CN111980707A - 自然崩落法断层破碎带底柱加固方法 - Google Patents
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Abstract
自然崩落法断层破碎带底柱加固方法，涉及矿山支护领域。本发明设置在巷道内，基于底柱加固结构，该底柱加固结构包括锚杆孔、砂浆锚杆、锚索结构、钢筋网片以及混凝土防护层,巷道壁上钻凿锚杆孔，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，砂浆锚杆尾端设置有螺纹和垫板；钢筋网片作为锚网，穿过砂浆锚杆外露端后覆盖在巷道壁上；混凝土防护层采用C25强度混凝土喷洒在已覆盖锚网的巷道壁上，封闭钢筋和巷道壁岩石；锚索结构包括水平锚索和倾斜锚索，相邻出矿进路和相邻出矿穿脉采用水平锚索对穿拉紧固定，出矿穿脉顶板上布置三根倾斜锚索。本发明能够有效提高其间柱的稳定性，大大降低修复加固成本，保证自然崩落法矿山生产安全。
Description
技术领域
本发明涉及矿山支护领域，尤其是一种提高自然崩落法中底柱整体性和抗压强度，抑制巷道围岩破碎变形，达到提升底柱结构稳定的自然崩落法断层破碎带底柱加固方法。
背景技术
自然崩落法底柱是从拉底水平到运输水平之间的矿柱和支护结构共同作用形成组合体，承担起井下单中段一次采段高度200米以上（是传统采矿方法3-4倍以上）矿体崩落下来的矿石运输，以及人员运行、设备运行等生产活动，服务年限均在10年以上。底柱稳定性直接关系到上部崩落矿石能否顺利运出，而原本厚度较薄的底柱中因采矿需要布置大量出矿道、漏斗、通风巷以及硐室等密集工程，整体性和稳定性较差。长期受采矿活动的动载作用影响，原本不强的支护体变形破坏失去支护强度，出矿巷道硐室维修频繁，生产安全隐患大，一旦支护不及时会导致变形垮塌，甚至出现一系列连锁反应，造成上部大量矿石难以回收的损失。国内成功应用自然崩落法的矿山少，而采矿过程中出现底柱变形破坏的研究较少，断层破碎带底柱加固支护问题一直成为困扰采矿技术人员的难题，尚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目前自然崩落法中，底柱因受结构和生产活动频繁影响，整体性和稳定性较差，安全隐患大的问题，提供一种提高自然崩落法中底柱整体性和抗压强度，通过对底柱包裹形式增强矿柱径向力，抑制巷道围岩破碎变形，达到提升底柱结构稳定的自然崩落法断层破碎带底柱加固方法。
本发明的自然崩落法断层破碎带底柱加固方法，设置在巷道内，其特征在于该加固方法基于底柱加固结构，该底柱加固结构包括锚杆孔、砂浆锚杆、锚索结构、钢筋网片以及混凝土防护层,巷道壁上钻凿锚杆孔，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，砂浆锚杆尾端设置有螺纹和垫板；钢筋网片作为锚网，穿过砂浆锚杆外露端后覆盖在巷道壁上；混凝土防护层采用C25强度混凝土喷洒在已覆盖锚网的巷道壁上，封闭钢筋和巷道壁岩石；锚索结构包括水平锚索和倾斜锚索，相邻出矿进路和相邻出矿穿脉采用水平锚索对穿拉紧固定，相邻出矿进路布置3排、每排2根水平锚索，相邻穿脉布置2排、每排2根水平锚索，出矿穿脉顶板上布置三根倾斜锚索，角度分别为28°、60°和90°，每个独立柱的每条出矿穿脉一侧布置2排、每排3根倾斜锚索；
加固步骤如下：
1）锚杆和网片支护施工：
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，锚杆孔孔径比锚杆杆体直径大15mm；锚杆孔施工完成后，清孔灌注砂浆，砂浆的灰砂比为2:1的水泥浆制备，灌浆完成后插入锚杆至底部，保证锚杆外露长度为150mm，并留有螺纹丝，便于螺母固定；
待砂浆锚杆凝固后，进行钢筋网片施工作业，钢筋网片进行现场编制，钢筋直径6.5mm，网孔100×100mm，通过砂浆锚杆尾端的垫板使钢筋网片紧贴在巷道岩壁上，利用螺帽固定垫板位置，使砂浆锚杆与网片联成整体，钢筋网片间搭接长度大于150mm，搭接位置为砂浆锚杆布置位置；
2）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，施工锚网前一次，挂完锚网固定后一次，单次支护厚度为75mm；
（1）第一次喷射混凝土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，再进行喷射混凝土工作；
（2）第二次喷射混凝土是在步骤（1）完成后进行，进行喷射混凝时，采取先墙后拱，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，确保混凝土达到要求厚度；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；
3）锚索支护施工：
（1）钻孔：采用中深孔或深孔凿岩设备进行施工，孔径Φ58-78mm，孔深度按照锚索设计长度进行钻孔施工，钻孔倾角与水平轴线夹角的角度误差控制在±2°内；
（2）清孔：在插锚索前，使用压缩空气或压力水对锚索孔进行清洗，避免堵孔；
（3）锚索安装：
①水平锚索安装，将提前制作好的锚索顺孔一侧穿入至孔另一端即可，两端外露长度均为500mm，锚索一端通过垫板与锚具进行固定，另一端拉紧安装垫板和配套锚具，孔内无需注浆；
②倾斜锚索安装，巷道一侧向岩体内钻凿一定深度的独头孔，为让锚索发挥作用，需要进行注浆，以提高锚索的强度，具体安装步骤如下：
A、巷道侧将提前制作好的锚索、排气管和注浆管一同捆绑好，注浆管与锚索钢绞线末端搭接长度为1000mm，排气管绑扎距钢绞线顶端100mm；
B、将上述绑扎好的钢绞线与排气管和注浆管一并送入已施工好的锚索孔内，孔口外留长度500mm，以便张拉锚索与安装垫板和锚具，为防止锚索从孔中滑落，孔口处用木楔将锚索固定好；
C、采用注浆泵对锚索孔进行注浆，注浆时，注浆压力保持在2MPa，当排气管有明显的空气排出时，继续注浆；当排气管出浆料时，表明孔内已注满浆，此时将排气管扎紧，再继续注浆确保部分浆料沿着岩石裂隙进入，待注浆料无进入时，表明此时孔内阻力等于注浆机提供的压力，即2MPa，停止注浆，关掉注浆机；
D、待注浆孔内水泥沙浆液凝固48h 以后，在外露500mm的锚索端穿入预留φ25的200mm*200mm*20mm的垫板,之后进行锚具安装；锚具安装时，油压泵压力表数值为5MPa；然后采用千斤顶进行张拉，确保锚索预紧力满足要求，张拉前对千斤顶进行标定，张拉时先使锚具中心与孔中心对准，锚索张拉分次逐级进行，第一次分别为设计值10%、25%、70%；第二次为100%、110%，两次张拉间隔不小于3-5天；锚固力满足要求后，对锚头进行防腐处理，最后采用C25混凝土封锚即可。
本发明针对自然崩落底柱加固支护结构简单，施工安装方便，特别是出矿巷道间柱异常破碎区域及应力显现明显区域，能够有效提高其间柱的稳定性，大大降低修复加固成本，保证自然崩落法矿山生产安全。
附图说明
图1为本发明自然崩落法底柱加固支护技术平面示意图。
图2为本发明自然崩落法底柱加固支护技术立面示意图。
图3为自然崩落法底柱加固支护技术立面示意图。
图4为自然崩落法底柱加固支护技术巷道支护局部示意图。
具体实施方式
实施例1：一种自然崩落法断层破碎带底柱加固方法，设置在巷道内，其特征在于该加固方法基于底柱加固结构，该底柱加固结构包括锚杆孔、砂浆锚杆、锚索结构、钢筋网片以及混凝土防护层,巷道壁上钻凿锚杆孔，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，砂浆锚杆尾端设置有螺纹和垫板；钢筋网片作为锚网，穿过砂浆锚杆外露端后覆盖在巷道壁上，通过锚杆外露端的托板和螺栓作用，确保钢筋网片紧贴巷道壁面，以防止矿柱破碎脱落和抑制变形；混凝土防护层采用C25强度混凝土喷洒在已覆盖锚网的巷道壁上，封闭钢筋和巷道壁岩石；锚索结构包括水平锚索和倾斜锚索，相邻出矿进路和相邻出矿穿脉采用水平锚索对穿拉紧固定，相邻出矿进路布置3排、每排2根水平锚索，单根长度为11米，相邻穿脉布置2排、每排2根水平锚索，单根长度为30米，，出矿穿脉顶板上布置三根倾斜锚索，角度分别为28°、60°和90°，每个独立柱的每条出矿穿脉一侧布置2排、每排3根倾斜锚索；
加固步骤如下：
1）锚杆和网片支护施工：
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，锚杆孔孔径比锚杆杆体直径大15mm；锚杆孔施工完成后，清孔灌注砂浆，砂浆的灰砂比为2:1的水泥浆制备，灌浆完成后插入锚杆至底部，保证锚杆外露长度为150mm，并留有螺纹丝，便于螺母固定；
待砂浆锚杆凝固后，进行钢筋网片施工作业，钢筋网片进行现场编制，钢筋直径6.5mm，网孔100×100mm，通过砂浆锚杆尾端的垫板使钢筋网片紧贴在巷道岩壁上，利用螺帽固定垫板位置，使砂浆锚杆与网片联成整体，钢筋网片间搭接长度大于150mm，搭接位置为砂浆锚杆布置位置；
2）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，施工锚网前一次，挂完锚网固定后一次，单次支护厚度为75mm；
（1）第一次喷射混凝土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，再进行喷射混凝土工作；
（2）第二次喷射混凝土是在步骤（1）完成后进行，进行喷射混凝时，采取先墙后拱，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，确保混凝土达到要求厚度；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；
3）锚索支护施工：
（1）钻孔：采用中深孔或深孔凿岩设备进行施工，孔径Φ58-78mm，孔深度按照锚索设计长度进行钻孔施工，钻孔倾角与水平轴线夹角的角度误差控制在±2°内；
（2）清孔：在插锚索前，使用压缩空气或压力水对锚索孔进行清洗，避免堵孔；
（3）锚索安装：
①水平锚索安装，将提前制作好的锚索顺孔一侧穿入至孔另一端即可，两端外露长度均为500mm，锚索一端通过垫板与锚具进行固定，另一端拉紧安装垫板和配套锚具，孔内无需注浆；
②倾斜锚索安装，巷道一侧向岩体内钻凿一定深度的独头孔，为让锚索发挥作用，需要进行注浆，以提高锚索的强度，具体安装步骤如下：
A、巷道侧将提前制作好的锚索、排气管和注浆管一同捆绑好，注浆管与锚索钢绞线末端搭接长度为1000mm，排气管绑扎距钢绞线顶端100mm；
B、将上述绑扎好的钢绞线与排气管和注浆管一并送入已施工好的锚索孔内，孔口外留长度500mm，以便张拉锚索与安装垫板和锚具，为防止锚索从孔中滑落，孔口处用木楔将锚索固定好；
C、采用注浆泵对锚索孔进行注浆，注浆时，注浆压力保持在2MPa，当排气管有明显的空气排出时，继续注浆；当排气管出浆料时，表明孔内已注满浆，此时将排气管扎紧，再继续注浆确保部分浆料沿着岩石裂隙进入，待注浆料无进入时，表明此时孔内阻力等于注浆机提供的压力，即2MPa，停止注浆，关掉注浆机；
D、待注浆孔内水泥沙浆液凝固48h 以后，在外露500mm的锚索端穿入预留φ25的200mm*200mm*20mm的垫板,之后进行锚具安装；锚具安装时，油压泵压力表数值为5MPa；然后采用千斤顶进行张拉，确保锚索预紧力满足要求，张拉前对千斤顶进行标定，张拉时先使锚具中心与孔中心对准，锚索张拉分次逐级进行，第一次分别为设计值10%、25%、70%；第二次为100%、110%，两次张拉间隔不小于3-5天；锚固力满足要求后，对锚头进行防腐处理，最后采用C25混凝土封锚。
Claims (1)
1.一种自然崩落法断层破碎带底柱加固方法，设置在巷道内，其特征在于该加固方法基于底柱加固结构，该底柱加固结构包括锚杆孔、砂浆锚杆、锚索结构、钢筋网片以及混凝土防护层,巷道壁上钻凿锚杆孔，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，砂浆锚杆尾端设置有螺纹和垫板；钢筋网片作为锚网，穿过砂浆锚杆外露端后覆盖在巷道壁上；混凝土防护层采用C25强度混凝土喷洒在已覆盖锚网的巷道壁上，封闭钢筋和巷道壁岩石；锚索结构包括水平锚索和倾斜锚索，相邻出矿进路和相邻出矿穿脉采用水平锚索对穿拉紧固定，相邻出矿进路布置3排、每排2根水平锚索，相邻穿脉布置2排、每排2根水平锚索，出矿穿脉顶板上布置三根倾斜锚索，角度分别为28°、60°和90°，每个独立柱的每条出矿穿脉一侧布置2排、每排3根倾斜锚索；
加固步骤如下：
1）锚杆和网片支护施工：
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，锚杆孔孔径比锚杆杆体直径大15mm；锚杆孔施工完成后，清孔灌注砂浆，砂浆的灰砂比为2:1的水泥浆制备，灌浆完成后插入锚杆至底部，保证锚杆外露长度为150mm，并留有螺纹丝，便于螺母固定；
待砂浆锚杆凝固后，进行钢筋网片施工作业，钢筋网片进行现场编制，钢筋直径6.5mm，网孔100x100mm，通过砂浆锚杆尾端的垫板使钢筋网片紧贴在巷道岩壁上，利用螺帽固定垫板位置，使砂浆锚杆与网片联成整体，钢筋网片间搭接长度大于150mm，搭接位置为砂浆锚杆布置位置；
2）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，施工锚网前一次，挂完锚网固定后一次，单次支护厚度为75mm；
（1）第一次喷射混凝土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，再进行喷射混凝土工作；
（2）第二次喷射混凝土是在步骤（1）完成后进行，进行喷射混凝时，采取先墙后拱，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，确保混凝土达到要求厚度；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；
3）锚索支护施工：
（1）钻孔：采用中深孔或深孔凿岩设备进行施工，孔径Φ58-78mm，孔深度按照锚索设计长度进行钻孔施工，钻孔倾角与水平轴线夹角的角度误差控制在±2°内；
（2）清孔：在插锚索前，使用压缩空气或压力水对锚索孔进行清洗，避免堵孔；
（3）锚索安装：
①水平锚索安装，将提前制作好的锚索顺孔一侧穿入至孔另一端即可，两端外露长度均为500mm，锚索一端通过垫板与锚具进行固定，另一端拉紧安装垫板和配套锚具，孔内无需注浆；
②倾斜锚索安装，巷道一侧向岩体内钻凿一定深度的独头孔，为让锚索发挥作用，需要进行注浆，以提高锚索的强度，具体安装步骤如下：
A、巷道侧将提前制作好的锚索、排气管和注浆管一同捆绑好，注浆管与锚索钢绞线末端搭接长度为1000mm，排气管绑扎距钢绞线顶端100mm；
B、将上述绑扎好的钢绞线与排气管和注浆管一并送入已施工好的锚索孔内，孔口外留长度500mm，以便张拉锚索与安装垫板和锚具，为防止锚索从孔中滑落，孔口处用木楔将锚索固定好；
C、采用注浆泵对锚索孔进行注浆，注浆时，注浆压力保持在2MPa，当排气管有明显的空气排出时，继续注浆；当排气管出浆料时，表明孔内已注满浆，此时将排气管扎紧，再继续注浆确保部分浆料沿着岩石裂隙进入，待注浆料无进入时，表明此时孔内阻力等于注浆机提供的压力，即2MPa，停止注浆，关掉注浆机；
D、待注浆孔内水泥沙浆液凝固48h 以后，在外露500mm的锚索端穿入预留φ25的200mm*200mm*20mm的垫板,之后进行锚具安装；锚具安装时，油压泵压力表数值为5MPa；然后采用千斤顶进行张拉，确保锚索预紧力满足要求，张拉前对千斤顶进行标定，张拉时先使锚具中心与孔中心对准，锚索张拉分次逐级进行，第一次分别为设计值10%、25%、70%；第二次为100%、110%，两次张拉间隔不小于3-5天；锚固力满足要求后，对锚头进行防腐处理，最后采用C25混凝土封锚。
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