CN111411978A - 相邻出矿巷道夹板式支护结构及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
相邻出矿巷道夹板式支护结构及其施工工艺，涉及自然崩落法矿山支护技术领域。本发明包括锚杆孔、砂浆锚杆、水平锚索、顶部锚索、混凝土防护层以及托板，锚杆孔设置在出矿巷道顶部的围岩内，砂浆锚杆插入锚杆孔内，砂浆锚杆与锚杆孔的间隙内填充砂浆；混凝土防护层结构是在出矿巷道内壁上的混凝土涂层；托板为钢板，紧贴固定在混凝土防护结构上，相邻两个出矿巷道中间的围岩内平行设置有数个锚索孔，每个锚索孔内均设置有水平锚索，水平锚索与锚索孔之间填充砂浆，水平锚索两端与围岩两侧的托板固定连接；出矿巷道顶部还设置有顶部锚索。本发明有效加强出矿巷道的稳定性，降低出矿巷道生产中的维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及自然崩落法矿山支护技术领域，尤其是一种用于自然崩落法中构造复杂破碎的相邻出矿巷道的夹板支护结构。
背景技术
自然崩落采矿方法，需要在矿井内布置密集平行的出矿巷道，出矿巷道内布置间柱，用于支撑出矿巷道，但是在开挖过程中，布置密集的出矿进路、聚矿槽、通风硐室以及卸矿硐室等工程，导致间柱围岩不断受到破坏而缩小，在受到拉底爆破、放矿冲击或拱脚变化等采矿诱导形成的动载荷作用，出矿巷道围岩稳定性变差，支护体系将失去作用，特别是在多断层复杂构造附近出矿巷道变形破坏严重，返修安全隐患大、费用高。一旦支护不当，断层复杂构造地段巷道最先垮塌，甚至出现“多米诺骨牌”连锁效应，造成其上部大量矿石无法开采而损失。这类严重破碎出矿巷道的修复支护问题，一直困扰着技术人员，到目前还未形成一种有效的支护技术。
发明内容
本发明所要解决的就是现有自然崩落采矿法中，受开挖影响，间柱围岩不断缩小，稳定性变差，失去支护作用的问题，提供一种相邻出矿巷道夹板支护结构。
本发明的相邻出矿巷道夹板支护结构，其特征在于该支护结构包括锚杆孔、砂浆锚杆、水平锚索、顶部锚索、混凝土防护层以及托板，锚杆孔设置在出矿巷道顶部的围岩内，砂浆锚杆插入锚杆孔内，砂浆锚杆与锚杆孔的间隙内填充砂浆；混凝土防护层结构是在出矿巷道内壁上喷射一层厚度为75mm、强度等级为C25的混凝土涂层；托板为钢板，紧贴固定在混凝土防护结构上，相邻两个出矿巷道中间的围岩内平行设置有数个锚索孔，每个锚索孔内均设置有一根30米长的水平锚索，水平锚索与锚索孔之间填充砂浆，水平锚索两端与围岩两侧的托板固定连接；出矿巷道顶部还设置有8米长的顶部锚索。
所述的间柱凸出部分外部用金属锚网包裹，金属锚网与托板之间的锚索端头连接，提高牢固性。
所述的水平锚索至少为一根，围岩内设置两根或两根以上锚索时，相邻两根锚索的间距为2m。
所述的水平锚索或顶部锚索穿过钢板后，用千斤顶进行张拉，达到设计预应力的30%后,卸下张拉千斤顶,切除锚索外露部分。
所述的支护结构其施工工艺步骤如下：
1）锚杆支护施工：
锚杆孔施工，锚杆孔方向与巷道轮廓线的角度或与围岩层理面、节理面、裂隙面的夹角≥75º，允许偏差为±150mm，孔深允许偏差为±50mm，锚杆孔孔径大于锚杆杆体直径15mm；
锚杆孔施工完成后，先清孔，之后灌注砂浆，砂浆按灰砂比为2:1的水泥浆制备，采用细砂，使用前过筛，筛孔尺寸为0.15-2.36mm，灌浆完成后插入锚杆，锚杆采用Φ22mm的二级螺纹钢，锚杆杆体调直、除锈和除油后插入锚杆孔内，直至底部，锚杆外露长度为≤100mm；
在间柱凸出部分包裹金属锚网，金属锚网与锚杆同时进行挂网作业，金属锚网采用φ6mm的钢筋制作，网度为150mm×150mm，每片1m×2m；金属锚网通过螺帽与锚杆端部连接，使锚杆与金属锚网联成整体，金属锚网帮扎时，确保搭接长度不小于35d；
2）顶部锚索支护施工：
（1）钻孔：施工孔径Φ70mm，打孔深度严格按照锚索设计长度8m进行钻孔施工；
（2）顶部锚索安装：
A 灌浆：现场制备水泥浆，水灰比控制在0.29~0.3之间；
B安装：顶部锚索由锚索台车进行安装，将顶部锚索送入锚索孔，采用锚索台车锚索弯曲装置将顶部锚索进行弯曲，防止钢绞线掉出，孔口外留300mm，用于张拉顶部锚索和安装锚具与垫板；
C安装注浆完成后，待水泥砂浆凝固27h以后，再安装垫板和锚具；锚具安装时，油压泵的压力不小于215kN；
（3）张拉顶部锚索，为确保顶部锚索锚固力满足要求，采用千斤顶对顶部锚索进行张拉，张拉前对千斤顶进行标定，当砂浆强度达到设计强度的70%后，开始张拉顶部锚索；张拉时，先使锚具中心与孔中心对准，工具锚扶正，使锚具底座顶面与钻孔轴线垂直，确保顶部锚索张拉时千斤顶与锚索在同一轴线上；顶部锚索张拉分次逐级进行，第一次张拉值为设计张拉力的10%、25%、70%；第二次张拉值为设计应力的100%、110%，两次张拉间隔不小于3~5天；待锚固力满足要求，对锚头进行防腐处理；
3）喷射混凝土支护施工：
喷射混凝土强度等级C25，采用二次支护，单次支护厚度为75mm；
先用高压水冲洗受喷面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志，处理好受喷面的滴水和淋水；喷射时，先墙后拱，喷头距工作面距离0.8～1.0m，喷射过程中，保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象，拱部回弹率不超过15%，墙部回弹率不超过10%；在喷射混凝土过程中，随时检测喷层厚度，确保混凝土达到设计厚度；喷射混凝土在其终凝1-2h后开始洒水养护，养护时间不小于7天；当锚网支护和喷射混凝土支护完成后，可进行水平锚索的施工支护及钢板固定流程；
4）水平锚索支护施工：
（1）钻孔：钻孔施工孔径Φ78mm，打孔深度以贯彻两相邻出矿巷道为准，锚索设计长度30m；采用锚索台车进行钻孔施工，需操作人员提前找准机心位置，设置好锚孔参数后方可钻孔；
（2）水平锚索安装：锚索台车采用先安插水平锚索后注浆方式进行，确保灌浆饱满、均匀，步骤如下：
A安装：由锚索台车将长30m的水平锚索送入已施工钻孔内，两端孔口外留500mm，以便张拉锚索，以及安装锚具、钢板和垫板；
B灌浆：水灰比要求控制在0.29~0.3之间的水泥浆向孔内进行注浆；
（3）张拉水平锚索：为了确保水平锚索锚固力满足要求，采用千斤顶对锚索进行张拉
A安装钢板和锚具：安装预先留有锚索穿孔钢板，钢板尺寸为2400×2400mm，板厚度28mm，外侧安装锚索垫板和锚具；
B水平锚索张拉：为确保水平锚索锚固力满足要求，采用千斤顶对水平锚索进行张拉，张拉前对千斤顶进行标定，当砂浆强度达到设计强度的70%后，开始张拉水平锚索；张拉时，先使锚具中心与孔中心对准，工具锚扶正，使锚具底座顶面与钻孔轴线垂直，确保水平锚索张拉时千斤顶与锚索在同一轴线上；水平锚索张拉分次逐级进行，第一次张拉值为设计张拉力的10%、25%、70%；第二次张拉值为设计应力的100%、110%，两次张拉间隔不小于3~5天；待锚固力满足要求，对锚头进行防腐处理；
C固定：达到设计预应力后，对水平锚索两端实行固定，卸下张拉千斤顶，切除水平锚索外露多余锚索；即可完成整个支护结构的构建。
本发明的相邻出矿巷道夹板支护结构，结构简单，设计科学，安装方便，针对出矿巷道间柱异常破碎区域及应力显现明显区域，采用此结构支护技术，能够有效加强出矿巷道的稳定性，降低出矿巷道生产中的维护成本，支护效果明显，且保证生产安全有序进行。
附图说明
图1为本发明平面示意图。
图2为本发明立面示意图。
图3为出矿巷道示意图。
图4为本发明结构原理图。
其中，砂浆锚杆1，水平锚索2，顶部锚索3，托板4。
具体实施方式
实施例1：一种相邻出矿巷道夹板支护结构，包括锚杆孔、砂浆锚杆1、水平锚索2、顶部锚索3、混凝土防护层以及托板4，锚杆孔设置在出矿巷道顶部的围岩内，砂浆锚杆1插入锚杆孔内，砂浆锚杆1与锚杆孔的间隙内填充砂浆；混凝土防护层结构是在出矿巷道内壁上喷射一层厚度为75mm、强度等级为C25的混凝土涂层；托板4为钢板，紧贴固定在混凝土防护结构上，相邻两个出矿巷道中间的围岩内平行设置有数个锚索孔，每个锚索孔内均设置有一根30米长的水平锚索2，水平锚索2与锚索孔之间填充砂浆，水平锚索2两端与围岩两侧的托板4固定连接；出矿巷道顶部还设置有8米长的顶部锚索3。
间柱凸出部分外部用金属锚网包裹，金属锚网与托板4之间的锚索端头连接，提高牢固性。水平锚索2至少为一根，围岩内设置两根或两根以上锚索时，相邻两根锚索的间距为2m。水平锚索2或顶部锚索3穿过钢板后，用千斤顶进行张拉，达到设计预应力的30%后,卸下张拉千斤顶,切除锚索外露部分。
支护结构其施工工艺步骤如下：
1）锚杆支护施工：
锚杆孔施工，锚杆孔方向与巷道轮廓线的角度或与围岩层理面、节理面、裂隙面的夹角≥75º，允许偏差为±150mm，孔深允许偏差为±50mm，锚杆孔孔径大于锚杆杆体直径15mm；
锚杆孔施工完成后，先清孔，之后灌注砂浆，砂浆按灰砂比为2:1的水泥浆制备，采用细砂，使用前过筛，筛孔尺寸为0.15-2.36mm，灌浆完成后插入锚杆，锚杆采用Φ22mm的二级螺纹钢，锚杆杆体调直、除锈和除油后插入锚杆孔内，直至底部，锚杆外露长度为≤100mm；
在间柱凸出部分包裹金属锚网，金属锚网与锚杆同时进行挂网作业，金属锚网采用φ6mm的钢筋制作，网度为150mm×150mm，每片1m×2m；金属锚网通过螺帽与锚杆端部连接，使锚杆与金属锚网联成整体，金属锚网帮扎时，确保搭接长度不小于35d；
2）顶部锚索3支护施工：
（1）钻孔：施工孔径Φ70mm，打孔深度严格按照锚索设计长度8m进行钻孔施工；
（2）顶部锚索3安装：
A 灌浆：现场制备水泥浆，水灰比控制在0.29~0.3之间；
B安装：顶部锚索3由锚索台车进行安装，将顶部锚索3送入锚索孔，采用锚索台车锚索弯曲装置将顶部锚索3进行弯曲，防止钢绞线掉出，孔口外留300mm，用于张拉顶部锚索3和安装锚具与垫板；
C安装注浆完成后，待水泥砂浆凝固27h以后，再安装垫板和锚具；锚具安装时，油压泵的压力不小于215kN；
（3）张拉顶部锚索3，为确保顶部锚索3锚固力满足要求，采用千斤顶对顶部锚索3进行张拉，张拉前对千斤顶进行标定，当砂浆强度达到设计强度的70%后，开始张拉顶部锚索3；张拉时，先使锚具中心与孔中心对准，工具锚扶正，使锚具底座顶面与钻孔轴线垂直，确保顶部锚索3张拉时千斤顶与锚索在同一轴线上；顶部锚索3张拉分次逐级进行，第一次张拉值为设计张拉力的10%、25%、70%；第二次张拉值为设计应力的100%、110%，两次张拉间隔不小于3~5天；待锚固力满足要求，对锚头进行防腐处理；
3）喷射混凝土支护施工：
喷射混凝土强度等级C25，采用二次支护，单次支护厚度为75mm；
先用高压水冲洗受喷面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志，处理好受喷面的滴水和淋水；喷射时，先墙后拱，喷头距工作面距离0.8～1.0m，喷射过程中，保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象，拱部回弹率不超过15%，墙部回弹率不超过10%；在喷射混凝土过程中，随时检测喷层厚度，确保混凝土达到设计厚度；喷射混凝土在其终凝1-2h后开始洒水养护，养护时间不小于7天；当锚网支护和喷射混凝土支护完成后，可进行水平锚索2的施工支护及钢板固定流程；
4）水平锚索2支护施工：
（1）钻孔：钻孔施工孔径Φ78mm，打孔深度以贯彻两相邻出矿巷道为准，锚索设计长度30m；采用锚索台车进行钻孔施工，需操作人员提前找准机心位置，设置好锚孔参数后方可钻孔；
（2）水平锚索2安装：锚索台车采用先安插水平锚索2后注浆方式进行，确保灌浆饱满、均匀，步骤如下：
A安装：由锚索台车将长30m的水平锚索2送入已施工钻孔内，两端孔口外留500mm，以便张拉锚索，以及安装锚具、钢板和垫板；
B灌浆：水灰比要求控制在0.29~0.3之间的水泥浆向孔内进行注浆；
（3）张拉水平锚索2：为了确保水平锚索2锚固力满足要求，采用千斤顶对锚索进行张拉
A安装钢板和锚具：安装预先留有锚索穿孔钢板，钢板尺寸为2400×2400mm，板厚度28mm，外侧安装锚索垫板和锚具；
B水平锚索2张拉：为确保水平锚索2锚固力满足要求，采用千斤顶对水平锚索2进行张拉，张拉前对千斤顶进行标定，当砂浆强度达到设计强度的70%后，开始张拉水平锚索2；张拉时，先使锚具中心与孔中心对准，工具锚扶正，使锚具底座顶面与钻孔轴线垂直，确保水平锚索2张拉时千斤顶与锚索在同一轴线上；水平锚索2张拉分次逐级进行，第一次张拉值为设计张拉力的10%、25%、70%；第二次张拉值为设计应力的100%、110%，两次张拉间隔不小于3~5天；待锚固力满足要求，对锚头进行防腐处理；
C固定：达到设计预应力后，对水平锚索2两端实行固定，卸下张拉千斤顶，切除水平锚索2外露多余锚索；即可完成整个支护结构的构建。
Claims (5)
1.一种相邻出矿巷道夹板支护结构，其特征在于该支护结构包括锚杆孔、砂浆锚杆（1）、水平锚索（2）、顶部锚索（3）、混凝土防护层以及托板（4），锚杆孔设置在出矿巷道顶部的围岩内，砂浆锚杆（1）插入锚杆孔内，砂浆锚杆（1）与锚杆孔的间隙内填充砂浆；混凝土防护层结构是在出矿巷道内壁上喷射一层厚度为75mm、强度等级为C25的混凝土涂层；托板（4）为钢板，紧贴固定在混凝土防护结构上，相邻两个出矿巷道中间的围岩内平行设置有数个锚索孔，每个锚索孔内均设置有一根30米长的水平锚索（2），水平锚索（2）与锚索孔之间填充砂浆，水平锚索（2）两端与围岩两侧的托板（4）固定连接；出矿巷道顶部还设置有8米长的顶部锚索（3）。
2.如权利要求1所述的相邻出矿巷道夹板支护结构，其特征在于所述的间柱凸出部分外部用金属锚网包裹，金属锚网与托板（4）之间的锚索端头连接，提高牢固性。
3.如权利要求1所述的相邻出矿巷道夹板支护结构，其特征在于所述的水平锚索（2）至少为一根，围岩内设置两根或两根以上锚索时，相邻两根锚索的间距为2m。
4.如权利要求1所述的相邻出矿巷道夹板支护结构，其特征在于所述的水平锚索（2）或顶部锚索（3）穿过钢板后，用千斤顶进行张拉，达到设计预应力的30%后,卸下张拉千斤顶,切除锚索外露部分。
5.如权利要求1所述的相邻出矿巷道夹板支护结构，其特征在于所述的支护结构其施工工艺步骤如下：
1）锚杆支护施工：
锚杆孔施工，锚杆孔方向与巷道轮廓线的角度或与围岩层理面、节理面、裂隙面的夹角≥75º，允许偏差为±150mm，孔深允许偏差为±50mm，锚杆孔孔径大于锚杆杆体直径15mm；
锚杆孔施工完成后，先清孔，之后灌注砂浆，砂浆按灰砂比为2:1的水泥浆制备，采用细砂，使用前过筛，筛孔尺寸为0.15-2.36mm，灌浆完成后插入锚杆，锚杆采用Φ22mm的二级螺纹钢，锚杆杆体调直、除锈和除油后插入锚杆孔内，直至底部，锚杆外露长度为≤100mm；
在间柱凸出部分包裹金属锚网，金属锚网与锚杆同时进行挂网作业，金属锚网采用φ6mm的钢筋制作，网度为150mm×150mm，每片1m×2m；金属锚网通过螺帽与锚杆端部连接，使锚杆与金属锚网联成整体，金属锚网帮扎时，确保搭接长度不小于35d；
2）顶部锚索（3）支护施工：
（1）钻孔：施工孔径Φ70mm，打孔深度严格按照锚索设计长度8m进行钻孔施工；
（2）顶部锚索（3）安装：
A 灌浆：现场制备水泥浆，水灰比控制在0.29~0.3之间；
B安装：顶部锚索（3）由锚索台车进行安装，将顶部锚索（3）送入锚索孔，采用锚索台车锚索弯曲装置将顶部锚索（3）进行弯曲，防止钢绞线掉出，孔口外留300mm，用于张拉顶部锚索（3）和安装锚具与垫板；
C安装注浆完成后，待水泥砂浆凝固27h以后，再安装垫板和锚具；锚具安装时，油压泵的压力不小于215kN；
（3）张拉顶部锚索（3），为确保顶部锚索（3）锚固力满足要求，采用千斤顶对顶部锚索（3）进行张拉，张拉前对千斤顶进行标定，当砂浆强度达到设计强度的70%后，开始张拉顶部锚索（3）；张拉时，先使锚具中心与孔中心对准，工具锚扶正，使锚具底座顶面与钻孔轴线垂直，确保顶部锚索（3）张拉时千斤顶与锚索在同一轴线上；顶部锚索（3）张拉分次逐级进行，第一次张拉值为设计张拉力的10%、25%、70%；第二次张拉值为设计应力的100%、110%，两次张拉间隔不小于3~5天；待锚固力满足要求，对锚头进行防腐处理；
3）喷射混凝土支护施工：
喷射混凝土强度等级C25，采用二次支护，单次支护厚度为75mm；
先用高压水冲洗受喷面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志，处理好受喷面的滴水和淋水；喷射时，先墙后拱，喷头距工作面距离0.8～1.0m，喷射过程中，保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象，拱部回弹率不超过15%，墙部回弹率不超过10%；在喷射混凝土过程中，随时检测喷层厚度，确保混凝土达到设计厚度；喷射混凝土在其终凝1-2h后开始洒水养护，养护时间不小于7天；当锚网支护和喷射混凝土支护完成后，可进行水平锚索（2）的施工支护及钢板固定流程；
4）水平锚索（2）支护施工：
（1）钻孔：钻孔施工孔径Φ78mm，打孔深度以贯彻两相邻出矿巷道为准，锚索设计长度30m；采用锚索台车进行钻孔施工，需操作人员提前找准机心位置，设置好锚孔参数后方可钻孔；
（2）水平锚索（2）安装：锚索台车采用先安插水平锚索（2）后注浆方式进行，确保灌浆饱满、均匀，步骤如下：
A安装：由锚索台车将长30m的水平锚索（2）送入已施工钻孔内，两端孔口外留500mm，以便张拉锚索，以及安装锚具、钢板和垫板；
B灌浆：水灰比要求控制在0.29~0.3之间的水泥浆向孔内进行注浆；
（3）张拉水平锚索（2）：为了确保水平锚索（2）锚固力满足要求，采用千斤顶对锚索进行张拉
A安装钢板和锚具：安装预先留有锚索穿孔钢板，钢板尺寸为2400×2400mm，板厚度28mm，外侧安装锚索垫板和锚具；
B水平锚索（2）张拉：为确保水平锚索（2）锚固力满足要求，采用千斤顶对水平锚索（2）进行张拉，张拉前对千斤顶进行标定，当砂浆强度达到设计强度的70%后，开始张拉水平锚索（2）；张拉时，先使锚具中心与孔中心对准，工具锚扶正，使锚具底座顶面与钻孔轴线垂直，确保水平锚索（2）张拉时千斤顶与锚索在同一轴线上；水平锚索（2）张拉分次逐级进行，第一次张拉值为设计张拉力的10%、25%、70%；第二次张拉值为设计应力的100%、110%，两次张拉间隔不小于3~5天；待锚固力满足要求，对锚头进行防腐处理；
C固定：达到设计预应力后，对水平锚索（2）两端实行固定，卸下张拉千斤顶，切除水平锚索（2）外露多余锚索；即可完成整个支护结构的构建。
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