CN107965341A - 一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法 - Google Patents

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，主要包括：根据大断面硐室尺寸与钻机型号参数，进行定位稳钻与管棚钻孔施工；进行大断面硐室管棚铺设，在钢管内及钻孔内注入素混凝土；依据设计巷道断面尺寸进行巷道掘进，采用锚杆与锚索对大断面硐室进行主动支护，挂金属网护表；对锚杆‑锚索支护巷道围岩进行混凝土初喷封闭围岩，采用端锚式注浆锚杆对封闭围岩进行超前注浆；采用厚壁钢管制作六节式环形支架，将直径小于钢管内径的圆形钢筋网安置于环形支架内部，形成管网钢体支架；按照设计支架排距进行管网钢体支架安设，搅拌注浆液对管网钢体支架下进浆孔进行注浆；巷道围岩混凝土复喷与拉底区充填，完成大断面硐室一次掘进与支护循环。

Description

一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法
技术领域
本发明涉及一种大断面硐室围岩控制方法，是一种通过超前管棚铺设注浆、锚杆-锚索基本支护、中空锚杆注浆强化与管网混凝土支架强抗承载的巷道围岩控制方法，属于岩土工程围岩控制领域，尤其涉及到深部软岩大断面硐室的围岩控制方法。
背景技术
大断面硐室一般布置在岩层中，具有服务时间长、变形要求小的特点。布置在稳定岩层中的开拓巷道，随着矿井服务时间的延长，或受其周围支承压力作用下，巷硐围岩体会发生明显的时间效应，从而使支护物和围岩间的平衡被打破，支护作用失效，严重影响了矿井的安全、高效生产，给矿井正常接替带来了挑战。而随着矿井开采向深部的逐步延伸，围岩岩性由脆性向塑性转化，围岩赋存环境呈现出大埋深、高应力、弱围岩等特点，大断面硐室围岩稳定性甚是堪忧，普通锚网索棚支护难以有效控制大断面硐室围岩稳定，因此，寻找新的合理的支护方法迫在眉睫。
目前，较多深部大断面硐室采用锚杆索主动支护与型钢棚（架）联合支护方法，此种支护方法成本高、工序复杂，且对于深部软岩大断面硐室来说，难以有效保证硐室围岩的稳定。本发明基于自承力发挥、应力释放与强抗承载的围岩稳定思想，提出一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，通过超前管棚铺设注浆、锚杆-锚索基本支护、中空锚杆注浆强化与管网混凝土支架强抗承载支护，降低了围岩维护成本，实现了巷道一次控制，促进了深部软岩大断面硐室的围岩稳定。
发明内容
本发明针对深部大断面硐室锚杆（索）与型钢棚（架）联合支护成本较高、工序复杂与围岩易于失稳的不足，提出一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，旨在通过超前管棚铺设注浆、锚杆-锚索基本支护、中空锚杆注浆强化与管网混凝土支架强抗承载，实现深部软岩大断面硐室一次支护围岩稳定的目的。
为实现上述目的，本发明提供一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其采取的技术方案是：根据大断面硐室尺寸与钻机型号参数，进行定位稳钻与管棚钻孔施工；进行大断面硐室管棚铺设，在钢管内及钻孔内注入素混凝土；依据设计巷道断面尺寸进行巷道掘进，采用锚杆与锚索对大断面硐室进行主动支护，挂金属网护表；对锚杆-锚索支护巷道围岩进行混凝土初喷封闭围岩，采用端锚式注浆锚杆对封闭围岩进行超前注浆；采用厚壁钢管制作六节式环形支架，将直径小于钢管内径的圆形钢筋网安置于环形支架内部，形成管网钢体支架；按照设计支架排距进行管网钢体支架安设，搅拌注浆液对管网钢体支架下进浆孔进行注浆；进行巷道围岩混凝土复喷与拉底区充填，完成大断面硐室一次掘进与支护的循环。
主要包括如下步骤：
步骤一，管棚钻场与钻孔施工：根据大断面硐室尺寸与钻机型号参数，确定管棚钻场参数并进行施工，确定钻场断面上钻孔数目进行定位稳钻，在钻场断面轮廓线上每隔一定间距且与巷道轴线方向成一定夹角的位置上进行管棚钻孔施工，直到巷道全断面钻孔工作完成；
步骤二，管棚铺设与超前预注浆：管棚布置于开挖断面外1.0m处，大断面硐室轴向管棚由不同长度段钢管随机连接，相邻管棚接缝连接处错开，管棚安装完毕后，在钢管内及钻孔内注入强度等级为C20的素混凝土，形成超前管棚支护；
步骤三，巷道开挖及锚杆-锚索支护：依据设计巷道断面尺寸开挖巷道，采用高强度、高刚度与高预应力的锚杆与锚索对大断面硐室进行主动支护，帮部与拱部采用锚杆与锚索联合支护方式，挂金属网护表，完成锚杆-锚索基本支护；
步骤四，初喷与中空锚杆注浆强化：对锚杆-锚索支护巷道围岩进行混凝土初喷封闭围岩，初喷层厚度50mm，采用端锚式注浆锚杆对封闭围岩进行超前注浆，超前注浆锚杆与巷道掘进方向夹角为30°，注浆长度确保注浆胶结圈距顶板的垂高大于管棚高度，完成围岩封闭与浅部注浆；
步骤五，管网混凝土支架设计与制作：采用厚壁钢管制作六节式环形支架，节与节之间设置法兰头采用锚栓进行紧固，环形支架上部与下部分别设置排气孔与进浆孔，将直径小于钢管内径的圆形钢筋网安置于环形支架内部，通过焊接固定圆形钢筋网圆心与厚壁钢管圆心同心，形成管网钢体支架；
步骤六，管网混凝土支架安设与注浆：按照设计管网钢体支架排距进行管网钢体支架安设，管网钢体支架间采用拉杆连接，搅拌注浆液对管网钢体支架下部进浆孔进行注浆，待管网钢体支架上部排气孔溢出混凝土浆液时，停止注浆，封闭进浆孔与排气孔，形成具有内混凝土层和外混凝土层的管网混凝土支架；
步骤七，巷道围岩复喷与拉底区充填：对巷道围岩进行混凝土喷射形成复喷层，采用矸石充填拉底区，完成大断面硐室一次掘进与支护的循环。
进一步，在步骤一中，管棚钻机选用MK-5Z地质钻机，配套直径为73mm的加强钻杆，采用中压大流量注浆泵钻机与高速立式搅拌机。
进一步，在步骤二中，大断面硐室帮部管棚外斜0.5°，拱部管棚上扬1～3°，开口处周向间距0.8m，管棚灌注素混凝土后养护时间大于28d。
进一步，在步骤三中，锚杆与锚索分别由左旋螺纹钢与七股钢绞线制作，锚索间排距是锚杆间排距两倍。
进一步，在步骤四中，注浆锚杆规格为RD25N，杆体型号R25/5-A，超前预注浆材料采用普通525#硅酸盐水泥加水配制而成，注浆设备为QB-12型气动双液注浆泵，注浆锚杆孔五花布置。
进一步，在步骤五中，圆形钢筋网网眼规格为40mm×40mm正方形。
进一步，在步骤六中，封孔顺序为先封闭排气孔后封闭进浆孔。
进一步，在步骤七中，复喷层参数与初喷层参数一致，拉底区也可采用煤体充填。
本发明的优点和有益效果是：本发明基于巷道围岩自承力发挥、应力释放与强抗承载的围岩稳定思想，通过超前管棚铺设注浆、锚杆-锚索基本支护、中空锚杆注浆强化与管网混凝土支架强抗承载的方法，降低了围岩维护成本，实现了巷道一次控制，促进了深部软岩大断面硐室围岩的稳定。
附图说明
图1是实现本发明一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法结构示意图。
图2是图1轴向展开示意图。
图中：1为锚杆；2为锚索；3为初喷层；4为管棚钻孔；5为巷道；6为注浆锚杆；7为复喷层；8为法兰头；9为进浆孔；10为排气孔；11为钻场断面；12为管网钢体支架；13为厚壁钢管；14为管网钢体支架放大剖面区；15为圆形钢筋网；16为内混凝土层；17为金属网；18为外混凝土层；19为拉底区。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供了一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法。
如图1~2所示，本发明的具体实施方式包括如下步骤：
步骤一，管棚钻场与钻孔施工：根据大断面硐室尺寸与钻机型号参数，确定管棚钻场参数并进行施工，确定钻场断面11上钻孔数目进行定位稳钻，在钻场断面11轮廓线上每隔一定间距且与巷道5轴线方向成一定夹角的位置上进行管棚钻孔4施工，直到巷道5全断面钻孔工作完成；
步骤二，管棚铺设与超前预注浆：管棚布置于开挖断面外1.0m处，大断面硐室轴向管棚由不同长度段钢管随机连接，相邻管棚接缝连接处错开，管棚安装完毕后，在钢管内及钻孔内注入强度等级为C20的素混凝土，形成超前管棚支护；
步骤三，巷道5开挖及锚网喷支护：依据设计巷道5断面尺寸开挖巷道5，采用高强度、高刚度与高预应力的锚杆1与锚索2对大断面硐室进行主动支护，帮部与拱部采用锚杆1与锚索2联合支护方式，挂金属网17护表，完成锚杆1-锚索2基本支护；
步骤四，初喷与中空锚杆1注浆强化：对锚杆1-锚2索支护巷道5围岩进行混凝土初喷封闭围岩，初喷层3厚度50mm，采用端锚式注浆锚杆6对封闭围岩进行超前注浆，超前注浆锚杆6与巷道5掘进方向夹角为30°，注浆长度确保注浆胶结圈距顶板的垂高大于管棚高度，完成围岩封闭与浅部注浆；
步骤五，管网混凝土支架设计与制作：采用厚壁钢管13制作六节式环形支架，节与节之间设置法兰头8采用锚栓进行紧固，环形支架上部与下部分别设置排气孔10与进浆孔9，将直径小于钢管内径的圆形钢筋网15安置于环形支架内部，通过焊接固定圆形钢筋网15圆心与厚壁钢管13圆心同心，形成管网钢体支架12；
步骤六，管网混凝土支架安设与注浆：按照设计管网钢体支架12排距进行管网钢体支架12安设，管网钢体支架12间采用拉杆连接，搅拌注浆液对管网钢体支架12下部进浆孔9进行注浆，待管网钢体支架12上部排气孔10溢出混凝土浆液时，停止注浆，封闭进浆孔9与排气孔10，形成具有内混凝土层16和外混凝土层18的管网混凝土支架；
步骤七，巷道5围岩复喷与拉底区19充填：对巷道5围岩进行混凝土喷射形成复喷层7，采用矸石进行拉底区19充填，完成大断面硐室一次掘进与支护的循环。
在本发明实施例中，在步骤一中，管棚钻机选用MK-5Z地质钻机，配套直径为73mm的加强钻杆，采用中压大流量注浆泵钻机与高速立式搅拌机。
在本发明实施例中，在步骤二中，大断面硐室帮部管棚外斜0.5°，拱部管棚上扬1～3°，开口处周向间距0.8m，管棚灌注素混凝土后养护时间大于28d。
在本发明实施例中，在步骤三中，锚杆1与锚索2分别由左旋螺纹钢与七股钢绞线制作，锚索2间排距是锚杆1间排距两倍。
在本发明实施例中，在步骤四中，注浆锚杆6规格为RD25N，杆体型号R25/5-A，超前预注浆材料采用普通525#硅酸盐水泥加水配制而成，注浆设备为QB-12型气动双液注浆泵，注浆锚杆6孔五花布置。
在本发明实施例中，在步骤五中，圆形钢筋网15网眼规格为40mm×40mm正方形。
在本发明实施例中，在步骤六中，封孔顺序为先封闭排气孔10后封闭进浆孔9。
在本发明实施例中，在步骤七中，复喷层7参数与初喷层3参数一致，拉底区19也可采用煤体充填。
本发明不仅仅局限于本实施方式的描述，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
步骤一，管棚钻场与钻孔施工：根据大断面硐室尺寸与钻机型号参数，确定管棚钻场参数并进行施工，确定钻场断面上钻孔数目进行定位稳钻，在钻场断面轮廓线上每隔一定间距且与巷道轴线方向成一定夹角的位置上进行管棚钻孔施工，直到巷道全断面钻孔工作完成；
步骤二，管棚铺设与超前预注浆：管棚布置于开挖断面外1.0m处，大断面硐室轴向管棚由不同长度段钢管随机连接，相邻管棚接缝连接处错开，管棚安装完毕后，在钢管内及钻孔内注入强度等级为C20的素混凝土，形成超前管棚支护；
步骤三，巷道开挖及锚杆-锚索支护：依据设计巷道断面尺寸开挖巷道，采用高强度、高刚度与高预应力的锚杆与锚索对大断面硐室进行主动支护，帮部与拱部采用锚杆与锚索联合支护方式，挂金属网护表，完成锚杆-锚索基本支护；
步骤四，初喷与中空锚杆注浆强化：对锚杆-锚索支护巷道围岩进行混凝土初喷封闭围岩，初喷层厚度50mm，采用端锚式注浆锚杆对封闭围岩进行超前注浆，超前注浆锚杆与巷道掘进方向夹角为30°，注浆长度确保注浆胶结圈距顶板的垂高等于或大于管棚高度，完成围岩封闭与浅部注浆；
步骤五，管网混凝土支架设计与制作：采用厚壁钢管制作六节式环形支架，节与节之间设置法兰头采用锚栓进行紧固，环形支架上部与下部分别设置排气孔与进浆孔，将直径小于钢管内径的圆形钢筋网安置于环形支架内部，通过焊接固定圆形钢筋网圆心与厚壁钢管圆心同心，形成管网钢体支架；
步骤六，管网混凝土支架安设与注浆：按照设计管网钢体支架排距进行管网钢体支架安设，管网钢体支架间采用拉杆连接，搅拌注浆液对管网钢体支架下部进浆孔进行注浆，待管网钢体支架上部排气孔溢出混凝土浆液时，停止注浆，封闭进浆孔与排气孔，形成具有内混凝土层和外混凝土层的管网混凝土支架；
步骤七，巷道围岩复喷与拉底区充填：对巷道围岩进行混凝土喷射形成复喷层，采用矸石充填拉底区，完成大断面硐室一次掘进与支护的循环。
2.根据权利要求1所述的一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其特征在于，在步骤一中，管棚钻机选用MK-5Z地质钻机，配套直径为73mm的加强钻杆，采用中压大流量注浆泵钻机与高速立式搅拌机。
3.根据权利要求1所述的一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其特征在于，在步骤二中，大断面硐室帮部管棚外斜0.5°，拱部管棚上扬1～3°，开口处周向间距0.8m，管棚灌注素混凝土后养护时间大于28d。
4.根据权利要求1所述的一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其特征在于，在步骤三中，锚杆与锚索分别由左旋螺纹钢与七股钢绞线制作，锚索间排距是锚杆间排距两倍。
5.根据权利要求1所述的一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其特征在于，在步骤四中，注浆锚杆规格为RD25N，杆体型号R25/5-A，超前预注浆材料采用普通525#硅酸盐水泥加水配制而成，注浆设备为QB-12型气动双液注浆泵，注浆锚杆孔五花布置。
6.根据权利要求1所述的一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其特征在于，在步骤五中，圆形钢筋网网眼规格为40mm×40mm正方形。
7.根据权利要求1所述的一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其特征在于，在步骤六中，封孔顺序为先封闭排气孔后封闭进浆孔。
8.根据权利要求1所述的一种大断面硐室管棚管网混凝土支护方法，其特征在于，在步骤七中，复喷层参数与初喷层参数一致，拉底区也可采用煤体充填。
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