CN101493011A - 一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法，其步骤：A.按断面形状开挖巷道，在巷道底板上挖出弧形坑槽，全断面喷射厚混凝土找平层；B.采用高强预应力锚杆和预应力锚索支护围岩，施工锚杆锚索，高强预应力锚杆采用左旋无纵筋杆体，梅花形布置；C.敷设泡沫垫层，巷道全断面紧贴初喷找平层铺设，增设间隙预留巷道变形；D.紧贴泡沫垫层挂第一层钢筋网，施工全断面封闭型钢筋格栅拱架，将格栅内侧主筋与第一层钢筋网绑扎，挂第二层钢筋网在封闭型钢筋格栅拱架上；E.施工底板，在反底拱上中心部位施工现浇混凝土水沟，水沟两侧铺设碎石。本发明解决了围岩巷道强度低、遇水膨胀、底臌的问题，避免了巷道的返修工作，成本低。

Description

一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法

技术领域

本发明涉及煤矿巷道支护领域，更具体涉及一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法。该方法可用于矿井巷道和隧道工程中膨胀型软弱围岩支护。

背景技术

粘土岩是构成煤系地层的主要岩性之一，通常所见的泥岩、铝土岩和断层泥即属于典型的粘土岩。我国煤矿开采中每年修建的井下巷道累计长达数百公里，其中相当一部分修建在粘土岩中。粘土岩中常含有蒙脱石、伊利石和高岭土等粘土矿物，蒙脱石、伊利石遇水具有膨胀性，高岭土不具膨胀性，但遇水易软化，导致岩石强度大大降低。研究表明：当蒙脱石含量达7％以上或伊利石含量达20％以上时，粘土岩即具有明显的胀缩特性，且其含量愈高，线胀缩总率愈大。在这类地层中，如果对底板积水、空气潮湿控制不当，表面岩石日渐软化膨胀，将在同样的地应力条件下使围岩松动圈增大。同时，由于这类岩石遇水后体积成倍膨胀，膨胀变形压力巨大，又使围岩内应力升高，结果围岩的碎胀和吸水膨胀结合起来产生较大的围岩变形，表现为强烈的底臌、帮鼓和顶板下沉，造成巷道围岩失稳、支护结构破坏、生产受到严重影响。

为解决膨胀型软弱围岩巷道自身承载力较差、开挖后变形大的围岩稳定控制与支护技术难题，本发明开发了一种封闭围岩和增强加固围岩双管齐下的综合性支护方法，能够一次性实现围岩稳定，避免巷道多次翻修影响生产，在节省大量人力、物力、财力情况下，达到较好的治理效果。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种软弱膨胀型围岩巷道的支护方法，该方法有效地处理了膨胀型软弱围岩巷道强度低、遇水膨胀、底臌严重等问题，从而减少了巷道的返修工作，节省了大量的人力、物力、财力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种封闭围岩与增强加固围岩双管齐下的治理巷道大变形的综合性支护方法，具体包括以下步骤：

第一，按优化的断面形状开挖巷道，在巷道底板上挖出弧形坑槽，并全断面喷射50mm厚混凝土找平层。

第二，采用高强预应力锚杆和预应力锚索支护围岩，提高围岩的抗剪强度，增强围岩的稳定性。巷道开挖过程中的爆破孔施工和支护过程中的锚杆锚索孔施工不可避免地需要用水，为了消除粘土性矿物的遇水膨胀性，控制“一次施工膨胀”，特在水中添加水平衡剂，所述的水平衡剂为山梨醇三硬脂酸酯(商品名为：Span 65，化学分子式为：soibitan tristearate)，该水平衡剂的HLB(Hydrophile-Lipophile Balance Number，称亲水疏水平衡值)为2.1，添加量为3％，从而减小了施工过程中围岩与水发生化学作用而产生的膨胀变形。

第三，敷设100mm厚泡沫垫层，形成预留变形缓冲层。采用泡沫垫层填充在初喷找平层与复喷层之间，通过增设100mm间隙预留巷道变形量去缓冲因围岩膨胀变形导致的支护结构开裂破坏。

第四，紧贴泡沫垫层挂第一层钢筋网，施工全断面封闭型钢筋格栅拱架，将格栅内侧主筋与第一层钢筋网绑扎牢固；挂第二层钢筋网在封闭型钢筋格栅拱架上，并与格栅外侧主筋牢固绑扎，然后在巷道全断面喷射150mm厚复喷层，形成“格栅拱架+双层钢筋网”为骨架结构的钢筋混凝土封闭结构。这样的封闭结构高强抗折抗裂，能够防止围岩变形导致的喷层折断、开裂。

第五，在巷道底板因复喷层而形成的反底拱结构上现浇钢筋混凝土水沟，水沟两侧填充碎石，同时顶部浇筑地坪。采用这种断面形状优化的反底拱结构进行底臌治理的同时，也改善了整个支护加固结构的受力状态，有利于巷道的整体稳定。

本发明与现有技术相比，具有的优点和效果可概括为：(1)在施工用水中通过添加亲水性低的水平衡剂，减少了软弱围岩中粘性矿物的遇水膨胀性，从而减小了巷道变形量；(2)通过敷设“格栅拱架+双层钢筋网”为骨架的钢筋混凝土复喷层封闭结构，在加大支护强度的同时，也使得围岩被封闭起来，阻隔了围岩与水沟中的水分、底板积水及潮湿空气中水分的接触，进而有效遏制了巷道开挖后围岩遇水而产生的膨胀变形；(3)通过敷设泡沫垫层，为巷道围岩因开挖支护产生的施工膨胀变形预留了缓冲空间，有效避免了围岩膨胀变形导致的支护结构开裂破坏。

附图说明

图1为一种膨胀型软弱围岩巷道支护方法的锚杆、锚索及反底拱布置图。

图2为预留变形缝的抗折抗裂衬砌结构断面布置示意图。

图3为格栅拱架结构示意图。a)断面观察图；(b)外部观察图

图中：1.混凝土找平层，2.高强预应力锚杆，3.预应力锚索，4.帮脚锚杆，5.底角锚杆，6.泡沫垫层，7.钢筋格栅拱架，8.复喷层，9.反底拱，10.水沟，11.碎石，12.地坪，13.第一层钢筋网，14.第二层钢筋网

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明采用一种封闭围岩与增强加固围岩双管齐下的治理巷道大变形的综合性支护方法，具体实施步骤如下：

第一，按优化的断面形状开挖巷道，在巷道底板上挖出弧形坑槽，并全断面喷射50mm厚混凝土找平层1。找平层1起到封闭围岩的作用，并防止围岩吸水膨胀、风化和表面危岩跨落；减少巷道表面的凹凸差，改善锚杆锚索托盘与围岩表面的密贴性，提高锚杆锚索对围岩的支护效果。喷射混凝土强度等级C20，水灰比为1∶2，重量配合比为水泥∶黄沙∶瓜子片＝1∶2∶2，速凝剂掺入量为水泥重量的3.5％～5％，速凝剂采用8604型喷射混凝土用水泥速凝剂，它是一种近于中性(PH值＝7～8)的无毒无腐蚀性棕色无机粉末固体，对人体无刺激，加入水泥中能提高喷射混凝土新喷料的粘聚性，并能显著降低回弹及粉尘，而且对各种水泥的适应性能良好。

第二，采用高强预应力锚杆2和预应力锚索3支护围岩，提高围岩的抗剪强度，增强围岩的稳定性。为了有效减少围岩中粘土性矿物的遇水膨胀性，特在施工用水中加了水平衡剂，所述的水平衡剂为山梨醇三硬脂酸酯(商品名为：Span65，化学分子式为：soibitan tristearate)，该水平衡剂的HLB(Hydrophile-LipophileBalance Number，称亲水疏水平衡值)为2.1，添加量为3％，进而在不影响开挖支护施工的条件下，减小了围岩与水发生化学作用而产生的膨胀变形。采用高强预应力锚杆，材料为建筑IV级螺纹钢，等强螺纹，左旋无纵筋杆体，参数为Φ22L＝2200～2800@700×700(直径22mm，全长2200～2800mm，间距700mm，排距700mm)，梅花形布置，采用两节Z2350树脂药卷加长锚固，锚杆锚固段长度不小于1800mm。锚杆预应力50～70kN。在两帮墙脚往上0.2～0.3米处各增加一根倾斜向下的帮脚锚杆4(俯角45°)，在底板两端距边墙0.2～0.3米处各增加一根倾斜向外的底角锚杆5(外倾角30～45°)，起加固帮角应力集中区，阻止围岩剪切滑移的作用。锚索设计参数为Φ17.8L＝6000～8000mm，垂直于巷道轮廓线布置，两帮和拱部每断面布置五根锚索，材料为低松驰钢绞线，预应力不小于150kN，安装锚索时每孔使用一卷K2350和三卷Z2350型树脂药卷。锚杆索布置及其技术要求详见图1。

第三，敷设100mm厚泡沫垫层6，巷道全断面紧贴初喷找平层铺设。通过增设100mm间隙预留巷道变形量，缓冲因围岩膨胀变形导致的支护结构开裂破坏。

第四，紧贴100mm厚泡沫垫层挂第一层钢筋网13，施工全断面封闭型钢筋格栅拱架7，将格栅内侧主筋与第一层钢筋网绑扎牢固；挂第二层钢筋网14在钢筋格栅拱架上，并与格栅外侧主筋牢固绑扎，即格栅钢架内外设二层钢筋网，分别绑扎于拱架内外层主筋上，然后在巷道全断面喷射150mm厚复喷层8，与格栅拱架和内外层钢筋网一起形成高强抗折抗裂的封闭支护层。复喷层必须完全覆盖格栅拱架，其材料及配比与初喷层相同。格栅结构布置见图2，格栅拱架结构示意图见图3。格栅拱架主筋采用Φ22～25钢筋(视巷道断面大小及原岩应力大小确定)，截面尺寸为120×120mm，相邻两榀纵向间距1m，每榀之间利用纵向联结筋连接，纵向联结筋环向间距1m。

第五，底拱9开挖半径4.0～5.0m，拱高0.5～0.8m。在复喷层形成的反底拱结构9上，于巷道断面中轴线处施工现浇混凝土水沟10，水沟尺寸500×450mm，水沟两侧铺设碎石11，碎石11顶部浇筑厚度100mm的混凝土地坪12。采用这种断面形状优化的反底拱结构进行底臌治理，同时改善整个支护加固结构的受力状态。结构详见图1。

Claims (3)

1、一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法，包括下列步骤：

A、按断面形状开挖巷道，在巷道底板上挖出弧形坑槽，并全断面喷射50mm厚混凝土找平层(1)，喷射混凝土，水灰比为0.4～0.6，重量配合比为水泥∶黄沙∶瓜子片＝1∶2∶2，速凝剂掺入量为水泥重量的3.5％～5％；

B、采用高强预应力锚杆(2)和预应力锚索(3)支护围岩，支护过程中的锚杆锚索孔施工不可避免地需要用水，为了消除粘土性矿物的遇水膨胀性，控制“一次施工膨胀”，特在水中添加水平衡剂，该水平衡剂的HLB为2.1，添加量为3％，采用高强预应力锚杆(2)，左旋无纵筋杆体，梅花形布置，采用两节Z2350树脂药卷加长锚固，锚杆锚固段长度不小于1800mm，在两帮墙脚往上0.2～0.3米处各增加一根倾斜向下的帮脚锚杆(4)，俯角45°，在底板两端距边墙0.2～0.3米处各增加一根倾斜向外的底角锚杆(5)，外倾角30～45°，垂直于巷道轮廓线布置，两帮和拱部每断面布置五根锚索，安装锚索时每孔使用一卷K2350和三卷Z2350型树脂药卷；

C、敷设100mm厚泡沫垫层(6)，巷道全断面紧贴混凝土找平层(1)铺设，增设100mm间隙预留巷道变形；

D、紧贴泡沫垫层挂第一层钢筋网(13)，施工全断面封闭型钢筋格栅拱架(7)，将格栅内侧主筋与第一层钢筋网绑扎；挂第二层钢筋网(14)在封闭型钢筋格栅拱架上，并与格栅外侧主筋绑扎，即格栅钢架内外设二层钢筋网，分别绑扎于拱架内外层主筋上，然后在巷道全断面喷射150mm厚复喷层(8)，与格栅拱架和内外层钢筋网一起形成高强抗折抗裂的封闭支护层，复喷层覆盖格栅拱架，格栅拱架主筋采用Ф22～25钢筋，截面尺寸为120×120mm，相邻两榀纵向间距1m，每榀之间利用纵向联结筋连接，纵向联结筋环向间距1m；

E、施工底板，在复喷层形成的反底拱结构(9)上，于巷道断面中轴线处施工现浇混凝土水沟(10)，水沟尺寸500×450mm，水沟两侧铺设碎石(11)，碎石(11)顶部浇筑厚度100mm的混凝土地坪(12)。

2、根据权利要求所述的一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法，其特征在于：所述的速凝剂为8604型喷射混凝土用水泥速凝剂。

3、根据权利要求所述的一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法，其特征在于：所述的水平衡剂为山梨醇三硬脂酸酯。

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