CN111764939A - 一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构及方法，属于巷道支护技术领域；针对光卤石矿层巷道支护结构遇高应力支护能力不足的问题，技术方案为：采用锚网喷为外护层、可缩性U型钢棚为中护层、混凝土灌注为内护层的支护结构；外护层、中护层、内护层构成一个完整的复合支护结构，实现了高应力光卤石矿层巷道的有效支护，具有结构稳定、支护能力强、可防止光卤石矿中氯离子腐蚀性的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高应力巷道支护结构，尤其涉及一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构及方法。
背景技术
光卤石矿层是钾盐矿开采的主要矿层，在矿层稳定区段，巷道常采用锚网喷支护就能满足强度要求。当矿层遇构造应力较大时，巷道极易发生变形影响巷道通风和运输，严重时导致巷道开裂甚至报废；巷道开裂会使光卤石中氯离子向巷道渗透进而腐蚀巷道中的金属设备，也会使巷道水向围岩渗透进而溶解光卤石矿，因此对于高应力光卤石矿层巷道合理支护防止巷道变形开裂是一个亟需解决的技术难题。目前光卤石矿层巷道掘进中遇构造应力较大时，常采用巷道内设支柱或木垛加强加密支护，两种方法均存在一定的不足。巷道内设支柱，常采用T型、H型、+型、Y型支柱，目的是增加巷道的支护能力，防止巷道变形，但在巷道中加设支柱，会影响巷道通风和运输；木垛加强加密支护，方法原始厚重，工作量大，木垛会加大巷道支护厚度，进而增加巷道的掘进工程量，大量的木垛还不利于环保。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种用于高应力光卤石矿层巷道的结构稳定、支护能力强、可防止光卤石矿中氯离子腐蚀性的复合支护结构及方法。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构，包括依次设置在巷道内壁上的外护层、中护层和内护层；所述外护层包括锚入巷道内壁的锚杆、网片和镁水泥混凝土层，所述网片紧贴巷道内壁设置且通过锚杆固定，网片外喷注镁水泥混凝土层，所述外护层内壁上敷设有保护膜，所述中护层为钢棚结构，所述钢棚包括钢支架、挡块和底梁，所述钢支架贴附保护膜搭建，挡块设置在钢支架的底部，所述底梁支撑在挡块的下方；所述内护层为混凝土层，所述混凝土层将钢棚结构包裹在内，使外护层、中护层、内护层构成一个完整的复合支护结构。
进一步的，所述的钢支架、挡块和底梁均是通过同一型号U型钢U型咬合形成。
进一步的，所述钢支架和保护膜之间的间隙通过背板填充背齐。
进一步的，所述锚杆为玻璃钢锚杆，所述网片为塑料网片，所述保护膜为塑料膜。
进一步的，所述保护膜为双层布置。
一种高应力光卤石矿层巷道复合支护方法，包括以下步骤：
a）光卤石矿层巷道开挖后，先采用锚杆将网片固定在巷道内壁，采用镁水泥混凝土进行喷浆，将网片和锚杆固定形成外护层，并在镁水泥混凝土的内壁敷设塑料膜，用于封闭外护层。
b）待巷道围岩稳定后，采用钢棚作中护层，钢棚与外护层之间的间隙采用背板背齐；
c）待钢棚安装完毕且巷道变形稳定后，再浇筑混凝土作内护层，并将钢棚一并浇筑在内，据此由外护层、中护层、内护层构成一个完整的复合支护结构。
优选的，所述钢棚的支架、挡块和底梁均是通过同一型号U型钢U型咬合形成；底梁加工成反拱形且两端切割成U型口状支撑在挡块下方。
优选的，所述塑料膜通过钢钉固定在外护层上。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
本发明针对高应力光卤石矿层巷道支护中遇到的巷道变形开裂等问题，发明一种由外护层、中护层、内护层构成的复合支护结构，具有结构稳定、支护能力强、可防止光卤石矿中氯离子腐蚀性等特点。外护层采用锚网喷支护方式，其中锚杆采用玻璃钢锚杆，网采用塑料网片，喷浆采用镁水泥混凝土，该方式可避免光卤石矿中氯离子对支护的腐蚀性影响。中护层采用可缩性U型钢棚支护方式，其中在钢棚底部增设的挡块和底梁采用与U型钢支架同一型号的U型钢加工制作，且底梁两端切割成U型口状，使得钢棚构件之间联结全是U型咬合，确保了整个钢棚的稳定性；将底梁支撑在挡块下方，让挡块限制底梁的向上移动，并将底梁加工成反拱形，保证了钢棚的稳定性和支护能力。内护层采用普通混凝土浇筑支护方式，并将钢棚一并浇筑在内；外护层和内护层之间敷设双层塑料膜，起到封闭隔绝作用，既能防止光卤石矿和外护层镁水泥中氯离子向内护层渗透进而降低普通混凝土的性能并腐蚀中护层的钢棚，又能防止巷道水向围岩渗透进而溶解光卤石矿。
附图说明
图1为本发明所述支护结构示意图；
图2为本发明所述外护层结构示意图；
图3为本发明所述中护层结构示意图；
图4为本发明所述内护层结构示意图。
图中标记：1为玻璃钢锚杆、2为网片、3为镁水泥混凝土、4为塑料膜、5为U型钢支架、6为挡块、7为底梁、8为背板、9为普通混凝土。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
某光卤石矿层巷道设计断面尺寸为净宽5.0m、直墙高1.5m、净高4.0m、半圆拱形式、净断面积17.3m2，在构造高应力区段采用本发明的复合支护结构，如图1所示，复合支护结构包括依次设置在巷道内壁上的外护层、中护层和内护层；外护层包括玻璃钢锚杆1、网片2、镁水泥混凝土3，网片2紧贴巷道内壁设置且通过玻璃钢锚杆1固定，网片2外喷注镁水泥混凝土3，所述外护层内壁上敷设有双层的塑料膜4；中护层为钢棚结构，包括U型钢支架5、挡块6、底梁7，U型钢支架5贴附塑料膜4搭建，挡块6设置在U型钢支架5的底部，底梁7支撑在挡块6的下方；钢棚结构与外护层之间的间隙采用背板8背齐；待钢棚安装完毕且巷道变形稳定后，再浇筑普通混凝土9作内护层，并将钢棚一并浇筑在内，据此由外护层、中护层、内护层构成一个完整的复合支护结构。
本结构的支护方法包括三个步骤：
步骤一：由图2所示，光卤石矿层巷道按设计要求开挖后，先采用锚网喷作外护层，其中玻璃钢锚杆1规格为φ20×2400mm，间排距为800×800mm，设计锚固力不小于80kN，预紧力不小于120kN；网片2采用双抗聚丙烯塑料网，网格孔距为50×50mm，网之间搭接长度为100mm；镁水泥混凝土3强度等级为C20，喷浆厚度为100mm。外护层施工完毕，在内壁敷设塑料膜4封闭外护层，塑料膜4采用聚苯乙烯泡沫塑料膜，双层布置，利用圆钉将其固定在外护层内壁上。
步骤二：由图3所示，待巷道围岩基本稳定后，采用可缩性U型钢棚作中护层，其中U型钢支架5、挡块6和底梁7均采用29U型钢加工制作；挡块6长度为150mm，焊接在U型钢支架5的棚腿下方巷道底板位置；底梁7的两端切割成29U型钢口状，且加工成反拱形，反拱弧度半径为18m，底梁7支撑在挡块6下方；钢棚与外护层之间的间隙采用背板8背齐，背板8采用钢筋混凝土背板，规格为1500×200×50mm。
步骤三：由图1和图4所示，待钢棚安装完毕且巷道变形稳定后，在设计巷道净断面尺寸位置设置模板，采用普通混凝土9进行浇筑内护层，并将钢棚一并浇筑在内；混凝土强度等级为C40，浇筑厚度为300mm。
所述的步骤二中U型钢支架5的棚顶和两侧棚腿之间，安装时应采用配套U型卡缆联结，两侧棚腿的底端应焊接一块垫铁，确保U型钢支架5能稳定的放置于巷道基础之上。
所述的步骤二中U型钢棚间距为1000mm，现场施工时应根据围岩稳定情况，合理调整钢棚间距，应力较大时间距可调整为500mm～800mm，确保U型钢棚的支护能力。
所述的步骤二中背板8设计为花背支护，整个U型钢棚外侧共设置9块，现场施工时应根据钢棚与外护层之间的间隙情况，合理调整背板8数量，必要时可采用全背支护，确保U型钢棚的稳定性。
所述的步骤二中现场施工时应根据应力大小和巷道断面参数合理确定U型钢的型号，当应力和断面较大时，应加大U型钢的型号，并缩小钢棚支护间距；应根据应力大小确定底梁7的反拱弧度，使其能有效的控制巷道底板应力强度；挡块6的焊接位置可根据巷道宽度和底梁7的反拱弧度灵活确定，确保U型钢棚的稳定性和支护强度。
所述的发明中混凝土强度，设计外护层镁水泥混凝土3强度等级为C20，内护层浇筑普通混凝土9强度等级为C40，现场施工时应根据围岩稳定和应力大小情况，合理确定混凝土的强度等级；为提高混凝土的强度和性能，混凝土中可添加一定比例的外加剂，但在混凝土搅拌时，必须按工程拟使用的实际材料进行试验室试配，合理调整混凝土配合比和外加剂含量，确保混凝土的强度和耐久性。
所述的发明中支护厚度，设计外护层喷浆厚度100mm，内护层浇筑厚度300mm，总支护厚度为400mm（巷道底板厚度也是喷浆100mm+浇筑300mm），巷道掘进断面积24.2m2。现场施工时外护层喷浆厚度不得小于50mm，内护层浇筑厚度应保证中护层的U型钢棚保护层不得小于50mm，避免钢棚金属构件腐蚀影响支护强度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (8)
1.一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构，其特征在于，包括依次设置在巷道内壁上的外护层、中护层和内护层；所述外护层包括锚入巷道内壁的锚杆、网片和镁水泥混凝土层，所述网片紧贴巷道内壁设置且通过锚杆固定，网片外喷注镁水泥混凝土层，所述外护层内壁上敷设有保护膜，所述中护层为钢棚结构，所述钢棚包括钢支架、挡块和底梁，所述钢支架贴附保护膜搭建，挡块设置在钢支架的底部，所述底梁支撑在挡块的下方；所述内护层为混凝土层，所述混凝土层将钢棚结构包裹在内，使外护层、中护层、内护层构成一个完整的复合支护结构。
2.根据权利要求1所述的一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构，其特征在于，所述的钢支架、挡块和底梁均为U型钢，且钢支架、挡块和底梁之间通过U型咬合连接。
3.根据权利要求1所述的一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构，其特征在于，所述钢支架和保护膜之间的间隙通过背板填充背齐。
4.根据权利要求1所述的一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构，其特征在于，所述锚杆为玻璃钢锚杆，所述网片为塑料网片，所述保护膜为塑料膜。
5.根据权利要求1所述的一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构，其特征在于，所述保护膜为双层布置。
6.一种如权利要求1所述高应力光卤石矿层巷道复合支护结构的支护方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）光卤石矿层巷道开挖后，先采用锚杆将网片固定在巷道内壁，采用镁水泥混凝土进行喷浆，将网片和锚杆固定形成外护层，并在镁水泥混凝土的内壁敷设塑料膜，用于封闭外护层；
b）待巷道围岩稳定后，采用钢棚作中护层，钢棚与外护层之间的间隙采用背板背齐；
c）待钢棚安装完毕且巷道变形稳定后，再浇筑混凝土作内护层，并将钢棚一并浇筑在内，据此由外护层、中护层、内护层构成一个完整的复合支护结构。
7.根据权利要求6所述的支护方法，其特征在于，所述钢棚的支架、挡块和底梁均是通过U型钢U型咬合形成；底梁加工成反拱形且两端切割成U型口状支撑在挡块下方。
8.根据权利要求6所述的支护方法，其特征在于，所述塑料膜通过钢钉固定在外护层上。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115788513A (zh) * | 2023-01-17 | 2023-03-14 | 煤炭工业太原设计研究院集团有限公司 | 一种泥岩与光卤石矿层交界处斜井的支护防水结构及方法 |
| CN117967364A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 煤炭工业太原设计研究院集团有限公司 | 一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构及方法 |
| CN117967364B (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-31 | 煤炭工业太原设计研究院集团有限公司 | 一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构及方法 |
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| CN111764939B (zh) | 2022-03-08 |
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