CN103470270B - 深井马头门支护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深井马头门支护结构及其施工方法，该方法包括采用喷射混凝土、设置钢筋网、安装锚杆、安装锚索的联合支护形式，形成初期支护结构，其中，还包括：待马头门围岩变形稳定后，紧邻所述初期支护结构，依次设置沥青板滑动层、槽钢井圈层、全断面钢筋混凝土层，构成二次组合支护形式，形成二次支护结构。本发明的马头门初期支护采用锚、网、喷、索的联合支护形式；二次支护采用全断面钢筋混凝土衬砌、沥青板滑动层和密集槽钢井圈的组合支护形式，可防止位于泥岩等强膨胀性软岩处的深井马头门在围岩压力作用下发生破坏。

Description

深井马头门支护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及煤矿建筑领域，更具体地说，本发明特别涉及一种用于泥岩等强膨胀性软岩处的深井马头门支护结构及其施工方法。

背景技术

煤矿马头门是指立井井筒与井底车场水平硐室相连接的部位，为一空间交叉结构，是矿井的咽喉部位，因其位置的特殊性，具有断面大、结构复杂、服务年限长等特点，为矿井工程的施工难点。在中国，煤矿深埋马头门破坏的例子屡见不鲜，如亭南矿、唐口煤矿、刘庄煤矿、曲江煤矿和望风岗煤矿等，其马头门在施工过程中相继发生围岩失稳、支护结构破坏等重大事故，具体表现为马头门及其上下段井壁均不同程度发生了断裂、掉顶、破损等现象，反复维修多次，给煤矿造成了巨大的经济损失，严重威胁着矿井的安全生产。

马头门失稳破坏的原因是多方面的，除了位置选择不当、断面形状设计不合理、支护质量差、工程管理松懈等原因外，其主要原因是上述马头门多处于以泥岩为主的软弱岩层中。泥岩易风化且遇水膨胀，当马头门掘砌后，周边围岩松动圈在产生、发展过程中出现碎胀变形的同时，破裂岩体产生宏观裂隙，从而导致围岩强度降低，松动圈再次扩大，并且加剧了具有膨胀性岩石的物理化学膨胀和力学膨胀，体积成倍增加，其过程中的岩体膨胀变形压力巨大。又由于高地应力的作用，如马头门支护结构无法承载巨大的膨胀压力，将导致结构实效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深井马头门支护结构及其施工方法，以解决现有技术存在的处于软弱岩层中的深井马头门支护结构容易失效等问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种深井马头门支护结构的施工方法，其包括采用喷射混凝土、设置钢筋网、安装锚杆、安装锚索的联合支护形式，形成初期支护结构，其中，还包括：待马头门围岩变形稳定后，紧邻所述初期支护结构，依次设置沥青板滑动层、槽钢井圈层、全断面钢筋混凝土层，构成二次组合支护形式，形成二次支护结构。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，所述混凝土强度等级为C20～C25，厚度为100～150mm。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，所述钢筋网为Φ8～10mm圆钢，网孔间距为100×100～150×150mm。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，所述锚杆为高强预应力树脂锚杆，规格为Φ22mm×2500～3000mm，间排距为800×800mm，梅花状布置。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，所述锚索为Φ18.9mm或Φ21.6mm的钢绞线，长度8～12m，排距1.4～1.6m。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，所述沥青板滑动层由沥青板铺设形成，所述沥青板尺寸为长400mm、高250mm、厚100～150mm。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，所述沥青板的材料包括作为粘结材料的沥青、作为骨料的膨胀珍珠岩和粉煤灰，所述沥青、膨胀珍珠岩和粉煤灰的混合物在搅拌站搅拌之后，倒入模具中冷却成型为长方体形。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，所述沥青为100号甲或乙道路石油沥青；所述膨胀珍珠岩粒径大于2.5毫米的不超过所述膨胀珍珠岩总重量的5%，粒径小于0.15毫米的不大于所述膨胀珍珠岩总重量的8%；所述粉煤灰为要求燃烧完全的色浅粉末状干燥物。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，在铺设所述沥青板之前先用砂浆垫平，且上下相邻的所述沥青板的竖缝错开，并将所述沥青板从马头门底板铺设至拱基线位置。

根据上述深井马头门支护结构的施工方法的一种优选实施方式，其中，所述槽钢井圈层包括多个依次堆置的槽钢井圈，每一所述槽钢井圈由6～8节20#b槽钢对接形成；在同一所述槽钢井圈中，相邻的槽钢采用端立板和螺栓连接，槽钢翼缘背向所述沥青板滑动层。

为了解决上述问题，本发明提供一种深井马头门支护结构，其包括初期支护结构，所述初期支护结构包括混凝土喷射层、钢筋网、锚杆和锚索，其中，还包括二次支护结构，所述二次支护结构包括依次设置的沥青板滑动层、槽钢井圈层、全断面钢筋混凝土层，其中，所述沥青板滑动层紧邻所述初期支护结构。

根据上述深井马头门支护结构的一种优选实施方式，其中，所述混凝土喷射层的强度等级为C20～C25，厚度为100～150mm；所述钢筋网为Φ8～10mm圆钢，网孔间距为100×100～150×150mm；所述锚杆为高强预应力树脂锚杆，规格为Φ22mm×2500～3000mm，间排距为800×800mm，梅花状布置；所述锚索为Φ18.9mm或Φ21.6mm的钢绞线，长度8～12m，排距1.4～1.6m；所述沥青板滑动层由沥青板铺设形成，所述沥青板尺寸为长400mm、高250mm、厚100～150mm。

根据上述深井马头门支护结构的一种优选实施方式，其中，所述沥青板滑动层和所述初期支护结构之间还设有砂浆层；在所述沥青板滑动层中，上下相邻的所述沥青板的竖缝错开，且所述沥青板从马头门底板铺设至拱基线位置。

根据上述深井马头门支护结构的一种优选实施方式，其中，所述槽钢井圈层包括多个依次堆置的槽钢井圈，每一所述槽钢井圈由6～8节20#b槽钢对接形成；在同一所述槽钢井圈中，相邻的槽钢采用端立板和螺栓连接，槽钢翼缘背向所述沥青板滑动层。

本发明的马头门初期支护采用锚、网、喷、索的联合支护形式；二次支护采用全断面钢筋混凝土衬砌、沥青板滑动层和密集槽钢井圈的组合支护形式，可防止位于泥岩等强膨胀性软岩处的深井马头门在围岩压力作用下发生破坏。

附图说明

图1为利用本发明实施例施工的马头门支护立面图；

图2为图1中沿A-A线的剖面图；

图3为图1中沿B-B线的剖面图；

图4为图1中沿C-C线的剖面图；

图5为图1中沿D-D线的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1-5所示，本发明实施例对井筒1及马头门11部位进行了两次支护：初期支护和二次支护。其中，初期支护采用喷射混凝土、设置钢筋网、安装锚杆、安装锚索21的联合支护形式，形成作为初期支护结构的锚网喷结构2。待马头门围岩变形稳定后，设置二次支护结构。二次支护结构紧邻锚网喷结构2，依次设置沥青板滑动层3、槽钢井圈层4、全断面钢筋混凝土层5，构成二次组合支护形式，形成二次支护结构。

优选地，在初期支护形成的锚网喷结构2中，锚杆采用高强预应力树脂锚杆，锚杆规格为Φ22mm×(2500～3000)mm，间排距为800×800mm，梅花状布置；钢筋网采用Φ8～10mm圆钢，网孔间距为(100×100)～(150×150)mm；喷射的混凝土强度等级为C20～C25，喷层厚度为100～150mm（含复喷）；预应力锚索21采用Φ18.9mm或者Φ21.6mm的钢绞线，长度8～12m，排距1.4～1.6m，此外，关于锚索21的设置方式，如图4所示，位于马头门中心线两侧的锚索轴向与水平方向倾斜一定角度20°-30°，位于马头门中心线上的锚索轴向与水平方向垂直，借此，锚索21的施工较为方便。

在二次支护时，通过监控量测资料的分析，待马头门围岩变形稳定后，竖向紧贴初期支护铺设沥青板滑动层3。沥青板滑动层3由长方体形的沥青板铺设形成，沥青板的尺寸优选为长400mm、高250mm、厚100～150mm。

制造沥青板时，沥青板在地面加工成型，而非井下，其材料为包括作为粘结材料的沥青、作为骨料的膨胀珍珠岩和粉煤灰的复合材料（其中，沥青、膨胀珍珠岩和粉煤灰的重量配合比为1∶0.4∶（0.4～1），即三者的比可以是1∶0.4∶0.4、1∶0.4∶0.5、1∶0.4∶0.6、1∶0.4∶0.7、1∶0.4∶0.8、1∶0.4∶0.9、1∶0.4∶1.0中的任一个。须反复试验各材料比重,选择适合具体岩层的最佳配比。将上述复合材料在搅拌站搅拌之后，倒入模具中冷却成型为长方体形即可，简单方便。

更优选地，沥青选用100号甲(或乙)道路石油沥青；膨胀珍珠岩粒径大于2.5毫米的不超过膨胀珍珠岩总重量的5%，粒径小于0.15毫米的不大于膨胀珍珠岩总重量的8%；粉煤灰要求燃烧完全，并为色浅的粉末状干燥物。

铺设沥青板滑动层3时，应注意在铺设沥青板之前先用砂浆垫平，铺设时每层应做到尽量水平，且沥青板上下竖缝错开，沥青板从马头门底板铺设至拱基线位置。

沥青板滑动层3铺设过程中，同时架设密集槽钢井圈形成槽钢井圈层4，井圈架设高度根据强膨胀性软岩层厚度确定。一道井圈由6～8节20#b槽钢连接形成，相邻槽钢采用端立板和螺栓连接，端立板要与槽钢两端焊接牢固，每个接头采用3个M20螺栓。槽钢翼缘背向沥青滑动层3。第一道井圈架设时要找平，每节槽钢采用2根锚杆进行生根固定。

最后施工全断面钢筋混凝土层（衬砌）。

另外，更优选地，对于马头门11两边硐室，如图5所示，初期支护采用锚、网、喷、索的联合支护形式，并增设底脚锚杆22（马头门底部两侧）；二次支护采用带反底拱的全断面钢筋混凝土和钢纤维钢筋混凝土衬砌，并增设底板注浆锚杆23。

在利用本发明实施例施工的煤矿中，对于沿水平方向围岩膨胀变形而施加于马头门的压力，沥青板滑动层可起到一定的缓冲作用，且可均匀地将围岩压力传递到钢筋混凝土衬砌（钢筋混凝土层）上，使得钢筋混凝土衬砌承受均匀压力，从而有效改善马头门支护结构的受力状态。同时，沿竖向沥青板滑动层可衰减或消除作用于马头门支护结构上的竖向附加力。

沥青板滑动层铺设过程中架设密集槽钢井圈，槽钢井圈主要用来防止沥青板堆积过高时发生坍塌。钢筋混凝土衬砌施工完毕后，槽钢井圈与其形成钢骨混凝土组合支护结构，可在很大程度上提高马头门支护结构的承载能力。

综上，本发明可以广泛应用于各类矿井建设，其不仅能防止位于泥岩等强膨胀性软岩处的深井马头门在围岩压力作用下发生破坏，而且节省后期马头门返修的费用，从而降低矿井建设总造价。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种深井马头门支护结构的施工方法，包括采用喷射混凝土、设置钢筋网、安装锚杆、安装锚索的联合支护形式，形成初期支护结构，

其特征在于，还包括：

待马头门围岩变形稳定后，紧邻所述初期支护结构，依次设置沥青板滑动层、槽钢井圈层、全断面钢筋混凝土层，构成二次组合支护形式，形成二次支护结构，

所述沥青板滑动层由沥青板铺设形成，所述沥青板的材料包括作为粘结材料的沥青、作为骨料的膨胀珍珠岩和粉煤灰，所述沥青、膨胀珍珠岩和粉煤灰的混合物在搅拌站搅拌之后，倒入模具中冷却成型为长方体形。

2.根据权利要求1所述的深井马头门支护结构的施工方法，其特征在于，所述混凝土强度等级为C20～C25，厚度为100～150mm；

所述钢筋网为Φ8～10mm圆钢，网孔间距为100×100～150×150mm；

所述锚杆为高强预应力树脂锚杆，规格为Φ22mm×2500～3000mm，间排距为800×800mm，梅花状布置；

所述锚索为Φ18.9mm或Φ21.6mm的钢绞线，长度8～12m，排距1.4～1.6m；

所述沥青板尺寸为长400mm、高250mm、厚100～150mm。

3.根据权利要求1所述的深井马头门支护结构的施工方法，其特征在于，所述沥青为100号甲或乙道路石油沥青；

所述膨胀珍珠岩粒径大于2.5毫米的不超过所述膨胀珍珠岩总重量的5％，粒径小于0.15毫米的不大于所述膨胀珍珠岩总重量的8％；

所述粉煤灰为要求燃烧完全的色浅粉末状干燥物。

4.根据权利要求1所述的深井马头门支护结构的施工方法，其特征在于，在铺设所述沥青板之前先用砂浆垫平，且上下相邻的所述沥青板的竖缝错开，并将所述沥青板从马头门底板铺设至拱基线位置。

5.根据权利要求1所述的深井马头门支护结构的施工方法，其特征在于，所述槽钢井圈层包括多个依次堆置的槽钢井圈，每一所述槽钢井圈由6～8节20#b槽钢对接形成；在同一所述槽钢井圈中，相邻的槽钢采用端立板和螺栓连接，槽钢翼缘背向所述沥青板滑动层。

6.一种深井马头门支护结构，包括初期支护结构，所述初期支护结构包括混凝土喷射层、钢筋网、锚杆和锚索，其特征在于，还包括二次支护结构，所述二次支护结构包括依次设置的沥青板滑动层、槽钢井圈层、全断面钢筋混凝土层，其中，所述沥青板滑动层紧邻所述初期支护结构，

所述沥青板滑动层由沥青板铺设形成，

所述沥青板滑动层和所述初期支护结构之间还设有砂浆层；

在所述沥青板滑动层中，上下相邻的所述沥青板的竖缝错开，且所述沥青板从马头门底板铺设至拱基线位置，

所述槽钢井圈层包括多个依次堆置的槽钢井圈，每一所述槽钢井圈由6～8节20#b槽钢对接形成；在同一所述槽钢井圈中，相邻的槽钢采用端立板和螺栓连接，槽钢翼缘背向所述沥青板滑动层。

7.根据权利要求6所述的深井马头门支护结构，其特征在于，所述混凝土喷射层的强度等级为C20～C25，厚度为100～150mm；

所述钢筋网为Φ8～10mm圆钢，网孔间距为100×100～150×150mm；

所述锚杆为高强预应力树脂锚杆，规格为Φ22mm×2500～3000mm，间排距为800×800mm，梅花状布置；

所述锚索为Φ18.9mm或Φ21.6mm的钢绞线，长度8～12m，排距1.4～1.6m；

所述沥青板尺寸为长400mm、高250mm、厚100～150mm。