CN103850693A - 一种控制高应力巷道底鼓的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制高应力巷道底鼓的方法，步骤为：a、在巷道底板施工开挖槽；b、对开挖槽两帮围岩施工水平锚索钻孔；c、在锚索钻孔内安装锚索；d、在开挖槽帮部围岩上铺设金属网；e、在锚索尾端设置槽钢；f、对锚索进行张拉施加高预紧力；g、对开挖槽进行混凝土浇注；h、随开挖槽掘进工作面的推进，重复步骤a至g，直至巷道底板加固浇筑施工完毕。通过采用这种方法，由于锚索水平布置在开挖槽帮部，能直接在巷道底板水平方向上形成高强度约束，避免巷道底板在水平方向上强烈挤压，从而有效地限制底板向巷道内挤压滑移以及过去底板钻孔钻进过程中排水排屑导致成孔质量差难题，实现了底板锚索在水平方向上大范围长距离加固目的。

Description

一种控制高应力巷道底鼓的方法

技术领域

本发明涉及一种底鼓的控制方法，尤其是控制高应力巷道底鼓的方法。

背景技术

巷道底鼓问题在煤矿巷道中普遍存在，随着采深的增大，围岩应力不断升高，巷道底鼓现象日益突出，导致巷道断面急剧收缩，阻碍运输和人员行走，妨碍通风，甚至造成整个巷道的失稳，给矿井安全高效生产带来极大危害，由底鼓造成的维修量占维修总量的75%，严重影响了矿井的正常生产。

高应力巷道所处位置的原岩应力场中的水平应力很高，掘巷后两帮垂直应力向水平应力进一步转化，大幅提升了高应力巷道的水平应力，导致巷道底板强烈挤压滑移，造成底板出现大范围的松动破坏，底板围岩最大破坏深度甚至达到0.5～0.75倍的巷道宽度，使底板产生强烈挤压隆起现象。

目前，控制高应力巷道挤压流动性底鼓行之有效的方法主要有两种：

一种是主动加固巷道底板大范围松动破碎围岩，从而限制底板的挤压隆起，加固手段主要有底板锚杆、底板锚索以及底板岩层注浆，对于宽度超过5m的高应力巷道来说，其破坏深度最大深度达到3.75m，需要对巷道底板4.8m范围实施积极有效的主动加固，才能收到理想的效果。但主动加固在巷道底板大范围加固的实际应用过程中存在着一些问题，主动加固必须施工锚杆索或注浆管的钻孔，这些钻孔垂直巷道底板或与垂直方向夹一定角度（一般小于30°）布置，根据《煤矿安全规程》规定钻孔施工过程中需湿式打眼。

然而，采用这种方法在底板钻孔钻进过程中排水和排岩屑困难，加上水弱化钻孔围岩因素，钻杆退出后，仅巷道底板表面钻孔成孔质量较好，深部钻孔普遍发生塌孔现象，导致底板锚杆、锚索、注浆管无法施工，底板加固施工速度十分缓慢、锚固范围小，控制效果不明显，无法实现对巷道底板岩层的及时、快速、有效控制，无法实现巷道底板长期稳定。

另一种方法是在巷道底角构建混凝土桩或砼墙，阻止底板沿剪切滑移面挤压滑移，该方法是一种被动的控制方法，主要手段有分布式抗剪阻滑钢筋混凝土桩和非连续承压格栅砼墙控制。分布式抗剪阻滑钢筋混凝土桩是在巷道底板间隔开挖浅桩孔与深桩孔，浅桩孔开挖深度为0.5～1.0m；深桩孔开挖深度为1.5～2.0m，浅桩孔与深桩孔间距为2～3m，浅桩孔与深桩孔的直径均为0.5m，浅桩孔与深桩孔开挖完成后，将预制的钢筋笼放入，然后浇筑混凝土，由浅桩孔、深桩孔、混凝土与钢筋笼共同构成分布式抗剪阻滑钢筋混凝土桩；非连续承压格栅砼墙是在巷道底板间断开挖向巷道帮部倾斜10°～30°的沟槽，每段沟槽长度为3～5m，深度为1～2.5m，宽度为0.5m，间距为1～2m；沟槽开挖完成后，将预制的钢筋格栅放置在沟槽中，浇筑混凝土，由沟槽、混凝土与钢筋格栅共同构成非连续承压格栅砼墙。然而，采用这种方法的非连续承压格栅砼墙深入巷道底板的深度过低，整体性不强，稳定性差。

综上分析，分布式抗剪阻滑钢筋混凝土桩和非连续承压格栅砼墙深入巷道底板的深度均不超过2.5m，单个钢筋混凝土桩和承压格栅砼墙尺寸较小和整体性不强，对于底板大范围松动破坏的高应力巷道来说，钢筋混凝土桩和承压格栅砼墙均整个布置在底板松动破碎的区域，稳定性差，会随松动破碎的底板围岩整体移动，并不能达到理想的效果，因此，该方法并不适合大范围松动破坏的高应力巷道的底鼓治理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中控制巷道底鼓的方法稳定性差，构件会随着松动破碎的底板围岩整体产生移动，不适合大范围松动破坏的高应力巷道的底鼓治理。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案如下：

本发明控制高应力巷道底鼓的方法，包括以下步骤：

一种控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、在巷道底板中部垂直向下施工开挖槽；

b、对开挖槽左右两帮围岩分别进行水平锚索钻孔；

c、在锚索钻孔内安装锚索，锚索前端深入锚索钻孔内，尾端露于开挖槽帮部围岩外表面；

d、在开挖槽帮部围岩上铺设金属网，锚索尾端露于金属网外表面；

e、在锚索尾端的金属网上设置有槽钢；

f、对锚索进行张拉施加高预紧力；

g、对开挖槽进行混凝土浇注，混凝土层厚度与开挖槽的深度相等；

h、随开挖槽掘进工作面的推进，重复步骤a至g，直至巷道底板加固浇筑施工完毕。

由于锚索水平布置在开挖槽帮部，区别于传统的底板垂直钻孔或底板斜向钻孔，能直接在巷道底板水平方向上形成高强度约束，避免巷道底板在水平方向上强烈挤压，从而有效地限制底板向巷道内挤压滑移。彻底解决了过去底板钻孔钻进过程中排水排屑导致成孔质量差难题，实现了底板锚索在水平方向上大范围长距离加固目的。

做为优选，开挖槽的开挖宽度不小于巷道宽度的0.6倍，开挖深度不小于巷道宽度的0.5倍，以便将巷道底板大范围松动破坏的岩层剥离，通过对开挖面积进行要求，在对开挖槽进行混凝土浇注后，固定面积大，整体性更强。

做为优选，锚索钻孔至少两组，每组至少两个锚索钻孔沿竖向方向等距设置，两组锚索钻孔相对设置在开挖槽左右两帮围岩上，与锚索钻孔相应数目的锚索安装在锚索钻孔内。通过每组设置至少两个锚索钻孔可以安装与锚索钻孔数目相等的锚索，外露的锚索端部可作为混凝土中的加强筋，与混凝土形成统一整体，对巷道底板水平和垂直方向形成双向约束，限制巷道底板水平位移和垂直位移，从而实现高应力巷道底板的长期稳定。

做为优选，在每组锚索上均设有一个槽钢，在槽钢上设置有与锚索数量相等且供锚索尾端穿过的过孔，槽钢通过过孔竖向设置在锚索尾端，并压在金属网上。槽钢、金属网及锚索外露部分可共同作为混凝土中的加强筋，并且槽钢对锚索的位置进行加固，与锚索形成锚索梁，锚索梁与巷道底板相互协调共同作用，使巷道底板强度高、整体性好、刚度大。

做为优选，锚索钻孔的钻孔深度为8.0～10.0m，钻孔间距为800～1200 mm，相临两组的组距为1.6～2.4m。钻孔深度越深，锚索的锚固基点就越稳固，巷道底板整体的强度就越高。

做为优选，锚索为矿用锚索，锚索尾端外露长度不小于600mm。锚索尾端的外露长度起到混凝土中加强筋的作用，露出的端部越长，巷道底板整体的强度就越高。

做为优选，金属网为菱形金属网，以护住开挖槽帮部围岩。

做为优选，高预紧力不小于30t。通过张拉锚索施加高预紧力，使锚索和槽钢形成高预应力锚索梁，直接在巷道底板水平方向上形成高强度约束，能够避免巷道底板在水平方向上强烈挤压，从而有效地限制底板向巷道内挤压滑移。

做为优选，混凝土为C30～C50的混凝土。通过高强度混凝土浇注出的底板强度高，不易变形开裂。

综上所述，本发明一种控制高应力巷道底鼓的方法的优点是：

1、实现对底板水平应力的高效约束，限制底板挤压变形。在巷道底板施工开挖槽，将高预应力锚索梁布置在开挖槽帮部，能直接在巷道底板水平方向上形成高强度约束，能够避免巷道底板在水平方向上强烈挤压，从而有效地限制底板向巷道内挤压滑移。

2、支护结构协调，保证底板长期稳定。开挖槽浇筑混凝土强度高、尺寸大，浇筑混凝土与高预应力锚索梁和菱形金属网形成统一整体，相互协调共同作用，使巷道底板强度高、刚度大、整体性好，并对巷道底板水平和垂直方向形成双向约束，极大地限制巷道底板水平位移和垂直位移，从而实现高应力巷道底板的长期稳定。

3、操作性强，施工快捷。水平锚索钻孔施工简单，操作方便，避免了底板锚杆、底板注浆等在巷道底板施工垂直或斜向钻孔带来的不便。

4、大幅减少巷道返修次数。较好的解决高应力巷道底鼓强烈、维护困难的问题，减少巷道返修次数，有效降低巷道支护成本，保障了矿井安全高效生产。

附图说明

图1是本发明一种控制高应力巷道底鼓的方法实施例1的俯视图。

图2是本发明一种控制高应力巷道底鼓的方法图1的Ⅰ-Ⅰ剖面图。

图3是本发明一种控制高应力巷道底鼓的方法图2的A部局部放大图。

图4是本发明一种控制高应力巷道底鼓的方法图2的Ⅱ-Ⅱ剖面图。

具体实施方式

实施例1

本实施例一种控制高应力巷道底鼓的方法，包括以下步骤：

a、首先在巷道底板1中部垂直向下施工开挖槽2，将巷道底板1大范围松动破坏的岩层剥离；

b、对开挖槽2左右两帮围岩分别设置若干组水平方向锚索钻孔，每组锚索钻孔有两个，竖向设置在开挖槽2帮部围岩上，通过两个锚索钻孔将开挖槽2帮部的平均分成三等分，两个锚索钻孔的中间位置布置在开挖槽帮部的中线位置，每个锚索钻孔的钻孔深度为8.0m，相临两组的组距为1.6m，每两组锚索钻孔分别相对设置在开挖槽2左右两帮围岩上；

c、在各组锚索钻孔内安装锚索3，锚索3为矿用锚索，锚索3直径为22mm，强度为1720MPa ，锚索3长度比钻孔深度长，锚索3的前端深入锚索钻孔内，尾端露于开挖槽2帮部围岩外表面，以作为后续浇筑混凝土中的加强筋；

d、在开挖槽2帮部围岩上铺设金属网4，所述金属网4为菱形金属网，高度与开挖槽3深度一致，宽度较锚索组距长300mm，相邻两个菱形金属网重叠搭接宽度为150mm，采用细铁丝连接，锚索3尾端自菱形金属网4的网格内伸出并露于菱形金属网4外表面；

e、在锚索3尾端，菱形金属网4上设置有槽钢5，所述槽钢5的型号为14#，槽钢5上布置有两个眼孔，孔间距与锚索钻孔的距离相等；

f、对锚索3进行张拉施加高预紧力，锚索3预紧力不小于30t，锚索3和槽钢5共同形成高预应力锚索梁；

g、为不影响施工进度，在开挖槽2开挖过程中，便可对后方的开挖槽2两帮的围岩进行钻孔施工，以及进行安装锚索3，铺设菱形金属网4和安装槽钢5的工序作业，开挖槽前端的掘进面6应与最近一组锚索钻孔保持距离，在开挖槽前端的掘进面6后方范围可构建开挖槽待浇筑区7，对已采用高预应力锚索梁加固的开挖槽进行混凝土8浇筑，开挖槽待浇筑区7的前端与开挖槽掘进面6前端保持有一定距离，浇筑混凝土采用标号为C30的混凝土，每次浇筑混凝土8的长度与开挖槽待浇筑区7的长度相同，浇筑混凝土8要填满整个开挖槽待浇筑区7，并振捣密实，混凝土8层高度与开挖槽2的高度处于同一水平面；

h、随开挖槽掘进工作面的推进，重复步骤a至g，直至巷道底板加固浇筑施工完毕。

实施例2

本实施例一种控制高应力巷道底鼓的方法，包括以下步骤：

a、首先在巷道底板1中部垂直向下施工开挖槽2，开挖槽2的宽度不小于巷道宽度的0.6倍，深度不小于巷道宽度的0.5倍，将巷道底板1大范围松动破坏的岩层剥离；

b、对开挖槽2左右两帮围岩分别设置若干组水平方向锚索钻孔，每组锚索钻孔有两个，竖向设置在开挖槽2帮部围岩上，通过两个竖向锚索钻孔将开挖槽2帮部的平均分成三等分，两个锚索钻孔的中间位置布置在开挖槽2帮部的中线位置，每个锚索钻孔的钻孔深度为10.0m，相临两组的组距为2.4m，每两组锚索钻孔分别相对设置在开挖槽2左右两帮围岩上；

c、在各组锚索钻孔内安装锚索3，锚索3为矿用锚索，锚索3直径为32mm，强度为1860MPa，锚索3长度比钻孔深度长超过600mm，锚索3的前端深入锚索钻孔内，尾端露于开挖槽2帮部围岩外表面，即锚索3外露长度不小于600mm，以作为后续浇筑混凝土8中的加强筋；

d、在围岩上铺设金属网4，所述金属网4为菱形金属网，高度与开挖槽2深度一致，宽度较锚索3组距长400mm，相邻两个菱形金属网4重叠搭接宽度为200mm，采用细铁丝连接，锚索3尾端自菱形金属网4的网格内伸出并露于菱形金属网4外表面；

e、在锚索尾端，菱形金属网上方设置有槽钢5，所述槽钢5的型号为14#，槽钢5上布置有两个眼孔，孔间距与锚索钻孔的距离相等；

f、对锚索3进行张拉施加高预紧力，锚索预紧力不小于30t，锚索3和槽钢5共同形成高预应力锚索梁；

g、为不影响施工进度，在开挖槽2开挖过程中，便可对后方的开挖槽2两帮的围岩进行钻孔施工，以及进行安装锚索3，铺设菱形金属网4和安装槽钢5的工序作业，开挖槽前端的掘进面6应与最近一组锚索钻孔保持距离，该距离为不大于10m，在开挖槽前面的掘进面6后方范围可构建开挖槽待浇筑区7，对已采用高预应力锚索梁加固的开挖槽进行混凝土浇筑8，开挖槽待浇筑区7的长度为20m，开挖槽待浇筑区7的前端与开挖槽掘进面6前端的距离应不大于20m，浇筑混凝土8采用标号为C50的混凝土，每次浇筑混凝土8的长度与开挖槽2待浇筑区的长度相同为20m，浇筑混凝土8要填满整个开挖槽待浇筑区7，并振捣密实，混凝土层高度与开挖槽的高度处于同一水平面；

h、随开挖槽掘进工作面的推进，重复步骤a至g，直至巷道底板加固浇筑施工完毕。

实施例3

本实用例一种控制高应力巷道底鼓的方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，每组锚索钻孔有三个，竖向等距设置在开挖槽2帮部围岩上，位于中间的锚索钻孔布置在开挖槽2帮部的中线位置，每个锚索钻孔的钻孔深度为8.0m，钻孔间距为800 mm，相临两组的组距为1.6m，每两组锚索钻孔分别相对设置在开挖槽2左右两帮围岩上；槽钢5上布置有与锚索钻孔数目相应的三眼孔，各孔间距为800 mm，两边孔至槽钢端距离均为200mm。通过增加锚索数量可以进一步提高巷道底板的强度。

实施例4

本实用例一种控制高应力巷道底鼓的方法与实施例3的方法基本相同，其不同之处在于，每组锚索钻孔有三个，竖向等距设置在开挖槽2帮部围岩上，位于中间的锚索钻孔布置在开挖槽2帮部的中线位置，每个锚索钻孔的钻孔深度为10.0m，钻孔间距为1200 mm，相临两组的组距为2.4m，每两组锚索钻孔分别相对设置在开挖槽2左右两帮围岩上；槽钢5上布置三眼孔，各孔间距为1200 mm，两边孔至槽钢端距离均为200mm。通过增加锚索数量可以进一步提高巷道底板的强度。

实施例5

本实施例一种控制高应力巷道底鼓的方法，包括以下步骤：

a、首先在巷道底板1中部垂直向下施工开挖槽2，开挖槽2的宽度不小于巷道宽度的0.6倍，深度不小于巷道宽度的0.5倍，将巷道底板大范围松动破坏的岩层剥离；

b、对开挖槽2左右两帮围岩分别设置若干组水平方向锚索钻孔，每组锚索钻孔有三个，竖向等距设置在开挖槽2帮部围岩上，位于中间的锚索钻孔布置在开挖槽2帮部的中线位置，每个锚索钻孔的钻孔深度为9.0m，钻孔间距为1000 mm，相临两组的组距为2m，每两组锚索钻孔分别相对设置在开挖槽2左右两帮围岩上；

c、在各组锚索钻孔内安装锚索3，锚索3为矿用锚索，锚索3直径为32mm，强度为1860MPa，锚索3长度比钻孔深度长超过800mm，锚索3的前端深入锚索钻孔内，尾端露于开挖槽帮部围岩外表面，即锚索3外露长度不小于600mm，以作为后续浇筑混凝土中的加强筋；

d、在开挖槽两帮的围岩上铺设金属网4，所述金属网4为菱形金属网，高度与开挖槽2深度一致，宽度较锚索3组距长350mm，相邻两个菱形金属网4重叠搭接宽度为175mm，采用细铁丝连接，锚索3尾端自菱形金属网4的网格内伸出并露于菱形金属网4外表面；

e、在锚索3尾端，菱形金属网4上方设置有槽钢5，所述槽钢5的型号为14#，槽钢5上布置三眼孔，孔间距为1200 mm，两边孔至槽钢端距离均为200mm；

f、对锚索进行张拉施加高预紧力，锚索3预紧力为40t，锚索3和槽钢5共同形成高预应力锚索梁；

g、为不影响施工进度，在开挖槽2开挖过程中，便可对后方的开挖槽2两帮的围岩进行钻孔施工，以及进行安装锚索3，铺设菱形金属网4和安装槽钢5的工序作业，开挖槽前端的掘进面6应与最近一组锚索钻孔保持距离，该距离为10m，在开挖槽前面的掘进面6后方范围可构建开挖槽待浇筑区7，对已采用高预应力锚索梁加固的开挖槽2进行混凝土8浇筑，开挖槽待浇筑区7的长度为20m，开挖槽待浇筑区7的前端与开挖槽掘进面6前端的距离为20m，浇筑混凝土8采用标号为C40的混凝土，每次浇筑混凝土8的长度与开挖槽待浇筑区7的长度相同为20m，浇筑混凝土8要填满整个开挖槽待浇筑区7，并振捣密实，混凝土8层厚度与开挖槽2的深度相等；

h、随开挖槽掘进工作面的推进，重复步骤a至g，直至巷道底板加固浇筑施工完毕。

本发明一种控制高应力巷道底鼓的方法，由于通过对锚索进行张拉施加高预紧力，形成高预应力锚索梁，直接在巷道底板水平方向上形成高强度约束，能够避免巷道底板在水平方向上强烈挤压，从而有效地限制底板向巷道内挤压滑移；由于槽钢、菱形金属网以及外露锚索作为混凝土中的加强筋，与混凝土形成统一整体，与底板锚索梁相互协调共同作用，使巷道底板强度高、整体性好、刚度大，对巷道底板水平和垂直方向形成双向约束，限制巷道底板水平位移和垂直位移，从而实现高应力巷道底板的长期稳定，彻底解决了过去底板钻孔钻进过程中排水排屑导致成孔质量差难题，实现了底板锚索在水平方向上大范围长距离加固目的。

以上对本发明优选实施例结合附图作了详细说明，但本发明并不局限于上述具体实施方式，例如，每组锚索钻孔及其锚索的数目并不固定，又如，金属网也可采用可实现其相同功能的其它材料网进行替代，总之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 (9)

1.一种控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、在巷道底板（1）中部垂直向下施工开挖槽（2）；

b、对开挖槽（2）左右两帮围岩分别施工水平锚索钻孔；

c、在锚索钻孔内安装锚索（3），锚索（3）前端深入锚索钻孔内，尾端露于开挖槽（2）帮部围岩外表面；

d、在开挖槽（2）帮部围岩上铺设金属网（4），锚索（3）尾端露于金属网外表面；

e、在锚索(3)尾端的金属网上设置有槽钢（5）；

f、对锚索（3）进行张拉施加高预紧力；

g、对开挖槽进行混凝土（8）浇注，混凝土（8）层厚度与开挖槽（2）的深度相等；

h、随开挖槽掘进工作面的推进，重复步骤a至g，直至巷道底板加固浇筑施工完毕。

2.根据权利要求1所述的控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于：所述开挖槽（2）的开挖宽度不小于巷道宽度的0.6倍，开挖深度不小于巷道宽度的0.5倍。

3.根据权利要求1所述的控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于：所述锚索钻孔至少两组，每组至少两个锚索钻孔沿竖向方向等距设置，两组锚索钻孔相对设置在开挖槽（2）左右两帮围岩上，与锚索钻孔相应数目的锚索（3）安装在锚索钻孔内。

4.根据权利要求3所述的控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于：在每组锚索上均设有一个槽钢（5），在槽钢（5）上设置有与锚索数量相等且供锚索尾端穿过的过孔，槽钢（5）通过过孔竖向设置在锚索（3）尾端，并压在金属网（4）上。

5.根据权利要求1所述的控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于：所述锚索钻孔的钻孔深度为8.0～10.0m，钻孔间距为800～1200 mm，相临两组的组距为1.6～2.4m。

6.根据权利要求1所述的控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于：所述锚索（3）为矿用锚索，锚索（3）尾端外露长度不小于600mm。

7.根据权利要求1所述的控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于：所述金属网（4）为菱形金属网，以护住开挖槽帮部围岩。

8.根据权利要求1所述的控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于，所述高预紧力不小于30t。

9.根据权利要求1所述的控制高应力巷道底鼓的方法，其特征在于，所述混凝土（8）为C30～C50的混凝土。

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