预应力锚注加固使巷道底板形成一个强力的承载结构,有效控制底鼓的发生。 （3）开发了一套巷道底板下锚上注预应力锚固技术,使得底板锚索集预应力锚固、封孔、注浆为一体的底板锚注加固技术。