CN108979666A - 一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，首先将巷道底板施工为反底拱形状，按一定间排距施工底板浅部围岩注浆孔，并实施注浆；其次基于巷道底板滑移理论，确定底板滑移线形态；三是在巷道两个底角附近施工底板钻孔，向钻孔安装钢管并封孔；四是通过钢管实施高压注浆，形成钢管混凝土桩，利用托盘和钢梁将相邻桩连接；最后向底板表面喷涂一层防水材料，防水材料上部利用碎石填平。该方法考虑了底板岩层滑移理论和岩石遇水软化特性，通过底板浅部注浆强化岩层强度和钢管混凝土桩抵抗底板岩层滑移，实现对巷道底鼓的有效控制，该施工方法简单、操作方便、降低巷道返修次数和工人劳动强度。
Description
技术领域：
本发明属于井巷治理技术领域，尤其涉及一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法。
背景技术
底鼓是煤矿巷道(硐室)及地下工程中常见的矿压显现现象，随着煤矿开采深度的增加，巷道(硐室)底鼓现象越来越严重。巷道底鼓发生的主要影响因素包括地应力、开采扰动、水理作用、支护结构、底板岩性等，底鼓大多是由上述因素互相组合作用引起的。巷道底鼓后使断面收缩、底板不平，影响矿井运输、通风、行人等，甚至造成巷道报废，严重制约矿井安全生产。
目前，对于巷道底鼓治理的方法包括全断面金属支架、底板锚杆及锚索支护、底板注浆、底板切槽等，上述方法主要是通过岩层加固、岩层卸压及加固与卸压复合的方法实施底鼓控制，具有一定的控制效果，但巷道底板变形破坏主要是底板岩层发生滑移运动所致，造成现阶段巷道底鼓加固效果差，甚至巷道需要多次返修，支护成本高，增加了底鼓控制与治理劳动强度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明基于巷道底板滑移理论及岩石遇水软化特性，提供一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，适用于煤矿巷道、硐室底鼓控制与治理的技术，主动控制底板岩层滑移，保证巷道长期稳定。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，首先将巷道底板施工为反底拱形状，按一定间排距施工底板浅部围岩注浆孔，并实施注浆，提高巷道底板浅部岩层整体强度；
第二步，基于巷道底板滑移理论，确定底板滑移线形态，为钢管混凝土桩布置角度提供依据；
第三步，在巷道两个底角附近各施工一排底板钻孔，向钻孔安装钢管并封孔；
第四步，通过钢管实施高压注浆，形成钢管混凝土桩，利用托盘和钢梁将相邻桩连接；
第五步，最后向底板表面喷涂一层防水材料，防水材料上部利用碎石填平。
进一步，在第一步中，所述的反底拱最大深度为300mm。
在第一步中，所述的注浆孔深度为预计的巷道底板破坏深度，底板破坏深度由公式1、2确定，注浆孔间排距根据现场注浆液扩散试验确定，一般在2-3m之间，注浆压力不大于3MPa，注浆孔直径为42mm，注浆管利用直径42mm无缝钢管制作，长度小于注浆孔1m，注浆材料为水泥和添加剂。
式中：D-为巷道底板破坏深度，m；X-为巷帮塑性区宽度，m；φ-为岩石内摩擦角，°；M-为巷帮高度，m；f-为岩层内摩擦系数；K-为应力集中系数；H-为巷道埋深，m；γ-为岩石容重，MN/m3；C-为巷帮岩石(煤体)内聚力，MPa；ξ-三轴应力系数，
进一步，在第二步中，所述的巷道底板滑移线形态，根据底板滑移线理论，巷帮下方三角形区域为受上覆岩层压力作用后主动运动区域AOC、A′O′C′，该主动运动区域以与x轴呈方向运动，钢管混凝土桩的方向要与其运动方向垂直，即巷道两侧钢管混凝土桩与巷帮侧x轴呈角布置。
进一步，在第三步中，所述的钢管混凝土桩钻孔直径为50mm-70mm之间，钻孔长度大于受力后主运动区域的边界点长度AC或A′C′，方能使形成的钢管混凝土桩有效控制主动运动区域额的运动，钻孔长度大于受力后主运动区域的边界点长度AC或A′C′2m，钻孔排距在2-3m之间。
在第三步中，所述的钢管直径为40mm-50mm之间，钢管长度较钻孔长度短0.5m，钢管一端加工成丝扣，丝扣长度50mm，钢管安装后外露长度150mm。
在第三步中，所述的封孔，是将棉丝布置在钻孔与钢管之间作为初步密封，距离孔口以下0.5m，后向钻孔与钢管之间灌注水泥浆封孔。
进一步，在第四步中，所述的高压注浆，注浆材料为水泥和添加剂，注浆压力7-10MPa。
本发明的有益效果在于：
1.本方法首先通过底板注浆，使底板破坏岩层形成较完整的整体，二是通过底板反底拱形状使底板受力更加均匀，巷道具有了初步抵抗地应力的作用。
2.本方法通过底板设置钢管混凝土桩，阻止底板岩层滑移，且高压注浆后，底板深部岩层的微裂隙得到填充，岩体强度得到提高，由此巷道底鼓得到有效控制。
3.底板表面喷涂一层防水材料，可以隔绝巷道空间内的淋水、积水渗透到底板中弱化底板岩层。
4.底板铺设一层碎石可以起到一定的缓冲变形的作用，巷道底板只要再次发生小于300mm的底鼓，均可以通过调整碎石，保证底板平整。
5.我国矿井开采深度越来越大、大部分煤矿巷道岩层遇水后强度易弱化，巷道底鼓问题日益突出。因此，本方法可为煤矿巷道底鼓控制与治理提供技术指导。
附图说明
图1是巷道支护断面图。
图2是底板滑移线图。
图3是底板支护断面图。
图4是底板支护布置俯视图。
图5是钢管混凝土桩结构图。
图中：1.钢管混凝土桩、2.滑移线、3.注浆孔、4.防水层、5.碎石层、6.托盘、7.灌浆封孔段、8.封孔密封段、9.钢管、10.钻孔、11.钢梁。
具体实施方式：
下面以本发明所述方法在某矿回风下山底鼓治理中的实际应用为例，对本发明作进一步说明。
某矿北翼回风下山基本条件：该巷道布置在8号煤层底板中，距离8号煤平均10m，煤层倾角3-5°，煤层平均厚度3.5m，巷道所在层位岩性为泥岩，煤层下方泥岩厚度约50m，巷道断面为直墙半圆拱形，巷道宽5m、高4m，采用锚网索进行支护，锚杆规格为Ф22×2400mm，间排距800mm×800mm，每排锚杆用16#梯子梁连接。钢筋网规格为1.2m×0.9m，网格60mm×60mm，搭接长度为100mm。喷浆厚度80mm，强度C20。锚索规格为Ф17.8×7200mm，间排距1600mm×1600mm。见图1所示。巷道受采动影响、巷道底板积水等影响，巷道掘进后一年内底鼓量最大达到了1m，巷内布置的猴车装置不能正常使用，严重影响矿井安全生产。因此，亟需对回风下山底鼓实施治理，保证巷道稳定，确保行人运输工作正常进行。
图2、3、4、5所示，本发明的钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法布置示意图，按照本发明的方法，具体施工步骤如下：
步骤1，首先将巷道底板施工为反底拱形状，反底拱最大深度为300mm；底板注浆孔间排距为1.5×2m布置，通过公式1、2计算得到底板破坏深度约为3.5m，设计注浆孔深度3.5m，注浆压力为3MPa，设计注浆孔直径为42mm，注浆管采用直径42mm无缝钢管制作，长度为2.5m，注浆材料为水泥和ACZ-1添加剂，水灰比1∶2，添加剂为浆液重量的8％。
步骤2，基于巷道底板滑移理论，确定底板滑移线形态，泥岩内摩擦角为35°，则确定两侧钢管混凝土桩与巷帮侧x轴呈62.5°角布置。
步骤3，在巷道两个底角附近各施工一排底板钻孔，并将钢管安装在孔内，利用棉丝在距离孔口以下0.5m初步封孔，后向钻孔与钢管之间灌注水泥浆封孔，封孔长度0.5m。其中钻孔规格为Ф70mm×5.5m，钻孔排距为2m；钢管规格为Ф50mm×5m，钢管丝扣长度50mm，钢管安装后外露长度150mm。
步骤4，通过钢管实施高压注浆，注浆压力10MPa，注浆材料为水泥和ACZ-1添加剂，水灰比1∶2，添加剂为浆液重量的8％，形成钢管混凝土桩，利用托盘和钢梁将相邻桩连接，使钢管混凝土桩形成整体，其中托盘规格为300mm×300mm×10m钢板，钢梁为废旧的11号槽钢，长度为3m。
步骤5，最后向底板表面喷涂一层防水材料，采用YYP防水结晶涂料，厚度为60mm，防水材料上部利用碎石填平。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，首先将巷道底板施工为反底拱形状，按一定间排距施工底板浅部围岩注浆孔，并实施注浆，提高巷道底板浅部岩层整体强度；
第二步，基于巷道底板滑移理论，确定底板滑移线形态，为钢管混凝土桩布置角度提供依据；
第三步，在巷道两个底角附近各施工一排底板钻孔，向钻孔安装钢管并封孔；
第四步，通过钢管实施高压注浆，形成钢管混凝土桩，利用托盘和钢梁将相邻桩连接；
第五步，最后向底板表面喷涂一层防水材料，防水材料上部利用碎石填平。
2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，第一步中，所述的反底拱最大深度为300mm。
3.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，第一步中，所述的注浆孔深度为预计的巷道底板破坏深度，底板破坏深度由公式1、2确定，注浆孔间排距根据现场注浆液扩散试验确定，一般在2-3m之间，注浆压力不大于3MPa，注浆孔直径为42mm，注浆管利用直径42mm无缝钢管制作，长度小于注浆孔1m，注浆材料为水泥和添加剂；
式中：D-为巷道底板破坏深度，m；X-为巷帮塑性区宽度，m；为岩石内摩擦角，°；M-为巷帮高度，m；f-为岩层内摩擦系数；K-为应力集中系数；H-为巷道埋深，m；γ-为岩石容重，MN/m3；C-为巷帮岩石(煤体)内聚力，MPq；ξ-三轴应力系数，
4.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，第二步中，所述的巷道底板滑移线形态，根据底板滑移线理论，巷帮下方三角形区域为受上覆岩层压力作用后主动运动区域，该主动运动区域以与x轴呈方向运动，钢管混凝土桩的方向要与其运动方向垂直，即巷道两侧钢管混凝土桩与巷帮侧x轴呈角布置。
5.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，第三步中，所述的钢管混凝土桩钻孔直径为50mm-70mm之间，钻孔长度大于受力后主运动区域的边界点长度，方能使形成的钢管混凝土桩有效控制主动运动区域额的运动，钻孔长度大于受力后主运动区域的边界点长度2m，钻孔排距在2-3m之间。
6.根据权利要求5所述的一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，第三步中，所述的钢管直径为40mm-50mm之间，钢管长度较钻孔长度短0.5m，钢管一端加工成丝扣，丝扣长度50mm，钢管安装后外露长度150mm。
7.根据权利要求6所述的一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，第三步中，所述的封孔，是将棉丝布置在钻孔与钢管之间作为初步密封，距离孔口以下0.5m，后向钻孔与钢管之间灌注水泥浆封孔。
8.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土桩控制巷道底鼓的方法，其特征在于，第四步中，所述的高压注浆，注浆材料为水泥和添加剂，注浆压力7-10MPa。
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