CN113586086B - 一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，采用预制混凝土反底拱结构和灌注混凝土盖板对底板高应力进行支挡防护，方便快捷的保证软弱破碎底板的完整稳定。首先在开挖好的缓冲槽底部中间位置开挖卸压槽进行抵消高应力作用；其次在开挖的扇形区域拼插组合预制混凝土反底拱结构，混凝土反底拱结构两侧空腔填装碎矸石或炉渣；最后在巷道底板位置通过灌注混凝土形成盖板，最终形成半封闭式巷道加固结构。本方法通过卸压槽卸压、碎矸石层缓压、混凝土反底拱抗压、空心缓冲柱和充填空腔减压、混凝土盖板支挡稳固等程序，保证大断面巷道底板的完整稳定，工作顺利进行及人员安全作业。
Description
技术领域
本发明属于矿山巷道开采维护控制技术领域，具体涉及一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法。
背景技术
在矿产资源开采过程中，尤其是煤炭资源的开采，随着浅部易采资源的枯竭，深部复杂条件下煤炭开采占据了主要地位。而在深部复杂地质条件下开挖大断面巷道、硐室等工程时，底板断面宽度较大，发生底鼓破坏的情况时有发生。尤其是大断面巷道底板含有软弱破碎煤岩层的条件下，加上上覆岩层垂直应力、构造应力及地下水的影响，巷道底部煤岩体很容易破裂失稳，发生底鼓破坏，造成巷道断面缩小，底板隆起影响运输、通风和人员行走，严重时还可以闭合巷道，增加返修工程量和维修费用，影响正常回采及工作进度。
目前针对大断面巷道底鼓方法治理主要采用底板打孔注浆锚固、设立封闭支架等方式。这些防治方法虽然能够防止巷道底板破坏变形，但由于存在工程量较大，施工工序复杂，施工过程费时费力等缺陷，减缓工程进度。因此，在考虑服务巷道稳定安全的前提下，需要发明一种新型的巷道底板加固方法，可以方便便捷的处理破碎底板，防治巷道出现底鼓等现象，并减小或降低施工成本，缩短巷道底板加固时间，维护巷道的服务年限。
发明内容
本发明目的是提供一种施工方便快捷、防巷道底鼓效果好及周期长的半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够减少巷道底板因高应力作用造成的底板底鼓破坏，避免巷道变形，影响正常的巷道功能。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，包括以下步骤：
（一）、在大断面巷道或硐室中，确定并划分具有软弱破碎底板、易发生底鼓破坏的巷道底板位置及破坏范围；
（二）、对划分好破坏范围内的底板进行开挖缓冲槽，缓冲槽底部竖向断面轮廓为圆弧形；
（三）、在缓冲槽底部沿巷道底板中线位置开挖卸压槽；
（四）、在开挖好的缓冲槽底面铺垫有成圆弧状的碎矸石或炉渣层；
（五）、在缓冲槽内安放预制的混凝土反底拱；
（六）、在混凝土反底拱上部空间充填碎矸石或炉渣，并逐步压实并整平；
（七）、在步骤（六）中碎矸石或炉渣上表面布设钢筋网，浇筑混凝土，混凝土上表面与巷道底板上表面齐平，凝固后形成混凝土盖板。
步骤（二）中缓冲槽的最大开挖深度为1100mm，缓冲槽的最低处位于巷道底板中线上。
步骤（三）中卸压槽沿巷道宽度方向的尺寸为500-600mm，卸压槽5深度为600-800mm。
步骤（四）中缓冲槽底面铺垫的碎矸石或炉渣层的厚度为100mm。
步骤（五）中混凝土反底拱整体为圆弧板结构，混凝土反底拱包括弧形凹反底拱和弧形凸反底拱，弧形凹反底拱位于弧形凸反底拱左侧，弧形凹反底拱下部开设有右侧敞口的弧形插槽，弧形凸反底拱左侧一体设有插设在弧形插槽内的弧形插板，弧形凹反底拱上设有位于弧形插槽上方的空心缓冲柱，空心缓冲柱竖向截面呈上窄下宽的等腰三角形结构，等腰三角形结构的竖向中心线穿过混凝土反底拱所在的圆心；混凝土反底拱的下侧圆弧面通过与碎矸石或炉渣层全面接触缓冲槽，避免出现大面积的遗留空隙。
步骤（七）中在浇筑混凝土前沿巷道底板水平方向向左右延伸到巷道两侧煤（岩）体内，开设有两道宽度为400mm长槽孔，钢筋网也延伸到长槽孔内，在浇筑混凝土时，长槽孔内同时灌注混凝土，凝固后形成的混凝土盖板左右两侧在长槽孔内形成对混凝土反底拱的强力支撑，混凝土盖板的厚度为200mm。
采用上述技术方案，当软弱破碎巷道底板受到应力作用产生底板底鼓时，首先开挖的卸压槽可以减弱一部分应力和能量；其次，在开挖后的弧形底的缓冲槽和预制混凝土反底拱之间铺设的碎矸石或炉渣层可以耗散部分能量，起到缓冲作用；再次，通过预制的混凝土反底拱的刚性阻挡和空心缓冲柱的柔性缓冲作用，可以分散和缓解大部分应力和能量；最后，灌注形成的混凝土盖板可以支挡剩余的应力作用，保证巷道底板的稳定性和完整性。
混凝土反底拱在施工时通过弧形凸反底拱左侧的弧形插板拼插到弧形凹反底拱右侧的弧形插槽内，这种方式便于操作，混凝土反底拱的分体组装结构在工厂也便于预制。
本发明在深部矿井大断面巷道维护工作中，可以更加方便快捷的加固巷道底板。当巷道底板为破碎软弱岩性条件，上覆岩层垂直应力、构造应力及水理原因导致底板向巷道内鼓起，破坏巷道完整性和稳定性。当巷道底板破碎软弱岩层受到应力作用后，首先开挖的卸压槽可以耗散并缓解一部分应力和能量，延缓底板的变形；其次当卸压槽失去作用后，铺垫的碎矸石或炉渣层可以进一步缓冲应力和能量，降低应力对底板的作用；再次，弧形凹反底拱和弧形凸反底拱拼插完整的预制混凝土反底拱作为维护巷道底板完整的主要受力结构，由混凝土结构的刚度和强度可以阻止绝大部分应力对底板进行破坏，另外，预制混凝土反底拱中设置空心缓冲柱，当混凝土反底拱出现破坏后，空心缓冲柱可以再次减缓应力和能量的向上传递；最后，空心缓冲柱左侧、弧形凹反底拱上方以及空心缓冲柱右侧、弧形凸反底拱上方的碎矸石填充腔内充填的碎矸石和灌注形成的混凝土盖板可以发挥其缓冲作用和支挡作用，完成对底板的加固保护，更加方便快捷、省时省力的保证巷道底板的完整性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的整体示意图；
图2是预制混凝土反底拱整体示意图；
图3是预制混凝土反底拱拆分后示意图；
图4是预制混凝土反底拱俯视图。
图中：1-巷道或硐室，2-底板，3-缓冲槽，4-底板中线，5-卸压槽，6-碎矸石或炉渣层，7-混凝土反底拱，8-弧形凹反底拱，9-弧形凸反底拱，10-碎矸石填充腔，11-混凝土盖板，12-煤（岩）体，13-空心缓冲柱，14-碎矸石或炉渣，15-弧形插槽，16-弧形插板。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明的一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，包括以下步骤：
（一）、在大断面巷道或硐室1中，确定并划分具有软弱破碎底板、易发生底鼓破坏的巷道底板2位置及破坏范围；
（二）、对划分好破坏范围内的底板2进行开挖缓冲槽3，缓冲槽3底部竖向断面轮廓为圆弧形；
（三）、在缓冲槽3底部沿巷道底板中线4位置开挖卸压槽5；
（四）、在开挖好的缓冲槽3底面铺垫有成圆弧状的碎矸石或炉渣层6；
（五）、在缓冲槽3内安放预制的混凝土反底拱7；
（六）、在混凝土反底拱7上部空间充填碎矸石或炉渣14，并逐步压实并整平；
（七）、在步骤（六）中碎矸石或炉渣14上表面布设钢筋网，浇筑混凝土，混凝土上表面与巷道底板2上表面齐平，凝固后形成混凝土盖板11。
步骤（二）中缓冲槽3的最大开挖深度为1100mm，缓冲槽3的最低处位于巷道底板中线4上。
步骤（三）中卸压槽5沿巷道宽度方向的尺寸为500-600mm，卸压槽5深度为600-800mm。
步骤（四）中缓冲槽3底面铺垫的碎矸石或炉渣层6的厚度为100mm。
步骤（五）中混凝土反底拱7整体为圆弧板结构，混凝土反底拱7包括弧形凹反底拱8和弧形凸反底拱9，弧形凹反底拱8位于弧形凸反底拱9左侧，弧形凹反底拱8下部开设有右侧敞口的弧形插槽15，弧形凸反底拱9左侧一体设有插设在弧形插槽15内的弧形插板16，弧形凹反底拱8上设有位于弧形插槽15上方的空心缓冲柱13，空心缓冲柱13竖向截面呈上窄下宽的等腰三角形结构，等腰三角形结构的竖向中心线穿过混凝土反底拱7所在的圆心；混凝土反底拱7的下侧圆弧面通过与碎矸石或炉渣层6全面接触缓冲槽3，避免出现大面积的遗留空隙。
步骤（七）中在浇筑混凝土前沿巷道底板2水平方向向左右延伸到巷道两侧煤（岩）体12内，开设有两道宽度为400mm长槽孔，钢筋网也延伸到长槽孔内，在浇筑混凝土时，长槽孔内同时灌注混凝土，凝固后形成的混凝土盖板11左右两侧在长槽孔内形成对混凝土反底拱7的强力支撑，混凝土盖板11的厚度为200mm。
当软弱破碎巷道底板2受到应力作用产生底板2底鼓时，首先开挖的卸压槽5可以减弱一部分应力和能量；其次，在开挖后的弧形底的缓冲槽3和预制混凝土反底拱7之间铺设的碎矸石或炉渣层6可以耗散部分能量，起到缓冲作用；再次，通过预制的混凝土反底拱7的刚性阻挡和空心缓冲柱13的柔性缓冲作用，可以分散和缓解大部分应力和能量；最后，灌注形成的混凝土盖板11可以支挡剩余的应力作用，保证巷道底板2的稳定性和完整性。
混凝土反底拱7在施工时通过弧形凸反底拱9左侧的弧形插板16拼插到弧形凹反底拱8右侧的弧形插槽15内，这种方式便于操作，混凝土反底拱7的分体组装结构在工厂也便于预制。
本发明在深部矿井大断面巷道维护工作中，可以更加方便快捷的加固巷道底板2。当巷道底板2为破碎软弱岩性条件，上覆岩层垂直应力、构造应力及水理原因导致底板2向巷道内鼓起，破坏巷道完整性和稳定性。当巷道底板2破碎软弱岩层受到应力作用后，首先开挖的卸压槽5可以耗散并缓解一部分应力和能量，延缓底板2的变形；其次当卸压槽5失去作用后，铺垫的碎矸石或炉渣层6可以进一步缓冲应力和能量，降低应力对底板2的作用；再次，弧形凹反底拱8和弧形凸反底拱9拼插完整的预制混凝土反底拱7作为维护巷道底板2完整的主要受力结构，由混凝土结构的刚度和强度可以阻止绝大部分应力对底板2进行破坏，另外，预制混凝土反底拱7中设置空心缓冲柱13，当混凝土反底拱7出现破坏后，空心缓冲柱13可以再次减缓应力和能量的向上传递；最后，空心缓冲柱13左侧、弧形凹反底拱8上方以及空心缓冲柱13右侧、弧形凸反底拱9上方的碎矸石填充腔10内充填的碎矸石和灌注形成的混凝土盖板11可以发挥其缓冲作用和支挡作用，完成对底板2的加固保护，更加方便快捷、省时省力的保证巷道底板2的完整性。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，其特征在于：包括以下步骤：
（一）、在大断面巷道或硐室中，确定并划分具有软弱破碎底板、易发生底鼓破坏的巷道底板位置及破坏范围；
（二）、对划分好破坏范围内的底板进行开挖缓冲槽，缓冲槽底部竖向断面轮廓为圆弧形；
（三）、在缓冲槽底部沿巷道底板中线位置开挖卸压槽；
（四）、在开挖好的缓冲槽底面铺垫有成圆弧状的碎矸石或炉渣层；
（五）、在缓冲槽内安放预制的混凝土反底拱；
（六）、在混凝土反底拱上部空间充填碎矸石或炉渣，并逐步压实并整平；
（七）、在步骤（六）中碎矸石或炉渣上表面布设钢筋网，浇筑混凝土，混凝土上表面与巷道底板上表面齐平，凝固后形成混凝土盖板；
步骤（五）中混凝土反底拱整体为圆弧板结构，混凝土反底拱包括弧形凹反底拱和弧形凸反底拱，弧形凹反底拱位于弧形凸反底拱左侧，弧形凹反底拱下部开设有右侧敞口的弧形插槽，弧形凸反底拱左侧一体设有插设在弧形插槽内的弧形插板，弧形凹反底拱上设有位于弧形插槽上方的空心缓冲柱，空心缓冲柱竖向截面呈上窄下宽的等腰三角形结构，等腰三角形结构的竖向中心线穿过混凝土反底拱所在的圆心；混凝土反底拱的下侧圆弧面通过与碎矸石或炉渣层全面接触缓冲槽，避免出现大面积的遗留空隙。
2.根据权利要求1所述的一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，其特征在于：步骤（二）中缓冲槽的最大开挖深度为1100mm，缓冲槽的最低处位于巷道底板中线上。
3.根据权利要求1所述的一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，其特征在于：步骤（三）中卸压槽沿巷道宽度方向的尺寸为500-600mm，卸压槽深度为600-800mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，其特征在于：步骤（四）中缓冲槽底面铺垫的碎矸石或炉渣层的厚度为100mm。
5.根据权利要求1所述的一种半封闭式大断面巷道软弱破碎底板加固方法，其特征在于：步骤（七）中在浇筑混凝土前沿巷道底板水平方向向左右延伸到巷道两侧煤岩体内，开设有两道宽度为400mm长槽孔，钢筋网也延伸到长槽孔内，在浇筑混凝土时，长槽孔内同时灌注混凝土，凝固后形成的混凝土盖板左右两侧在长槽孔内形成对混凝土反底拱的强力支撑，混凝土盖板的厚度为200mm。
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