CN106522991B - 一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层是指巷道围岩表面以三层轴向和环向的钢丝绳网为骨架的喷射砼层，包括巷道掘出围岩暴露以后，依次喷射到巷道围岩的第一层喷射砼、第二层喷射砼、第三层喷射砼和第四层喷射砼。巷道砼喷层内部的煤（岩）层内设有若干根第一锚杆层、若干根第二锚杆层和若干根第三锚杆层，第一锚杆层的所有锚杆沿着巷道轴线方向呈排均匀布置，每排第一锚杆层包括若干根沿着巷道周边环向均匀布置的第一锚杆，第一锚杆穿过第一层喷射砼；本发明结构设计合理、施工方便，现场试验效果显著，能够提高砼喷层的整体性和变形性，与围岩注浆技术相结合，进一步提高锚喷支护的质量，扩大了锚喷支护在深部巷道中的适用范围。
Description
技术领域
本发明属于煤矿巷道支护技术领域，具体涉及一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层及其施工方法。
背景技术
锚喷支护是锚杆与喷射混凝土（简称砼）联合支护的简称，在稳定和中等稳定围岩巷道的支护中，锚喷支护技术已经成为煤矿的主要支护形式。同棚式巷道支护相比，锚喷支护施工方便，对围岩支护迅速及时，能够充分发挥围岩的自承能力和锚杆承载作用。然而，近年来随着煤层开采向深部发展，越来越多的煤矿遇到深部松软岩层，在这类岩层和破碎带中开掘的巷道或硐室，矿压显现十分明显，主要表现为：顶板下沉、两帮开裂和底板臌起，围岩变形量大，巷道破坏严重，甚至需要多次翻修，才能保证正常使用，影响到巷道的正常使用和经济效益的提高。目前，在松软、破碎和膨胀围岩中，以及在高地应力和受采动影响的巷道中，单一的锚喷网支护的应用范围受到限制。大量的失修巷道现场观测结果表明，造成锚喷网支护失效的主要原因在于，含金属网或钢筋网的锚喷网支护中，砼喷层的刚度和极限变形量与锚杆和巷道围岩变形不匹配，砼喷层整体性能差。由于砼喷层的刚度过大，不允许围岩充分卸压，围岩作用在砼喷层上的挤压力过大，导致砼喷层开裂，当围岩变形量发展到一定程度时出现喷层脱落，锚杆外露，锚喷网支护破坏失效，从而加剧了围岩的变形和破坏。目前砼喷层多为水泥、河沙、米石和速凝剂等组成，凝结硬化后为典型的脆性材料，整体性能差，在巷道轴向和环向方向允许变形量较小，砼喷层仅能承受压应力，其抗拉强度和抗剪强度较低。当巷道围岩变形量超过100～150mm时，喷层就开始出现裂缝；随着围岩变形量的增加，裂缝逐渐加宽和加深，当围岩变形量超过250~300mm时，出现喷层脱落。喷层脱落区域锚杆托盘松动，锚杆失去承载能力，锚喷支护失效，围岩处于无支护状态，加剧了围岩变形速率，围岩稳定性恶化；针对以上锚网支护砼喷层结构中存在的问题，如何提高砼喷层的整体性能，降低砼喷层刚度、增加砼喷层极限变形量，以及提高砼喷层残余强度，是当前在深部软弱岩层和破碎带中巷道进一步推广锚喷支护的技术关键。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构设计合理、施工方便、现场试验效果显著、能够提高砼喷层的整体性能和提高锚喷支护的巷道锚喷支护柔性整体砼喷层及其施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层，包括依次喷射在深部巷道围岩表面的第一层喷射砼、第二层喷射砼、第三层喷射砼和第四层喷射砼，巷道周边深部的煤层内设有若干第一锚杆层、若干第二锚杆层和若干第三锚杆层，所有的第一锚杆层沿巷道的轴线方向并排均匀设置，每排第一锚杆层包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的第一锚杆，第一锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第一层喷射砼压紧压实，第一锚杆与第一层喷射砼表面垂直，两根相邻的第一锚杆的锚尾端之间通过钢丝绳连接；
所有的第二锚杆层沿巷道的轴线方向并排均匀设置，每排第二锚杆层包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的第二锚杆，第二锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第二层喷射砼压紧压实，第二锚杆与第二层喷射砼表面垂直，两根相邻的第二锚杆的锚尾端之间通过钢丝绳连接；
所有的第三锚杆层沿巷道的轴线方向并排均匀设置，每排第三锚杆层包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的第三锚杆，第三锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第三层喷射砼压紧压实，第三锚杆与第三层喷射砼表面垂直，两根相邻的第三锚杆的锚尾端之间通过钢丝绳连接。
一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层的施工方法，包括以下步骤：
（1）掘出巷道后，新暴露岩壁形成了巷道的毛断面，然后在巷道的毛断面上初次喷射第一层喷射砼，接着沿巷道环形施工第一排第一锚杆层，并通过托盘将第一锚杆的锚尾端安装在第一层喷射砼上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第一锚杆层、第三排第一锚杆层……，施工的同时将第一锚杆的锚尾端通过托盘安装在第一层喷射砼上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第一锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第一层钢丝绳网；
（2）在第一层喷射砼的外表面喷射第二层喷射砼，之后沿巷道环形施工第一排第二锚杆层，并通过托盘将第二锚杆的锚尾端安装在第二层喷射砼上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第二锚杆层、第三排第二锚杆层……，施工的同时将第二锚杆的锚尾端通过托盘安装在第二层喷射砼上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第二锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第二层钢丝绳网；
（3）在第二层喷射砼的外表面喷射第三层喷射砼，接着沿巷道环形施工第一排第三锚杆层，并通过托盘将第三锚杆的锚尾端安装在第三层喷射砼上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第三锚杆层、第三排第三锚杆层……，施工的同时将第三锚杆的锚尾端通过托盘安装在第三层喷射砼上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第三锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第三层钢丝绳网；
（4）在第三层喷射砼的外表面喷射第四层喷射砼，最终形成以钢丝绳网为骨架的柔性整体砼喷层。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明采用锚喷支护，通过四层次喷浆，三层次锚杆，三层次钢丝绳网来构建以钢丝绳网为骨架的柔性整体喷层结构，取代传统锚喷支护中的金属网，以提高砼喷层的柔性和整体性能，提高锚喷支护的整体性，实现控制深部软岩巷道围岩变形的目的。近年来该技术已经在河南省平顶山矿区平顶山天安煤业股份有限公司一矿、六矿、八矿和十矿等矿井的水平大巷和上（下）山巷道中，进行了现场工业性试验，效果显著。当深部巷道围岩变形稳定以后，进行浅部和深部围岩二次注浆加固，进一步提高巷道围岩的强度、自撑能力，以及锚喷支护性能，从而实现深部巷道围岩的长期稳定。现场试验和实验室试验结果表明，采用轴向和环向钢丝绳网代替传统锚喷支护中金属网，在轴向和环向钢丝绳搭接处利用预应力锚杆固定住钢丝绳，在锚喷支护巷道围岩表面形成了由三层锚杆层和四层喷射砼组成的整体柔性砼喷层，可以明显改善锚喷支护效果。由此可见，以钢丝绳网为骨架的柔性整体喷层结构，可以提高砼喷层的柔性，增加砼喷层的极限变形量，提高砼喷层的整体性和稳定性。从而解决上述研究背景技术中的有关问题；第四层喷射砼将第三锚杆层内端的钢丝绳和托盘覆盖，也一定程度上保护了巷道内工作人员不被触碰到而受伤。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是柔性砼喷层中钢丝绳网布置立面图；
图3是柔性砼喷层的剖面图。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明的一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层，包括依次喷射在巷道围岩表面的第一层喷射砼1、第二层喷射砼2、第三层喷射砼3和第四层喷射砼4，巷道周边深部的煤层内设有若干第一锚杆层1A、若干第二锚杆层2A和若干第三锚杆层3A，所有的第一锚杆层1A沿巷道的轴线方向并排均匀均匀设置，每排第一锚杆层1A包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的第一锚杆，第一锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第一层喷射砼1压紧压实，两根相邻的第一锚杆之间通过钢丝绳连接；
所有的第二锚杆层2A沿巷道的轴线方向并排均匀设置，每排第二锚杆层2A包括若干沿巷道周边环向均匀设置的第二锚杆，第二锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第二层喷射砼2压紧压实，两根相邻的第二锚杆之间通过钢丝绳连接；
所有的第三锚杆层3A沿巷道的轴线方向并排均匀设置，每排第三锚杆层3A包括若干根沿巷道周边环向均匀设置的第三锚杆，第三锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第三层喷射砼3压紧压实，两根相邻的第三锚杆之间通过钢丝绳连接。
一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层的施工方法，包括以下步骤：
（1）掘出巷道后，新暴露岩壁形成了巷道的毛断面，然后在巷道的毛断面上初次喷射第一层喷射砼1，第一层喷射砼1的厚度为80mm，接着沿巷道环形施工第一排第一锚杆层1A，并通过托盘将第一锚杆的锚尾端安装在第一层喷射砼1上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第一锚杆层1A、第三排第一锚杆层1A……，施工的同时将第一锚杆的锚尾端通过托盘安装在第一层喷射砼1上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第一锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第一层钢丝绳网1B；
（2）在第一层喷射砼1的外表面喷射第二层喷射砼2，第二层喷射砼2厚度为100mm，接着沿巷道环形施工第一排第二锚杆层2A，并通过托盘将第二锚杆的锚尾端安装在第二层喷射砼2上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第二锚杆层2A、第三排第二锚杆层2A……，施工的同时将第二锚杆的锚尾端通过托盘安装在第二层喷射砼2上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第二锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第二层钢丝绳网2B；
（3）接着在第二层喷射砼2的外表面喷射第三层喷射砼3，第三层喷射砼3厚度为100mm，接着沿巷道环形施工第一排第三锚杆层3A，并通过托盘将第三锚杆的锚尾端安装在第三层喷射砼3上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第三锚杆层3A、第三排第三锚杆层3A……，施工的同时将第三锚杆的锚尾端通过托盘安装在第三层喷射砼3上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第三锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第三层钢丝绳网3B；
（4）最后在第三层喷射砼3的外表面喷射第四层喷射砼4，第四层喷射砼4厚度为70mm，最终形成以钢丝绳网为骨架的柔性整体砼喷层。
第一锚杆、第二锚杆和第三锚杆均为高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆。锚杆规格：直径φ22mm×2400mm，间排距700mm×700mm；所述轴向和环向钢丝绳均为废旧矿用钢丝绳中的两股。钢丝绳规格：直径φ12~ 20mm；巷道轴向方向钢丝绳长度10~15m；巷道环向方向钢丝绳长度为巷道断面周长减去巷道底板宽度。钢丝绳需要预先经过截取和分股处理，保证干净无油渍。严禁将钢丝绳直接吊挂在裸露的砼喷层表面上。铺设以后的钢丝绳必须整齐排列，牢固地密贴于砼喷层的表面。严格按照巷道轴向和环向方向，将每根钢丝绳分别通过其所在位置锚固锚杆的托盘，并且要压紧绷直，严禁漏压。当钢丝绳通过锚固锚杆的锚尾端时，必须在两股钢丝绳间夹紧锚杆的锚尾端。随着巷道掘进长度的增加，当钢丝绳需要延长时，相邻两根钢丝绳之间的搭接长度必须大于400mm，且必须顺花压茬编花，压茬要紧固，茬口要光滑，严禁出现相邻两根钢丝绳之间出现不搭接和少搭接现象。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等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例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (1)
1.一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层的施工方法，其特征在于：
一种巷道锚喷支护柔性整体砼喷层包括依次喷射在深部巷道围岩表面的第一层喷射砼、第二层喷射砼、第三层喷射砼和第四层喷射砼；巷道周边深部的岩层内设有若干第一锚杆层、若干第二锚杆层和若干第三锚杆层，所有的第一锚杆层沿巷道的轴线方向并排均匀设置，每排第一锚杆层包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的第一锚杆，第一锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第一层喷射砼压紧压实，第一锚杆与第一层喷射砼表面垂直，两根相邻的第一锚杆的锚尾端之间通过钢丝绳连接；
所有的第二锚杆层沿巷道的轴线方向并排均匀设置，每排第二锚杆层包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的第二锚杆，第二锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第二层喷射砼压紧压实，第二锚杆与第二层喷射砼表面垂直，两根相邻的第二锚杆的锚尾端之间通过钢丝绳连接；
所有的第三锚杆层沿巷道的轴线方向并排均匀设置，每排第三锚杆层包括若干根沿巷道周边环向均匀布置的第三锚杆，第三锚杆的锚尾端通过拧紧螺母固定有托盘，托盘与第三层喷射砼压紧压实，第三锚杆与第三层喷射砼表面垂直，两根相邻的第三锚杆的锚尾端之间通过钢丝绳连接；
通过四层次喷浆，三层次锚杆，三层次钢丝绳网来构建以钢丝绳网为骨架的柔性整体喷层结构，取代传统锚喷支护中的金属网，以提高砼喷层的柔性和整体性能，提高锚喷支护的整体性；现场试验和实验室试验结果表明，采用轴向和环向钢丝绳网代替传统锚喷支护中金属网，在巷道轴向和环向钢丝绳搭接处利用预应力锚杆固定住钢丝绳，在锚喷支护巷道围岩表面形成了由三层锚杆层和四层喷射砼组成的整体柔性砼喷层，可以明显改善深部巷道锚喷支护效果；
所述的施工方法，包括以下步骤：
（1）掘出巷道后，新暴露岩壁形成了巷道的毛断面，然后在巷道的毛断面上初次喷射第一层喷射砼，接着沿巷道环形施工第一排第一锚杆层，并通过托盘将第一锚杆的锚尾端安装在第一层喷射砼上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第一锚杆层、第三排第一锚杆层……；施工的同时将第一锚杆的锚尾端通过托盘安装在第一层喷射砼上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第一锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第一层钢丝绳网；
（2）在第一层喷射砼的外表面喷射第二层喷射砼，之后沿巷道环形施工第一排第二锚杆层，并通过托盘将第二锚杆的锚尾端安装在第二层喷射砼上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第二锚杆层、第三排第二锚杆层……；施工的同时将第二锚杆的锚尾端通过托盘安装在第二层喷射砼上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第二锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第二层钢丝绳网；
（3）在第二层喷射砼的外表面喷射第三层喷射砼，接着沿巷道环形施工第一排第三锚杆层，并通过托盘将第三锚杆的锚尾端安装在第三层喷射砼上，施工完毕后沿巷道的轴线方向依次施工第二排第三锚杆层、第三排第三锚杆层……；施工的同时将第三锚杆的锚尾端通过托盘安装在第三层喷射砼上，并通过沿巷道轴向和环向的钢丝绳将所有的第三锚杆的锚尾端连接在一起，巷道轴向和环向的钢丝绳形成网状第三层钢丝绳网；
（4）在第三层喷射砼的外表面喷射第四层喷射砼，最终形成以钢丝绳网为骨架的柔性整体砼喷层；
在步骤（1）-（3）的施工时，巷道环向方向钢丝绳长度为巷道断面周长减去巷道底板宽度；钢丝绳需要预先经过截取和分股处理，保证干净无油渍；严禁将钢丝绳直接吊挂在裸露的砼喷层表面上；铺设以后的钢丝绳必须整齐排列，牢固地密贴于砼喷层的表面；严格按照巷道轴向和环向方向，将每根钢丝绳分别通过其所在位置锚固锚杆的托盘，并且压紧绷直，严禁漏压；当钢丝绳通过锚固锚杆的锚尾端时，必须在两股钢丝绳间夹紧锚杆的锚尾端；随着巷道掘进长度的增加，当钢丝绳需要延长时，相邻两根钢丝绳之间的搭接长度必须大于400mm，且必须顺花压茬编花，压茬要紧固，茬口要光滑，严禁出现相邻两根钢丝绳之间出现不搭接和少搭接现象。
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