軟巖巷道錨拉鋼管混凝土抗底臌裝置的製作方法
2023-06-23 02:39:31 1
專利名稱：軟巖巷道錨拉鋼管混凝土抗底臌裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦山巷道、交通隧道、水利涵洞的支護裝置，尤其涉及軟巖巷道的 支護裝置。
背景技術：
我國煤炭資源埋深在IOOOm以下的約為M500萬億噸，佔煤炭資源總量的53. 2%. 目前煤礦開採深度以每年8 12m的速度增加，東部礦井正以每10年100 250m的速度 發展，預計在未來20年很多煤礦將進入到IOOOm至1500m的深度，而隨著開採垂直深度的 增加，就不得不面對一個難題——高應力軟巖。軟巖問題從20世紀60年代就作為世界性難 題被提了出來，特別是煤礦高應力軟巖問題一直是困擾煤礦生產和建設的重大難題之一。目前，在地下工程中，經常遇到在軟巖中施工巷道，巷道底臌是軟巖巷道中常見的 變形和破壞形式。巷道的底臌不同於巷道其它部位的變形，在一般巷道中，兩幫或頂板變形 幾釐米就會穩定下來，即使不穩定，通過一定的加固或支護手段也能得到控制，不會影響巷 道的正常使用。而在軟巖巷道中一旦發生底臌，其變形一般是持續性的，很難自行穩定。而 且由於巷道底板所處的特殊部位，一般的加固和支護方法難於實現。巷道只要有底臌問題 就會直接影響到巷道的正常使用，有的巷道由於持續的底臌難於控制，不得不反覆起底，結 果不但不能使底板穩定下來，而且嚴重地影響到兩幫和頂板的穩定。因此，有效地控制巷道 底臌一直是軟巖巷道支護中難度較大的課題之一。為有效控制底臌，國內外學者進行了大量的探索，提出了許多底臌控制技術。在國 外，德國的奧頓哥特M.和日本的內田早月等利用相似材料模型試驗比較詳細地研究了底 板錨杆控制底臌的機理、合理參數的選擇和適用範圍，並介紹了井下的使用情況。前蘇聯的 切爾尼亞克等介紹了防治底臌的各種封閉式支架，以及採用打鑽孔及爆破等卸壓法控制底 臌的原理。日本井原恕等探討了採用巷幫卸壓法維護巷道的效果，並初步給出較合理的卸 壓法方案設計。美國的卡爾介紹了煤層巷道中開掘卸壓巷道防治底臌的方法，並在井下試 驗中抑制了底臌的產生。目前國內專家學者普遍認為底臌控制方法歸納起來有加固法、卸壓法、聯合法和 加固巷道幫、角等幾種方法。(1)卸壓法。卸壓法主要通過切縫等一些方法使原來連續狀態的巖體變為不連 續狀態，使底板巖體處於應力降低區，從而保持底板的穩定，國內外使用的卸壓法包括底板 切縫、兩幫切縫、鑽孔、鬆動爆破及卸壓煤柱等方法。但是這種方法的施工技術複雜且要求 較高，特別是對巷道地質條件要求較為苛刻，僅適用於特殊的環境，並不適合大範圍推廣使用。( 加固法。這是控制底臌最常用的一種方法，主要有底板注漿、底板錨杆、封閉式 支架、砌碹及混凝土反底拱等。加固法雖然可以起到一定的抑制底臌的作用，但在有強烈底 臌趨勢的巷道中不僅材料消耗大、支護費用高，而且並不能真正起到控制底臌的作用。原因 在於加固法只能被動維護底板，在高應力、鬆軟底板的條件下，封閉式支架底梁往往無法充分發揮其承載能力，致使向巷道內臌起，失去控制底臌的能力。很多情況下，底板錨杆由於 在鬆軟底板巖層中錨固基礎差而錨固力不足或延伸量與底臌量不匹配而失效。底板注漿雖 然可提高底板較淺部巖層的強度，但是如果注漿達不到底板巖層的破壞深度，則上部已加 固巖層會被下部巖層頂起，因此，注漿控制底臌的作用也是有限的。(3)聯合法。將卸壓、加固結合使用的一種方法。(4)加固巷道幫、角方法。主要措施有幫、角注漿和打幫、角錨杆，其作用是①減 弱巷道角部應力集中程度，在兩幫及角部形成自承能力較高的承載拱以控制兩幫和底角圍 巖塑性區的發展；②提高巷道兩幫與角部(尤其是底角)圍巖的自承能力，減少兩幫的變 形；③通過加固巷道幫、角，減少由於兩幫破裂壓縮下沉所造成的底臌、體積膨脹、頂板的破 裂和離層，從而減少巷道底臌和頂板下沉量。因此，針對上述情況，並考慮底臌控制效果和技術經濟可行性兩方面因素，需要實 用新型一種新的治理底臌的技術措施，從而有效地解決巷道底臌。發明內容本實用新型提供一種軟巖巷道錨拉鋼管混凝土抗底臌裝置，通過該裝置解決軟巖 巷道底臌問題，既可以作為永久支護，又可以用作臨時支護。本實用新型軟巖巷道錨拉鋼管混凝土抗底臌裝置的構造是主要由鋼管樁、錨杆 或錨索、墊塊和螺母構成；其中所述的鋼管樁，由直徑80 200mm、厚度5 20mm的鋼管體和內部現澆混凝土構 成，鋼管樁距上端100 200mm處向斜下方開有對穿的通孔，通孔軸線與鋼管樁軸線的夾角 為 10° 15° ；所述的墊塊，為中間開有通孔的柱體，柱體前端斷面為與鋼管樁吻合的曲面，後端 斷面為與錨杆或錨索軸向垂直的斜平面；錨杆或錨索穿過鋼管樁通孔後套上墊塊用螺母固 緊形成錨拉結構；所述的錨杆或錨索，可以是一般礦用錨杆或錨索，也可為注漿錨杆或錨索，主要作 用是與鋼管樁結合形成錨拉抗滑系統，限制底板的底臌。施工時，首先在巷道底板兩側打樁孔，將鋼管體埋設在樁孔中，灌注水泥砂漿，將 鋼管體固定於樁孔內，再向鋼管體中澆注混凝土，形成鋼管樁，然後將錨杆或錨索穿過鋼管 樁通孔後錨固在巷道兩底角的巖層中，再套上墊塊用螺母固緊形成錨拉結構。本實用新型支護原理是巷道產生底臌的主要原因是由於巷道兩幫圍巖傳遞給 底板的壓力大於底板巖石自身的承載能力，使底板巖石進入塑性流動狀態而產生持續的變 形。這種變形的特點是底板進入塑性流動狀態的範圍並不大，僅僅是較淺的部分，其餘仍然 處於彈性變形狀態，即所謂的剛性區，這種變形和失穩狀態和邊坡的失穩是相似的，因此可 以利用本裝置通過限制滑移面的相對移動來控制變形，進而控制底臌。本實用新型軟巖巷道錨拉鋼管混凝土抗底臌裝置的優點為(1)產生的抗滑力大，加固效果好，能夠有效控制巷道底臌，改善應力分布；(2)施工工序系統化，且施工工藝簡單、方便、成本低、工期短；(3)該裝置加工製作工藝簡單可靠，性價比優越，物理力學性能穩定。
圖1為本實用新型抗底臌裝置結構示意圖；圖2為本實用新型使用狀態示意圖。圖例說明1-鋼管體；2-錨杆或錨索；3-墊塊；4-墊圈；5-螺母；6_混凝土 ；7_通 孔；8-水泥砂漿；9-樁孔；10 一巷道。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型軟巖巷道錨拉鋼管混凝土抗底臌裝置，主要由鋼管樁、錨 杆或錨索2、墊塊3和墊圈4構成錨拉系統。所述的鋼管樁，由直徑80 200mm、厚度5 20mm的鋼管體1和內部現澆混凝土 6構成；鋼管樁距上端100 200mm處向斜下方開有對 穿的通孔7，通孔7軸線與鋼管樁軸線的夾角為10° 15° ；所述的墊塊3，為中間開有通 孔的柱體，柱體前端斷面為與鋼管樁吻合的曲面，後端斷面為與錨杆或錨索2軸向垂直的 斜平面；錨杆或錨索2穿過鋼管樁通孔7後套上墊塊3和墊圈4用螺母5固緊形成錨拉結 構。所述的錨杆或錨索2，可以是一般礦用錨杆或錨索，也可為注漿錨杆或錨索，主要 作用是與鋼管樁結合形成錨拉抗滑系統，限制底板的底臌。所述的墊圈4，為中間開有通孔的高強樹脂薄圓片，安裝在螺母5和墊塊3之間，主 要作用是使錨杆或錨索2與鋼管體1和墊塊3緊密結合，防止脫落。使用時，如圖2所示，首先在巷道10底板兩側打樁孔9，將鋼管體1埋設在樁孔9 中，灌註上水泥砂漿8，將鋼管體1固定於樁孔9內，再向鋼管體1中澆注混凝土 6，形成鋼 管樁，然後將錨杆或錨索2穿過鋼管樁通孔7後錨固在巷道10底板兩底角的巖層中，再套 上墊塊3、墊圈4用螺母5固緊形成錨拉結構。
權利要求1. 一種軟巖巷道錨拉鋼管混凝土抗底臌裝置，其特徵在於，主要由鋼管樁、錨杆或錨 索、墊塊和螺母構成；其中所述的鋼管樁，由直徑80 200mm、厚度5 20mm的鋼管體和內部現澆混凝土構成， 鋼管樁距上端100 200mm處向斜下方開有對穿的通孔，通孔軸線與鋼管樁軸線的夾角為 10。 15。；所述的墊塊，為中間開有通孔的柱體，柱體前端斷面為與鋼管樁吻合的曲面，後端斷面 為與錨杆或錨索軸向垂直的斜平面；錨杆或錨索穿過鋼管樁通孔後套上墊塊用螺母固緊形 成錨拉結構；所述的錨杆或錨索為礦用錨杆或錨索，或者為注漿錨杆或錨索。
專利摘要本實用新型公開了一種軟巖巷道錨拉鋼管混凝土抗底臌裝置，主要由鋼管樁、礦用或注漿錨杆或錨索、墊塊和螺母構成；其中鋼管樁，由鋼管體和內部現澆混凝土構成，鋼管樁距上端100～200mm處向斜下方開有對穿的通孔，通孔軸線與鋼管樁軸線的夾角為10°～15°；所述的墊塊為中間開有通孔的柱體，柱體前端斷面為與鋼管樁吻合的曲面，後端斷面為與錨杆或錨索軸向垂直的斜平面；錨杆或錨索穿過鋼管樁通孔後套上墊塊用螺母固緊形成錨拉結構。本實用新型能夠有效控制巷道底臌，改善應力分布；且施工工藝簡單、方便、成本低、工期短；性價比優越，物理力學性能穩定。
文檔編號E02D5/38GK201826869SQ20102057173
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月16日 優先權日2010年10月16日
發明者李廷春, 王來, 邢雪陽 申請人:山東科技大學