CN103850688A - 一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，属于矿山巷道支护领域。本发明首先在复杂断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架；在钢拱架外部边缘实施环向超前注浆孔，用超前小导管注浆；注浆完毕，待浆液固结后，按设计断面开挖巷道；及时对巷道表面围岩进行初喷，初喷结束后，挂网，布设锚杆，锚索，并进行复喷；在锚网索喷耦合支护的基础上，对巷道两帮及顶底板进行锚注加固。本发明较好地解决了复杂断层带大断面巷道变形十分严重，冒顶、片帮、底臌强烈，难以围护的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，属于矿山巷道支护领域。
背景技术
断层及其破碎带是巷道开挖过程中常见的不良地质现象，它的分布区段是巷道围岩不稳定区段之一。在多数情况下，断层破碎带作为一个低强度、易变性、透水性大、抗水性差的软弱带存在的。矿井建设中部分巷道不可避免地要布置于复杂断层破碎带。断层带附近应力复杂、围岩破碎、自稳能力差，在此进行巷道开挖常会引起断层活化，如果围岩控制措施或设计不当，极易诱发矿岩动力灾害。依靠常规的巷道支护技术和施工方法很难克服开挖期的冒顶、片帮、底臌、突水等地质灾害和运行期大变形引起的支护结构失稳。
发明内容
本发明提供了一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，以用于解决复杂破碎断层带大断面巷道松软、破碎、易冒顶、片帮而难以支护的问题。
本发明的技术方案是：一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，所述方法的具体步骤如下：
A、钢拱架支护：在断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架1用于限制破碎带围岩大变形及防止垮塌；其中钢拱架1三心拱部位由连接接口2连接，底座3深入底板围岩中；
B、超前小导管注浆：沿钢拱架1外部边缘实施超前注浆孔4，同时在超前注浆孔4内安装超前小导管5用于进行超前小导管注浆加固；
C、巷道开挖：注浆结束待浆液凝固后，按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道，巷道掘进之后对巷道表面活动危石进行清除，清除结束后进行初喷混凝土支护；
D、初喷混凝土：在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层6用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力；
E、锚网索支护：在巷道四周布设锚杆7且挂金属网8，顶板及两帮围岩中心、拱肩处安装高强度锚索9；
F、复喷混凝土：待锚网索施作完毕后，对巷道四周复喷混凝土层10；
G、顶板及两帮锚注加固：在锚网索喷支护的基础上，对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度；
H、底脚和底板锚注加固：在巷道底板已锚网喷的基础上，对巷道的底脚和底板打注浆孔，在注浆孔内安装注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固，最后用混凝土回填形成巷道底板上的平整的混凝土回填层12。
所述步骤A中，钢拱架1采用槽钢制作，连接接口2采用钢板和螺栓来连接，底座3采用钢板制作。
所述步骤B中，超前小导管5采用热轧无缝钢管制作，前端呈尖锥状，热轧无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆压力控制在1.5～2MPa。
所述步骤D和步骤F中，初喷混凝土层6和复喷混泥土层10采用的混凝土体积比水泥：砂：石子=1:2:2，水灰比0.48，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗砂，石子粒径3～5mm，混凝土强度等级为C20，喷层厚度为50mm。
所述步骤E中，锚杆7采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固；金属网8采用钢筋焊制；高强度锚索9与锚杆7错开布置且采用树脂锚固剂锚固。
所述步骤G和H中，注浆锚杆11采用无缝钢管制作，无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆锚杆11与锚杆7交错布置，回填层12采用的混凝土强度为C40，回填层12厚度为100mm。
所述浆液采用单液水泥-水玻璃浆液，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6，在水泥浆中掺加水泥用量4%的水玻璃，注浆压力控制在2.0MPa-3.0MPa。
本发明的有益效果是：
1、本发明从时间和空间效应上相互组合，充分体现了巷道动态迭加耦合、协同支护的思想。
2、工序的合理的组织，初次进行钢拱架支护，提供被动支护，可有效控制围岩大变形，限制断层破碎带巷道失稳发生垮塌，并对超前小导管起到抬升的作用。
3、二次超前小导管注浆支护，提高了破碎围岩的力学指标，起到加固超前围岩和防水的作用，同时小导管还可以起到超前管棚预支护作用，保证掌子面在开挖过程中不会塌方或产生流沙，与钢拱架组合形成了强大的预支护加固体系。
4、三次锚网索喷耦合支护可有效控制围岩变形，初喷混凝土可有效隔绝空气和水对围岩的风化潮解作用，锚网支护能够保证浅部围岩形成初步的锚固结构，与围岩实现整体大变形；而顶板中部、两帮中心及拱肩处高强度预应力锚索支护可有效增加围岩控制深度，高强度预应力让压锚杆能够允许巷道围岩及锚杆形成的锚固结构产生移动的变形过程，从而实现“抗让结合”和“控顶卸压”作用，与钢拱架超前小导管注浆结合可形成强大的主被动支护体系。
5、通过顶底板及巷道两帮的锚注加固，可形成积极主动有效的锚注支护结构和多层组合拱（梁）结构，实现与围岩的共同承载，提高支护结构的整体性和承载能力，并使支护体内锚杆、锚索均转化为全长锚固。与钢拱架超前小导管注浆加固，锚网索喷耦合支护相结合，可有效的形成时空效应下的动态迭加耦合支护体系，能够保证复杂断层破碎带大断面巷道围岩和支护结构的长期稳定与安全。
6、控制效果好，较好地解决了复杂断层带大断面巷道变形十分严重，冒顶、片帮、底臌强烈，难以围护的问题。
7、复杂断层破碎带巷道的安全掘进及控制稳定性提供了科学依据，有效的避免了巷道的返修工作，减少了因巷道失稳返修造成的经济损失和资源浪费，保证了巷道的长期稳定与安全，具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明中钢拱架示意图；
图2为本发明中钢拱架超前小导管注浆支护示意图；
图3为图2中的A-A，的剖面图；
图4为本发明中锚网索喷耦合支护示意图；
图5为本发明中锚注加固示意图；
图中各标号：1为钢拱架、2为连接接口、3为底座、4为超前注浆孔、5为超前小导管、6为初喷混凝土层、7为锚杆、8为金属网、9为锚索、10为复喷混凝土层、11为注浆锚杆、12为混凝土回填层。
具体实施方式
实施例1：如图1-5所示，一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，所述方法的具体步骤如下：
A、钢拱架支护：在断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架1用于限制破碎带围岩大变形及防止垮塌；其中钢拱架1三心拱部位由连接接口2连接，底座3深入底板围岩中；
B、超前小导管注浆：沿钢拱架1外部边缘实施超前注浆孔4，同时在超前注浆孔4内安装超前小导管5用于进行超前小导管注浆加固；
C、巷道开挖：注浆结束待浆液凝固后，按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道，巷道掘进之后对巷道表面活动危石进行清除，清除结束后进行初喷混凝土支护；
D、初喷混凝土：在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层6用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力；
E、锚网索支护：在巷道四周布设锚杆7且挂金属网8，顶板及两帮围岩中心、拱肩处安装高强度锚索9；
F、复喷混凝土：待锚网索施作完毕后，对巷道四周复喷混凝土层10；
G、顶板及两帮锚注加固：在锚网索喷支护的基础上，对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度；
H、底脚和底板锚注加固：在巷道底板已锚网喷的基础上，对巷道的底脚和底板打注浆孔，在注浆孔内安装注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固，最后用混凝土回填形成巷道底板上的平整的混凝土回填层12。
所述步骤A中，钢拱架1采用槽钢制作，连接接口2采用钢板和螺栓来连接，底座3采用钢板制作。
所述步骤B中，超前小导管5采用热轧无缝钢管制作，前端呈尖锥状，热轧无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆压力控制在1.5～2MPa。
所述步骤D和步骤F中，初喷混凝土层6和复喷混泥土层10采用的混凝土体积比水泥：砂：石子=1:2:2，水灰比0.48，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗砂，石子粒径3～5mm，混凝土强度等级为C20，喷层厚度为50mm。
所述步骤E中，锚杆7采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固；金属网8采用钢筋焊制；高强度锚索9与锚杆7错开布置且采用树脂锚固剂锚固。
所述步骤G和H中，注浆锚杆11采用无缝钢管制作，无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆锚杆11与锚杆7交错布置，回填层12采用的混凝土强度为C40，回填层12厚度为100mm。
所述浆液采用单液水泥-水玻璃浆液，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6，在水泥浆中掺加水泥用量4%的水玻璃，注浆压力控制在2.0MPa-3.0MPa。
实施例2：如图1-5所示，一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，所述方法的具体步骤如下：
A、钢拱架支护：在断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架1用于限制破碎带围岩大变形及防止垮塌；其中钢拱架1三心拱部位由连接接口2连接，底座3深入底板围岩中；
B、超前小导管注浆：沿钢拱架1外部边缘实施超前注浆孔4，同时在超前注浆孔4内安装超前小导管5用于进行超前小导管注浆加固（以起到超前预支护，堵水的作用）；
C、巷道开挖：注浆结束待浆液凝固后，按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道，巷道掘进2000mm之后对巷道表面活动危石进行清除，清除结束后进行初喷混凝土支护；
D、初喷混凝土：在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层6用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力；
E、锚网索支护：在巷道四周布设锚杆7且挂金属网8，顶板及两帮围岩中心、拱肩处安装高强度锚索9（通过喷锚网索耦合支护可以有效的实现“抗让结合”和“控顶卸压”，结合钢拱架超前小导管超前预支护可以对断层破碎带围岩起到很好的控制作用）；
F、复喷混凝土：待锚网索施作完毕后，对巷道四周复喷混凝土层10；
G、顶板及两帮锚注加固：在锚网索喷支护的基础上，对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固用于进一步提高围岩的整体强度；
H、底脚和底板锚注加固：在巷道底板已锚网喷的基础上，对巷道的底脚和底板打注浆孔，在注浆孔内安装注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固，最后用混凝土回填形成巷道底板上的平整的混凝土回填层12。
所述步骤A中，钢拱架1排距3000mm，由16#槽钢制作，槽钢三心拱部分分成三段，连接接口2由200mm×200mm×8mm的钢板和4个Φ16mm的螺栓来连接，钢支架底座3为200mm×200mm×8mm钢板。
所述步骤B中，超前注浆孔4深4000mm，孔径为55mm，巷道拱部注浆孔间距300mm，注浆孔排距3000mm，注浆孔外插角10～15o，超前小导管5采用外径42mm，壁厚3.5mm，长4000mm的热轧无缝钢管制作，前端呈尖锥状，热轧无缝钢管围壁钻Φ8mm压浆孔，压浆孔间隔200mm，四周呈梅花状布设，注浆压力控制在1.5～2MPa。
所述步骤D和步骤F中，初喷混凝土层6和复喷混泥土层10采用的混凝土体积比水泥：砂：石子=1:2:2，水灰比0.48，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗砂，石子粒径3～5mm，混凝土强度等级为C20，喷层厚度为50mm。
所述步骤E中，锚杆7采用Q500NMG高强度预应力让压锚杆，设计锚杆预紧力大于50KN，规格Φ22mm×2500mm，采用2卷Z2350树脂锚固剂锚固，锚杆孔径为Φ28mm，间排距为800mm×1000mm，弧形托盘规格为150mm×150mm×10mm；金属网8采用Φ6mm钢筋焊制，网格100mm×100mm，网片2000mm×1000mm，在巷道围岩顶部中央、两帮中央及两侧拱肩处布置高强度锚索9，与锚杆7错开布置，规格Φ17.8mm×L6300mm，采用3卷Z2350树脂锚固剂锚固，锚固长度大于1000mm，设计预紧力180KN。
所述步骤G和H中，浆锚杆11采用无缝钢管制作，规格为Φ35mm×L2000mm，钢管围壁钻Φ8mm压浆孔，压浆孔间隔100mm，四周呈梅花状布设，注浆锚杆11间排距为800mm×1000mm，与高强度预应力让压锚杆7交错布置，采用Φ45mm风钻打眼，孔深2000mm；回填层12采用的混凝土强度为C40，回填层12厚度为100mm。
所述浆液采用单液水泥-水玻璃浆液，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6，在水泥浆中掺加水泥用量4%的水玻璃，注浆压力控制在2.0MPa-3.0MPa。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
A、钢拱架支护：在断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架（1）用于限制破碎带围岩大变形及防止垮塌；其中钢拱架（1）三心拱部位由连接接口（2）连接，底座（3）深入底板围岩中；
B、超前小导管注浆：沿钢拱架（1）外部边缘实施超前注浆孔（4），同时在超前注浆孔（4）内安装超前小导管（5）用于进行超前小导管注浆加固；
C、巷道开挖：注浆结束待浆液凝固后，按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道，巷道掘进之后对巷道表面活动危石进行清除，清除结束后进行初喷混凝土支护；
D、初喷混凝土：在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层（6）用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力；
E、锚网索支护：在巷道四周布设锚杆（7）且挂金属网（8），顶板及两帮围岩中心、拱肩处安装高强度锚索（9）；
F、复喷混凝土：待锚网索施作完毕后，对巷道四周复喷混凝土层（10）；
G、顶板及两帮锚注加固：在锚网索喷支护的基础上，对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆（11）并进行封堵，封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度；
H、底脚和底板锚注加固：在巷道底板已锚网喷的基础上，对巷道的底脚和底板打注浆孔，在注浆孔内安装注浆锚杆（11）并进行封堵，封堵后进行锚注加固，最后用混凝土回填形成巷道底板上的平整的混凝土回填层（12）。
2.根据权利要求1所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤A中，钢拱架（1）采用槽钢制作，连接接口（2）采用钢板和螺栓来连接，底座（3）采用钢板制作。
3.根据权利要求1所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤B中，超前小导管（5）采用热轧无缝钢管制作，前端呈尖锥状，热轧无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆压力控制在1.5～2MPa。
4.根据权利要求1所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤D和步骤F中，初喷混凝土层（6）和复喷混凝土层（10）采用的混凝土体积比水泥：砂：石子=1:2:2，水灰比0.48，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗砂，石子粒径3～5mm，混凝土强度等级为C20，喷层厚度为50mm。
5.根据权利要求1所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤E中，锚杆（7）采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固；金属网（8）采用钢筋焊制；高强度锚索（9）与锚杆（7）错开布置且采用树脂锚固剂锚固。
6.根据权利要求1所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤G和H中，注浆锚杆（11）采用无缝钢管制作，无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆锚杆（11）与锚杆（7）交错布置，回填层（12）采用的混凝土强度为C40，回填层（12）厚度为100mm。
7.根据权利要求1所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述浆液采用单液水泥-水玻璃浆液，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6，在水泥浆中掺加水泥用量4%的水玻璃，注浆压力控制在2.0MPa-3.0MPa。
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