CN108005675A - 一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法及支护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法及支护结构，旨在提供一种支护可靠的断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法及支护结构。本发明首先在复杂断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架；在钢拱架外部边缘实施环向超前注浆孔，用超前小导管注浆；注浆完毕，待浆液固结后，按设计断面开挖巷道；及时对巷道表面围岩进行初喷，初喷结束后，挂网，布设锚杆，锚索，并进行复喷；在锚网索喷耦合支护的基础上，对巷道两帮及顶底板进行锚注加固。本发明较好地解决了复杂断层带大断面巷道变形十分严重，冒顶、片帮、底臌强烈等难以围护的问题。

Description

一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法及支护结构

技术领域

本发明涉及矿山巷道支护技术领域，尤其是涉及一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法及支护结构。

背景技术

断层及其破碎带是巷道开挖过程中常见的不良地质现象，它的分布区段是巷道围岩不稳定区段之一。断层破碎带作为一种低强度、易变性、透水性大、抗水性差的软弱带，在矿井建设中部分巷道开挖过程中不可避免的存在。断层带附近应力复杂、围岩破碎、自稳能力差，在此进行巷道开挖常会引起断层活化，如果围岩控制措施或设计不当，极易诱发矿岩动力灾害。依靠常规的巷道支护技术和施工方法很难克服开挖期的冒顶、片帮、底臌、突水等地质灾害和运行期大变形引起的支护结构失稳。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法及支护结构。以用于解决复杂破碎断层带大断面巷道松软、破碎、易冒顶、片帮而难以支护的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，具体支护步骤如下：

步骤A、钢拱架支护：在断层破碎带巷道掌子面架设用于限制破碎带围岩大变形及防止垮塌的钢拱架；

步骤B、超前小导管注浆：沿钢拱架外部边缘实施超前注浆孔，同时在超前注浆孔内安装超前小导管，接着进行超前小导管注浆加固；

步骤C、巷道开挖：注浆结束待浆液凝固后，按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道，巷道掘进之后对巷道表面活动危石进行清除，清除结束后进行初喷混凝土支护；

步骤D、初喷混凝土：在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层，用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力；

步骤E、锚网索支护：在巷道四周布设锚杆且挂金属网，顶板及两帮围岩中心、拱肩处安装高强度锚索；

步骤F、复喷混凝土：待锚网索施作完毕后，对巷道四周复喷混凝土层；

步骤G、顶板及两帮锚注加固：在锚网索喷支护的基础上，对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆并进行封堵，封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度；

步骤H、底脚和底板锚注加固：在巷道底板已锚网喷的基础上，对巷道的底脚和底板打注浆孔，在注浆孔内安装注浆锚杆并进行封堵，封堵后进行锚注加固，最后用混凝土回填形成巷道底板上的平整的混凝土回填层。

优选的是，所述步骤A中，钢拱架为三心拱，采用槽钢制作，连接接口处采用钢板和螺栓来连接，底座采用钢板制作。

优选的是，所述步骤B中，超前小导管采用热轧无缝钢管制作，前端呈尖锥状，热轧无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆压力控制在1.5～2MPa。

优选的是，所述步骤D和步骤F中，初喷混凝土层和复喷混凝土层采用的混凝土体积比为水泥：砂：石子=1:2:2，水灰比0.48，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗砂，石子粒径3～5mm，混凝土强度等级为C20，喷层厚度为50mm。

优选的是，所述步骤E中，锚杆采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固；金属网采用钢筋焊制；高强度锚索与锚杆错开布置且采用树脂锚固剂锚固。

优选的是，所述步骤G和步骤H中，注浆锚杆采用无缝钢管制作，无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆锚杆与锚杆交错布置，回填层采用的混凝土强度为C40，回填层厚度为100mm。

优选的是，所述浆液采用单液水泥-水玻璃浆液，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6，在水泥浆中掺加水泥用量4%的水玻璃，注浆压力控制在2.0MPa-3.0MPa。

一种断层破碎带巷道的支护结构，其采用上述支护方法建成。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明从时间和空间效应上相互组合，充分体现了巷道动态迭加耦合、协同支护的思想。

2、本发明通过工序的合理组织，初次进行钢拱架支护，提供被动支护，可有效控制围岩大变形，限制断层破碎带巷道失稳发生垮塌，并对超前小导管起到抬升的作用。

3、本发明通过二次超前小导管注浆支护，提高了破碎围岩的力学指标，起到加固超前围岩和防水的作用，同时小导管还可以起到超前管棚预支护作用，保证掌子面在开挖过程中不会塌方或产生流沙，与钢拱架组合形成了强大的预支护加固体系。

4、本发明采用三次锚网索喷耦合支护可有效控制围岩变形，初喷混凝土可有效隔绝空气和水对围岩的风化潮解作用，锚网支护能够保证浅部围岩形成初步的锚固结构，与围岩实现整体大变形；而顶板中部、两帮中心及拱肩处高强度预应力锚索支护可有效增加围岩控制深度，高强度预应力让压锚杆能够允许巷道围岩及锚杆形成的锚固结构产生移动的变形过程，从而实现“抗让结合”和“控顶卸压”作用，与钢拱架超前小导管注浆结合可形成强大的主被动支护体系。

5、本发明通过顶底板及巷道两帮的锚注加固，可形成积极主动有效的锚注支护结构和多层组合拱（梁）结构，实现与围岩的共同承载，提高支护结构的整体性和承载能力，并使支护体内锚杆、锚索均转化为全长锚固。与钢拱架超前小导管注浆加固，锚网索喷耦合支护相结合，可有效的形成时空效应下的动态迭加耦合支护体系，能够保证复杂断层破碎带大断面巷道围岩和支护结构的长期稳定与安全。

6、本发明控制效果好，较好地解决了复杂断层带大断面巷道变形十分严重，冒顶、片帮、底臌强烈，难以围护的问题。

7、本发明为复杂断层破碎带巷道的安全掘进及控制稳定性提供了科学依据，有效的避免了巷道的返修工作，减少了因巷道失稳返修造成的经济损失和资源浪费，保证了巷道的长期稳定与安全，具有广泛的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明中钢拱架示意图；

图2为本发明中钢拱架超前小导管注浆支护示意图；

图3为图2中A-A的剖面图；

图4为本发明中锚网索喷耦合支护示意图；

图5为本发明中锚注加固示意图。

图中各标号：1为钢拱架、2为连接接口处、3为底座、4为超前注浆孔、5为超前小导管、6为初喷混凝土层、7为锚杆、8为金属网、9为锚索、10为复喷混凝土层、11为注浆锚杆、12为混凝土回填层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：如图1-5所示，一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，所述方法的具体步骤如下：

步骤A、钢拱架支护：在断层破碎带巷道掌子面架设用于限制破碎带围岩大变形及防止垮塌的钢拱架1；其中钢拱架1采用三心拱，各段型材由连接接口处2连接，底座3深入底板围岩中；

步骤B、超前小导管注浆：沿钢拱架1外部边缘实施超前注浆孔4，同时在超前注浆孔4内安装超前小导管5，接着进行超前小导管注浆加固；

步骤C、巷道开挖：注浆结束待浆液凝固后，按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道，巷道掘进之后对巷道表面活动危石进行清除，清除结束后进行初喷混凝土支护；

步骤D、初喷混凝土：在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层6，用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力；

步骤E、锚网索支护：在巷道四周布设锚杆7且挂金属网8，顶板及两帮围岩中心、拱肩处安装高强度锚索9；

步骤F、复喷混凝土：待锚网索施作完毕后，对巷道四周复喷混凝土层10；

步骤G、顶板及两帮锚注加固：在锚网索喷支护的基础上，对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度；

步骤H、底脚和底板锚注加固：在巷道底板已锚网喷的基础上，对巷道的底脚和底板打注浆孔，在注浆孔内安装注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固，最后用混凝土回填形成巷道底板上的平整的混凝土回填层12。

所述步骤A中，钢拱架1采用槽钢制作，连接接口处2采用钢板和螺栓来连接，底座3采用钢板制作。

所述步骤B中，超前小导管5采用热轧无缝钢管制作，前端呈尖锥状，热轧无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆压力控制在1.5～2MPa。

所述步骤D和步骤F中，初喷混凝土层6和复喷混凝土层10采用的混凝土体积比为水泥：砂：石子=1:2:2，水灰比0.48，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗砂，石子粒径3～5mm，混凝土强度等级为C20，喷层厚度为50mm。

所述步骤E中，锚杆7采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固；金属网8采用钢筋焊制；高强度锚索9与锚杆7错开布置且采用树脂锚固剂锚固。

所述步骤G和步骤H中，注浆锚杆11采用无缝钢管制作，无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆锚杆11与锚杆7交错布置，回填层12采用的混凝土强度为C40，回填层12厚度为100mm。

所述浆液采用单液水泥-水玻璃浆液，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6，在水泥浆中掺加水泥用量4%的水玻璃，注浆压力控制在2.0MPa-3.0MPa。

实施例2：如图1-5所示，一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，所述方法的具体步骤如下：

步骤A、钢拱架支护：在断层破碎带巷道掌子面架设用于限制破碎带围岩大变形及防止垮塌的钢拱架1；其中钢拱架1采用三心拱，各段型材由连接接口处2连接，底座3深入底板围岩中；

步骤B、超前小导管注浆：沿钢拱架1外部边缘实施超前注浆孔4，同时在超前注浆孔4内安装超前小导管5，接着进行超前小导管注浆加固（以起到超前预支护，堵水的作用）；

步骤C、巷道开挖：注浆结束待浆液凝固后，按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道，巷道掘进2000mm之后对巷道表面活动危石进行清除，清除结束后进行初喷混凝土支护；

步骤D、初喷混凝土：在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层6，用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力；

步骤E、锚网索支护：在巷道四周布设锚杆7且挂金属网8，顶板及两帮围岩中心、拱肩处安装高强度锚索9（通过喷锚网索耦合支护可以有效的实现“抗让结合”和“控顶卸压”，结合钢拱架超前小导管超前预支护可以对断层破碎带围岩起到很好的控制作用）；

步骤F、复喷混凝土：待锚网索施作完毕后，对巷道四周复喷混凝土层10；

步骤G、顶板及两帮锚注加固：在锚网索喷支护的基础上，对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固用于进一步提高围岩的整体强度；

步骤H、底脚和底板锚注加固：在巷道底板已锚网喷的基础上，对巷道的底脚和底板打注浆孔，在注浆孔内安装注浆锚杆11并进行封堵，封堵后进行锚注加固，最后用混凝土回填形成巷道底板上的平整的混凝土回填层12。

所述步骤A中，钢拱架1排距3000mm，由16#槽钢制作，槽钢三心拱部分分成三段，连接接口处2由200mm×200mm×8mm的钢板和4个Φ16mm的螺栓来连接，钢支架底座3为200mm×200mm×8mm钢板。

所述步骤B中，超前注浆孔4深4000mm，孔径为55mm，巷道拱部注浆孔间距300mm，注浆孔排距3000mm，注浆孔外插角10～15º，超前小导管5采用外径42mm，壁厚3.5mm，长4000mm的热轧无缝钢管制作，前端呈尖锥状，热轧无缝钢管围壁钻Φ8mm压浆孔，压浆孔间隔200mm，四周呈梅花状布设，注浆压力控制在1.5～2MPa。

所述步骤D和步骤F中，初喷混凝土层6和复喷混凝土层10采用的混凝土体积比为水泥：砂：石子=1:2:2，水灰比0.48，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗砂，石子粒径3～5mm，混凝土强度等级为C20，喷层厚度为50mm。

所述步骤E中，锚杆7采用Q500NMG高强度预应力让压锚杆，设计锚杆预紧力大于50KN，规格Φ22mm×2500mm，采用2卷Z2350树脂锚固剂锚固，锚杆孔径为Φ28mm，间排距为800mm×1000mm，弧形托盘规格为150mm×150mm×10mm；金属网8采用Φ6mm钢筋焊制，网格100mm×100mm，网片2000mm×1000mm，在巷道围岩顶部中央、两帮中央及两侧拱肩处布置高强度锚索9，与锚杆7错开布置，规格Φ17.8mm×L6300mm，采用3卷Z2350树脂锚固剂锚固，锚固长度大于1000mm，设计预紧力180KN。

所述步骤G和步骤H中，注浆锚杆11采用无缝钢管制作，规格为Φ35mm×L2000mm，钢管围壁钻Φ8mm压浆孔，压浆孔间隔100mm，四周呈梅花状布设，注浆锚杆11间排距为800mm×1000mm，与高强度预应力让压锚杆7交错布置，采用Φ45mm风钻打眼，孔深2000mm；回填层12采用的混凝土强度为C40，回填层12厚度为100mm。

所述浆液采用单液水泥-水玻璃浆液，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6，在水泥浆中掺加水泥用量4%的水玻璃，注浆压力控制在2.0MPa-3.0MPa。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，其特征在于：具体支护步骤如下：

步骤A、钢拱架支护：在断层破碎带巷道掌子面架设用于限制破碎带围岩大变形及防止垮塌的钢拱架（1）；

步骤B、超前小导管注浆：沿钢拱架（1）外部边缘实施超前注浆孔（4），同时在超前注浆孔（4）内安装超前小导管（5），接着进行超前小导管注浆加固；

步骤C、巷道开挖：注浆结束待浆液凝固后，按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道，巷道掘进之后对巷道表面活动危石进行清除，清除结束后进行初喷混凝土支护；

步骤D、初喷混凝土：在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层（6），用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力；

步骤E、锚网索支护：在巷道四周布设锚杆（7）且挂金属网（8），顶板及两帮围岩中心、拱肩处安装高强度锚索（9）；

步骤F、复喷混凝土：待锚网索施作完毕后，对巷道四周复喷混凝土层（10）；

步骤G、顶板及两帮锚注加固：在锚网索喷支护的基础上，对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆（11）并进行封堵，封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度；

步骤H、底脚和底板锚注加固：在巷道底板已锚网喷的基础上，对巷道的底脚和底板打注浆孔，在注浆孔内安装注浆锚杆（11）并进行封堵，封堵后进行锚注加固，最后用混凝土回填形成巷道底板上的平整的混凝土回填层（12）。

2.根据权利要求1所述断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤A中，钢拱架（1）为三心拱，采用槽钢制作，连接接口处（2）采用钢板和螺栓来连接，底座（3）采用钢板制作。

3.根据权利要求1所述断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤B中，超前小导管（5）采用热轧无缝钢管制作，前端呈尖锥状，热轧无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆压力控制在1.5～2MPa。

4.根据权利要求1所述断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤D和步骤F中，初喷混凝土层（6）和复喷混凝土层（10）采用的混凝土体积比为水泥：砂：石子=1:2:2，水灰比0.48，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗砂，石子粒径3～5mm，混凝土强度等级为C20，喷层厚度为50mm。

5.根据权利要求1所述断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤E中，锚杆（7）采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固；金属网（8）采用钢筋焊制；高强度锚索（9）与锚杆（7）错开布置且采用树脂锚固剂锚固。

6.根据权利要求1所述断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述步骤G和步骤H中，注浆锚杆（11）采用无缝钢管制作，无缝钢管围壁钻呈梅花状布设压浆孔，注浆锚杆（11）与锚杆（7）交错布置，回填层（12）采用的混凝土强度为C40，回填层（12）厚度为100mm。

7.根据权利要求1所述断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法，其特征在于：所述浆液采用单液水泥-水玻璃浆液，采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6，在水泥浆中掺加水泥用量4%的水玻璃，注浆压力控制在2.0MPa-3.0MPa。

8.一种断层破碎带巷道的支护结构，其特征在于由权利1-7任一所述的支护方法建成2。