CN201381861Y

CN201381861Y - 一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置

Info

Publication number: CN201381861Y
Application number: CN200820241107U
Authority: CN
Inventors: 刘泉声; 吕颖慧; 高玮
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2018-12-30

Abstract

本实用新型公开了一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置，它包括：混凝土找平层、高强预应力锚杆、底角锚杆、泡沫垫层、钢筋网、钢筋格栅拱架、复喷层、弧形坑槽，在巷道底板上挖出弧形坑槽，全断面喷射混凝土找平层，弧形坑槽开挖半径，弧长，拱高，在全断面围岩上连接高强预应力锚杆和预应力锚索，在两帮墙脚上与倾斜向下的帮脚锚杆相连，在底板两端距边墙米与倾斜向外的底角锚杆相连，在巷道全断面喷射复喷层，于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟，水沟两侧铺设碎石，碎石顶部浇筑混凝土地坪。本实用新型结构简单，操作简单、易于实现，节省了大量的人力、物力、财力，在实际工程中能得以广泛应用。

Description

一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置

技术领域

本实用新型涉及巷道的支护及其治理技术领域，更具体涉及一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置，也可用于软弱围岩隧道的支护。

背景技术

粘土岩是构成煤系地层的主要岩性之一，通常所见的泥岩、铝土岩和断层泥即属于典型的粘土岩。我国煤矿开采中每年修建的井下巷道累计长达数百公里，其中相当一部分修建在粘土岩中。粘土岩中常含有蒙脱石、伊利石和高岭土等粘土矿物，蒙脱石、伊利石遇水具有膨胀性，高岭土不具膨胀性，但遇水易软化，导致岩石强度大大降低。研究表明：当蒙脱石含量达7％以上或伊利石含量达20％以上时，粘土岩即具有明显的胀缩特性，且其含量愈高，线胀缩总率愈大。在这类地层中，如果对底板积水、空气潮湿控制不当，表面岩石日渐软化膨胀，将在同样的地应力条件下使围岩松动圈增大。同时，由于这类岩石遇水后体积成倍膨胀，膨胀变形压力巨大，又使围岩内应力升高，结果围岩的碎胀和吸水膨胀结合起来产生较大的围岩变形，表现为强烈的底臌、帮鼓和顶板下沉，造成巷道围岩失稳、支护结构破坏、生产受到严重影响。

为解决膨胀型软弱围岩巷道自身承载力较差、开挖后变形大的围岩稳定控制与支护技术难题，本实用新型提供了一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置，能够一次性实现围岩稳定，避免巷道多次翻修影响生产，在节省大量人力、物力、财力情况下，达到较好的治理效果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供了一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置，结构简单，制作方便，软弱膨胀型围岩巷道支护装置高强抗折抗裂，在大大提高了围岩抗剪强度的同时，也有效减小了巷道开挖后软弱围岩变形大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置，它包括弧形底拱、混凝土找平层、高强预应力锚杆和预应力锚索、帮脚锚杆、底角锚杆、泡沫垫层、钢筋网、钢筋格栅拱架、复喷层、水沟、碎石、地坪。混凝土找平层厚50mm，复喷层厚150mm，泡沫垫层厚100mm，其结构关系为：在已经按优化断面形状开挖的巷道底板上开挖弧形底拱，高强预应力锚杆和预应力锚索连接(施加)在围岩全断面上，并在两帮墙脚往上0.2～0.3米处连接(施加)倾斜向下的帮角锚杆，在底板两端距边墙0.2～0.3米处连接(施加)倾斜向外的底角锚杆，紧贴巷道全断面喷射混凝土找平层，找平层后跟随100mm后泡沫垫层，泡沫垫层后铺设第一层钢筋网、全断面钢筋格栅拱架、第二层钢筋网，并喷射150mm厚混凝土复喷层进行封闭，从而形成“钢筋格栅拱架+双层钢筋网”为骨架的钢筋混凝土封闭喷层，这样的喷层结构高强抗折抗裂，能够防止围岩变形导致的喷层折断、开裂，最后在复喷层形成的反底拱结构上，于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟，水沟两侧铺设碎石，碎石顶部浇筑混凝土地坪。

本发明具体的制作流程为：按优化的断面形状开挖巷道，在巷道底板上挖出弧形底拱；全断面喷射50mm厚混凝土找平层；施工锚杆锚索，支护过程中的锚杆锚索孔施工不可避免地需要用水，为了消除粘土性矿物的遇水膨胀性，控制“一次施工膨胀”，特在水中添加山梨醇三硬脂酸酯(商品名为：Span 65，化学分子式为soibitan tristearate)水平衡剂，该平衡剂的HLB(Hydrophile-Lipophile BalanceNumber，称亲水疏水平衡值)为2.1，添加量为3％，从而在不影响浇筑的情况下，减小了围岩与水发生化学作用而产生的膨胀变形；敷设泡沫垫层，形成预留变形缓冲层；挂第一层钢筋网；布置全断面封闭型钢筋格栅拱架，将格栅内侧主筋与第一层钢筋网绑扎牢固；挂第二层钢筋网，并与格栅外侧主筋牢固绑扎，随之喷射150mm厚复喷层，形成“格栅底板+双层钢筋网”为骨架结构的钢筋混凝土封闭结构；在底板因复喷层形成的反底拱结构上，于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟，水沟两侧铺设碎石，碎石顶部浇筑混凝土地坪。

本发明的优点在于：(1)在施工用水中通过添加亲水性较低的水平衡剂，减少了软弱围岩中粘性矿物的遇水膨胀性，从而缩减了巷道变形量；(2)通过喷射复喷层，形成了“格栅底板+双层钢筋网”为骨架结构的钢筋混凝土封闭结构，在加大支护强度的同时，也使得围岩被封闭起来，减少了围岩与地下水接触的几率，进而减小了巷道开挖后围岩遇水产生的膨胀变形；(3)通过敷设100mm厚泡沫垫层去缓冲因围岩膨胀变形导致的支护结构开裂破坏。

附图说明

图1为一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置示意图。

图2为预留变形缝的抗折抗裂衬砌结构断面布置示意图。

图3为格栅拱架结构示意图。(a)为格栅拱架结构断面观测图；(b)为格栅拱架结构外部观测图

其中：1.混凝土找平层，2.高强预应力锚杆，3.预应力锚索，4.帮脚锚杆，5.底角锚杆，6.泡沫垫层，7.钢筋格栅拱架，8.复喷层，9.弧形坑槽，10.水沟，11.碎石，12.地坪，13第一层钢筋网，14.第二层钢筋网

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置，它包括：混凝土找平层1、高强预应力锚杆2和预应力锚索3、帮脚锚杆4、底角锚杆5、泡沫垫层6、第一层钢筋网13、第二层钢筋网14、钢筋格栅拱架7、复喷层8、弧形坑槽9、水沟10、碎石11、地坪12。该支护装置各个组成部件之间的连接关系及其作用可表述为：按优化的断面形状开挖巷道后，在巷道底板上挖出弧形坑槽9，并全断面喷射50mm厚混凝土找平层1，找平层1起到封闭围岩的作用，并防止围岩吸水膨胀、风化和表面危岩跨落，减少巷道表面的凹凸差，改善锚杆锚索托盘与围岩表面的密贴性，提高锚杆锚索对围岩的支护效果，弧形坑槽9开挖半径4.36m，弧长5.58m，拱高0.816m，喷射混凝土强度等级C20，水灰比为0.4～0.6，重量配合比为水泥∶黄沙∶瓜子片＝1∶2∶2，速凝剂掺入量为水泥重量的3.5％～5％，速凝剂采用8604型喷射混凝土用水泥速凝剂，它是一种近于中性(PH值＝7～8)的无毒无腐蚀性棕色无机粉末固体，对人体无刺激，加入水泥中能提高喷射混凝土新喷料的粘聚性，并能显著降低回弹及粉尘，而且对各种水泥的适应性能良好，在全断面围岩上连接(施加)高强预应力锚杆2和预应力锚索3，提高围岩的抗剪强度，并在两帮墙脚往上0.2～0.3米处与倾斜向下的帮脚锚杆4(俯角45°)相连，在底板两端距边墙0.2～0.3米处与倾斜向外的底角锚杆5(外倾角30～45°)相连，起加固帮角应力集中区，阻止围岩剪切滑移的作用，同时为了消除围岩中因含有较多粘土性矿物的遇水膨胀性，特在施工用水中添加了山梨醇三硬脂酸酯(商品名为：Span 65，化学分子式为：soibitan tristearate)水平衡剂，该平衡剂的HLB(Hydrophile-Lipophile Balance Number，称亲水疏水平衡值)为2.1，添加量为3％，从而在不影响锚固锚接条件下，减小了围岩与水发生化学作用而产生的膨胀变形，采用高强预应力锚杆，材料为建筑IV级螺纹钢，等强螺纹，左旋无纵筋杆体，参数为Φ22L＝2200～2800@700×700(直径22mm，全长2200～2800mm，间距700mm，排距700mm)，梅花形布置，采用两节Z2350树脂药卷加长锚固，锚杆锚固段长度不小于1800mm，锚杆预应力50～70kN，锚索设计参数为Φ17.8L＝6000～8000mm，垂直于巷道轮廓线布置，两帮和拱部每断面布置五根锚索，材料为低松驰钢绞线，预应力不小于150kN，安装锚索时每孔使用一卷K2350和三卷Z2350型树脂药卷，锚杆索布置及其技术要求详见图1；在巷道全断面紧贴找平层1铺设100mm厚泡沫垫层6，通过增设100mm间隙预留巷道变形量，缓冲因围岩膨胀变形导致的支护结构开裂破坏；紧贴泡沫垫层挂第一层钢筋网13，再布置全断面封闭型钢筋格栅拱架7，将格栅内侧主筋与第一层钢筋网13绑扎牢固，挂第二层钢筋网14在钢筋格栅拱架上，并与格栅外侧主筋牢固绑扎即格栅钢架内外设二层钢筋网，分别绑扎于拱架内外层主筋上，格栅结构布置见图2，格栅拱架结构示意图见图3，格栅拱架主筋采用Φ22～25钢筋(视巷道断面大小及原岩应力大小确定)，截面尺寸为120×120mm，相邻两榀纵向间距1m，每榀之间利用纵向联结筋连接，纵向联结筋环向间距1m；在巷道全断面喷射150mm厚复喷层8，与格栅拱架和内外层钢筋网一起形成高强抗折抗裂的封闭支护层，复喷层必须完全覆盖格栅拱架，其材料及配比与初喷层相同；在底板因复喷层形成的反底拱结构上，于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟10，水沟尺寸500×450mm，水沟两侧铺设碎石11，碎石顶部浇筑厚度100mm的混凝土地坪12，这样对采用断面形状优化的底板结构进行底臌治理，同时改善整个支护加固结构的受力状态，结构详见图1。

Claims

1、一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置，它包括：混凝土找平层(1)、高强预应力锚杆(2)、底角锚杆(5)、泡沫垫层(6)、钢筋网(14)、钢筋格栅拱架(7)、复喷层(8)、弧形坑槽(9)，其特征在于：在巷道底板上挖出弧形坑槽(9)，全断面喷射50mm厚混凝土找平层(1)，弧形坑槽(9)开挖半径4.36m，弧长5.58m，拱高0.816m，在全断面围岩上连接高强预应力锚杆(2)和预应力锚索(3)，在两帮墙脚上0.2～0.3米与倾斜向下的帮脚锚杆(4)相连，在底板两端距边墙0.2～0.3米与倾斜向外的底角锚杆(5)相连，在巷道全断面喷射150mm厚复喷层(8)，于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟(10)，水沟两侧铺设碎石(11)，碎石(11)顶部浇筑厚度100mm的混凝土地坪(12)。

2、根据权利要求1所述的一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置，其特征在于：所述的混凝土找平层(1)上铺设100mm厚泡沫垫层(6)，泡沫垫层后挂第一层钢筋网(13)、全断面钢筋格栅拱架(7)、第二层钢筋网(14)，将格栅内侧主筋与第一层钢筋网(13)绑扎，并与格栅外侧主筋绑扎即格栅钢架内外设二层钢筋网，分别绑扎于拱架内外层主筋上，格栅拱架主筋采用Φ22～25钢筋，截面尺寸为120×120mm，相邻两榀纵向间距1m，每榀之间利用纵向联结筋连接，纵向联结筋环向间距1m。