CN104047614A - 一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，它包括生石灰置换填充、高强度棚式支护、锚网喷挤压成拱支护三部分。所述生石灰置换填充具体方式为对围岩进行适量超挖，对超挖围岩采用一定厚度的生石灰垫层进行填充；所述高强度棚式支护采用高强度棚式支架进行支护；所述锚网喷挤压成拱支护首先进行薄层干式喷浆，然后采用短、细、密锚杆进行锚固加固，使围岩形成具有承载能力的承压拱，最后进行干式喷浆至设计巷道断面。本发明所述支护方法针对强膨胀泥化软岩的特点，有效隔绝了围岩膨胀条件，强力补充围岩缺失的一向应力，充分调动围岩的自承能力，其对围岩的控制效果较单纯棚式支护、锚网喷支护，或棚式支护和锚网喷联合支护显著提高。

Description

一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法

技术领域

 本发明属于隧道工程、地下工程支护技术领域，尤其涉及采矿工程的支护方法，具体涉及一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法。

背景技术

软岩巷道控制问题一直是困扰我国煤矿安全高效开采的关键问题之一。随着煤炭开发强度的不断增加，煤炭新区进一步开发建设，部分矿区逐渐遭遇强膨胀泥化软岩巷道支护难题，该类巷道变形呈现出持续的非线性大变形特征，其巷道变形机理复杂，支护结构复杂且返修率高，大大增加矿井基建投资，延长矿井建设工期，威胁矿井安全生产，给煤矿建设带来极大困难。

强膨胀泥化软岩含有较高比例的膨胀性粘土矿物，岩层胶结程度差，属于力学强度较低的极软岩层。与传统复杂条件巷道相比，煤层赋存范围内无坚硬岩层，岩层本身难以形成承载结构，强烈的膨胀变形极易导致锚杆预应力丧失，锚固支护难以形成稳定、有效的承载结构。传统的棚式支护亦难以抵抗围岩的巨大膨胀变形能。同时由于强膨胀性粘土矿物比重较大，注浆加固方式难以实施，现有支护方式以及相关支护方式的组合根本无法取得预期效果。受该难题困扰，部分煤炭企业甚至被迫放弃矿井的继续建设，强膨胀泥化软岩巷道支护问题成为制约煤炭企业发展的一大瓶颈。鉴于此，寻求合理的支护方式成为该类煤矿继续开采面临的重要问题。

现有的支护方式主要存在以下三个主要问题：

（1）由于覆岩范围内无坚硬岩层，主动支护方式难以找到有效的着力点，难以形成稳定的锚固结构，支护效果难以发挥。

（2）传统的被动支护棚式支架强度低、刚度低、稳定性差，难以有效控制围岩变形。

（3）由于围岩的强膨胀特性，与主动支护、被动支护配套的注浆加固方式难以实施。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有锚网喷支护、棚式支护的不足，提供了一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，所述支护方法具有支护强度高、刚度高、支护效果明显改进的优点。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，所述支护方法包括生石灰置换填充、高强度棚式支护、锚网喷挤压成拱支护三部分，具体支护步骤如下：

（1）巷道开挖完毕，首先进行高强度棚式支护中棚式支架外框的架设，外框架设完毕，在支架外框与围岩之间铺设一层铁丝网；

（2）在支架外框架设完毕后进行生石灰置换填充，在已经铺设的铁丝网与围岩之间密实填充生石灰置换层，生石灰填充顺序是自棚式支架底部逐渐向上至支架顶部；

（3）在生石灰置换填充完毕后进行高强度棚式支护工作，采用焊接或法兰连接方式将底拱横梁、顶拱横梁顺序安装于高强度支架的内侧，利用底拱横梁撑紧支架的两底角位置；

（4）在高强度棚式支护完成后进行锚网喷挤压成拱支护，首先进行薄层干式喷浆工作，混凝土内喷层将高强度度棚式支架完全覆盖；之后在喷浆表面进行挂网工作，挂网之后采用锚杆进行锚固加固，锚固完毕再次进行干式喷浆至设计巷道断面。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所述支护方法包括生石灰置换填充、高强度棚式支护、锚网喷挤压成拱支护三部分，所述生石灰置换填充具体方式为在巷道掘进过程中在设计巷道断面的基础上对围岩进行适量超挖，对超挖围岩采用一定厚度的生石灰垫层等强吸水性材料进行填充，生石灰填充层之间留有空隙，为生石灰吸水膨胀预留变形空间；所述高强度棚式支护采用高强度棚式支架进行支护，高强度棚式支架在传统棚式支架的基础上在底拱位置、顶拱位置增加横梁进行加固，顶拱横梁、底拱横梁之间高差满足行人运料要求，相邻两支架之间采用若干连杆进行连接；所述锚网喷挤压成拱支护首先在生石灰置换填充、高强度棚式支护的基础上进行薄层干式喷浆，隔绝外部水源和空气，然后采用短、细、密锚杆进行锚固加固，使围岩形成具有承载能力的承压拱，最后进行干式喷浆至设计巷道断面。本发明所述支护方法针对强膨胀泥化软岩的特点，有效隔绝了围岩膨胀条件，强力补充围岩缺失的一向应力，充分调动围岩的自承能力，其对围岩的控制效果较单纯棚式支护、锚网喷支护，或棚式支护和锚网喷联合支护显著提高。

本发明利用置换填充可以有效吸收强膨胀泥化软岩中的水分，可以隔绝外部水源和空气，控制内部围岩的膨胀变形量和减小围岩膨胀变形的外部诱因；高强度棚式支护可以提供较高的支护强度，有效补充围岩缺失的一向应力，同时相邻支架间的连杆加固可以有效提高支架的整体稳定性，起到良好的限制围岩变形的目的；锚网喷挤压成拱支护可以在围岩形成稳定的拱式承载结构，改变强膨胀泥化软岩自身无承载能力的现状，充分调动围岩自身的承载能力。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明所述强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法的结构示意图。

图2为本发明所述高强度棚式支架邻架连接的结构示意图。

图中，1、生石灰垫层；2、内层铁丝网；3、高强度支架；4、外层铁丝网；5、锚杆；6、底板混凝土；7、底拱横梁铁丝网；8、混凝土外喷层；9、底拱横梁；10、顶拱横梁；11、帮部连接杆；12、肩部连接杆；13、顶拱连接杆、14、底拱连接杆；15、底拱横梁连接杆；16、顶拱横梁连接杆；17、混凝土内喷层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本发明所述强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法包括生石灰置换填充、高强度棚式支护、锚网喷挤压成拱支护三部分，其中，生石灰置换填充即采用生石灰垫层1置换部分强膨胀泥化软岩，高强度棚式支护即采用高强度支架3进行加强支护，锚网喷挤压成拱支护即采用短、细、密锚杆进行进一步的加固工作。该支护方式的具体实施过程详述如下。

在强膨胀泥化软岩巷道掘进过程中进行适当超挖，超挖量控制在400~600mm，巷道开掘完成，即进行系列支护工作，具体步骤为： 

（1）架设高强度支架3的外框，支架3的外框径向尺寸比围岩开挖尺寸小约200mm~300mm（为有效承载生石灰置换填充层，此时仅架设支架3的外侧框架，内部的顶拱横梁10和底拱横梁9后期架设）。支架3的外框架设完毕，在支架外框与围岩表面之间铺设内层铁丝网2。

    （2）内层铁丝网2铺设完毕，在内层铁丝网2与围岩表面之间密实填充生石灰垫层1，垫层厚约200mm~300mm，顺序是自棚式支架底部逐渐向上至支架顶部，填充完毕即完成生石灰置换填充工作。

（3）进行高强度支架3中顶拱横梁10、底拱横梁9的安装工作，采用焊接或法兰连接等方式将顶拱横梁10、底拱横梁9安装于外框的内侧，底拱横梁9、顶拱横梁10之间间距为2400mm~3300mm，满足行人运料要求；底拱横梁9撑紧外框的两底角位置，对内侧生石灰填充层1产生一定的挤压作用，顶拱横梁10、底拱横梁9安装完成即完成高强度棚式支护工作。

（4）高强度棚式支护完成后，即进行薄层干式喷浆工作，混凝土内喷层17将高强度支架3完全覆盖，此时即完成混凝土内喷层的喷浆工作，混凝土内喷层厚约100mm~150mm，喷浆料为C25~C30强度的混凝土；混凝土内喷层17经过短时间的固结硬化，即进行外层铁丝网4的挂网工作，挂网之后进行锚杆5的锚固加固，锚杆5为短、细、密锚杆，具体型号为锚杆长度1200mm~1600mm，直径为12mm~16mm，间排距为400mm~500mm，采用全长锚固方式进行锚固；锚杆5锚固完毕，进行混凝土外喷层8的喷浆工作，喷浆料为C25~C30强度的混凝土，喷浆至设计巷道断面，此时即完成强膨胀泥化软岩巷道的整体置换支护工作。

由于底拱进行适量超挖，底拱范围内在锚杆5锚固支护之后、混凝土外喷层8喷浆工艺之前，存在一个底拱的加固工作，在此将底拱加固过程叙述如下。

根据现场具体情况，反底拱超挖量约为1000mm~1500mm。在底拱锚固工作完成后进行底拱范围内底板混凝土6的浇筑工作，底板混凝土6的强度等级为C40~C45，浇筑完成时底板混凝土6与底拱横梁9之间预留一定空隙，为底拱横梁铁丝网7的铺设和后续底鼓变形预留空间。浇筑完毕，即进行底拱横梁9下方的底拱横梁铁丝网7的铺设工作，底拱横梁铁丝网7铺设完毕即进行上述步骤（4）中巷道整体范围内混凝土外喷层8的喷浆工作，喷浆至设计巷道断面即完成巷道整体支护工作。

如图2所示，本发明所述高强度棚式支架3架设过程中，在相邻支架之间，在支架的两帮位置、拱肩位置、顶拱位置、底拱位置、底拱横梁位置、顶拱横梁位置分别采用帮部连接杆11、肩部连接杆12、顶拱连接杆13、底拱连接杆14、底拱横梁连接杆15、顶拱横梁连接杆16进行连接，提高支架的整体稳定性，提高支护结构的整体强度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述支护方法包括生石灰置换填充、高强度棚式支护、锚网喷挤压成拱支护三部分，具体支护步骤如下：

（1）巷道开挖完毕，首先进行高强度棚式支护中棚式支架外框的架设，外框架设完毕，在支架外框与围岩之间铺设一层铁丝网；

（2）在支架外框架设完毕后进行生石灰置换填充，在已经铺设的铁丝网与围岩之间密实填充生石灰置换层，生石灰填充顺序是自棚式支架底部逐渐向上至支架顶部；

（3）在生石灰置换填充完毕后进行高强度棚式支护工作，采用焊接或法兰连接方式将底拱横梁、顶拱横梁顺序安装于高强度支架的内侧，利用底拱横梁撑紧支架的两底角位置；

（4）在高强度棚式支护完成后进行锚网喷挤压成拱支护，首先进行薄层干式喷浆工作，混凝土内喷层将高强度度棚式支架完全覆盖；之后在喷浆表面进行挂网工作，挂网之后采用锚杆进行锚固加固，锚固完毕再次进行干式喷浆至设计巷道断面。

2.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（1）中巷道开挖时在设计尺寸的基础上对围岩进行超挖，其超挖量控制在400mm~600mm。

3.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（1）中高强度棚式支架的外框比开挖围岩径向尺寸小200mm~300mm。

4.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（2）中生石灰垫层厚度为200mm~300mm。

5.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（3）中所述高强度棚式支架底拱横梁、顶拱横梁之间间距为2400mm~3300mm。

6.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（3）中所述棚式支架相邻支架之间在支架的帮部位置、顶拱位置、底拱位置、肩部位置、顶拱横梁、底拱横梁采用连杆进行连接。

7.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（3）中所述薄层干式喷浆厚度为100mm~150mm。

8.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（4）中所述锚杆长度为1200mm~1600mm，锚杆直径为12mm~16mm，锚杆间距为400mm~500mm，锚杆排距为400mm~500mm。

9.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（4）中锚网喷挤压成拱支护的锚固方式为全长锚固。

10.根据权利要求1所述的强膨胀泥化软岩巷道置换支护方法，其特征在于，所述步骤（4）中喷浆料为C25~C30强度的混凝土。