CN111042844A - 一种巷道底板锚桩加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巷道底板锚桩加固方法，包括在底板布置的一种差异摩擦阻力锚桩结构和帮部的负角度锚杆；差异摩擦阻力锚桩结构由拉筋和设在拉筋顶部的阻力帽及拉筋周边的桩体组成。阻力帽固定于底板以下的卧底拱线位置，锚固桩直径上大下小，全部用锚固浆液充填密实，形成上部摩擦阻力大、下部摩擦阻力小的异形受力结构。锚桩结构布置时，在巷道底板直接钻孔成桩，底板中间的锚桩布置密度大于两侧，并垂直已确定的卧底拱线在锚桩布置点的切线，底板靠近帮部的锚桩下部向外偏斜5‑10°。侧帮锚杆布置于两帮部靠近底板的位置。本发明可以有效地阻止底板变形，满足矿压持续作用下底板隆起的机械化处理，解决了底板加固与底鼓处理的矛盾。

Description

一种巷道底板锚桩加固方法

技术领域

本发明涉及一种矿井巷道底板锚桩加固方法。

背景技术

矿井开采深度的增加、巷道断面的增大、开采矿压的变化、围岩条件的地质差异等都容易造成巷道底板产生底鼓现象。底鼓将带来安全隐患，影响运输、通风和人员的正常行走。为处理底鼓带来的问题，每年需花费巨额的维修费，极大地增加了生产成本，而且大面积底鼓会造成围岩应力重新分布，带来更多的地压问题。

针对巷道底板存在的问题，目前常用的处理方法有底板注浆、锚杆加固和各类卸压法。

对底板进行注浆是通过浆液充满围岩内的节理、裂隙，并与岩体作用形成浆液固结体，浆液材料较强的粘结力可提高围岩软弱面的强度和刚度。底板注浆通过提高底板岩层强度来实现控制底鼓的目的，这种方法控制底鼓的效果与底板岩层性质、破碎程度、注浆材料、注浆压力、注浆深度及注浆时间等诸因素有关。当底板岩层过于软弱时，底板注浆很难奏效。更重要的是这种依靠充满裂隙的补强作用对岩体所增加的强度远不如底板浇筑混凝土的强度，于是，底板反拱浇筑混凝土的方法出现很多形式。但由于巷道底鼓的力学机理远远不是底板小范围的强度问题，而是涉及到底板边墙以及底板以下数十米的大范围围岩活动，因此，在围岩体内部置入高强度钢质材料对底板鼓起的治理效果远远超过了注浆加固和底板混凝土等技术。

卸压法主要有:切缝卸压法、打孔卸压法、松动爆破卸压法和掘巷卸压法。切缝卸压法可分为底板切缝和侧帮切缝。底板切缝控制巷道底鼓有比较明显的效果，但往往导致两帮移近量增加，这样在两帮岩层移动的带动下，切缝会逐渐闭合使底板重新鼓起。再则，底板切缝对底板防治水很不利，因而不适应底板岩层含有膨胀性矿物的条件。侧帮切缝通过弱化侧帮，使巷道两帮的垂直应力峰值向其深部围岩转移，试图将底板处于应力降低区。侧帮切缝最明显的副作用是引发顶板下沉，因而有必要对切缝闭合有所控制，否则利用切缝获得的效果将会被顶板下沉量的增加而抵消。

打孔卸压法与切缝卸压法相类似，都是削弱围岩表面张力，将最大主应力向围岩深部转移。这种方法不能从根本上解决巷道底板变形的问题。爆破卸压法的实质是在围岩钻孔底部装药爆破，使岩层破坏。爆破后出现众多人为裂隙，使得软岩巷道周边附近的围岩与深部岩体脱离，原来处于高应力状态的岩层卸载将应力转移到围岩深部。这些方法是属于逃避矿压的方法，可以在一定时间期限内保证巷道断面使用率，但不能解决煤矿地下工程长期使用的需要。

锚杆加固可将底板一定范围的软弱岩层与其下部稳定岩层连接起来，抑制因软弱岩层扩容、膨胀引起的裂隙张开及新裂隙的产生，也可把不同性质的岩层连接在一起，并且通过注浆锚固加固围岩，从本质上解决围岩稳定问题。

底板锚杆控制底鼓的原理很清楚，得到业界广泛认可。但目前的底板锚固技术方法是有两点缺陷难以克服，一是在底板上设置锚杆锚索，这种直接设置锚杆锚索不论强度多大都不能抵抗大地矿压作用，于是在长期作用下底板锚固锚杆锚索随着底鼓变形，从而影响生产而且处理起来难度很大。二是将底板做成弧形，然后采用锚杆锚索与地梁结合锚固底板，最后用碎岩和混凝土回填。这种方式施工工程量大，成本高，难以大面积推广应用。

发明内容

本发明的目的是针对巷道底板起鼓产生的问题，提供一种巷道底板锚桩加固方法，可以有效地降低底板变形量，同时也能满足矿压持续作用下底板隆起的机械化处理，解决了底鼓处理与底板加固的矛盾。

本发明的技术方案是，一种巷道底板锚桩加固方法，其特征是：在巷道两个帮部底板以上200-1500mm范围内设置两根负角度帮锚杆，水平夹角在-10°与-15°之间；在底板布置一种差异摩擦阻力锚桩结构，差异摩擦阻力锚桩结构在底板中间2/3巷道宽度范围内的布置密度大于两侧，并垂直于卧底拱线在锚桩布置点的切线，底板靠近帮部的差异摩擦阻力锚桩结构向外偏斜5-10°。

卧底拱线根据巷道使用条件和围岩矿压表现确定，卧底拱线的最大深度不小于500mm。

一种差异摩擦阻力锚桩结构，其特征是：包括拉筋、阻力帽和拉筋周边的桩体。拉筋由1-10根钢筋或钢绞线组成。阻力帽的安装位置与卧底拱线重合；阻力帽以下500-1500mm范围为大直径摩擦桩，500-1500mm范围以下部分为小直径摩擦桩；阻力帽直径小于上部大直径摩擦桩10-20mm，阻力帽上设置有注浆通口。拉筋周边的桩体全部用锚固浆液充填密实。

所述差异摩擦阻力锚桩结构的施工方法是：在巷道底板直接钻孔，安装拉筋、阻力帽，然后注入锚固浆液，锚固浆液由插入钻孔底部的注浆管口流出，并逐渐上溢，直到卧底拱线以下钻孔内全部充满。卧底拱线以上至底板钻孔内充填碎石土。

所述差异摩擦阻力锚桩结构的钻孔方法是：钻孔从巷道底板开始，无需起底，钻孔直径上大下小，大直径孔径100-300mm，小直径孔径28-100mm，上部大直径段钻孔深度超过卧底拱线以下500-1500mm，其余为下部小直径段。孔内全部用锚固浆液充填密实，构成上部的大直径摩擦桩和下部的小直径摩擦桩，形成上部摩擦阻力大、下部摩擦阻力小的异形受力结构。

本发明通过确定出巷道底板的卧底拱线，准确掌握底板变形量，将拉筋顶部阻力帽安装于卧底拱线处，卧底拱线与底板之间的空孔部分采用孔隙率较大的碎石土充填，避免以后再次进行清底时无法进行的弊端。钻孔直径采用差异直径，使得杆体与锚固浆液形成差异摩擦桩，采用差异摩擦桩的锚固方法比传统锚杆锚索锚固效力更优越，并在侧帮的底部设置两根负角度锚杆，解决了长期以来巷道底板起鼓治理技术的低效性、高成本和生产维修不方便的难题。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

图2是底板锚桩施工示意图。

具体实施方式

以巷道宽度5000mm、高度3000mm为例说明实施方法。

1、侧帮锚杆加固

为解决巷道底板的问题，根据力学分析确定帮锚杆长度和强度。在巷道两帮部底板以上300mm处设置一根-15°帮锚杆4，在底板以上1000mm位置处设置一根-10°的帮锚杆4，采用树脂锚固剂锚固。

2、卧底拱线确定

根据数值模拟原理，采用离散元分析法，计算确定使用期内最大变形量，用最大变形量作为卧底拱线6最大值，以巷道底角点和巷道底板中间最大底拱点为圆弧上的点做出圆弧卧底拱线6。

3、底板锚桩结构设计

底板中间3000mm范围设置三组锚桩，每组锚桩由四根钢绞线组成，锚桩垂直卧底拱线6在锚桩位置点的切线，底板靠近帮部位置各设置一根锚桩，材质为钢绞线，向外偏斜10°。

钻孔上部大直径孔径为200mm，深度超过卧底拱线6以下1000mm，其余为小直径，小直径孔径为75mm；锚桩结构的阻力帽2直径为150mm，阻力帽2上设置有注浆通口。

4、底板锚桩结构施工

如图2所示，用直径75mm钻头在巷道底板钻孔直到设计深度，然后用大直径复合钻头在钻孔上部进行扩孔，使卧底拱线6以下1000mm以上的钻孔直径达到200mm。将注浆管通过锚桩阻力帽2的注浆通口插至钻孔底部，与锚桩拉筋1平齐，阻力帽2的位置与卧底拱线6位置重合。浆液从注浆管注入，从钻孔底部出浆，并沿着钻孔逐渐上升，直到卧底拱线6以下钻孔内全部充满浆液，注浆结束后，卧底拱线6以上至底板钻孔内充填碎石土5。

本发明优点：

1、钻孔施工从巷道底板开始，无需起底，减少工序和造价。

2、锚桩结构端部位置位于底板以下，与卧底拱线重合，充分考虑到了底板可能的起鼓量，能有效地补偿底板变形，并为后续的底板维修提供方便。

3、锚桩结构顶部与底板之间的钻孔部分用碎石土填充，减小后期可能起底的施工难度。

4、锚桩结构采用差异摩擦阻力锚杆，受力性能更符合现场实际。

5、考虑到巷道侧帮对底鼓的影响，对巷道侧帮进行了特殊的加固处理。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。

凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种巷道底板锚桩加固方法，其特征是：在巷道两个帮部底板以上200-1500mm范围内设置两根负角度帮锚杆(4)，水平夹角在-10°与-15°之间；在底板布置一种差异摩擦阻力锚桩结构，差异摩擦阻力锚桩结构在底板中间2/3巷道宽度范围内的布置密度大于两侧，并与卧底拱线(6)在锚桩布置点的切线垂直，底板靠近帮部的差异摩擦阻力锚桩结构向外偏斜5-10°。

2.如权利要求1所述的巷道底板锚桩加固方法，其特征是：卧底拱线根据巷道使用条件和围岩矿压表现确定，卧底拱线(6)的最大深度不小于500mm。

3.如权利要求1所述的巷道底板锚桩加固方法，其特征是：差异摩擦阻力锚桩结构包括拉筋(1)、阻力帽(2)和拉筋周边的桩体，阻力帽(2)的安装位置与卧底拱线(6)重合；阻力帽(2)以下500-1500mm范围为大直径摩擦桩(3)，500-1500mm范围以下部分为小直径摩擦桩；阻力帽(2)直径小于上部大直径摩擦桩10-20mm，阻力帽(2)上设置有注浆通口；拉筋周边的桩体全部用锚固浆液充填密实。

4.如权利要求3所述的巷道底板锚桩加固方法，其特征是：所述差异摩擦阻力锚桩结构的施工方法是：在巷道底板直接钻孔，安装拉筋(1)、阻力帽(2)，然后注入锚固浆液，锚固浆液由插入钻孔底部的注浆管口流出，并逐渐上溢，直到卧底拱线(6)以下钻孔内全部充满，卧底拱线(6)以上至底板钻孔内充填碎石土(5)。

5.如权利要求3所述的巷道底板锚桩加固方法，其特征是：所述差异摩擦阻力锚桩结构的钻孔方法是：钻孔从巷道底板开始，无需起底，钻孔直径上大下小，大直径孔径100-300mm，小直径孔径28-100mm，上部大直径段钻孔深度超过卧底拱线(6)以下500-1500mm，其余为下部小直径段，孔内全部用锚固浆液充填密实，构成上部的大直径摩擦桩(3)和下部的小直径摩擦桩，形成上部摩擦阻力大、下部摩擦阻力小的异形受力结构。

6.如权利要求3所述的巷道底板锚桩加固方法，其特征是：拉筋(1)由1-10根钢筋或钢绞线组成。

Images