CN102900446A

CN102900446A - 碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固方法

Info

Publication number: CN102900446A
Application number: CN2012104044298A
Authority: CN
Inventors: 张农; 陈亮
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102900446B

Abstract

本发明涉及一种碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固方法，该加固方法中涉及的大孔径预张拉底板中空注浆锚索包括紧固段A、注浆段B及锚固段C，主要针对软弱破碎巷道底板孔施工困难，成孔孔壁稳定性差易于塌孔，难以实施底板锚注加固的难题。该加固方法采用浅部大孔径护壁套管注浆，解决了孔壁塌孔问题，并且实现了大流量高压注浆，节省注浆时间并增大浆液扩散范围，利用注浆锚索与钢梁形成整体支护结构，注浆固结破碎岩体的同时实现锚索全长锚固和共同承载，有效解决底板大变形问题，此外，此方法易施工、操作简单方便，而且效果显著，安全可靠，具有广泛的实用性。

Description

碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固方法

技术领域

本发明涉及一种矿井巷道底板碎裂介质中的快速成孔及加固技术，尤其是一种碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固方法。

背景技术

众所周知，深井高地压软岩支护一直是煤矿开采等地下工程维护中的重大技术难题，也是国内外地下开采领域数十年来重点研究的方向。其中软岩巷道的底鼓问题，是影响高地应力软岩巷道支护成败的关键技术难题。巷道是煤矿安全生产的通道，被喻为矿井的“咽喉”，底板治理的重要性更是不言而喻。目前，国内外控制巷道底鼓的技术方法主要包括卸压改善底板围岩应力状态和加固提高底板围岩强度，具体有：底板垂直切槽防治底鼓法、底板两侧开掘巷道卸压法、对底板巷道两底角进行松动爆破法、带底拱的U型钢可缩性支架支护法、混凝土碹和弧板等全断面支护法、施工底板锚杆法、底板注浆法及加固顶板控制巷道底鼓法等。

锚注支护是对松软破碎围岩加固的有效途径，即采用注浆锚杆（索）加固围岩，将锚固与注浆加固相结合，利用注浆加固来实现围岩改性，使锚固的作用得以发挥。然而在巷道底板治理过程中锚注加固并未能较好的控制底鼓大变形，主要存在以下几方面的问题：1）小孔径钻头（直径Φ＜42mm）钻进成孔后，由于孔壁失稳破坏，导致钻孔成孔质量差，钻杆退出后，钻孔易出现塌孔现象，影响后续的注浆管及锚杆（索）的安装，同时与小孔径钻孔配套的注浆管直径较小，浆液扩散范围有限且注浆工序耗时较长，注浆效果不明显。2）底板锚注支护中对锚索采用先注浆后张拉的方式，无法在锚索全长范围内施加预应力，锚索深部的锚固力是在相应深部岩层变形后才产生的，变形量越大，锚索受力越大，但锚索锚固力的产生是建立在以岩层变形为代价的基础上的，不属于主动支护，因而影响锚注支护的加固效果。

发明内容

为了克服现有的矿井巷道底板碎裂介质中的快速成孔及加固技术上的不足，本发明提供一种碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固方法，该加固方法采用浅部大孔径护壁套管注浆，解决了孔壁塌孔问题，并且实现了大流量高压注浆，节省注浆时间并增大浆液扩散范围，利用注浆锚索与钢梁形成整体支护结构，注浆固结破碎岩体的同时实现锚索全长锚固和共同承载，有效解决底板大变形问题，此外，此方法易施工、操作简单方便，而且效果显著，安全可靠，具有广泛的实用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的紧固段A包括外锚段锁具、垫圈、托盘及封孔器，所述的外锚段锁具套装在索体上，下部固定设有垫圈、中间向上拱起的盘状托盘及倒椎体形状的封孔器，封孔器牢固压在锚固钻孔的孔口，实现对整个钻孔深度内的全锚和注浆锚索的封闭；所述的注浆段B包括索体及鸟笼式注浆段，鸟笼式注浆段是由多股钢绞线和包含钢绞线内的注浆芯管组合而成，注浆芯管内每隔100mm钻有出浆孔，各孔交叉成60度，便于浆液可注入杆体四周的岩体，鸟笼式注浆段的直径大于索体的直径且小于钻孔的内径，该结构利于注浆芯管顺利的反向出浆，增加索体与孔壁间的摩擦力，增加锚固力；所述的锚固段C包括倒枪刺钉、限位块、销钉、内锚段锁具及夹片，所述的锚固段C设有一段管状的内锚段锁具套装在索体上，内锚段锁具上端开有倒枪刺钉槽，槽内通过销钉与倒枪刺钉铰连接，倒枪刺钉槽的外部焊接有限位块，限制倒枪刺钉最终张开的角度为60度，内锚段锁具的下部设有内锥孔，锥孔与索体之间吻合装设有三片圆锥形夹片，夹片内夹紧索体，夹片外贴紧内锚段锁具的内锥孔面，使索体与内锚段锁具牢固连接在一起。该加固方法的具体实施方式为：

（1）在巷道底板施工0.1 m～0.2 m厚度的混凝土地坪，为巷道底板提供止浆层；

（2）地坪固结后，在巷道底板施工深度为2.5 m～3.0 m的大直径浅部注浆孔，孔间排距为1.5 m～3.0 m，孔径100 mm～150 mm；

（3）浅部注浆孔施工完成后，在孔内放入护壁注浆套管，注浆套管直径小于浅部注浆孔25 mm～30mm，长度为1.5 m～2.0m，用水泥封堵孔口与注浆套管之间的空隙以便固定套管；

（4）待孔口水泥固结后，向注浆套管内注入水泥浆液，注满后停注浆；

（5）待浅孔注入的水泥浆固结后，在巷道底板原护壁注浆套管内施工深6.0 m～7.0 m的深部锚索孔，孔径75 mm～80 mm；

（6）成孔后利用水泵排出孔内积水，减小孔内的积水对注浆效果的不利影响；

（7）在孔中安装5.5 m～6.5 m长的大孔径预张拉底板中空注浆锚索，通过上提注浆锚索使注浆锚索锚固段中的倒枪刺钉牢固锚固在孔底，形成有效生根点；

（8）将同一排相邻的注浆锚索采用槽钢梁组合成一体，安装配套的托盘及锁具，然后利用张拉仪对注浆锚索进行初次张拉，达到设计张拉力后停止张拉；

（9）通过注浆锚索进行深孔注浆，注满后停注浆，待浆液初凝后进行二次张拉。

本发明的有益效果是，该碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固方法采用浅部大孔径护壁套管注浆，解决了孔壁塌孔问题，并且实现了大流量高压注浆，节省注浆时间并增大浆液扩散范围，利用注浆锚索与钢梁形成整体支护结构，注浆固结破碎岩体的同时实现锚索全长锚固和共同承载，有效解决底板大变形问题，此外，此方法易施工、操作简单方便，而且效果显著，安全可靠，具有广泛的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是本发明使用的大孔径预张拉底板中空注浆锚索结构原理示意图。

图中，1.巷道，2.地坪，3. 浅部注浆孔，4. 注浆套管，5. 注浆锚索，6. 深部注浆孔，7.外锚段锁具，8.垫圈，9.托盘，10.封孔器，11.索体，12.鸟笼式注浆段，13.倒枪刺钉，14.限位块，15.销钉，16.内锚段锁具，17.夹片，18.孔壁。

具体实施方式

在图中，该碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固方法中涉及的大孔径预张拉底板中空注浆锚索包括紧固段A、注浆段B及锚固段C，所述的紧固段A包括外锚段锁具7、垫圈8、托盘9及封孔器10，所述的外锚段锁具7套装在索体11上，索体11下部固定设有垫圈8、中间向上拱起的盘状托盘9及倒椎体形状的封孔器10，封孔器10牢固压在锚固钻孔的孔口，实现对整个钻孔深度内的全锚和注浆锚索5的封闭；所述的注浆段B包括索体11及鸟笼式注浆段12，鸟笼式注浆段12是由多股钢绞线和包含钢绞线内的注浆芯管组合而成，注浆芯管内每隔100mm钻有出浆孔，各孔交叉成60度，便于浆液可注入杆体四周的岩体，鸟笼式注浆段12的直径大于索体11的直径且小于钻孔的内径，该结构利于注浆芯管顺利的反向出浆，增加索体11与孔壁间的摩擦力，增加锚固力；所述的锚固段C包括倒枪刺钉13、限位块14、销钉15、内锚段锁具16及夹片17，所述的锚固段C设有一段管状的内锚段锁具16套装在索体11上，内锚段锁具16上端开有倒枪刺钉槽，槽内通过销钉15与倒枪刺钉13铰连接，倒枪刺钉槽的外部焊接有限位块，限制倒枪刺钉13最终张开的角度为60度，内锚段锁具16的下部设有内锥孔，锥孔与索体11之间吻合装设有三片圆锥形夹片17，夹片17内夹紧索体11，夹片17外贴紧内锚段锁具16的内锥孔面，使索体11与内锚段锁具16牢固连接在一起。该加固方法的具体实施方式为：

①在巷道1底板施工0.1 m～0.2 m厚度的混凝土地坪2，为巷道1底板提供止浆层；

②地坪2固结后，在巷道1底板施工深度为2.5 m～3.0 m的大直径浅部注浆孔3，孔间排距为1.5 m～3.0 m，孔径100 mm～150mm；

③浅部注浆孔3施工完成后，在孔内放入护壁注浆套管4，注浆套管4直径小于浅部注浆孔25 mm～30mm，长度为1.5 m～2.0m，用水泥封堵孔口与注浆套管4之间的空隙以便固定注浆套管4；

④待孔口水泥固结后，向注浆套管4内注入水泥浆液，注满后停注浆；

⑤待浅孔注入的水泥浆固结后，在巷道1底板原护壁注浆套管4内施工深6.0 m～7.0 m的深部锚索孔6，孔径75 mm～80 mm；

⑥成孔后利用水泵排出孔内积水，减小孔内的积水对注浆效果的不利影响；

⑦在孔中安装5.5 m～6.5 m长的大孔径预张拉底板中空注浆锚索5，通过上提注浆锚索5使注浆锚索5锚固段中的倒枪刺钉13牢固锚固在孔底，形成有效生根点；

⑧将同一排相邻的注浆锚索5采用槽钢梁组合成一体，安装配套的托盘9及外锚段锁具7，然后利用张拉仪对注浆锚索5进行初次张拉，达到设计张拉力后停止张拉；

⑨通过注浆锚索5进行深孔注浆，注满后停注浆，待浆液初凝后进行二次张拉。

Claims

1.一种碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固的装置，大孔径预张拉底板中空注浆锚索包括紧固段A、注浆段B及锚固段C，其特征在于，所述的紧固段A包括外锚段锁具（7）、垫圈（8）、托盘（9）及封孔器（10），外锚段锁具（7）套装在索体（11）上，下部固定设有垫圈（8）、中间向上拱起的盘状托盘（9）及倒椎体形状的封孔器（10），封孔器（10）牢固压在锚固钻孔的孔口；所述的注浆段B包括索体（11）及鸟笼式注浆段（12）；所述的锚固段C包括倒枪刺钉（13）、限位块（14）、销钉（15）、内锚段锁具（16）及夹片（17），管状的内锚段锁具（16）套装在索体（11）上。

2.一种碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固方法，其特征在于，具体实施过程包括以下步骤：

①在巷道（1）底板施工0.1 m～0.2 m厚度的混凝土地坪（2），为巷道（1）底板提供止浆层；

②地坪（2）固结后，在巷道（1）底板施工深度为2.5 m～3.0 m的大直径浅部注浆孔（3），孔间排距为1.5 m～3.0 m，孔径100 mm～150 mm；

③浅部注浆孔（3）施工完成后，在孔内放入护壁注浆套管（4），注浆套管（4）直径小于浅部注浆孔（3）25 mm～30 mm，长度为1.5 m～2.0 m，用水泥封堵孔口与注浆套管（4）之间的空隙以便固定注浆套管（4）；

④待孔口水泥固结后，向注浆套管（4）内注入水泥浆液，注满后停注浆；

⑤待浅孔注入的水泥浆固结后，在巷道（1）底板原护壁注浆套管（4）内施工深6.0 m～7.0 m的深部锚索孔6，孔径75 mm～80 mm；

⑥成孔后利用水泵排出孔内积水，减小孔内的积水对注浆效果的不利影响；

⑦在孔中安装5.5 m～6.5 m长的大孔径预张拉底板中空注浆锚索（5），通过上提注浆锚索（5）使注浆锚索（5）锚固段中的倒枪刺钉（13）牢固锚固在孔底，形成有效生根点；

⑧将同一排相邻的注浆锚索（5）采用槽钢梁组合成一体，安装配套的托盘（9）及外锚段锁具（7），然后利用张拉仪对注浆锚索（5）进行初次张拉，达到设计张拉力后停止张拉；

⑨通过注浆锚索（5）进行深孔注浆，注满后停注浆，待浆液初凝后进行二次张拉。

3.根据权利要求1所述的一种碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固的装置，其特征在于，鸟笼式注浆段（12）是由多股钢绞线和包含钢绞线内的注浆芯管组合而成，注浆芯管内每隔100mm钻有出浆孔，各孔交叉成60度，鸟笼式注浆段（12）的直径大于索体（11）的直径且小于钻孔的内径。

4.根据权利要求1所述的一种碎裂介质向下套管成孔及锚注分步加固的装置，其特征在于，内锚段锁具（16）上端开有倒枪刺钉槽，槽内通过销钉（15）与倒枪刺钉（13）铰连接，倒枪刺钉槽的外部焊接有限位块，限制倒枪刺钉（13）最终张开的角度为60度，内锚段锁具（16）的下部设有内锥孔，锥孔与索体（11）之间吻合装设有三片圆锥形夹片（17），夹片（17）内夹紧索体（11），夹片（17）外贴紧内锚段锁具（16）的内锥孔面，将索体（11）与内锚段锁具（16）牢固连接在一起。