CN108979666B - 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 (6)
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;
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,MPa;ξ-三轴应力系数,/>
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。
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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求4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。
6.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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微型碎石管注桩治理深部软岩巷道底鼓新方法;谢芳;王金安;;中国安全生产科学技术(第02期);全文 * |
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