技術領域

本發明屬于巷道支護技術領域，具體涉及一種矩形巷道頂板冒落防治方法。

背景技術

普氏冒落拱基本理論的基本假設為：①巖體中存在很多節理、裂隙及各種軟弱夾層，巖體被上述非連續夾層切割成幾何尺寸相對很小的巖塊，其間還存在黏結力，因此巷道圍巖可以視為一種有一定黏結力，但抗拉、抗彎及抗剪能力都很弱的松散體；②巷道開挖后，如不及時進行支護，巷道頂部巖體將冒落成一個拱：當巷道兩幫穩定時，則初期冒落拱隨塌落的發展而不斷增高；若兩幫不穩定，則拱跨和拱高會同時增大；當巷道埋深H大于5倍拱跨時，冒落拱不會無限發展，最終將在圍巖中形成一個自然平衡拱；③拱腳處的摩擦抵抗著拱腳的移動并維護拱的穩定；④在拱腳處的水平推力小于拱腳處巖體的最大摩擦力，多余的摩擦力保證拱的穩定性，避免偶然移動而破壞，并且用這個儲備為最大的條件來決定冒落拱的矢高。

實踐表明，普氏冒落拱基本理論在一定程度上反映了客觀地壓規律，但其尚存在以下不足：第一、缺乏對巷道幫部失穩條件的研究：研究表明，巷道幫部的穩定性與巖體自身的強度、巷道埋深及巷道高度等因素密切相關：當巷幫巖性及巷道埋深一定時，巷道高度越大，其穩定性越差；反之亦然；因此，對于某一確定的巷幫而言，應存在一個使巷幫失穩的臨界高度；第二、缺乏對巷幫不同情況剪切滑動的研究：當矩形巷道兩幫不穩定時，巷幫將發生單斜面剪切破壞，表現為巷幫巖體沿單個軟弱面發生滑動。視拉裂面的存在與否，巷幫單斜面剪切滑動又分為有拉裂面滑動和無拉裂面滑動。現有的普氏冒落拱理論僅對無拉裂面滑動時的情況進行了討論。事實上，多數情況下，作為常見的沉積巖，巷幫巖體多發育有垂直或接近垂直的裂隙面。這些裂隙面在巷幫上方支承壓力及其自重的綜合作用下將不斷擴展延伸，從而導致剪切滑動面上部往往與裂隙面銜接，并不直接穿出上部頂部與巷幫的界面，最終形成拉裂面滑動。因而，應用普氏冒落拱基本理論計算冒落拱高度并確定圍巖壓力時往往存在偏差，這直接影響巷道支護參數確定的準確性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種矩形巷道頂板冒落防治方法，其方法步驟簡單、實現方便且使用效果好，能對矩形巷道頂板冒落進行有效防治，避免了矩形巷道的返修工作，且施工成本低。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種矩形巷道頂板冒落防治方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、巷道開挖：對需進行頂板冒落防治的巷道進行開挖；所述巷道為橫斷面為矩形的矩形巷道；

步驟二、圍巖基本力學參數確定：通過對現場所取巖樣進行室內試驗，對步驟一中開挖后的所述矩形巷道的圍巖基本力學參數進行測試，并對測試結果進行同步記錄；

步驟三、巷道支護方案確定：所采用的巷道支護方案為沿巷道延伸方向由前至后布設在矩形巷道內的多個巷道支護單元，多個所述巷道支護單元的結構均相同；

所述巷道支護單元為巷道支護單元一或巷道支護單元二；所述巷道支護單元一包括布設在矩形巷道頂板上的頂板支護體系一；所述巷道支護單元二包括布設在矩形巷道頂板上的頂板支護體系二和布設在矩形巷道左右兩側巷道幫上的巷道幫部支護體系二，所述頂板支護體系二和所述巷道幫部支護體系二均布設在同一巷道斷面上；對所述巷道支護方案進行確定時，需對所述頂板支護體系一或所述頂板支護體系二和所述巷道幫部支護體系二的支護結構分別進行確定，且確定過程如下：

步驟301、巷道幫部失穩判斷：首先，結合步驟二中所確定的圍巖基本力學參數，且根據公式(1)，計算得出巷道幫部失穩時的臨界高度h_cr；之后，對計算得出的巷道幫部失穩時的臨界高度h_cr與矩形巷道的開挖高度H₀進行比較：當H₀≤h_cr時，矩形巷道的巷道幫部處于穩定狀態，之后進入步驟302；反之，矩形巷道的巷道幫部處于不穩定狀態，之后進入步驟303；

式(1)中，c₁和分別為矩形巷道的巷道兩幫巖體剪切滑動面上的粘結力和摩擦角，c₁的單位為N，γ₁為矩形巷道的巷道兩幫巖體的平均容重且其單位為N/m³，γ₂為矩形巷道的上覆巖層的平均容重且其單位為N/m³，H為矩形巷道的埋深且其單位為m，H₀的單位為m；