CN101975074B - 软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置及其施工方法，它首先在巷道底板两侧打桩孔，将钢管体埋设在桩孔中，灌注水泥砂浆，将钢管体固定于桩孔内，再向钢管体中浇注混凝土，形成钢管桩，然后将锚杆或锚索穿过钢管桩通孔后锚固在巷道两底角的岩层中，再套上垫块用螺母固紧形成锚拉结构。本发明能够有效控制巷道底臌，改善应力分布；且施工工艺简单、方便、成本低、工期短；性价比优越，物理力学性能稳定。

Description

软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及矿山巷道、交通隧道、水利涵洞的支护装置，尤其涉及软岩巷道的支护装置。

背景技术

我国煤炭资源埋深在1000m以下的约为24500万亿吨，占煤炭资源总量的53.2％。目前煤矿开采深度以每年8～12m的速度增加，东部矿井正以每10年100～250m的速度发展，预计在未来20年很多煤矿将进入到1000m至1500m的深度，而随着开采垂直深度的增加，就不得不面对一个难题——高应力软岩。软岩问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提了出来，特别是煤矿高应力软岩问题一直是困扰煤矿生产和建设的重大难题之一。

目前，在地下工程中，经常遇到在软岩中施工巷道，巷道底臌是软岩巷道中常见的变形和破坏形式。巷道的底臌不同于巷道其它部位的变形，在一般巷道中，两帮或顶板变形几厘米就会稳定下来，即使不稳定，通过一定的加固或支护手段也能得到控制，不会影响巷道的正常使用。而在软岩巷道中一旦发生底臌，其变形一般是持续性的，很难自行稳定。而且由于巷道底板所处的特殊部位，一般的加固和支护方法难于实现。巷道只要有底臌问题就会直接影响到巷道的正常使用，有的巷道由于持续的底臌难于控制，不得不反复起底，结果不但不能使底板稳定下来，而且严重地影响到两帮和顶板的稳定。因此，有效地控制巷道底臌一直是软岩巷道支护中难度较大的课题之一。

为有效控制底臌，国内外学者进行了大量的探索，提出了许多底臌控制技术。在国外，德国的奥顿哥特M.和日本的内田早月等利用相似材料模型试验比较详细地研究了底板锚杆控制底臌的机理、合理参数的选择和适用范围，并介绍了井下的使用情况。前苏联的切尔尼亚克等介绍了防治底臌的各种封闭式支架，以及采用打钻孔及爆破等卸压法控制底臌的原理。日本井原恕等探讨了采用巷帮卸压法维护巷道的效果，并初步给出较合理的卸压法方案设计。美国的卡尔介绍了煤层巷道中开掘卸压巷道防治底臌的方法，并在井下试验中抑制了底臌的产生。

目前国内专家学者普遍认为底臌控制方法归纳起来有加固法、卸压法、联合法和加固巷道帮、角等几种方法。

(1)卸压法。卸压法主要通过切缝等一些方法使原来连续状态的岩体变为不连续状态，使底板岩体处于应力降低区，从而保持底板的稳定，国内外使用的卸压法包括底板切缝、两帮切缝、钻孔、松动爆破及卸压煤柱等方法。但是这种方法的施工技术复杂且要求较高，特别是对巷道地质条件要求较为苛刻，仅适用于特殊的环境，并不适合大范围推广使用。

(2)加固法。这是控制底臌最常用的一种方法，主要有底板注浆、底板锚杆、封闭式支架、砌碹及混凝土反底拱等。加固法虽然可以起到一定的抑制底臌的作用，但在有强烈底臌趋势的巷道中不仅材料消耗大、支护费用高，而且并不能真正起到控制底臌的作用。原因在于加固法只能被动维护底板，在高应力、松软底板的条件下，封闭式支架底梁往往无法充分发挥其承载能力，致使向巷道内臌起，失去控制底臌的能力。很多情况下，底板锚杆由于在松软底板岩层中锚固基础差而锚固力不足或延伸量与底臌量不匹配而失效。底板注浆虽然可提高底板较浅部岩层的强度，但是如果注浆达不到底板岩层的破坏深度，则上部已加固岩层会被下部岩层顶起，因此，注浆控制底臌的作用也是有限的。

(3)联合法。将卸压、加固结合使用的一种方法。

(4)加固巷道帮、角方法。主要措施有帮、角注浆和打帮、角锚杆，其作用是：①减弱巷道角部应力集中程度，在两帮及角部形成自承能力较高的承载拱以控制两帮和底角围岩塑性区的发展；②提高巷道两帮与角部(尤其是底角)围岩的自承能力，减少两帮的变形；③通过加固巷道帮、角，减少由于两帮破裂压缩下沉所造成的底臌、体积膨胀、顶板的破裂和离层，从而减少巷道底臌和顶板下沉量。

因此，针对上述情况，并考虑底臌控制效果和技术经济可行性两方面因素，需要发明一种新的治理底臌的技术措施，从而有效地解决巷道底臌。

发明内容

本发明提供一种软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置，通过该装置解决软岩巷道底臌问题，既可以作为永久支护，又可以用作临时支护。

本发明同时提供该装置的施工方法。

本发明软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置的构造是：主要由钢管桩、锚杆或锚索、垫块和螺母构成；其中：

所述的钢管桩，由直径80～200mm、厚度5～20mm的钢管体和内部现浇混凝土构成，钢管桩距上端100～200mm处向斜下方开有对穿的通孔，通孔轴线与钢管桩轴线的夹角为10°～15°；

所述的垫块，为中间开有通孔的柱体，柱体前端断面为与钢管桩吻合的曲面，后端断面为与锚杆或锚索轴向垂直的斜平面；锚杆或锚索穿过钢管桩通孔后套上垫块用螺母固紧形成锚拉结构；

所述的锚杆或锚索，可以是一般矿用锚杆或锚索，也可为注浆锚杆或锚索，主要作用是与钢管桩结合形成锚拉抗滑系统，限制底板的底臌。

施工时，首先在巷道底板两侧打桩孔，将钢管体埋设在桩孔中，灌注水泥砂浆，将钢管体固定于桩孔内，再向钢管体中浇注混凝土，形成钢管桩，然后将锚杆或锚索穿过钢管桩通孔后锚固在巷道两底角的岩层中，再套上垫块用螺母固紧形成锚拉结构。

本发明支护原理是：巷道产生底臌的主要原因是由于巷道两帮围岩传递给底板的压力大于底板岩石自身的承载能力，使底板岩石进入塑性流动状态而产生持续的变形。这种变形的特点是底板进入塑性流动状态的范围并不大，仅仅是较浅的部分，其余仍然处于弹性变形状态，即所谓的刚性区，这种变形和失稳状态和边坡的失稳是相似的，因此可以利用本装置通过限制滑移面的相对移动来控制变形，进而控制底臌。

本发明软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置的优点为：

(1)产生的抗滑力大，加固效果好，能够有效控制巷道底臌，改善应力分布；

(2)施工工序系统化，且施工工艺简单、方便、成本低、工期短；

(3)该装置加工制作工艺简单可靠，性价比优越，物理力学性能稳定。

附图说明

图1为本发明抗底臌装置结构示意图；

图2为本发明使用状态示意图。

图例说明：1-钢管体；2-锚杆或锚索；3-垫块；4-垫圈；5-螺母；6-混凝土；7-通孔；8-水泥砂浆；9-桩孔；10-巷道。

具体实施方式

如图1所示，本发明软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置，主要由钢管桩、锚杆或锚索2、垫块3和垫圈4构成锚拉系统。所述的钢管桩，由直径80～200mm、厚度5～20mm的钢管体1和内部现浇混凝土6构成；钢管桩距上端100～200mm处向斜下方开有对穿的通孔7，通孔7轴线与钢管桩轴线的夹角为10°～15°；所述的垫块3，为中间开有通孔的柱体，柱体前端断面为与钢管桩吻合的曲面，后端断面为与锚杆或锚索2轴向垂直的斜平面；锚杆或锚索2穿过钢管桩通孔7后套上垫块3和垫圈4用螺母5固紧形成锚拉结构。

所述的锚杆或锚索2，可以是一般矿用锚杆或锚索，也可为注浆锚杆或锚索，主要作用是与钢管桩结合形成锚拉抗滑系统，限制底板的底臌。

所述的垫圈4，为中间开有通孔的高强树脂薄圆片，安装在螺母5和垫块3之间，主要作用是使锚杆或锚索2与钢管体1和垫块3紧密结合，防止脱落。

使用时，如图2所示，首先在巷道10底板两侧打桩孔9，将钢管体1埋设在桩孔9中，灌注上水泥砂浆8，将钢管体1固定于桩孔9内，再向钢管体1中浇注混凝土6，形成钢管桩，然后将锚杆或锚索2穿过钢管桩通孔7后锚固在巷道10底板两底角的岩层中，再套上垫块3、垫圈4用螺母5固紧形成锚拉结构。

Claims (2)

1.一种软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置，其特征在于，由钢管桩、锚杆或锚索、垫块和螺母构成；其中：

所述的钢管桩，由直径80～200mm、厚度5～20mm的钢管体和内部现浇混凝土构成，钢管桩距上端100～200mm处向斜下方开有对穿的通孔，通孔轴线与钢管桩轴线的夹角为10°～15°；

所述的垫块，为中间开有通孔的柱体，柱体前端断面为与钢管桩吻合的曲面，后端断面为与锚杆或锚索轴向垂直的斜平面；锚杆或锚索穿过钢管桩通孔后套上垫块用螺母固紧形成锚拉结构；

所述的锚杆或锚索为矿用锚杆或锚索，或者为注浆锚杆或锚索。

2.如权利要求1所述的软岩巷道锚拉钢管混凝土抗底臌装置的施工方法，其特征在于，施工时，首先在巷道底板两侧打桩孔，将钢管体埋设在桩孔中，灌注水泥砂浆，将钢管体固定于桩孔内，再向钢管体中浇注混凝土，形成钢管桩，然后将锚杆或锚索穿过钢管桩通孔后锚固在巷道两底角的岩层中，再套上垫块用螺母固紧形成锚拉结构。

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