CN103061788A

CN103061788A - 一种松软破碎巷道顶板的加固支护方法

Info

Publication number: CN103061788A
Application number: CN2013100111353A
Authority: CN
Inventors: 魏建军; 刘聘; 刘辉; 韩成标
Original assignee: Jiangsu Institute of Architectural Technology
Current assignee: Jiangsu Institute of Architectural Technology
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种松软破碎巷道顶板的加固支护方法，属矿井巷道支护方法。在所述的松软破碎巷道顶板表面喷射混凝土，采用锚杆支护和中空锚管注浆支护顶板围岩体，铺设钢筋网片，复喷混凝土找平层；紧贴找平层铺设柔性垫层，柔性垫层与找平层之间预留变形量；在顶板上布设锚拉支架。所述的锚拉支架由预应力锚索和多段波纹钢腹板箱形梁组成，相邻段间采用弹性连接件连接；所述的锚杆/锚索穿过拉杆上面预留的锚孔锚入岩层，所述的锚索全长粘贴，并施加预应力；所述的锚拉支架沿巷道走向平行布置。该种支护方法解决了破碎顶板下沉大，常规矿用工字钢拉杆、平钢箱形拉杆支护极易损毁，有效保证了顶板支护的稳定和安全，经济效益显著。

Description

一种松软破碎巷道顶板的加固支护方法

所属技术领域

本发明涉及一种矿井巷道支护方法，具体是涉及一种松软破碎巷道顶板的加固支护方法，该方法可用于矿井巷道和深埋隧道工程中软弱破碎围岩的加固支护。

背景技术

近年来，随着能源开采进入深部，围岩劣化，开采条件越来越困难。尤其是松软破碎巷道的顶板控制与管理问题，一直困扰着矿山生产安全。

松软破碎的顶板围岩,其层理、节理裂隙极其发育,固结性差,巷道顶板易随掘随冒顶。即使在掘进阶段顶板软岩暂不冒顶,也易风化破碎,煤巷存在支护难,围岩变形量大、破坏严重、维护费用高等问题。目前大多数采用了常规手段，如锚杆+喷射混凝土支护、可缩U型钢支架和棚后注浆技术、高强度锚杆/锚索锚网喷复合支护技术等，这些支护技术没有解决支护结构与围岩体力学特性的耦合问题，导致围岩变形持续增长，巷道挤压变形、冒顶坍塌。

发明内容

为解决以上难题，本发明从空间与时间效应相结合，考虑施工工序时间与支护部位之间的配合，提供一种适用于松软破碎围岩巷道顶板加固支护方法，该方法可以有效地控制顶板下沉量，减少冒顶事故的发生。

本发明解决其技术问题所采用技术方案是：一种松软破碎巷道顶板的支护方法，按照以下步骤进行施工：

A、开挖巷道，在巷道表面清除掉活动危石，喷射混凝土对围岩裂隙表面进行封闭；

B、进行注浆施工：先在巷道易出现坍塌的顶板距左右边墙0.3-0.5米处施作注浆孔，注浆孔仰角45°；在左右边墙的上部距顶板0.3-0.5米处施作边墙注浆孔，仰角30°；在左右边墙的下部距底板0.3-0.5米处施作边墙下注浆孔，俯角30°；然后在注浆孔内安装中空的注浆锚杆，向所述注浆锚杆内注浆；

C、在锚杆和注浆锚杆的端部挂设钢筋网片，复喷混凝土，厚度50mm，并进行找平；

D、在顶板的左右侧部位实施锚索钻孔，锚孔外倾角30°，安装锚索，施工锚拉支架；每孔锚索安装时使用一卷K2360和三卷Z2360型树脂药卷；拉梁与混凝土找平层之间预留填充垫层厚度100mm和预留变形量100mm，然后对锚索托盘临时锁紧；

E、施工一周后，在锚拉支架和复喷混凝土找平层之间填充柔性垫层用于张拉锚索预应力。

所述步骤B中的注浆导管长度为2-3米；所述的注浆导管中前部设计有泄浆孔，孔呈梅花形布置；所述的注浆液为水泥单液浆，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.7～1.0，并掺加3％～5％的水玻璃，5％的生石膏。

所述步骤D中的锚索为直径25mm的左旋20MnSi锚索，锚索长度为5-10m，或者根据具地质雷达测试松动圈范围确定，锚索长度要大于松动圈范围，锚固到围岩内部稳定区域；锚索的外露长度不大于100mm，托板规格250×250×12。

所述步骤D中的拉梁为封闭箱型截面，可以是“口”形，还可以

形。其上下翼缘为平钢板，腹板为波纹钢板；所述的波纹为梯形波。所述的拉梁由段或多段短拉梁组成，节段之间由弹性节点相连。

所述的弹性节点由两个或多个槽钢段组成。具体的是在要连接的拉梁端部焊接端钢板，两端钢板之间预留空隙，将2段槽钢沿着端板背靠背放入空隙，2段槽钢上下布置，并保证位于竖向中轴线上。所述的槽钢翼缘板与端钢板全焊。

所述步骤E中的柔性垫层是砂袋、矸石袋或者泡沫混凝土块。

本发明方法的有益效果是：

1、本方法从时间和空间效应上相互组合，体现了分步耦合、协同支护的思想。（1）工序的合理组织，先进行注浆加固，提供围岩整体性和自身强度；再进行锚杆支护，阻止围岩内部的剪切变形；最后进行锚拉支架的施工，对顶板围岩进行兜护，并通过锚索将围岩应力向内部转移，并通过锚索变形和拉梁的变形释放压力。（2）加固方式和部位的合理组合。巷道开挖后，先进行喷浆封表，在容易失稳的巷道角隅部位进行钻孔注浆，提高围岩整体性能；再进行锚网喷支护，将围岩应力向内部转移；最后对最难控制的顶板进行锚拉支架重点支护。

2、本发明方法既能提高围岩整体性能，强化围岩，又能将围岩应力向内部转移，提高了围岩整体稳定性。

3、本发明方法中的锚拉梁为箱形截面，与矿用工字钢相比，其整体刚度大，承载力高，稳定性好。腹板为波纹钢板，提高了腹板在锚杆/锚索高压应力下的局部稳定能力，避免了平钢板常出现的局部屈曲。

4、本发明方法中的拉梁连接为弹性节点。所述的弹性节点中上下布置的小槽钢开口向外，能够适应顶板的下沉变形，具有柔性让压功能。且通过槽钢的截面参数、数量来调节节点的柔性让压性能。

5、本发明方法节省钢材，成本低，避免了顶板的前掘后修，经济效益明显。

附图说明

图1是本发明示意图；

图2是锚拉梁立面图；

图3是图2中的A-A剖面图；

图4是图2中的B-B剖面图；

图5是弹性节点放大图；

图6是弹性节点变形示意图。

图中：1.锚杆，2.注浆锚杆，3.锚索，4.复喷混凝土找平层，5.柔性垫层，6.锚拉梁，7.上翼缘板，8.下翼缘板，9.波纹钢腹板，10.弹性节点，11.端板，12.槽钢，13.角焊缝，14.锚索孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步说明。

如图1所示，本发明方法应用于松软破碎围岩巷道顶板的加固支护，该方法可以有效地控制顶板下沉量，减少冒顶事故的发生。

B、进行注浆锚杆2施工。先行在巷道易出现坍塌的顶板距左右边墙0.3-0.5米处施作注浆孔，仰角45°；在左右边墙的上部距顶板0.3-0.5米处施作注浆孔，仰角30°；在左右边墙的下部距底板0.3-0.5米处施作注浆孔，俯角30°；然后在注浆孔内安装注浆中空锚杆，向所述注浆锚杆2内注浆。注浆导管长度取2-3米；注浆导管中前部设计有泄浆孔，孔呈梅花形布置；注浆液为水泥单液浆，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比在0.7～1.0之间，并掺加3％～5％的水玻璃，5％的生石膏。

C、在锚杆1和注浆锚杆2的端部挂设钢筋网片，复喷混凝土，找平，形成复喷混凝土找平层4，厚度50mm。

D、在顶板的左右侧部位实施锚索3钻孔，锚孔外倾角30°，安装锚索3，锚索为直径25mm的左旋20MnSi（锰硅）锚索；施工锚拉支架。锚拉梁6上对应设计多处锚索孔14，每孔锚索3安装时使用一卷K2360和三卷Z2360型树脂药卷。锚拉梁6与混凝土找平层4之间预留填充柔性垫层5的厚度100mm和预留变形量100mm，然后对锚索3托盘临时锁紧。

E、施工一周后，在锚拉梁6和复喷混凝土找平层4之间填充柔性垫层5，然后张拉锚索3的预应力。

如图2-4所示，锚拉梁6截面形式为封闭箱型，可以是“口”形、或梯形。上翼缘板7与下翼缘板8是平钢板，两个腹板9是波纹钢板，腹板厚度优选2mm-4mm,波纹形状选梯形。波纹钢腹板9与上翼缘板7、下翼缘板8焊接。上翼缘板7、下翼缘板8对应设计多处锚孔14，供施工锚索3用。锚拉梁6可以是单根，也可以是多根相互接长，接长时锚拉梁6端部焊接端板11，两相邻节段端板11之间设计弹性节点10。此种锚拉梁6在已提交的本人申请的专利文件中详细描述过，故不再详细描述。

如图5-6所示，弹性节点由上下布置的两个槽钢段12组成，上面的槽钢段12开口向上，下面的槽钢段12开口向下，槽钢段12的长度根据锚拉梁6的宽度选择，一般为锚拉梁6宽度的1/2-1/3，槽钢段12位于端板11平面竖向中线上，即与锚拉梁6纵向轴线重合，槽钢段12的翼缘板和端板11密贴，并在槽钢12的翼缘板周边全部实施焊接，并使角焊缝13形成封闭圈。此种弹性节点在已提交的本人申请的专利文件中详细描述过，故不再详细描述。

弹性节点10具有较大的变化量，在巷道顶板出现大变形时，锚拉梁6通过上下两个槽钢12的张口角变化来进行协调变形，适度让压，从而有效地防止了锚拉梁承受地压荷载过大时失稳。

该锚拉梁6构造简单，施工方便，可通过调整梁高调整承载能力；变化弹性节点10中槽钢段12布置方式和数量，可以调整节点10的刚度和变形能力。

Claims

1.一种松软破碎巷道顶板的支护方法，其特征在于按照以下步骤进行施工：

B、进行注浆施工：先在巷道易出现坍塌的顶板距左右边墙0.3-0.5米处施作注浆孔，注浆孔仰角45°；在左右边墙的上部距顶板0.3-0.5米处施作边墙注浆孔，仰角30°；在左右边墙的下部距底板0.3-0.5米处施作边墙下注浆孔，俯角30°；然后在注浆孔内安装中空的注浆锚杆（2），向所述注浆锚杆（2）内注浆；

C、在锚杆（1）和注浆锚杆（2）的端部挂设钢筋网片，复喷混凝土，厚度50mm，并进行找平；

D、在顶板的左右侧部位实施锚索钻孔，锚孔外倾角30°，安装锚索（3），施工锚拉支架；每孔锚索安装时使用一卷K2360和三卷Z2360型树脂药卷；拉梁与混凝土找平层之间预留填充垫层厚度100mm和预留变形量100mm，然后对锚索托盘临时锁紧；

E、施工一周后，在锚拉支架和复喷混凝土找平层之间填充柔性垫层（5）用于张拉锚索预应力。

2.根据权利要求1所述的一种松软破碎巷道顶板的支护方法，其特征在于：所述步骤B中的注浆锚杆长度为2-3米；所述的注浆锚杆中前部有泄浆孔，孔呈梅花形布置；所述的注浆液为水泥单液浆，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.7～1.0，并掺加3％～5％的水玻璃，5％的生石膏。

3.根据权利要求1所述的一种松软破碎巷道顶板的支护方法，其特征在于：所述步骤D中的锚索（3）为直径25mm的左旋20MnSi锚索，锚索长度为5-10m，或者根据地质雷达测试松动圈范围确定，锚索长度大于松动圈范围，锚固到围岩内部稳定区域；锚索的外露长度不大于100mm，托板规格250×250×12。

4.根据权利要求1所述的一种松软破碎巷道顶板的支护方法，其特征在于：所述步骤D中的拉梁为封闭箱型截面，其上下翼缘为平钢板，腹板为波纹钢板；所述的波纹为梯形波；拉梁由2段或多段短拉梁组成，节段之间由弹性节点相连；所述的弹性节点由两个或多个槽钢段组成。

5.根据权利要求1所述的一种松软破碎巷道顶板的支护方法，其特征在于：所述步骤E中的柔性垫层（5）为砂袋、矸石袋或者泡沫混凝土块。