CN106437780B - 用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构及该组合结构的施工方法 - Google Patents

用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构及该组合结构的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构，包括沿巷道底板长度方向设置第一工字型钢梁，第一工字型钢梁的两侧滑槽槽口水平布置，且沿着巷道的宽度方向间隔设置有多段，沿巷道的底板宽度方向设置有第二工字型钢梁，第二工字型钢梁沿着第一工字型钢梁的长度方向间隔设置有多个且整体呈框架状结构，第二工字型钢梁的两侧滑槽槽口竖直方向布置，位于第二工字型钢梁的两端穿设有锚杆与巷道的底板围岩固连，位于组合结构上浇筑有混凝土，并且浇筑成混凝土层，巷道底板垂直方向的应力向巷道长度方向和宽度方向转移，同时钢混反拱与锚杆组合结构形成一个整体，共同受力同时施工便捷快速，底臌治理效果也好。

Description

用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构及该组合结 构的施工方法
技术领域
本发明涉及巷道支护技术领域，具体涉及一种用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构及该组合结构的施工方法。
背景技术
底臌现象是巷道围岩稳定性课题中的特殊问题，近年来随着矿井开采深度的不断加大，软岩巷道与弱结构巷道的大变形、高地压、难支护的工程问题日益严重，底臌现象已成为软岩巷道与弱结构巷道围岩变形和破坏的主要特征与形式之一。针对底臌的机理与防治对策，国内外开展了广泛的研究，同时对软岩巷道底臌的防治，国内外出现了许多防治措施。
目前的防治措施有多种形式，包括底板锚杆、底板注浆、封闭式支架等支护加固法，切缝、打钻孔、松动爆破、开掘卸压巷等卸压法以及各种联合方法。如底板注浆，其通过浆液渗透到岩层裂隙间，增加了破碎岩石的粘聚力，在底板中形成了一个强度比破碎岩层大的反拱，从而阻止了下部岩层向上鼓起，但是其实施需要锚杆钻机打设注浆孔，钻孔的难度大，残留的煤灰清理难度大，其耗时较长，造价高昂，对垂直应力引起的变形抑制程度较高。而卸压法通过切缝等方法，使原来连续的岩体处于不连续状态，使巷道周围的集中应力向围岩深部转移，此时底板处于应力降低区，这种方法只能使短时间内巷道保持稳定，但随着时间的增长，随着岩层的挤压运动，其状态又会被破坏，只能继续切缝，非常麻烦。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构及该组合结构的施工方法，其抑制底臌的时间长，能改变力系方向，将垂直应力转换为沿着巷道纵向和横向，其布置方式与常见的反拱方式不同，不会导致帮底出现应力集中。同时使得其垂直应力在纵深方向和横向损耗掉，经济适用。
为实现上述目的，本组合结构发明采用的技术方案是：
一种用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构，包括在巷道的底板上设置第一工字型钢梁，所述第一工字型钢梁的长度方向沿着巷道的长度方向布置，第一工字型钢梁的两侧滑槽槽口水平布置，第一工字型钢梁沿着巷道的宽度方向间隔设置有多段，巷道的底板上还设置有第二工字型钢梁，第二工字型钢梁的长度方向与第一工字型钢梁的长度方向垂直布置，第二工字型钢梁沿着第一工字型钢梁的长度方向间隔设置有多个且整体呈框架状结构，第二工字型钢梁的两侧滑槽槽口竖直方向布置，位于第二工字型钢梁的两端穿设有锚杆与巷道的底板围岩固连，位于组合结构上浇筑有混凝土，并且浇筑成混凝土层。
本发明还存在的附加特征在于：
所述第一工字型钢梁的腹板上开设有用于第二工字型钢梁穿过的通孔。
所述第一工字型钢梁的长度方向呈圆弧状结构，第一工字型钢梁的开口朝上，第一工字型钢梁的开口两端水平延伸，相邻第一工字型钢梁的两端固定，位于相邻第一工字型钢梁的两端下方垫设有钢筋混凝土垫板。
所述钢筋混凝土垫板的上方设置有橡胶块，所述相邻第一工字型钢梁的两端分别焊接有台阶钢板，所述橡胶块上设置有台阶面，所述台阶钢板搭设在橡胶块的台阶面上。
所述锚杆的杆身穿过第二工字型钢梁的腹板。
所述第二工字型钢梁长度方向呈圆弧状结构，第二工字型钢梁的开口朝上，第二工字型钢梁的开口两端水平延伸，所述锚杆固定在第二工字型钢梁的水平延伸端。
上述组合结构的施工方法采用的技术方案是：
一种用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
A、在巷道底板上且沿巷道长度方向清挖底板，使底板呈弧形，在挖掘好的底拱上铺一层混凝土，挖掘好的底拱沿巷道长度方向按等间距布置；
B、将两个底拱之间的部分清挖60-80cm并整平，形成一块平整的搭接平台
C、将巷道两帮帮底处向下超挖，向两帮外侧超挖，将超挖部分整平，在帮底处预钻设锚杆孔洞；
D、将所述钢筋混凝土垫板平放在平台上；
E、将上述第一工字型钢梁预制成与底板弧形走势大致相当的形状，两端各留一部分弯起与底板平行，使第一工字型钢梁悬置于弧形底板之上；
F、将锚杆穿过第二工字型钢梁的腹板，安装在上述预留孔洞内并固定；
G、在沿巷道的长度方向的第一工字型钢梁与第一工字型钢梁之间嵌入所述的橡胶块，使第一工字型钢梁与橡胶块紧密贴合，橡胶块平行置于钢筋混凝土垫板上；
H、将上述的台阶钢板置于橡胶块的左上角和右上角，两端分别对齐对接于第一工字型钢梁的上翼缘处并采用焊缝连接；
I、在整个组合结构全部安装到位后浇筑混凝土，使所有的结构被混凝土所覆盖，同时混凝土超出原来底板位置10-20cm。
本方法发明还存在的附加特征在于：
所述步骤A中，沿着巷道巷道长度方向下挖深度为80-120cm，在挖掘好的底拱上铺一层10-20cm厚的混凝土，底拱沿巷道的布置间距为40-60cm。
所述步骤B中，平台宽度为40-60cm；
所述步骤C中，两帮帮底处向下超挖60-80cm，向两帮外侧超挖20-30cm；
所述步骤E中，第一工字型钢梁悬置于弧形底板之上20-40cm；
所述步骤I中，混凝土超出原来底板位置10-20cm。
与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：
1、通过钢混反拱与锚杆组合的结构，将巷道底板垂直方向的应力向巷道长度方向和宽度方向转移，同时钢混反拱与锚杆组合结构形成一个整体，共同受力；
2、改变了原先的底板性质，第一工字钢梁之间的橡胶块不仅将结构之间的缝隙填补上同时还具有一定的柔性让压能力，先柔后刚，效果非常好，同时施工便捷快速，底臌治理效果也好。
附图说明
图1是用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构的截面示意图；
图2是用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构沿巷道长度方向的截面视图；
图3是用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构的俯视图。
具体实施方式
结合图1至图3，对本发明作进一步地说明：
一种用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构，包括在巷道10的底板上设置第一工字型钢梁20，所述第一工字型钢梁20的长度方向沿着巷道10的长度方向布置，第一工字型钢梁20的两侧滑槽槽口水平布置，第一工字型钢梁20沿着巷道10的宽度方向间隔设置有多段，巷道10的底板上还设置有第二工字型钢梁30，第二工字型钢梁30的长度方向与第一工字型钢梁20的长度方向垂直布置，第二工字型钢梁30沿着第一工字型钢梁20的长度方向间隔设置有多个且整体呈框架状结构，第二工字型钢梁30的两侧滑槽槽口竖直方向布置，位于第二工字型钢梁30的两端穿设有锚杆40与巷道10的底板围岩固连，位于组合结构上浇筑有混凝土，并且浇筑成混凝土层50。
上述第一工字型钢梁20及第二工字型钢梁30设置的滑槽设置滑槽的原因在于保证型钢的滑移，第一工字型钢梁20可以沿着巷道10长度方向滑移以释放应力，第二工字型钢梁30可以沿着巷道10宽度方向滑移以释放应力。
所述第一工字型钢梁20的腹板上开设有用于第二工字型钢梁30穿过的通孔，该便于将第二工字型钢梁30与第一工字型钢梁20组合在一起，共同受力。
所述第一工字型钢梁20的长度方向呈圆弧状结构，第一工字型钢梁20的开口朝上，第一工字型钢梁20的开口两端水平延伸，相邻第一工字型钢梁20的两端固定，位于相邻第一工字型钢梁20的两端下方垫设有钢筋混凝土垫板60。
第一工字型钢梁20的长度方向呈圆弧状结构的优点在于其反拱型结构，可以有力的将巷道10底板处的高应力向巷道径向转移，使其在转移后得到释放及弱化，填充混凝土是为了保证型钢和混凝土共同受力，保证型钢受力均匀。
所述钢筋混凝土垫板60的上方设置有橡胶块70，所述相邻第一工字型钢梁20的两端分别焊接有台阶钢板21，所述橡胶块70上设置有台阶面，所述台阶钢板21搭设在橡胶块70的台阶面上。
通过钢混反拱与锚杆40组合的结构，将巷道底板垂直方向的应力向巷道10长度方向和宽度方向转移，同时钢混反拱与锚杆40组合结构形成一个整体，共同受力；
改变了原先的底板性质，第一工字钢梁20之间的橡胶块70不仅将结构之间的缝隙填补上同时还具有一定的柔性让压能力，先柔后刚，效果非常好，同时施工便捷快速，底臌治理效果也好。
所述锚杆40的杆身穿过第二工字型钢梁30的腹板，锚杆40穿过第二工字型钢梁30的腹板与围岩连接，而第二工字型钢梁30穿过第一工字型钢梁20的腹板连为一个整体，保证了整个结构在垂直方向上的稳定性与安全性，提供了垂直方向上的保护力，同时限定了工字型钢梁在巷道长度方向和宽度方向的变形在一定范围内。
所述第二工字型钢梁30长度方向呈圆弧状结构，第二工字型钢梁30的开口朝上，第二工字型钢梁30的开口两端水平延伸，所述锚杆40固定在第二工字型钢梁30的水平延伸端。
同理，上述第二工字型钢梁30长度方向呈圆弧状组成的反拱结构，将第一工字型钢梁20上受到的力传递至第二工字型钢梁30上并向巷道10宽度方向传递，与巷道10帮底处的集中应力抵消，保证帮底的安全，填充混凝土是为了保证型钢和混凝土共同受力，保证型钢受力均匀。
上述用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
A、在巷道底板上且沿巷道10长度方向清挖底板，使底板呈弧形，在挖掘好的底拱上铺一层混凝土，挖掘好的底拱沿巷道10长度方向按等间距布置；
B、将两个底拱之间的部分清挖60-80cm并整平，形成一块平整的搭接平台11；
C、将巷道10两帮帮底处向下超挖，向两帮外侧超挖，将超挖部分整平，在帮底处预钻设锚杆孔洞；
D、将所述钢筋混凝土垫板60平放在平台11上；
E、将上述第一工字型钢梁20预制成与底板弧形走势大致相当的形状，两端各留一部分弯起与底板平行，使第一工字型钢梁20悬置于弧形底板之上；
F、将锚杆40穿过第二工字型钢梁30的腹板，安装在上述预留孔洞内并固定；
G、在沿巷道10的长度方向的第一工字型钢梁20与第一工字型钢梁20之间嵌入所述的橡胶块70，使第一工字型钢梁20与橡胶块70紧密贴合，橡胶块70平行置于钢筋混凝土垫板60上；
H、将上述的台阶钢板21置于橡胶块70的左上角和右上角，两端分别对齐对接于第一工字型钢梁20的上翼缘处并采用焊缝连接；
I、在整个组合结构全部安装到位后浇筑混凝土，使所有的结构被混凝土所覆盖，同时混凝土超出原来底板位置10-20cm。
所述步骤A中，沿着巷道巷道10长度方向下挖深度为80-120cm，在挖掘好的底拱上铺一层10-20cm厚的混凝土，底拱沿巷道10的布置间距为40-60cm。
所述步骤B中，平台11宽度为40-60cm；
所述步骤C中，两帮帮底处向下超挖60-80cm，向两帮外侧超挖20-30cm；
所述步骤E中，第一工字型钢梁20悬置于弧形底板之上20-40cm；
所述步骤I中，混凝土超出原来底板位置10-20cm。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构的施工方法，其特征在于：
所述用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构包括巷道(10)的底板上设置的第一工字型钢梁(20)，所述第一工字型钢梁(20)的长度方向沿着巷道(10)的长度方向布置，第一工字型钢梁(20)的两侧滑槽槽口水平布置，第一工字型钢梁(20)沿着巷道(10)的宽度方向间隔设置有多段，巷道(10)的底板上还设置有第二工字型钢梁(30)，第二工字型钢梁(30)的长度方向与第一工字型钢梁(20)的长度方向垂直布置，第二工字型钢梁(30)沿着第一工字型钢梁(20)的长度方向间隔设置有多个且整体呈框架状结构，第二工字型钢梁(30)的两侧滑槽槽口竖直方向布置，位于第二工字型钢梁(30)的两端穿设有锚杆(40)与巷道(10)的底板围岩固连，位于组合结构上浇筑有混凝土，并且浇筑成混凝土层(50)；
所述第一工字型钢梁(20)的腹板上开设有用于第二工字型钢梁(30)穿过的通孔；
所述第一工字型钢梁(20)的长度方向呈圆弧状结构，第一工字型钢梁(20)的开口朝上，第一工字型钢梁(20)的开口两端水平延伸，相邻第一工字型钢梁(20)的两端固定，位于相邻第一工字型钢梁(20)的两端下方垫设有钢筋混凝土垫板(60)；
所述钢筋混凝土垫板(60)的上方设置有橡胶块(70)，所述相邻第一工字型钢梁(20)的两端分别焊接有台阶钢板(21)，所述橡胶块(70)上设置有台阶面，所述台阶钢板(21)搭设在橡胶块(70)的台阶面上；
所述锚杆(40)的杆身穿过第二工字型钢梁(30)的腹板；
所述第二工字型钢梁(30)长度方向呈圆弧状结构，第二工字型钢梁(30)的开口朝上，第二工字型钢梁(30)的开口两端水平延伸，所述锚杆(40)固定在第二工字型钢梁(30)的水平延伸端；
该施工方法包括如下步骤：
A、在巷道底板上且沿巷道(10)长度方向清挖底板，使底板呈弧形，在挖掘好的底拱上铺一层混凝土，挖掘好的底拱沿巷道(10)长度方向按等间距布置；
B、将两个底拱之间的部分清挖60-80cm并整平，形成一块平整的搭接平台(11)；
C、将巷道(10)两帮帮底处向下超挖，向两帮外侧超挖，将超挖部分整平，在帮底处预钻设锚杆孔洞；
D、将所述钢筋混凝土垫板(60)平放在平台(11)上；
E、将上述第一工字型钢梁(20)预制成与底板弧形走势大致相当的形状，两端各留一部分弯起与底板平行，使第一工字型钢梁(20)悬置于弧形底板之上；
F、将锚杆(40)穿过第二工字型钢梁(30)的腹板，安装在上述预留孔洞内并固定；
G、在沿巷道(10)的长度方向的第一工字型钢梁(20)与第一工字型钢梁(20)之间嵌入所述的橡胶块(70)，使第一工字型钢梁(20)与橡胶块(70)紧密贴合，橡胶块(70)平行置于钢筋混凝土垫板(60)上；
H、将上述的台阶钢板(21)置于橡胶块(70)的左上角和右上角，两端分别对齐对接于第一工字型钢梁(20)的上翼缘处并采用焊缝连接；
I、在整个组合结构全部安装到位后浇筑混凝土，使所有的结构被混凝土所覆盖，同时混凝土超出原来底板位置10-20cm。
2.根据权利要求1所述的用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构的施工方法，其特征在于：所述步骤A中，沿着巷道巷道(10)长度方向下挖深度为80-120cm，在挖掘好的底拱上铺一层10-20cm厚的混凝土，底拱沿巷道(10)的布置间距为40-60cm。
3.根据权利要求1所述的用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构的施工方法，其特征在于：
所述步骤B中，平台(11)宽度为40-60cm；
所述步骤C中，两帮帮底处向下超挖60-80cm，向两帮外侧超挖20-30cm；
所述步骤E中，第一工字型钢梁(20)悬置于弧形底板之上20-40cm；
所述步骤I中，混凝土超出原来底板位置10-20cm。
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