CN105201525A - 一种可修复的防治底鼓方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可修复的防治底鼓方法，钻桩孔，插入型钢，在型钢翼缘两外侧，插入可重复注浆管，通过可重复注浆管往桩孔内注入固化浆液，施工锚索孔。锚索孔直径以略大于锚索筋材与可重复注浆管的包络直径，较方便送入筋材为原则，插入带有可重复注浆管的锚索筋材，通过可重复注浆管往锚索孔内注入水泥浆；在施工冠梁时，对外露锚索筋材用软套管或外裹材料加以隔离，锚面处做成与筋材延伸方向相垂直的平面，便于锚索张拉锁定，冠梁完工7天后，对锚索进行张拉锁定。本发明的有益效果是能够通过重复注浆实现桩锚可动态适时修复，实现桩锚系统的环境的稳定性，长久维持桩锚系统的稳定性。

Description

一种可修复的防治底鼓方法

技术领域

本发明属于土建技术领域和矿山工程技术领域，涉及一种可修复的防治底鼓方法。

背景技术

近二三十年来，随着井工开采深度加大，硐室（巷道）底鼓的问题愈来愈突出，煤矿尤甚。目前，在煤矿深部巷道中，底鼓已成为我国煤矿普遍存在的问题。底鼓既是巷道破坏的主要形式，也是巷道稳定性控制中的难题。截止目前，底鼓的防治的方法已有很多，但不外乎加固法或卸压法两类。工程实践表明，岩石硐室除承受自重应力作用外，往往还承受残余构造应力作用。最新研究表明，承受残余构造应力作用的巷道，底板上的水平应力是非常强大的。正是这种非常强大的水平应力，使底板发生劈裂屈曲、剪切等形式的破坏。因此，底鼓的防治应是从削减底板上强大水平力（外因）和提高底板强度与整体性（内因）两方面出发。由于对此问题的外因认识不清，现有的底鼓防治技术更多是只侧重于其一。

CN101886545A公布了一种微型碎石管桩治理软岩巷道底鼓的方法，该法在底板采用微型碎石桩加固底板，其布置使桩将表现为悬臂桩性能，削减底板上强大水平力的作用的效果不好，而且在强烈底鼓过程中碎石桩因抗拉性能差而易断裂。CN102797478A公布了一种非连续承压格栅砼墙控制高应力软岩巷道底鼓变形方法，它是在巷道轨道两侧施工钢筋混凝土排桩，起加固底板岩体，防止底板剪切滑移破坏的作用，同时形成应力屏障，阻止两侧水平应力挤压底板岩体，以达到防治底鼓的目的。但是，深部巷道的变形是一个巷周大范围岩体破裂、持续的大位移的过程，期望一劳永逸的治底方法往往难适应这种动态过程；其次，八字形布置和“||”形布置的桩的性能属于悬壁桩性能，其抗弯能力有限；第三，悬臂桩抗衡底板强大水平作用力的针对性不足，也即从力学上不是最佳的。

最新研究表明，承受残余构造应力作用的巷道，底板上的水平应力是非常强大的。正是这种非常强大的水平应力，使底板发生劈裂屈曲、剪切等形式的破坏。因此，底鼓的防治应是从削减底板上强大水平力（外因）和提高底板强度与整体性（内因）两方面出发。为此，本发明要解决的技术问题，就是要提供一种岩石硐室底鼓防治结构，既能削减底板上强大水平力，又动态改进底板强度与整体性，即使巷周大范围的岩体发生变形破坏，也能动态改变支护结构的着力点，长期维护支护结构的有效作用。

我国进入深部开采的煤矿超过80%，深部巷道年掘进量超过8000km。深部巷道的一个显著特征就是底鼓严重。底鼓问题已让不少深井开采举步维艰，少数因此而关闭。虽然有不少防治方法，但要么属于应对围岩应力途径，要么属于提高围岩强度途径。比较合理的防治底鼓的支护结构应是既削减底板上强大的水平作用力，又能加固围岩。由于深部巷道围岩的破碎具有长期反复性，因此具有动态提高破碎围岩的治底方法是最理想的方法。作者提出的可重复注浆加固围岩的方法，在用于防治巷道底鼓时，虽兼有这两者作用，但在应对强大围岩应力上仍有不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可修复的防治底鼓方法，解决了目前的底鼓防治方法对治底的稳定效果不理想的问题。

本发明可修复的防治底鼓方法所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

第一，钻桩孔。在掘进工作面后方20m（以无工作面端头效应和掘进器具影响为原则），在巷道两侧底板施工垂直钻孔。钻孔的直径以刚好能插入两侧带注浆管的型钢为宜，钻孔深度，宜达到巷道松动范围外1m，但不宜超过5m。

第二，安放型钢。插入型钢，以H型、工字型钢为佳，腹板与巷道走向垂直。型钢尽可能为整根，尽量减少连接。当型钢较长无法适应巷道内施工时，采用腹板两侧“[”钢板高强螺栓连接。

第三，安放可重复注浆管。在型钢翼缘两外侧，插入可重复注浆管。可重复注浆管宜选用硬质且弹性较强的PVC管，底端密封，其上每隔20cm一圈出浆小孔，每圈宜等距设置3~4个出浆小孔，小孔处套上3层韧性好的橡胶膜，形成单向出浆孔。为了防止插入时划破橡胶膜，在注浆管的出浆小孔外罩细铁丝网片。

第四，注浆。通过可重复注浆管往桩孔内注入固化浆液。固化浆液以水泥为佳，也可以据现场环境采用其它的注浆材料。注浆时，孔口封堵，先通过注浆管进行充填式注浆，待浆液初凝时再采用压力注浆。充填注浆时注浆头尽量插入到注浆管近底部，压力注浆时尽量采用分段式注浆。注浆完毕后，应用水冲洗注浆管，清除管内残留浆液，以备再次注浆使用。

第五，施工锚索孔。在设计的桩冠梁高程上，向巷壁施工锚索孔。锚索孔直径以略大于锚索筋材与可重复注浆管的包络直径，较方便送入筋材为准。也可以采用岩石扩孔钻具，在孔底进行扩孔，以形成扩孔锚索，提高锚索的拉拨极限承载力。锚索孔的长度以进入巷道围岩弹性区1m为宜，或取5~7m。锚索孔垂直巷道走向，与底板成45o。

第六，插入带有可重复注浆管的锚索筋材。将带有可重复注浆管的筋材或钢筋材束，送入锚索孔。需采用措施，将锚固段的筋材或筋材束置于锚索孔中心位置，注浆管可贴孔壁。注浆管底端密封，管壁上每隔1m设3圈出浆小孔（圈间距5cm），每圈宜等距设置3~4个出浆小孔，小孔处套上3层韧性好的橡胶膜，形成单向出浆孔。为了防止插入时划破橡胶膜，在注浆管的出浆小孔处设立强度较低但韧性好的多孔材料定位支架，并在该处外罩细铁丝网，将定位支架、注浆管和筋材裹住。出浆小孔处的注浆管外壁宜涂抹黄油，降低管外壁与橡胶膜的粘结。

第七，注浆。通过可重复注浆管往锚索孔内注入水泥浆。注浆时，孔口封堵，先通过注浆管进行充填式注浆，待浆液初凝时再采用压力注浆。充填注浆时注浆头尽量插入到注浆管近底部，压力注浆时尽量采用分段式注浆。注浆完毕后，应用水冲洗注浆管，清除管内残留浆液，以备再次注浆使用。

第八，施工桩冠梁。在施工冠梁时，对外露锚索筋材用软套管或外裹材料加以隔离，锚面处做成与筋材延伸方向相垂直的平面，便于锚索张拉与锁定。

第九，张拉锁定。冠梁施工完7天后，对锚索进行张拉锁定。

第十，重复注浆与重复张拉锁定。为了确保锚索的功效，应适当设置锚索轴力测力计，对锚索受力进行监测。根据监测结果、支护结构宏观变形现象，对围岩变形开裂进行判定，并适时通过可重复注浆管进行注浆，对破裂围岩进行动态加固，永远使底板或锚索周围的岩体保持一定的整体性和强度，保持桩和锚索的环境和桩锚着力点稳定。此外，如通过监测发现锚索锁定值下降是由于锚索松弛造成的（非锚索着力问题）时，应对锚索进行再次张拉锁定。

第十一，对外露的筋材（束）和注浆管进行保护和危险处理，既保证可以重复张拉锁定，又保不影响巷道的正常使用，还需保证不给行人造成意外伤害。

当桩受弯外侧砼破裂时，锚索受拉致外包裹砼破裂，或岩体破裂时，正是需要注浆之时。注浆将通过裂隙，将浆液挤入到岩体中裂隙中，填充裂隙，把小块体变为整体好的大块体或完整岩体，提高岩体强度。既动态加固岩体，又能解决桩端和锚索底端着力问题。因此，可重复注浆使得这一结构具有可修复性，使得这一结构的稳定性保持常态化。

本发明的有益效果是能够通过重复注浆实现桩锚可动态适时修复，实现桩锚系统的环境的稳定性，长久维持桩锚系统的稳定性。同时，桩锚系统能有效削减底板上的强大的水平作用力。

附图说明

图1为支护结构的平面布置图；

图2为图1中A部分放大示意图；

图3为支护结构的剖面图；

图4为图3中B部分放大示意图；

图5为型钢连接示意图。

图中，1.桩孔，2.冠梁，3.型钢，4.可重复注浆管，5.水泥浆，6.锚索，7.锁具，8.垫板，201.“[”型钢板，202.高强螺栓。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明设置的结构为带有可重复注浆管的型钢水泥桩-长底角锚索组合结构，利用在型钢翼缘两外侧和锚索中的PVC可重复注浆管动态加固破碎围岩，通过桩顶锚索调动深部围岩承载力，将悬壁桩变为两端固定的约束桩，既更好地抗衡作用在底板上的高水平挤压力，同时又使围岩维持了其高强度，实现内外因全方位治底方略。

一种防治底鼓的结构如图1~图5所示，桩孔1一端贯穿冠梁2，桩孔1为两排，分别垂直布置在巷道底板两侧，每个桩孔1内设有型钢3，型钢3翼缘两侧设有可重复注浆管4，可重复注浆管4采用硬质弹性好的PVC管，底端密封，管壁上每隔20cm钻有一圈出浆小孔，每圈等距设置3~4个出浆小孔，小孔处套上3层韧性好的橡胶膜，形成单向出浆孔。为了防止插入时划破橡胶膜，用细铁丝网片罩裹住橡胶膜。桩孔1内、可重复注浆管4外填充有水泥浆5，锚索6倾斜穿过冠梁2，锚索6一端露出冠梁2，外露部分设有锁具7，锁具7与冠梁2之间垫有垂直于锚索6的垫板8，通过锁具7与垫板8将锚索6一端锁紧在冠梁2上。型钢2为工字型或H型钢，型钢2之间通过“[”型钢板201和高强螺栓202上下连接在一起。锚索6带有锚索用的可重复注浆管，锚索用的可重复注浆管采用PVC管，管壁上每隔1m设3圈出浆小孔（圈间距5cm），每圈宜等距设置3~4个出浆小孔，小孔处套上3层韧性好的橡胶膜，形成单向出浆孔。为了防止插入时划破橡胶膜，在锚索用的可重复注浆管的出浆小孔处设立强度较低但韧性好的多孔材料定位支架，并在该处外罩细铁丝网，将定位支架、注浆管和筋材裹住。出浆小孔处的注浆管外壁宜涂抹黄油，降低管外壁与橡胶膜的粘结。

本发明技术与桩锚有机结合，开成了一种具有修复功能的桩锚防治底鼓技术。这种技术以结构的特殊设计，通过重复注浆实现桩锚可动态适时修复，实现桩锚系统的环境的稳定性，长久维持桩锚系统的稳定性；通过重复注浆，对不断破碎的围岩进行强度和刚度的修复，使围岩长久维持一个良好的稳定状态，提高围岩的承载能力，促进巷道底板的稳定。由于其具有可动态适时修复功能，可以弥补目前对巷道围岩工程性质、工程环境掌握不准所带来的问题，可以较好地应对施工中、正常运营中的不确定性。除了煤炭开采外，其它矿山的井工开采也同样存在底鼓问题。因此，本技术的潜在经济效益将十分显著。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种可修复的防治底鼓方法，其特征在于按照以下步骤进行：

第一，钻桩孔，在掘进工作面后方20m、巷道底板两侧施工垂直钻孔，钻孔的直径以刚好能插入两侧带注浆管的型钢为宜，钻孔深度，达到巷道松动范围外1m且不超过5m；

第二，安放型钢，腹板与巷道走向垂直，当型钢较长无法适应巷道内施工时，采用腹板两侧“[”型钢板和高强螺栓进行连接；

第三，安放可重复注浆管，在型钢翼缘两外侧，插入可重复注浆管，可重复注浆管选用硬质弹性好的PVC管，可重复注浆管底端密封，管壁上每隔20cm钻有一圈出浆小孔，每圈等距设置3~4个出浆小孔，小孔处套上3层韧性好的橡胶膜，形成单向出浆孔，为了防止插入时划破橡胶膜，用细铁丝网片罩裹住橡胶膜；

第四，注浆，通过可重复注浆管往桩孔内注入固化浆液，注浆时，孔口封堵，先通过注浆管进行充填式注浆，待浆液初凝时再采用压力注浆，充填注浆时注浆头尽量插入到注浆管近底部，压力注浆时尽量采用分段式注浆，注浆完毕后，应用水冲洗注浆管，清除管内残留浆液；

第五，施工锚索孔，在桩冠梁高程上，向巷壁施工锚索孔，锚索孔直径以略大于锚索筋材与可重复注浆管的包络直径，较方便送入筋材为原则，锚索孔的长度以进入巷道围岩弹性区1m为宜，或取5~7m，锚索孔垂直巷道走向，与底板成45o；

第六，插入带有可重复注浆管的筋材，尽量将筋材置于锚索孔中心位置，注浆管贴孔壁，注浆管壁上每隔1m设3圈出浆小孔，圈间距5cm，每圈等距设置3~4个出浆小孔，小孔处套上3层韧性好的橡胶膜，形成单向出浆孔，出浆孔处设置强度较低但韧性好的多孔材料定位支架，并在该处外罩细铁丝网，将定位支架、注浆管和筋材裹住；

第七，注浆，通过可重复注浆管往锚索孔内注入水泥浆，注浆时，孔口封堵，先通过注浆管进行充填式注浆，待浆液初凝时再采用压力注浆，充填注浆时注浆头尽量插入到注浆管近底部，压力注浆时尽量采用分段式注浆，注浆完毕后，应用水冲洗注浆管，清除管内残留浆液；

第八，施工冠梁时，对外露锚索筋材用软套管或外裹材料加以隔离，锚面处做成与筋材延伸方向相垂直的平面，便于锚索张拉锁定；

第九，张拉锁定，冠梁完工7天后，对锚索进行张拉锁定。

2.按照权利要求1所述一种可修复的防治底鼓方法，其特征在于：为了确保锚索的功效，设置锚索轴力测力计，对锚索受力进行监测，对围岩变形开裂进行判定，并适时通过可重复注浆管进行注浆，如通过监测发现锚索锁定值下降是由于锚索松弛造成的时，对锚索进行再次张拉锁定。