CN103321663A - 巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿山巷道底鼓防治领域，公开了一种巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置。在巷道底板岩层中钻孔，将锚索下端伸入底板钻孔中并用树脂锚固剂快速固定，对锚索上端施加预应力并用索具固定，通过注浆附件向底板钻孔中注入水泥浆进行固化。通过该加固装置能够对巷道底板岩层进行主动、及时、快速支护与加固，防治巷道底鼓。本发明还提供一种巷道底板下锚上注式预应力锚索加固施工方法。

Description

巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置和施工方法

技术领域

本发明涉及矿山巷道底鼓防治领域，特别是涉及一种巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置和施工方法。

背景技术

矿藏资源井工开采由浅部向深部发展是必然的趋势，随着矿藏开采深度的增大，巷道矿压显现愈发剧烈，尤以巷道底鼓表现最为显著。预防和控制巷道底鼓成为保持巷道围岩稳定的关键因素。巷道底鼓控制方法可以归纳为预防和治理两种方式。预防是在巷道底鼓发生之前，采取一定的措施，阻止底鼓的发生或延迟底鼓发生的时间；治理是巷道产生显著底鼓后采取措施对底板鼓起进行控制。目前，国内外底鼓的防治措施可分为四类：

(1)落底或者起底。是现场应用最广泛的一种处理底鼓的方法，这是一种被动的底鼓治理方法。在具有强烈底鼓趋势的巷道中，往往需要多次落底，不仅工程量大、费用高，而且容易造成巷道的持续变形，影响巷道围岩的稳定性。

(2)加固法。分为主动加固法和被动加固法，如打设底板锚杆、底板岩层注浆及安装封闭式支架等形式。由于巷道底板所处的特殊环境，底板锚杆控制底鼓的效果，不仅受到底板岩层性质及应力状态的影响，而且受底板锚杆的锚固方式（一般使用水泥/水玻璃锚固，7d后施加预应力）及支护参数（锚杆长度小于巷道高度）的影响，导致底板锚固施工速度慢、锚固范围小，控制效果不明显。底板注浆适用于加固比较破碎的底板岩层中，用以恢复底板破碎岩层的完整性，在一定程度上强化了底板围岩的强度。但对于深部高应力巷道及底板围岩裂隙发育的软岩巷道，底板注浆控制围岩具有较大的难度。封闭式支架属于被动支护，它与围岩性质、应力状态、支架工作特性等有关。浅部低应力巷道底板中，封闭式支架可以达到较好的控制效果，但在深部高应力软岩巷道及具有遇水膨胀特性的巷道中，封闭式支架的支护阻力远远达不到控制底板围岩变形的要求，并且施工速度慢和支护成本高。

(3)应力控制法。其实质在于使巷道围岩处于应力降低区，从而达到保持底板稳定性的目的。如采掘布置法和人工卸压法。但采掘布置法受开采条件影响较大；人工卸压法前期确实起到延缓底板鼓起的作用，但不能达到控制底板围岩的目的，尤其在深部高应力巷道中，卸压法在一定程度上反而破坏了围岩结构的完整性，弱化了岩层的自身承载能力，使得底板变形速度加快。

(4)联合支护法。即把两种或多种不同的底鼓控制方法联合到一起，如封闭式支架与锚杆支护、锚杆支护与注浆、底板爆破与注浆、切缝与锚杆支护、封闭式支架与爆破等，这些措施兼有两种方法的优点，控制底鼓的能力更大，适应性更强。

多年的实践经验表明，在深部高应力软岩巷道中，巷道底鼓的预防比治理更为重要，采取合理的底板控制措施对保持巷道围岩的整体稳定性具有关键作用。然而，从目前国内外底板控制装置和方法来看，均存在不足，无法实现对巷道底板岩层的及时、快速、有效控制。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供防治矿山巷道底鼓的加固装置，以及进一步提高巷道底板锚索加固的速度，并且提供施工方法。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置，其包括：锚索、托板、索具、注浆管和树脂锚固剂，所述锚索下端伸入巷道底板的底板钻孔中；所述锚索下端与底板钻孔通过所述树脂锚固剂固定；所述托板设有托板锚索孔，所述锚索上端穿过托板锚索孔，托板置于底板岩层表面上，所述索具在托板上方锁紧锚索；所述注浆管的一端伸入底板钻孔，另一端伸出底板钻孔外，用于向底板钻孔注浆。

优选的，所述装置还包括止浆塞，所述止浆塞设在底板钻孔孔口处，止浆塞设有锚索孔和注浆孔，所述锚索穿过止浆塞上的锚索孔，所述注浆管伸入底板钻孔的一端与注浆孔连接。

优选的，所述装置还包括止退管，所述止退管设在所述止浆塞上，止退管上端顶住所述托板。

优选的，所述装置还包括钢筋托梁，所述钢筋托梁设置在所述托板下方，紧贴底板岩层表面。

优选的，所述托板为拱形托板，其还设有托板注浆孔，所述注浆管穿过托板注浆孔。

优选的，所述锚索下端设有搅拌头，所述搅拌头与锚索通过树脂锚固剂粘结。

优选的，所述搅拌头为中空钢管，其表面设有钢筋肋，所述钢筋肋缠绕方向为左旋。

本发明还提供巷道底板下锚上注式预应力锚索加固施工方法，其包括：

S1，在巷道底板岩层中钻出底板钻孔，放入树脂锚固剂，插入锚索，通过锚索搅拌树脂锚固剂；

S2，在底板钻孔孔口处安装带有注浆孔的止浆塞，将注浆管与注浆孔连接；

S3，待锚固端树脂锚固剂凝固，对锚索自由段施加预应力并锁定；

S4，通过注浆管向底板钻孔中注浆。

优选的，所述S3包括：

S31，在所述止浆塞上安装止退管；

S32，在巷道底板岩层表面铺设钢筋托梁，钢筋托梁上设置托板，使止退管的上端顶住托板；

S33，在托板上方的锚索上安装索具。

优选的，其施工方法还包括：

S5，对巷道底板回填矸石或铺设混凝土覆盖锚索外露部分；

S6，多次重复S1至S5。

（三）有益效果

本发明提供的巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置，在底板岩层中钻孔，将锚索下端伸入底板钻孔中并用树脂锚固剂固定，对锚索自由段施加预应力并用锁具将锚索外露端固定，向底板钻孔中注入水泥浆固定锚索自由段。使用锚索加固巷道底板，由于锚索可以弯曲，任意长度的锚索都可以在底板钻孔内搅拌树脂锚固剂，可以为任意地质条件的巷道底板提供有效的锚固，实现及时、主动支护，防治巷道底鼓。锚索下端利用树脂锚固剂快速锚固，与传统的底板锚索使用水泥浆加水玻璃锚固相比，锚固速度加快并且可及时施加预应力，而水泥浆锚固则需要7天后方可锚固，大大缩短了锚索的锚固时间，实现对底板锚索预应力的及时施加，从而使底板加固达到真正的主动及时支护。底板钻孔孔口处利用止浆塞密封，并在止浆塞和托板之间设置止退管，对底板钻孔进行带压注浆，与传统的锚索孔灌浆相比，浆液不仅可以充满锚索自由段，而且可以扩散到钻孔周围破碎围岩中，在提高锚索锚固力的同时，对巷道底板破碎岩层进行加固。

附图说明

图1为本发明巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置剖示图；

图2为本发明巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置止浆塞俯视图；

图3为本发明巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置止浆塞沿B-B剖示图；

图4为本发明巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置搅拌头正视图；

图5为本发明巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置搅拌头沿A-A剖示图；

图中，1：锚索；2：索具；3：托板；4：止退管；5：注浆管；6：钢筋托梁；7：止浆塞；8：搅拌头；9：水泥浆；10：树脂锚固剂；11：底板钻孔；12：矸石或混凝土；13：巷道直接底岩层；14：破碎岩层；15：裂隙发育岩层；16：裂隙；17：稳定岩层；18：锚索孔；19：注浆孔；20：钢筋肋。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1、2和3所示，巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置，包括锚索1、托板3、索具2、注浆管5和树脂锚固剂10，在巷道底板岩层中钻孔，形成底板钻孔11，底板钻孔11的直径大小为50～60mm，根据巷道的具体情况，选择锚索直径大小并确定钻孔直径。锚索1下端伸入底板钻孔11中；锚索1下端与底板钻孔11利用树脂锚固剂10锚固连接，锚索1锚固段的长度根据岩层的可锚性能和设计的锚索预应力大小而定。托板3设有托板锚索孔，锚索1自由段穿过托板锚索孔，将托板3置于底板岩层表面上；索具2位于托板3的上方，其套在锚索1上，对锚索施加预应力并锁紧锚索。注浆管5的一端伸入底板钻孔11，另一端伸出底板钻孔11外，通过注浆管5将水泥浆9注入底板钻孔11中。优选的，托板3选用高强度拱形托板，托板3上设有托板注浆孔，托板注浆孔的直径稍大于注浆管5的直径，将注浆管5通过托板3上的托板注浆孔引出。

进一步的，本装置还包括止浆塞7，止浆塞7设在底板钻孔11的孔口处，塞住底板钻孔11；如图3所示，止浆塞7设有锚索孔18和注浆孔19，锚索1穿过锚索孔18，锚索孔18形状及大小与锚索横截断面相同，为方便向锚索1上安装，锚索孔18的一段做成圆锥孔；注浆管5伸入底板钻孔的一端与注浆孔19连接，具体连接方式为注浆管5穿过止浆塞7上的注浆孔19伸入到底板钻孔11中，注浆管5与注浆孔19的接触面用粘结剂粘结并密封，底板钻孔11的锚固端到止浆塞7之间的底板钻孔段作为注浆段，用于注入水泥浆9。利用止浆塞7可以控制水泥注浆不溢出底板钻孔。

进一步的，如图1所示，本装置还包括止退管4，止退管4设置在止浆塞7上，套在锚索1外面，止退管4上端顶住托板3。在对锚索自由段进行张拉时，托板3向下推动止退管4，进而向下顶压止浆塞7，通过止浆塞7密封底板钻孔11口端并防止注浆时止浆塞7滑出底板钻孔11。从而实现对锚索自由段和底板破碎岩体进行带压注浆。与传统的锚索灌浆相比，浆液不仅可以充满底板钻孔11自由段，而且可以扩散到底板钻孔周围破碎围岩中，在提高锚索锚固力的同时，对巷道底板破碎岩层进行加固。优选的，止退管4选用钢管，长度为100～150mm。

进一步的，如图1所示，本装置还包括钢筋托梁6，钢筋托梁6设置在托板3下方，紧贴底板岩层表面。由于单根底板锚索的作用范围有限，采用钢筋托梁6作为底板锚索的附属构件，钢筋托梁6将同排相邻锚索连接到一起，形成整体的底板控制结构，提高稳定性。优选的，钢筋托梁6选用梯形焊接梁。

进一步的，如图4和5所示，锚索1下端设有搅拌头8，搅拌头8与锚索1通过树脂锚固剂10粘结。搅拌头8为中空钢管外壁上设有钢筋肋20，钢筋肋20呈左旋方向缠绕，中空钢管的内径大于锚索直径4～6mm，根据钻孔11直径的大小，搅拌头肋外径小于钻孔直径6～10mm。

进一步的，如图3所示，止浆塞7为圆锥台形橡胶塞，止浆塞7上端外径大于底板钻孔11直径4～8mm，下端直径小于钻孔11直径4～8mm；注浆管5选用高强塑料软管或铝塑管，注浆时可以承受一定的注浆压力。树脂锚固剂10选用慢速大直径树脂药卷，药卷直径小于底板钻孔11直径4～8mm，长度为500～750mm。采用树脂锚固剂10所需凝固时间短，锚固后半小时内即可施加预应力，而水泥浆锚固需要等待7天后预紧，大大缩短锚索的锚固时间。

本发明巷道底板下锚上注式预应力锚索加固施工方法，其包括：

（1）在巷道底板钻出底板钻孔11，放入树脂锚固剂，插入锚索1，通过锚索1搅拌树脂锚固剂。具体的，根据巷道地质与生产条件设计并施工，在巷道岩层底板钻出合适的底板钻孔11，一般的，底板钻孔11的深度为进入稳定岩层17一段距离；选择合理形式和参数的锚索1；根据底板钻孔11的直径和锚索1的直径，加工搅拌头8和止浆塞7，利用树脂锚固剂10将搅拌头粘结在锚索1的下端，即锚固端；将树脂锚固剂10推入到底板钻孔11的孔底，锚索1的下端插入底板钻孔11中，锚索1的上端连接锚索搅拌器和钻机，利用钻机向下推进并搅拌树脂锚固剂。树脂锚固剂10的锚固端长度优选包括底板钻孔11深入稳定岩层17的全部和部分裂隙发育岩层15段的总长度。

（2）在底板钻孔孔口处安装设有注浆孔19的止浆塞7，注浆管5穿过注浆孔19，并用粘接剂将两者粘结。止浆塞7利用锚索孔18套在锚索上，并使止浆塞7与底板钻孔11孔壁贴紧。止浆塞7与树脂锚固剂10之间的底板钻孔11段为注浆段。

（3）待锚索锚固端树脂锚固剂凝固，对锚索1自由段施加预应力并锁定。在巷道底板岩层上铺设钢筋托梁6，钢筋托梁6上设置托板3，托板3设有托板锚索孔和托板注浆孔，锚索1穿过托板锚索孔，注浆管5从托板注浆孔引出外部。利用锚索张拉设备对锚索进行张拉施加预应力，用索具2在托板3上方锚索外露部位锁紧锚索。在安装托板3之前，设置止退管4，止退管4安装在止浆塞7之上，在安装托板3后，止退管4两端分别顶住托板3和止浆塞7。在对锚索施加预应力时，托板3向下推动止退管4，进而向下顶压止浆塞7。

（4）通过注浆管向底板钻孔自由段注浆。利用注浆泵通过注浆管5对底板钻孔注浆段进行带压注浆，注浆压力根据巷道底板岩层破坏情况进行调节，水泥浆9不仅可以充满锚索与钻孔11之间的空隙，而且使水泥浆9充分的扩散至周围破碎岩层14和裂隙发育岩层15的裂隙16中。

（5）对巷道底板回填矸石12或者铺设混凝土覆盖锚索1外露部分。具体的，锚索1的上端头部露出巷道直接底岩层13，为使巷道底板表面平整，在巷道直接底岩层13上回填矸石12或者铺设混凝土硬化，将锚索外露部分覆盖。

（6）根据设计需求多次重复（1）至（5）。根据底板岩层的情况计算出所需锚索的数量，多次重复（1）至（5）的步骤，完成对底板下锚上注式预应力锚索加固装置的安装。同时，施工过程中可在巷道底板表面铺设钢筋网，并将同排锚索利用钢筋托梁6相互连接，形成整体的底板控制结构。

上述实施例所述的矿山巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置，在底板岩层中钻孔，将锚索下端伸入底板钻孔中并用树脂锚固剂端部固定，锚索上端用索具固定并施加预应力，向底板钻孔中注入水泥浆液锚固锚索的自由段。由于锚索可以弯曲，任意长度的锚索都可以在底板钻孔内搅拌树脂锚固剂，可以为任意地质条件的巷道底板锚索提供有效的锚固方式，实现主动支护，防治巷道底鼓。锚索下端利用树脂锚固剂快速锚固，与传统的底板锚索使用水泥浆加水玻璃锚固相比，树脂锚固剂凝固时间快，锚固后半小时内即可施加预应力，而水泥浆锚固需要等待7天才能施加预应力，大大缩短锚索的锚固时间，真正实现底板锚索的及时、主动、有效加固。底板钻孔孔口处利用止浆塞密封，并在止浆塞和托板之间设置有止退管，可以实现对底板钻孔的带压注浆，与传统的锚索灌浆相比，浆液不仅可以充填锚索自由段与孔壁间的空间，而且可以扩散到钻孔周围破碎围岩中，在提高锚索锚固力的同时，对巷道底板破碎岩层进行加固。多个下锚上注式预应力锚索加固装置之间利用钢筋托梁相互连接，形成锚索底板加固的骨架结构，有效提高巷道底鼓控制效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种巷道底板下锚上注式预应力锚索加固装置，其特征在于，其包括：锚索、托板、索具、注浆管和树脂锚固剂，所述锚索下端伸入巷道底板的底板钻孔中；

所述锚索下端与底板钻孔通过所述树脂锚固剂固定；

所述托板设有托板锚索孔，所述锚索上端穿过托板锚索孔，托板置于底板岩层表面上，所述索具在托板上方锁紧锚索；

所述注浆管的一端伸入底板钻孔，另一端伸出底板钻孔外，用于向底板钻孔注浆。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括止浆塞，所述止浆塞设在底板钻孔孔口处，止浆塞设有锚索孔和注浆孔，所述锚索穿过止浆塞上的锚索孔，所述注浆管伸入底板钻孔的一端与注浆孔连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括止退管，所述止退管设在所述止浆塞上，止退管上端顶住所述托板。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括钢筋托梁，所述钢筋托梁设置在所述托板下方，紧贴底板岩层表面。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述托板为拱形托板，其还设有托板注浆孔，所述注浆管穿过托板注浆孔。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锚索下端设有搅拌头，所述搅拌头与锚索通过树脂锚固剂粘结。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述搅拌头为中空钢管，其表面设有的钢筋肋，所述钢筋肋缠绕方向为左旋。

8.一种巷道底板下锚上注式预应力锚索加固施工方法，其特征在于，其包括：

S1，在巷道底板岩层中钻出底板钻孔，放入树脂锚固剂，插入锚索，通过锚索搅拌树脂锚固剂；

S2，在底板钻孔孔口处安装带有注浆孔的止浆塞，将注浆管与注浆孔连接；

S3，待锚固端树脂锚固剂凝固，对锚索自由段施加预应力并锁定；

S4，通过注浆管向底板钻孔中注浆。

9.如权利要求8所述的巷道底板下锚上注式预应力锚索加固施工方法，其特征在于，所述S3包括：

S31，在所述止浆塞上安装止退管；

S32，在巷道底板岩层表面铺设钢筋托梁，钢筋托梁上设置托板，使止退管的上端顶住托板；

S33，在托板上方的锚索上安装索具。

10.如权利要求8或9之一所述的巷道底板下锚上注式预应力锚索加固施工方法，其特征在于，其施工方法还包括：

S5，对巷道底板回填矸石或铺设混凝土覆盖锚索外露部分；

S6，多次重复S1至S5。

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