CN105114099A - 一种弱胶结地层巷道支护方法及支护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弱胶结地层巷道支护方法及支护系统，尤其适用于西部矿区弱胶结地层岩石具有强度低、胶结性差、遇水崩解等特点，受开挖扰动影响巷道浅部围岩短时间破坏范围较大，伴随发生岩石向砂石颗粒的相变现象，传统的锚网支护、锚注加固难以有效控制稳定。首先预制中空壳体，通过锚杆支护将壳体安装在开挖后巷道表面，并通过锚杆向围岩施加一定的预紧力；其次向中空壳体充填包内注入膨胀性注浆液，注浆液在凝固过程中膨胀作用向围岩施加预应力，限制围岩变形；最后实施全断面喷浆和底板浇筑混凝土。该方法操作简单，施工方便，主要应用于弱胶结地层巷道支护工程。

Description

一种弱胶结地层巷道支护方法及支护系统

技术领域

本发明涉及煤矿中的巷道支护方法，尤其适用于我国西部及西北矿区弱胶结地层巷道支护工程的弱胶结地层巷道支护方法及支护系统。

背景技术

我国西部及西北矿区可采煤层赋存于侏罗系和白垩系地层中，该类岩层受成岩环境影响表现出强度低、胶结性差、遇水崩解等特点，巷道开挖后短时间内围岩出现大变形、破坏范围大等现象，传统锚网支护和锚注加固方法不能有效控制巷道稳定，巷道返修率高，支护成本大幅度增加，制约了西部及西北矿井安全生产。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种适用于弱胶结地层、大变形的巷道主动控制方法，可有效控制巷道稳定，减少巷道支护成本的弱胶结地层巷道支护方法及支护系统。

本发明的技术方案是：一种弱胶结地层巷道支护方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1.预制中空壳体:将直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，备用；

步骤2.初次加固：在已掘出巷道的毛断面上进行初喷得到厚度为20-30mm的第一加固层，强度为C20，将步骤1预制的中空壳体通过若干等距设置的锚杆固定于巷道顶板和两帮表面，并对锚杆施加预应力，所述锚杆预紧力为60KN；

步骤3.再次加固：再滞后巷道掘进头的15-20m处，对设置在顶板上的中空壳体利用等距设置2根第一锚索进行再次加固，对设置在两帮的中空壳体利用第二锚索进行加固；所述锚索预紧力为100KN；

步骤4.注浆：分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体内置的柔性中空充填包体内实施注浆，注入注浆液时，先通过排气口排出空气，通过高压将注浆液注入，待注浆材料凝固，此时膨胀的中空壳体向巷道围岩表面施加整体、均匀的约束力，提高巷道支护阻力；

步骤5：注浆后3天，分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体的表面进行复喷，复喷的厚度为50-60mm，强度为C20，得到复喷层，在对巷道底板浇筑混凝土，形成完整巷道断面。

进一步，所述步骤2中所述锚杆为高强度锚杆，直径20mm，长度2200mm；所述锚杆间排距为800mm×800mm。

进一步，所述步骤3中所述第一锚索和第二锚索的直径为20mm，所述第一锚索的长度6300mm，所述第二锚索的长度为4300mm；所述第一锚索的间排距为1600mm×1600mm，所述第二锚索在巷道腰线水平布置，排距1600mm。

进一步，所述步骤1中的柔性中空充填包体，规格长×宽×高为1900mm×300mm×60mm或1900mm×700mm×60mm，所述步骤1中的柔性中空充填包体可承受10MPa压力，可膨胀范围为50-80%。

进一步，所述步骤1中的所述柔性中空充填包体的两端设有注浆口和出气口，所述注浆口上设有注浆管，所述注浆管直径Φ22mm，长度50mm；出气口直径Φ22mm，长度50mm；注浆过程中出气口排出浆液立即关闭出气口。

进一步，所述步骤4中的所述注浆液由325水泥、膨胀性添加剂、水组成，其比例为1:0.1:2。

进一步，步骤5中的所述巷道底板混凝土浇筑层厚度为300mm，强度为C20。

进一步，所述上层钢网和下层钢网的焊接规格分别为长×宽×高为1600mm×100mm×1600mm和2000mm×100mm×1600mm，栅格规格100mm×100mm。

本发明的另一目的是提供上述方法使用的支护系统，该系统包括中空壳体、锚杆、锚索、第一加固层、复喷层和底板；

其中，所述第一加固层设置在所述巷道的巷道顶板和两帮的毛断面的表面，所述中空壳体通过所述锚杆和锚索固定在所述巷道固定于第一加固层上，所述复喷层设置在所述中空壳体的另一端面上，所述底板设在所述巷道的底部。

进一步，所述中空壳体包括由直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，所述柔性中空充填包体两端设有注浆口和出气口。

本发明的弱胶结地层巷道支护系统及支护方法是：巷道掘进后通过安装锚杆将中空壳体固定于巷道帮顶围岩表面，与锚杆、锚索共同作用，提高巷道表面支护强度；通过向中空壳体内加注高压膨胀性浆液，凝固膨胀后充填体将支护阻力均匀、整体的施加给对巷道岩壁，进一步限制围岩变形破坏。

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明通过在巷道帮顶围岩表面安装膨胀性中空壳体，在中空壳体内注入高压可膨胀性浆液材料，待浆液凝固后，材料膨胀使壳体膨胀鼓起，给巷道围岩表面施加整体、均匀的约束力，该约束力较传统支护结构的支护阻力大、均匀。本发明的方法对弱胶结类岩层巷道实用性强。本发明的方法简单，易于实施，支护效果好，具有广泛的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明巷道支护断面示意图。

图2是本发明巷道两帮支护平面图。

图3是本发明巷道顶板支护平面图。

图4是本发明支护效果与传统支护效果对比示意图。

图中：

1．毛断面、2.第一加固层、3.锚杆、4.中空壳体、5.内置充填包、6.第一锚索、7.第二锚索；8.复喷混凝土层、9.底板浇筑混凝土层、10.巷道净断面、11.注浆口、12.排气口、13.缓冲空间、14.膨胀后支护壳体、15.均匀支护阻力、16.非均匀支护阻力。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

图1-4所示，本发明的一种弱胶结地层巷道支护系统的结构示意图，该系统主要是解决西部矿区弱胶结地层岩石具有强度低、胶结性差、遇水崩解性岩层的巷道稳定性问题，例如某矿井下煤层大巷，大巷埋深675m，位于井底车场以北，巷道位于侏罗系延安组3-1煤层中，顶板为砂质泥岩，煤层厚度6.5m，巷道沿煤层顶板掘进，岩石和煤体单轴抗压强度在20-30MPa之间，属于典型的弱胶结岩层。巷道断面为矩形，原支护采用锚梁网支护，巷道全断面变形、破坏严重，尤其是两帮变形较大，后采用本发明巷道支护方案。该方法具体包括以下步骤：

步骤1：预制中空壳体:将直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，备用，其中，所述上层钢网和下层钢网的焊接规格分别为长×宽×高为1600mm×100mm×1600mm和2000mm×100mm×1600mm，栅格规格100mm×100mm；所述柔性中空充填包体可承受10MPa压力，可膨胀范围为50-80%；

步骤2：在已掘出巷道的毛断面1上进行初喷得到厚度为30mm的第一加固层，强度为C20，将步骤1预制的中空壳体通过若干等距设置的直径为20mm，长度为2200mm的高强度锚杆3分别固定于巷道顶板和两帮表面，并对高强度锚杆3施加预应力，所述锚杆预紧力为60KN,锚杆间排距为800mm×800mm；

步骤3：滞后巷道掘进头15-20m处，对设置在顶板上的中空壳体内的柔性中空充填包体之间的缓冲空间13处等距设置2根第一锚索6进行再次加固，2根第一锚索6之间的排距为1600mm，对设置在两帮的中空壳体采用第二锚索7进行加固，所述第二锚索7设置在巷道腰线水平布置，相邻的第二锚索7之间的排距1600mm；所述第一锚索6和第二锚索7的预紧力均为100KN；

步骤4：分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体利用内置的性中空充填包体内采用高压注浆方式注入注浆液，注浆压力为3-5MPa，通过排气口排出空气，注浆过程中出气口排出浆液立即关闭出气口，注浆液在凝固过程中膨胀作用向围岩施加预应力，使壳体膨胀向巷道围岩表面施加整体、均匀的约束力，提高巷道支护阻力；所述注浆液由325水泥、膨胀性添加剂、水组成，其比例为1:0.1:2；

步骤5：注浆后3天，分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体的表面进行复喷，复喷的厚度为50mm，强度为C20，并在巷道底板上浇筑厚度为300mm混凝土层，强度为C20，形成完整巷道断面10。

所述第一锚索和第二锚索的直径为20mm，所述第一锚索的长度6300mm，所述第二锚索的长度为4300mm；所述第一锚索的间排距为1600mm×1600mm。

所述中空充填包中注浆管直径Φ22mm，长度50mm；出气口直径Φ22mm，长度50mm。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种弱胶结地层巷道支护方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤1.中空壳体:将直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，备用；

步骤2.初次加固：在已掘出巷道的毛断面上进行初喷得到厚度为20-30mm的第一加固层，强度为C20，将步骤1预制的中空壳体通过若干等距设置的锚杆固定于巷道顶板和两帮表面，并对锚杆施加预应力，所述锚杆预紧力为60KN；

步骤3.再次加固：再滞后巷道掘进头的15-20m处，对设置在顶板上的中空壳体利用等距设置2根第一锚索进行再次加固，对设置在两帮的中空壳体利用第二锚索进行加固；所述锚索预紧力为100KN；

步骤4.注浆：分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体内置的柔性中空充填包体内实施注浆，注入注浆液时，先通过排气口排出空气，通过高压将注浆液注入，注浆过程中出气口排出浆液立即关闭出气口，待注浆材料凝固此时膨胀的中空壳体向巷道围岩表面施加整体、均匀的约束力，提高巷道支护阻力，所述注浆压力为3-5MPa；

步骤5：注浆后3天，分别对顶板上的中空壳体和两帮的中空壳体的表面进行复喷，复喷的厚度为50-60mm，强度为C20，得到复喷层，在对巷道底板浇筑混凝土，形成完整巷道断面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中所述锚杆为高强度锚杆，直径20mm，长度2200mm；所述锚杆间排距为800mm×800mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述第一锚索和第二锚索的直径为20mm，所述第一锚索的长度6300mm，所述第二锚索的长度为4300mm；所述第一锚索的间排距为1600mm×1600mm，所述第二锚索在巷道腰线水平布置，排距1600mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的柔性中空充填包体的规格长×宽×高为1900mm×300mm×60mm或1900mm×700mm×60mm，所述柔性中空充填包体可承受10MPa压力，可膨胀范围为50-80％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的所述柔性中空充填包体的两端设有注浆口和出气口，所述注浆口上设有注浆管，所述注浆管直径Φ22mm，长度50mm；出气口直径Φ22mm，长度50mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的所述注浆液由325水泥、膨胀性添加剂、水组成，其比例为1:0.1:2；所述注浆压力为3-5MPa。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上层钢网和下层钢网的焊接规格长×宽×高为1600mm×100mm×1600mm和2000mm×100mm×1600mm，栅格规格100mm×100mm。

8.一种如权利要求1-7所述的方法的支护系统，其特征在于，该系统包括中空壳体、第一锚杆、锚索、第二锚杆、第一加固层、复喷层和底板；

其中，所述第一加固层设置在所述巷道的巷道顶板和两帮的毛断面的表面，所述巷道的巷道顶板的中空壳体通过所述锚杆和第一锚索固定，两帮的中空壳体通过所述第二锚锁固定，所述复喷层设置在所述中空壳体的另一端面上，所述底板设在所述巷道的底部。

9.如权利要求8所述的支护系统，其特征在于，所述中空壳体包括由直径为8mm的钢筋焊接为上层钢网和下层钢网，在所述上层钢网和下层钢网之间设置若干柔性中空充填包体，且相邻柔性中空充填包体之间设有缓冲空间，所述柔性中空充填包体两端设有注浆口和出气口，所述柔性中空充填包体可承受10MPa压力，可膨胀范围为50-80％。

10.如权利要求8所述的的支护系统，其特征在于，所述柔性中空充填包体的两端设有注浆口和出气口，所述注浆口上设有注浆管，所述注浆管直径Φ22mm，长度50mm；出气口直径Φ22mm，长度50mm。