CN101059077A - 软岩巷道、隧道快速充填支护工艺 - Google Patents
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Abstract
一种支护强度高的软岩巷道、隧道快速充填支护工艺；其工艺过程为：1.安装架模；2.集料自卸；3.集料与胶结料混合搅拌造浆；4.浆通过充填泵输砼；5.浆通过充填管进入架模内；6.浆充填满混凝土空腔后，浆自充填管自溢口充填架模背后至空隙饱和即完成支护；架模其中包括架模外壳，架模外壳内形成混凝土空腔；架模外壳顶部带有充填管，充填管穿过架模外壳中的混凝土空腔，充填管与架模外壳固定密闭连接，充填管上带有空腔充填孔；充填管上端为自溢口。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿巷道或隧道快速充填支护工艺，尤其涉及一种软岩巷道、隧道快速充填支护工艺。
背景技术
现行煤矿掘进巷道支护的基本程序：顶部利用铆杆吊挂一层钢网，然后支护钢梁作骨架，支护后利用喷射混凝土进行环绕喷泉成厚壁即支护结束。此工艺仅适应于一般地质条件较为稳定的煤矿。煤矿软岩是指地质条件发育不成熟，，围岩结构不稳定，支护压力大于40MPa，一般的支护工艺无法维护巷道安全和职工安全；此类工艺存在的主要缺陷为1、工序太多，施工难度大，不利于安全生产和施工人身安全；2、速度慢，仅相当于正常掘巷支护速度的三分之一至五分之一，无法满足煤矿生产需要；3、支护强度偏低，因围岩压力太大造成的巷道变形、支护砼开裂、崩溃而返工维修率较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种支护强度高的软岩巷道、隧道快速充填支护工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种软岩巷道、隧道快速充填支护工艺；其特点在于：其工艺过程为：1、安装架模；2、集料自卸；3、集料与胶结料混合搅拌造浆；4、浆通过充填泵输砼；5、浆通过充填管进入架模混凝土空腔内；6、浆充填满混凝土空腔后，浆自充填管自溢口充填架模背后至空隙饱和即完成支护；架模其中包括水平放置的圆筒形的架模外壳，架模外壳内形成密闭的混凝土空腔；架模外壳顶部带有竖立的充填管，充填管穿过架模外壳中的混凝土空腔，充填管与架模外壳固定密闭连接，位于混凝土空腔内的充填管上带有空腔充填孔；位于架模外壳顶部上方的充填管上端为自溢口。
本发明的优点为：
1、改变了数十年乃至百年的传统的钢架作筋、喷射混凝土护壁的支护工艺，减少了支架、铆喷两道工序，本发明采用一次充填成巷的先进工艺，为在恶劣地质条件下快速支护施工创造了良好条件。
2、本发明采用的充填支护的速度比传统的支护速度约快2-3倍，为煤矿和隧道工程赢得了工程时间，其社会价值大于支护成本价值，属于支护领域的换代性技术创新。
3、本发明施工安全有保障。由于本发明工艺中充填是由充填泵及管路远距输送，无现场搅拌，所以非常安全。
4、本发明采用的充填支护的成本与传统的软岩支护成本基本持平。本发明中架模可采用钢材制作，本发明采用的的钢模包裹砼的钢材消耗量与传统的钢架砼支护的钢材消耗量基本相当。由于效率高、速度快，人工费相对降低，综合成本相对降低。
5、免除了维修费用。本发明采用的工艺中由于架模中钢板包裹混凝土的暴露面仅为内径钢板，仅需用水泥浆喷刷防氧化即可。无渗漏、断裂之患，无需维修，服务年限大于60年。
6、本发明护巷工艺技术概括为：免架钢梁、免喷混凝土、免维修，防渗漏的“三免一防”充填护巷法。
7、本发明中用同等量的钢材，本发明使用的钢模包裹砼比钢筋外浇注砼的抗压、抗折强度高三倍，当遇到地压大、超负荷时本发明支护强度高、耐崩溃性好。
附图说明
图1为一种本发明的软岩巷道充填支护试验工程工艺示意图；
图2为图1中架模的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为图2中A-A剖视图；
图5为图2中B-B剖视图；
图6为图2中相邻每段架模外壳连接结构示意图；
图7为图2中法兰的结构示意图；
图8为图1中另一种架模的结构示意图；
图9为图8中A-A剖视图；
具体实施方式
用下列非限定性实施例进一步说明本发明的实施方式及效果。
实施例1
一种软岩巷道、隧道快速充填支护工艺，如图1、2、3、4、5、6、7所示，其工艺过程为：1、安装架模7；2、集料自卸；3、集料与胶结料混合搅拌造浆；4、浆通过充填泵5输砼；5、浆通过充填管6进入架模内；6、浆充填满混凝土空腔7-7后，浆自充填管6自溢口7-9充填架模7背后至空隙饱和即完成支护；其具体工艺过程为：第一步在井下巷道现场安装架模7，第二步集料通过矿车1运到现场，矿车1把集料卸在现场称为集料自卸，第三步把集料与常用胶结料在胶结料斗2内混合，混合料通过上料皮带3进入常见搅拌机4进行搅拌造浆，第四步浆通过常见充填泵5输砼，第五步浆通过充填管6上的空腔充填孔7-8进入架模7混凝土空腔7-7内，第六步浆充填满混凝土空腔7-7后，浆自充填管6上的自溢口7-9充填架模7背后与巷道之间的空隙饱和即完成支护；架模其中包括水平放置的圆筒形的架模外壳7-1，架模外壳7-1内形成密闭的混凝土空腔7-7；架模外壳7-1顶部带有竖立的充填管6，充填管6穿过架模外壳中的混凝土空腔7-7，充填管6与架模外壳7-1固定密闭连接，位于混凝土空腔7-7内的充填管6上带有空腔充填孔7-8，位于架模外壳7-1顶部上方的充填管6上端为自溢口7-9；在本实施例中，架模外壳中的混凝土空腔7-7带有加强筋，加强筋两端分别与混凝土空腔7-7中的架模外壳7-1内侧壁固定连接；加强筋其中包括横向加固管7-3、纵向模内拉力加固筋7-5；横向加固管7-3两端分别与混凝土空腔7-7中的架模外壳7-1内侧壁固定连接；纵向模内拉力加固筋7-5两端分别与混凝土空腔7-7中的架模外壳7-1内侧壁固定连接；轴向架模外壳7-1侧壁上带有一圈环绕加固条带7-2；架模外壳7-1侧壁横截面为长方形；在本实施例中，架模外壳7-1按圆周分为四段，每段架模外壳7-1两端分别带有法兰7-10，相邻每段架模外壳7-1通过法兰7-10固定密封连接，法兰与法兰之间通过连接加固螺栓扣7-4固定连接，相邻每段架模外壳7-1中的混凝土空腔7-7相通；每段架模外壳7-1中的混凝土空腔7-7内带有横向加固管7-3、纵向模内拉力加固筋7-5；每段架模外壳7-1侧壁上带有一圈环绕加固条带7-2。
实施例2
一种软岩巷道、隧道快速充填支护工艺，如图1、8、9所示，其工艺过程为：1、安装架模7；2、集料自卸；3、集料与胶结料混合搅拌造浆；4、浆通过充填泵5输砼；5、浆通过充填管6进入架模7内；6、浆充填满混凝土空腔7-7后，浆自充填管自溢口7-9充填架模7背后至空隙饱和即完成支护；其具体工艺过程为：第一步在井下巷道现场安装架模7，第二步集料通过矿车1运到现场，矿车1把集料卸在现场称为集料自卸，第三步把集料与常用胶结料在胶结料斗2内混合，混合料通过上料皮带3进入常见搅拌机4进行搅拌造浆，第四步浆通过常见充填泵5输砼，第五步浆通过充填管6上的空腔充填孔7-8进入架模7混凝土空腔7-7内，第六步浆充填满混凝土空腔7-7后，浆自充填管6上的自溢口7-9充填架模7背后与巷道之间的空隙饱和即完成支护；架模7其中包括水平放置的圆筒形的架模外壳7-1，架模外壳7-1内形成密闭的混凝土空腔7-7；架模外壳7-1顶部带有竖立的充填管6，充填管6穿过架模外壳中的混凝土空腔7-7，充填管6与架模外壳7-1固定密闭连接，位于混凝土空腔7-7内的充填管6上带有空腔充填孔7-8；位于架模外壳7-1顶部上方的充填管6上端为自溢口7-9；在本实施例中，架模外壳中的混凝土空腔7-7带有加强筋，加强筋两过法兰7-10固定密封连接，法兰与法兰之间通过连接加固螺栓扣7-4固定连接，相邻每段架模外壳7-1中的混凝土空腔7-7相通；每段架模外壳7-1中的混凝土空腔7-7内带有横向加固管7-3、纵向模内拉力加固筋7-5；每段架模外壳7-1侧壁上带有一圈环绕加固条带7-2。
本发明使用方便：泵送混凝土沿充填管6进入，混凝土先从充填管6中的空腔充填孔7-8进入混凝土空腔7-7；混凝土空腔7-7充填满后，混凝土从充填管6中的自溢口7-9溢出进行模背充填至内外空隙饱和即完成。
下表为模拟试验记录：
模拟试验证明：同等量的钢材与同规格的混凝土结合，本发明的包裹砼与通用的钢筋砼相比，其抗压、抗折强度会增加三倍左右，完全适应深地下矿业软岩巷道支护和松软地质条件下的隧道工程的快速施工和质量保证，填补国内软岩巷道快速充填支护的技术空白。
本发明的工作流程简述如下：
安装：架模按件分别由绞车牵引至现场，然后吊装机调正、旋转组合安装即成。
| 试验尺寸与实验尺寸比 | 1∶10 | 1∶10 | |||||
| 同等量钢材配比 | 按实际比例配筋 | 模内无筋 | |||||
| 同等级试验砼浇注 | 扣模C30 | 模内C30 | |||||
| 同养护条件下龄期 | 1天 | 3天 | 7天 | 1天 | 3天 | 7天 | |
| 抗压(试验重力单位) | 变形 | 35 | 98 | 104 | 116 | 219 | 223 |
| 崩溃 | ＜50 | 103 | 118 | 121 | 229 | 225 | |
| 抗破坏平均值 | 40 | 80 | 93 | 90 | 175 | 187 | |
| 试验地点 | 山东枣庄石金矿业充填研究所 | ||||||
充填按照下列步骤：集料自卸、皮带输送、添加胶结料、专用搅拌机造浆、充填泵输砼、充填管入模内、自溢口充填模背后至空隙饱合即完成支护。
压浆：在架模充满砼后，外部靠溢砼充满，仍留有小空隙。本工艺设计利用本人发明的“缓凝慢膨胀充填粉”(专利号：200510042288.X)造浆，利用泵送压力沿充填管将空隙慢慢充填至饱和状态为工程结束。(饱和支护限制围岩运动空间对稳定围岩非常重要，传统工艺无法实现这一技术目标。)
本发明的机理在于：本发明中的架模采用圆筒形，利用圆筒形的最佳受压造型，在地面完成架模部件制造，利用悬移式吊装机安装组合。研究发现了包裹混凝土的超强抗压性能并在软岩巷道支护工艺中利用，充分利用了钢材的抗拉力远远超过抗压能力的原理和混凝土的综合应力的发挥在于保护表层的原则，将材料性能运用至尽量极致。即：砼体处于受压状态，钢模体处于受拉状态，二者的性能优势互补，所以比传统的支护模式的强度成倍增长。
Claims (7)
1、一种软岩巷道、隧道快速充填支护工艺；其特征在于：其工艺过程为：1、安装架模(7)；2、集料自卸；3、集料与胶结料混合搅拌造浆；4、浆通过充填泵(5)输砼；5、浆通过充填管(6)进入架模(7)内；6、浆充填满混凝土空腔(7-7)后，浆自充填管(6)自溢口(7-9)充填架模(7)背后至空隙饱和即完成支护；架模(7)其中包括水平放置的圆筒形的架模外壳(7-1)，架模外壳(7-1)内形成密闭的混凝土空腔(7-7)；架模外壳(7-1)顶部带有竖立的充填管(6)，充填管(6)穿过架模外壳中的混凝土空腔(7-7)，充填管(6)与架模外壳(7-1)固定密闭连接，位于混凝土空腔(7-7)内的充填管(6)上带有空腔充填孔(7-8)；位于架模外壳(7-1)顶部上方的充填管(6)上端为自溢口(7-9)。
2、根椐权利要求1所述的软岩巷道、隧道快速充填支护工艺，其特征在于：所述架模外壳(7-1)中的混凝土空腔(7-7)带有加强筋，加强筋两端分别与混凝土空腔(7-7)中的架模外壳(7-1)内侧壁固定连接。
3、根椐权利要求2所述的软岩巷道、隧道快速充填支护工艺，其特征在于：所述加强筋其中包括横向加固管(7-3)、纵向模内拉力加固筋(7-5)；横向加固管(7-3)两端分别与所述混凝土空腔(7-7)中的架模外壳(7-1)内侧壁固定连接；纵向模内拉力加固筋(7-5)两端分别与混凝土空腔(7-7)中的架模外壳(7-1)内侧壁固定连接。
4、根椐权利要求3所述的软岩巷道、隧道快速充填支护工艺，其特征在于：所述轴向架模外壳(7-1)侧壁上带有一圈环绕加固条带(7-2)。
5、根椐权利要求4所述的软岩巷道、隧道快速充填支护工艺，其特征在于：所述架模外壳(7-1)侧壁横截面为长方形、方形或圆形。
6、根椐权利要求5所述的软岩巷道、隧道快速充填支护工艺，其特征在于：所述架模外壳(7-1)按圆周分为四段，每段架模外壳(7-1)两端分别带有法兰(7-10)，相邻每段架模外壳(7-1)通过法兰(7-10)固定密封连接，法兰与法兰之间通过连接加固螺栓扣(7-4)固定连接，相邻每段架模外壳(7-1)中的所述混凝土空腔(7-7)相通；每段架模外壳(7-1)中的所述混凝土空腔(7-7)内带有所述横向加固管(7-3)、纵向模内拉力加固筋(7-5)；每段架模外壳(7-1)侧壁上带有一圈所述环绕加固条带(7-2)。
7、根椐权利要求5所述的软岩巷道、隧道快速充填支护工艺，其特征在于：所述架模外壳(7-1)按圆周分为两段，每段架模外壳(7-1)两端分别带有法兰(7-10)，每段架模外壳(7-1)通过法兰(7-10)固定密封连接，法兰与法兰之间通过连接加固螺栓扣(7-4)固定连接，相邻每段架模外壳(7-1)中的所述混凝土空腔(7-7)相通；每段架模外壳(7-1)中的所述混凝土空腔(7-7)内带有所述横向加固管(7-3)、纵向模内拉力加固筋(7-5)；每段架模外壳(7-1)侧壁上带有一圈所述环绕加固条带(7-2)。
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