1.一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,包括如下步骤:a.实测深井大断面巷硐群规划布置区域的地质条件,具体包括地质构造、优势节理裂隙走向、围岩岩性、地应力场类型;
b.确定深井大断面巷硐群合理的断面形状、最佳布置轴向、断面尺寸与宽高比、开挖方式、基于软岩层位的优化布置方式,初步规划深井大断面巷硐群整体布置方案;
c.深井大断面巷硐群内部各巷硐布置遵循主要巷硐优先布置、主要巷硐之间平行布置、主要巷硐与辅助巷硐相互垂直布置、非等高巷硐渐进式过渡、尖角区域倒角过渡五项原则,制定深井大断面巷硐群优化布置方案;
d.依据布置方案开掘深井大断面巷硐群,并确保围岩应力壳最大限度靠近大断面巷硐群分布;
e.深井大断面巷硐群开掘期间,及时对自由面围岩初喷混凝土,喷射厚度为40~60mm;
f.安装金属网;
g.架设U型钢拱架;
h.打钻孔并安装锚杆、锚索,锚杆、锚索及金属网共同在围岩内构建加固承载壳,该加固承载壳通过对围岩施加径向约束力提高破碎区、塑性区岩体的残余强度,改善围岩受力条件,充分发挥围岩自承载能力;
i.再次喷射混凝土,两次喷射的混凝土喷层的总厚度不超过200mm,混凝土喷层与U型钢拱架共同在围岩外部构建被动承载壳,混凝土喷层可恢复自由面围岩的三向应力状态并且形成封闭保护层,U型钢拱架在围岩变形并与其密切接触后依靠自身强度对围岩进行加固,可快速控制围岩的持续松弛变形。
2.根据权利要求1所述的一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,步骤b中,深井大断面巷硐群断面形状的最佳选择为直墙半圆拱形、直墙三心拱形或直墙圆弧拱形。
3.根据权利要求1所述的一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,步骤b中最佳布置轴向的确定方法为:同时考虑优势节理裂隙走向及最大水平主应力方向对深井大断面巷硐群围岩稳定性的影响,深井大断面巷硐群轴向与优势节理裂隙走向垂直时最有利于其围岩控制。
4.根据权利要求3所述的一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,在σv型地应力场中,当σH=σh时,深井大断面巷硐群的最佳布置轴向为与最大水平主应力呈45°夹角,当σH≠σh时,深井大断面巷硐群最佳布置轴向为与最大水平主应力平行;
在σH型地应力场中,当σH=σh时,深井大断面巷硐群的最佳布置轴向为与最大水平主应力呈30°夹角,当σH≠σh时,深井大断面巷硐群最佳布置轴向为与最大水平主应力平行;
在σHv型地应力场中,深井大断面巷硐群最佳布置轴向为与最大水平主应力呈0°~15°夹角。
5.根据权利要求1所述的一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,步骤b中断面尺寸与宽高比的确定方法为:各巷硐的断面尺寸应在满足特定使用要求的前提下尽可能减小,当巷硐的径向侧压系数小于0.6或大于1.4时,采用窄长型断面,当径向侧压系数居于0.6~1.4区间内时,采用宽矮型断面。
6.根据权利要求1或5任意一项所述的一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,步骤b中深井大断面巷硐群开挖方式为:对于窄长型断面而言,采用先顶后帮的方式开挖,对于宽矮型断面,采用先帮后顶的方式进行开挖。
7.根据权利要求1所述的一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,步骤b中基于软岩层位的优化布置方式具体为:若软弱岩层厚度超过大断面巷硐群净高度的0.5倍,则当径向侧压系数处于0.6~1.0范围内时,沿软弱岩层布置大断面巷硐群底板最有利于围岩稳定,当径向侧压系数小于0.6或大于1.0时,沿软弱岩层布置大断面巷硐群帮部围岩稳定性最佳;若软弱岩层厚度小于大断面巷硐群净高度的0.5倍,则当径向侧压系数处于0.6~1.0范围内时,沿软弱岩层布置大断面巷硐群近底板帮部最有利于围岩稳定,当径向侧压系数小于0.6或大于1.0时,沿软弱岩层布置大断面巷硐群近顶板帮部围岩稳定性最佳。
8.根据权利要求1所述的一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,在步骤c中,主要巷硐是指实现大断面巷硐群主要功能或断面尺寸在巷硐群内最大的巷道或硐室,相应的其他巷道或硐室则称为辅助巷硐。
9.根据权利要求1或8任意一项所述的一种深井大断面巷硐群围岩的“三壳”协同支护方法,其特征在于,步骤c中,遵循五项原则制定深井大断面巷硐群优化布置方案的具体方法为:根据地应力场类型优先规划主要巷硐的布置轴向,大断面巷硐群内存在多个主要巷硐时,各主要巷硐应同轴线布置或平行布置;当辅助巷硐基于使用要求无法与主要巷硐同轴向布置时,则其与主要巷硐垂直布置;对于深井大断面巷硐群内相互贯通的非等高巷硐而言,对小巷硐的高度进行过渡化处理;大断面巷硐群内邻近巷硐以一定角度交叉时,对尖角区域进行倒角过渡。