一種深部巷道非連續雙殼加固方法

2023-05-14 18:23:26 2

一種深部巷道非連續雙殼加固方法
【專利摘要】本發明是一種深部巷道非連續雙殼加固方法，針對深井巷道受到高地應力及地質構造的影響，巷道全斷面的變形破壞嚴重，圍巖穩定難以控制。首先在巷道頂幫進行錨梁網索支護，並施加較大的預緊力，頂幫打3m注漿孔，實施中深部注漿，注漿加固圍巖與錨梁網索支護結構共同形成應力承載內殼體；其後採用全斷面長環形支架對巷道進行二次支護，利用全斷面長環形支架較大的增阻性和可縮性形成應力承載外殼體；內外殼體之間墊大約60mm厚的背板形成柔性層。內外殼體和中間的柔性層形成非連續雙殼支護結構，有效地控制巷道圍巖穩定。該方法操作簡單，施工方便，主要應用於深部工程軟巖巷道控制工程。
【專利說明】一種深部巷道非連續雙殼加固方法
【技術領域】:
[0001 ] 本發明涉及深部巷道非連續雙殼加固方法，特別適用於巷道埋深大於800m、底鼓量大、全斷面變形破壞嚴重的永久性巖石大巷工程。
【背景技術】
[0002]當前我國煤礦開採深度正以每年10?12m的速度增加，煤炭資源進入深部開採已成為必然趨勢，可以預計在未來20a內我國很多煤礦將進入到800?1200m的深度。隨著採深的不斷增加，巷道受地應力的影響也越來越大，巷道圍巖轉變為工程軟巖，巷道全斷面的變形破壞嚴重，底臌量大等，傳統的巷道支護理論和技術已不適應深部巷道圍巖控制，巷道的支護成本以及返修率成倍的增加，對深部煤炭資源的開採造成嚴重的影響。

【發明內容】

[0003]本發明提供一種適用於埋深大、地應力高、圍巖穩定性差、變形嚴重、服務年限長的巖石巷道的加固方法，能有效控制深部巷道穩定，減少支護成本。
[0004]本發明解決技術問題採用如下技術方案:
[0005]本發明提供一種深部巷道非連續雙殼加固方法，其特點是按如下步驟進行:
[0006](I)巷道掘進後立即進行錨梁網索一次支護，首先掘出巷道毛斷面I立即進行初噴混凝土 2厚度20mm，然後掛梁網打錨杆3和錨索4，最後復噴混凝土 5厚度80mm，復噴過程中要對欠開挖的部位加以鑿除，對噴射混凝土表面凹凸部位分層噴射找平，將外漏的錨杆桿頭、錨索索頭進行適當的切除，並用水泥漿進行磨平，以方便後續長環形支架的架設和柔性層的墊設；
[0007](2)應力承載內殼，復噴結束後5-10天，實施中深部注漿工作，頂幫打深度為
2.5-3m的注漿孔6安裝注漿管實施中深部注漿，形成內部注漿加固體，內部加固體與錨梁網索支護結構共同組成應力承載內殼7。
[0008](3)應力承載外殼，注漿工作結束後1-2天實施二次支護，二次支護採用長環形支架』形成應力承載外殼8 ；
[0009](4)柔性層，二次支護中架設長環形支架的同時，在長環形支架和復噴層之間從下到上依次墊設大約60_厚的背板9形成柔性層。
[0010](5)最後用混凝土進行底板澆築10，形成設計要求的巷道淨斷面11。
[0011]步驟I所述的混凝土噴層總厚度100mm，強度為C20，初噴層厚度20mm，復噴層厚度80mmo
[0012]步驟I所述錨杆為超強螺紋鋼錨杆，直徑22mm，長度2400mm ;所述錨杆間排距為800mmX800mm ;所述鋼筋網為直徑6.5mm鋼筋焊接而成，網片長X寬為1200mmX 900mm，網孔規格為60mmX 60mm，搭接長度為IOOmm ;所述梯子梁由14#鋼筋製作而成，每段長X寬為4850mmX 80mm。
[0013]步驟I所述錨索為直徑17.8mm,頂部對稱布置3根長度為8000_的錨索，兩幫各布置I根長度4200mm的錨索；所述頂錨索間排距為2000mmX 1600mm,幫錨索在巷道腰線布置一根，離底板高度為1300mm,排距1600mm。
[0014]步驟I所述頂板錨杆預緊力為75KN，兩幫錨杆預緊力為35KN ;頂幫錨索預緊力為100KN。
[0015]步驟2所述頂幫注眾管為Φ42ι?πι的無縫鋼管,注眾管長度為2000mm-2500mm。
[0016]步驟2所述注漿液為425#水泥、ACZ-1水泥注漿添加劑、水組成，其比例為I: 0.08: 2，注漿壓力 4-6MPa。
[0017]步驟3所述長環形支架由四節U36型鋼搭接而成，支架排距為800mm ；U36型鋼每節長4400mm,中心彎曲半徑為1200mm,兩端彎曲半徑為3500mm,兩端水平長度為3477mm。
[0018]步驟4所述的背板是一種超高分子量聚乙烯板，其斷裂拉伸強度40MPa，斷裂伸長率350%，彎曲彈性模量600MPa，能夠適應一定的巖體變形量，協調內、外殼體協同變形，吸收部分巖體變形能；同時傳遞外殼支護阻力，提高巖體支護強度，有效的預防巖體變形破壞。其幾何尺寸長X寬X高為1600mmX300mmX60mm,每兩架敷設一排。
[0019]步驟5所述的底板澆築混凝土強度為C30。
[0020]本發明的非連續雙殼加固方法是:巷道掘進後首先在巷道頂幫進行錨梁網索支護，並施加較大的預緊力，頂幫打2.5-3m注漿孔，實施中深部注漿，注漿加固圍巖與錨梁網索支護結構共同形成應力承載內殼體；其後採用全斷面長環形支架對巷道進行二次支護，利用全斷面長環形支架較大的增阻性和可縮性形成應力承載外殼體；內外殼體之間墊約60mm厚底的背板形成柔性層，內外殼體和中間的柔性層形成非連續雙殼支護結構。
[0021]本發明的顯著效果在於，本發明與現有技術理論相比，本發明通過分步驟、多層次的支護和加固方法，形成了非連續雙殼疊加支護結構，改變了圍巖應力分布狀態將應力的集中區及其峰值轉移到較遠的內部殼體當中，有效地組隔了深部地應力的傳播，保持了深部巷道圍巖的穩定，兩殼體及其中間的柔性層對控制深部巷道非常有效，能夠緩衝圍巖的變形。本發明的方法應用範圍非常廣泛，不但適用於新掘進巷道，而且適用於返修巷道，尤其適用於深部巖石巷道工程。本發明的方法已形成一套完善的非連續雙殼支護技術，本方法簡單，易於實施，支護效果好，具有廣泛的推廣應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發明內殼體加固示意圖；
[0023]圖2是本發明中部柔性層加固示意圖；
[0024]圖3是本發明外殼體加固示意圖；
[0025]圖4是本發明非連續雙殼體加固示意圖
[0026]圖中標號:1巷道毛斷面；2初噴混凝土層；3錨杆；4錨索；5復噴混凝土層；6注漿孔；7應力承載內殼；8應力承載外殼；9柔性層；10底板回填層；11巷道淨斷面；12U36型鋼；13U鋼連接件。
【具體實施方式】
[0027]現結合附圖並以某礦為例，詳細說明本發明的技術方案:
圖4所示，本發明的深部巷硐非連續雙殼加固方法，主要是解決高應力、全斷面變形破壞嚴重的巷道穩定性問題，例如某礦總迴風下山埋深800m，巷道基本沿煤巖層傾向掘進，坡度3%。?23°，巷道大部分層位在2#煤的上部約20?55m位置處，圍巖以砂巖為主，巷道掘進過程中湧水量正常為25m3/h，最大為45m3/h。實測最大水平主應力為30.63MPa，方向為近東西向，與巷道交角75°，屬典型的高應力工程軟巖巷道。巷道斷面為直牆半圓拱，原支護採用錨梁網支護，巷道全斷面變形、破壞嚴重。該巷道2008年完成，期間返修過2次，支護效果極差。本發明具體實施步驟如下:
[0028](I)巷道擴修後立即進行錨梁網索一次支護，首先擴毛斷面I後即進行混凝土初噴2厚度20_，及時封閉圍巖防止掉渣及圍巖風化；在巷道頂板和兩幫鋪設鋼筋網，鋼筋網搭接處用鐵絲或鋼絲連接，頂板打設臨時支護錨杆，託上鋼筋梁，按設計位置要求打設頂板錨杆孔，安裝樹脂藥卷和錨杆，用錨杆機攪拌樹脂藥卷至規定時間，停止攪拌等待Imin左右，擰緊螺母，按此施工工序安裝其它錨杆和錨索；最後復噴混凝土 5厚度80_。錨杆選用φ22的超強螺紋鋼錨杆，長度2.4m,間排距為800mmX 800mm ;鋼筋網為直徑6.5mm鋼筋焊接而成，網片長X寬為1200mmX900mm，網孔規格為60mmX60mm，搭接長度為IOOmm梯子梁由14#鋼筋製作而成，每段長X寬為4850mmX80mm;錨索選用直徑為17.8mm預應力錨索，頂部對稱布置3根長度為8000mm的錨索，兩幫各布置I根長度4200mm的錨索，頂錨索間排距為2000mmX 1600mm，幫錨索在巷道腰線布置一根，離底板高度為1300mm，排距1600mm ;頂板錨杆預緊力為75KN，兩幫錨杆預緊力為35KN，頂幫錨索預緊力為100KN ;復噴過程中要對欠開挖的部位加以鑿除，對噴射混凝土表面凹凸部位分層噴射找平，將外漏的錨杆桿頭、錨索索頭進行適當的切除，並用水泥漿進行磨平，以方便後續長環形支架的架設和柔性層的墊設；
[0029](2)復噴結束後5-10天，實施中深部注漿工作，頂幫打深度為2.5_3m的注漿孔6安裝注漿管實施中深部注漿，形成內部注漿加固體，內部注漿加固體與錨梁網索支護結構共同組成應力承載內殼7。
[0030](3)注漿工作結束後1-2天實施二次支護，二次支護採用長環形支架，形成應力承載外殼8 ；
[0031](4) 二次支護中架設長環形支架施工的同時，在長環形支架和復噴層之間從下到上依次墊設大約60_厚的背板9形成柔性層。
[0032](5)最後用混凝土進行底板澆築10，形成設計要求的巷道淨斷面11。
[0033]巷道返修工藝過程:巷道擴修至設計斷面一初噴混凝土一錨梁網索一次支護一復噴混凝土一打中深部注漿孔一中深部注漿一長環形支架二次支護一添加柔性層一底板混凝土燒築。
【權利要求】
1.一種深部巷硐非連續雙殼加固方法，其特徵是按如下步驟進行: 步驟1，巷道掘進後立即進行錨梁網索一次支護，首先掘出巷道毛斷面立即進行初噴混凝土，初噴混凝土層厚度為20_，然後掛梁網打錨杆和錨索，最後復噴混凝土，復噴混凝土層厚度為80mm ;復噴過程中要對欠開挖的部位加以鑿除，對噴射混凝土層表面凹凸部位分層噴射找平，將外漏的錨杆桿頭、錨索索頭進行適當的切除，並用水泥漿進行磨平，以方便後續長環形支架的架設和柔性層的墊設； 步驟2，復噴結束後5-10天，實施中深部注漿工作，頂幫打深度為2.5-3m的注漿孔安裝注漿管實施中深部注漿，形成內部注漿加固體，內部加固體與錨梁網索支護結構共同組成應力承載內殼； 步驟3，注漿工作結束後1-2天實施二次支護，二次支護採用長環形支架，形成應力承載外殼； 步驟4，二次支護中架設長環形支架的同時，在長環形支架和復噴混凝土層之間從下到上墊設60mm厚的背板形成柔性層； 步驟5，用混凝土進行底板澆築，形成設計要求的巷道淨斷面。
2.如權利I所述的方法，混凝土噴層總厚度100mm，強度為C20。
3.如權利I所述的方法，其特徵是:步驟I所述錨杆為超強螺紋鋼錨杆，直徑22mm，長度2400mm ;所述錨杆間排距為800mmX800mm ;所述鋼筋網為直徑6.5mm鋼筋焊接而成，網片長X寬為1200mmX900mm，網孔規格為60mmX60mm，搭接長度為100mm;所述梯子梁由14#鋼筋製作而成，每段長X寬為4850mmX80mm。
4.如權利I所述的方法，其特徵是:步驟I所述錨索為直徑17.8mm,頂部對稱布置3根長度為8000mm的錨索，兩幫各布置I根長度4200mm的錨索；頂錨索間排距為2000mmX 1600mm，幫錨索在巷道腰線布置一根，離底板高度為1300mm，排距1600mm ;頂錨索和幫錨索預緊力均為100KN。
5.如權利I所述的方法，其特徵是:步驟I中錨杆包括頂板錨杆和幫錨杆，所述頂板錨杆預緊力為75KN，幫錨杆預緊力為35KN。
6.如權利I所述的方法，其特徵是:步驟2中頂幫注漿管為Φ42πιπι的無縫鋼管，注漿管長度 2000mm-2500mm。
7.如權利I所述的方法，其特徵是:步驟2中注漿使用的注漿液為425#水泥、ACZ-1水泥注漿添加劑、水組成，其重量比例為1: 0.08: 2 ;注漿壓力4-6MPa。
8.如權利I所述的方法，其特徵是:步驟3所述長環形支架由四節U36型鋼搭接而成，支架排距為800mm ；U36型鋼每節長4400mm,中心彎曲半徑為1200mm,兩端彎曲半徑為3500mm,兩端水平長度為3477mm。
9.如權利I所述的方法，其特徵是:步驟4所述的背板是一種超高分子量聚乙烯板，其斷裂拉伸強度40MPa，斷裂伸長率350%，彎曲彈性模量600MPa，能夠適應一定的巖體變形量，協調內、外殼體協同變形，吸收部分巖體變形能；同時傳遞外殼支護阻力，提高巖體支護強度，有效的預防巖體變形破壞，其幾何尺寸長X寬X高為1600_X300_X60mm，每兩架敷設一排。
10.如權利I所述的方法，其特徵是:步驟5所述的底板澆築混凝土強度為C30。
【文檔編號】E21D11/10GK103982197SQ201410228806
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】楊本生, 王仲永, 孫利輝 申請人:河北工程大學