CN113914874A - 一种大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法 - Google Patents

一种大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，适用于煤矿井下地质异常断裂带。利用顶管机头和千斤顶向开挖巷道拱顶外边缘的地层中并排施工多个小口径顶管，最终在开挖巷道拱顶外侧的地层中形成一层大型拱棚架梁结构；小口径顶管中部侧壁上对称布置有多个出浆口，其内设有多个注浆管，利用注浆管将注浆加固材料通过多个出浆口注入周围的破碎围岩间隙，之后向小口径顶管内填充混凝土，形成巷道拱顶顶管预加固结构，保障预开挖巷道围岩稳定性，之后即可利用掘进机进行全断面开挖。本方法施工步骤简单，使用效果好，能够对大型地质异常断裂带等复杂困难地质条件巷道围岩进行超前长距离预加固，确保巷道施工安全与围岩长期稳定。

Description

一种大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法
技术领域
本发明涉及一种巷道围岩预加固方法，尤其适用于煤矿井下大断面永久巷道穿越地质异常断裂带使用的一种大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法。
背景技术
地质异常断裂带、陷落柱等松软破碎带是煤矿巷道掘进中经常会遇到的复杂地质条件，也是制约煤矿巷道施工安全与围岩长期稳定的重要因素。目前，大多采用超前管棚、小导管注浆对无自稳能力地质异常断裂带、陷落柱等复杂困难地段进行预加固。但这样的预加固方式对巷道掘进穿越大断层、地质异常带、大型陷落柱等复杂地质条件的适用性较差，难以确保施工安全。寻求一种操作上更为安全高效的预加固方式，一方面能够有效确保煤矿永久巷道安全穿越大断层、地质异常断裂带等复杂地质条件，另一方面确保围岩长期稳定，已成为本领域近年来亟待解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，提供一种施工步骤简单，适应性强，对大型地质异常断裂带巷道围岩进行超长距离预加固的方法，使用千斤顶将顶管依次沿开挖断面外边缘顶进破碎地层，超前50-200m进行长距离预加固，使巷道在掘进过程中能够安全穿越大型地质异常断裂带、大型陷落柱等复杂地质条件。
为实现上述目的，本发明的大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，当永久性巷道在掘进过程中需穿越大型地质异常断裂带时，在掘进工作面后方构建一个大断面硐室作为小口径顶管施工的始发井，不设置接收井，在硐室中利用顶管机头和千斤顶向开挖巷道拱顶外边缘的地层中并排施工多个小口径顶管，最终在开挖巷道拱顶外侧的地层中形成一层大型拱棚架梁结构；所述小口径顶管中部侧壁上对称布置有多个出浆口，小口径顶管内设有多个与出浆口连接的注浆管，利用注浆管将注浆加固材料通过多个出浆口注入周围的破碎围岩间隙，注浆加固材料与围岩胶结固化成为整体从而加固预开挖巷道的破碎围岩；完成注浆之后向小口径顶管内填充混凝土，混凝土硬化后与小口径顶管成为整体，从而提高小口径顶管的强度和刚度，形成可靠、有效的巷道拱顶顶管预加固结构，保障预开挖巷道围岩稳定性，之后即可利用掘进机进行全断面开挖。
顶管机头前端设置有泥浆出浆口，小口径顶管中设有与泥浆出浆口连通的泥浆输送管，在顶管机头开挖小口径顶管前，通过顶管机头前端泥浆出浆口向顶管机开挖面注入高浓度泥浆，平衡顶管机开挖面侧向压力，便于顶管机头排渣；高浓度泥浆配比：膨润土：烧碱：聚丙烯酰胺：水质量比为：30：4：1：65。
在顶进小口径顶管过程中，每一根顶管在顶入地层前在管壁涂蜡以减小顶进阻力。
所述小口径顶管内部设置的注浆管有四条，并且四条的注浆管等间距布置在注浆管内紧贴小口径顶管管壁设置，出浆口即设置在紧贴注浆管的小口径顶管管壁处；小口径顶管内除四条注浆管与泥浆输送管之外的空间为用以提高强度和刚度的充填混凝土空间。
小口径顶管采用直径300mm-800mm，壁厚60mm-100mm，长度2.5m的预制钢筋混凝土管前后拼接构成，两节钢筋混凝土管之间通过相互匹配的小口径顶管接口嵌入连接，根据需要穿越的地质异常断裂带距离将多节钢筋混凝土管前后连接构成小口径顶管，小口径顶管的整体超前加固长度为50m-200m。
在所有小口径顶管依次沿开挖断面外边缘顶入地层后进行注浆加固，注浆使用的注浆加固材料为微纳米复合浆材，微纳米复合浆材各组分配合比：超细普通425硅酸盐水泥：纳米SiO2：聚羧酸减水剂质量比为100：3：1，水灰比0.6，根据现场需要注浆水灰比0.6～1.5可调，注浆压力0.5～1.5MPa。
有益效果
本方法能够快速有效地注浆加固超长距离的大断层、地质破裂带区域，使在掘巷道围岩的稳定性得到保障，提高了巷道掘进效率，避免了施工过程中存在的危险和安全隐患，适合在煤矿永久巷道以及其他大断面地下空间施工应用。
附图说明
图1是本发明利用顶管机在地层中顶进小口径顶管的底层界面示意图；
图2是本发明安装完小口径顶管的掘进断面效果示意图；
图3是本发明顶管机机头局部放大示意图。
图4是本发明两节小口径顶管连接方式示意图；
图中：1-巷道，2-地层，3-泥浆出浆口，4-顶管机头，5-小口径顶管，6-小口径顶管接口，7-出浆口，8-注浆管，9-泥浆输送管，10-注浆加固材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方法作进一步的说明：
如图1、图2所示，本发明的大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，本发明的大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，具体方法如下：
当永久性巷道1在掘进过程中需穿越大型地质异常断裂带时，在掘进面后方构建一个大断面硐室作为顶管机3的始发井，不设置接收井，在硐室中利用顶管机3和千斤顶向开挖巷道1拱顶外边缘的地层2中顶入多个小口径顶管5，具体将顶管机3装在小口径顶管5前端，之后利用顶管机端部刀盘和后方设置的千斤顶将小口径顶管5顶入地层2中，多个小口径顶管5的施工顺序，小口径顶管5采用直径300mm-800mm，壁厚60mm-100mm，长度2.5m的预制钢筋混凝土管，根据需要穿越的地质异常断裂带距离将多节小口径顶管连接，其超前加固长度可达50m-200m，两节小口径顶管接口(6)采用嵌入式连接，如图4所示；
在巷道外边缘的地层2上施工小口径顶管5可以从拱顶的左侧向右依次施工，也可以从右向左依次施工，然后在硐室内将已经安装好的相邻小口径顶管尾部连接起来；
在顶进小口径顶管5过程中，每一根顶管顶入地层2前管壁涂蜡减小顶进阻力；
最终在开挖巷道1拱顶外侧的地层2中形成一层拱棚架结构；
如图3所示，顶管机4机头设置有泥浆出浆口3，通过泥浆输送管道9和泥浆出浆口3向机头掌子面注入高密度泥浆，平衡掌子面侧向压力，并便于顶管机头排渣；高浓度泥浆配比：膨润土：烧碱：聚丙烯酰胺：水质量比为：30：4：1：65；小口径顶管5中部侧壁上对称布置有4个出浆口6，小口径顶管5内设有4条与出浆口7连接的注浆管8；
利用注浆管8将浆液通过出浆口7注入顶管周围的破碎围岩间隙，注浆材料采用一种微纳米复合浆材，微纳米复合浆材各组分配合比：超细普通425硅酸盐水泥：纳米SiO2：聚羧酸减水剂质量比为100：3：1，水灰比0.6(现场注浆水灰比0.6～1.5可调)，注浆压力0.5～1.5MPa。
所述小口径顶管5内部设置的注浆管8有四条，并且等间距布置在注浆管8内紧贴小口径顶管5管壁设置；可利用高压风清理小口径顶管内部与四条注浆管8的空间，确保小口径顶管5内管路畅通；小口径顶管(5)内除四条注浆管(8)与泥浆输送管(9)之外的空间为用以提高强度和刚度的充填混凝土空间。向小口径顶管5内的充填混凝土空间充填混凝土，混凝土硬化后与小口径顶管5成为整体，提高小口径顶管5的强度和刚度，形成可靠、有效的巷道拱顶顶管预加固结构，保障预开挖巷道围岩稳定性，之后再利用掘进机进行全断面开挖。

Claims (6)

1.一种大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，其特征在于：当永久性巷道(1)在掘进过程中需穿越大型地质异常断裂带时，在掘进工作面后方构建一个大断面硐室作为小口径顶管(5)施工的始发井，不设置接收井，在硐室中利用顶管机头(4)和千斤顶向开挖巷道(1)拱顶外边缘的地层(2)中并排施工多个小口径顶管(5)，最终在开挖巷道(1)拱顶外侧的地层(2)中形成一层大型拱棚架梁结构；所述小口径顶管(5)中部侧壁上对称布置有多个出浆口(7)，小口径顶管(5)内设有多个与出浆口(7)连接的注浆管(8)，利用注浆管(8)将注浆加固材料(10)通过多个出浆口(7)注入周围的破碎围岩间隙，注浆加固材料(10)与围岩胶结固化成为整体从而加固预开挖巷道的破碎围岩；完成注浆之后向小口径顶管(5)内填充混凝土，混凝土硬化后与小口径顶管(5)成为整体，从而提高小口径顶管(5)的强度和刚度，形成可靠、有效的巷道拱顶顶管预加固结构，保障预开挖巷道围岩稳定性，之后即可利用掘进机进行全断面开挖。
2.根据权利要求1所述的大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，其特征在于：顶管机头(4)前端设置有泥浆出浆口(3)，小口径顶管(5)中设有与泥浆出浆口(3)连通的泥浆输送管(9)，在顶管机头(4)开挖小口径顶管(5)前，通过顶管机头(4)前端泥浆出浆口(3)向顶管机开挖面注入高浓度泥浆，平衡顶管机开挖面侧向压力，并便于顶管机头(4)排渣；高浓度泥浆配比：膨润土：烧碱：聚丙烯酰胺：水质量比为：30：4：1：65。
3.根据权利要求1所述的大型地质异常断裂带超长距离巷道围岩预加固方法，其特征在于：在顶进小口径顶管(5)过程中，每一根顶管(5)在顶入地层(2)前在管壁涂蜡以减小顶进阻力。
4.根据权利要求2所述的大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，其特征在于：所述小口径顶管(5)内部设置的注浆管(8)有四条，并且四条的注浆管(8)等间距布置在注浆管(8)内紧贴小口径顶管(5)管壁设置，出浆口(7)即设置在紧贴注浆管(8)的小口径顶管(5)管壁处；小口径顶管(5)内除四条注浆管(8)与泥浆输送管(9)之外的空间为用以提高强度和刚度的充填混凝土空间。
5.根据权利要求1所述的大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，其特征在于：小口径顶管(5)采用直径300mm-800mm，壁厚60mm-100mm，长度2.5m的预制钢筋混凝土管前后拼接构成，两节钢筋混凝土管之间通过相互匹配的小口径顶管接口(6)嵌入连接，根据需要穿越的地质异常断裂带距离将多节钢筋混凝土管前后连接构成小口径顶管(5)，小口径顶管(5)的整体超前加固长度为50m-200m。
6.根据权利要求1所述的大型地质异常断裂带巷道围岩超长距离预加固方法，其特征在于：在所有小口径顶管(5)依次沿开挖断面外边缘顶入地层后进行注浆加固，注浆使用的注浆加固材料(10)为微纳米复合浆材，微纳米复合浆材各组分配合比：超细普通425硅酸盐水泥：纳米SiO2：聚羧酸减水剂质量比为100：3：1，水灰比0.6，根据现场需要注浆水灰比0.6～1.5可调，注浆压力0.5～1.5MPa。
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