CN203742612U - 煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统。本实用新型煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统，包括：混凝土找平层，格栅拱架，锚杆，第一层钢筋网，第二层钢筋网，复喷混凝土层，预应力注浆锚索；混凝土找平层为在巷道围岩上湿喷混凝土形成的混凝土找平层；格栅拱架为紧贴混凝土找平层按照预设间隔设置的格栅拱架；锚杆钻设安装在格栅拱架上；格栅拱架间通过纵向联结筋连接；第一层钢筋网和第二层钢筋网为顺沿巷道铺设；复喷混凝土层完全覆盖格栅拱架；预应力注浆锚索在格栅拱架上施作，用于支护围岩。本实用新型不仅能快速有效地支护软弱破碎围岩，而且施工过程中能最大限度地减少材料浪费和对环境的负面影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤矿巷道支护技术领域，尤其涉及一种煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统。
背景技术
煤矿深部巷道掘进过程中，经常会遇到软弱、破碎等不良地质条件下的围岩。从围岩级别上看，这类围岩基本上属于Ⅵ、Ⅴ级围岩，而且具有变形速度快、变形时间长的特性，需采用快挖、快支、快封闭等快速施工技术，以减少围岩暴露时间，达到控制变形的目的。
现有技术一中，巷道在锚喷支护的基础上，一般增设钢拱架并注浆以加强支护强度。但钢拱架由于与混凝土热膨胀系数不同，易与混凝土壳体分离。并且，其用钢量高、重量大，经济性较差，运输安装不方便。现有技术二中采用的干喷混凝土技术存在回弹率高，材料浪费严重，粉尘浓度大，工人作业环境差的缺点。
实用新型内容
本实用新型提供一种煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统，以克服现有技术中材料利用率低及支护效果较差的问题。
本实用新型提供一种煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统，包括：混凝土找平层，格栅拱架，锚杆，第一层钢筋网，第二层钢筋网，复喷混凝土层，预应力注浆锚索；
所述混凝土找平层为在巷道围岩上湿喷混凝土形成的混凝土找平层；
所述格栅拱架为紧贴所述混凝土找平层按照预设间隔设置的格栅拱架；所述锚杆钻设安装在所述格栅拱架上；
后一榀所述格栅拱架与前一榀所述格栅拱架通过纵向联结筋连接；
所述第一层钢筋网和第二层钢筋网为顺沿所述巷道铺设，所述第一层钢筋网与所述格栅拱架靠近所述围岩的内侧主筋绑扎，所述第二层钢筋网与所述格栅拱架远离所述围岩的外侧主筋绑扎；
所述复喷混凝土层完全覆盖所述格栅拱架；
所述预应力注浆锚索在所述格栅拱架上施作，用于支护所述围岩。
可选地，所述格栅拱架通过将预先按照所述围岩的断面加工成型的格栅拱架分块拼装而成；
所述格栅拱架的主筋采用直径22～25cm的钢筋，联接筋采用直径14cm的钢筋；
相邻两榀所述格栅拱架沿所述巷道的间距为1.0m，并通过直径20cm、环向间距1.0m的纵向联结筋连接。
可选地，所述锚杆钻设安装在每榀所述格栅拱架的拱脚、两帮及顶拱处，所述锚杆为直径22cm、长度2.5m的端部树脂锚固锚杆，所述锚杆的外露尾端与所述格栅拱架绑扎在一起。
可选地，所述第一层钢筋网和第二层钢筋网采用直径6mm的钢筋制成，网格尺寸为100mm×100mm。
可选地，所述预应力注浆锚索直径为22mm，长度为6300mm，在每榀所述格栅拱架的拱顶、肩窝、两帮处设置。
本实用新型煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统，采用的格栅拱架结构简单、用钢量少、受力结构条件好、加工制造方便、架设工艺简单，特别适用于煤矿巷道软弱破碎围岩地段的快速施工和坍塌等险情处理；采用的湿喷技术混凝土回弹率低，节约了材料，降低了粉尘浓度，既可使操作工人免遭尘肺病的威胁，又有利于环境保护和各种施工设备的保护；采用锚索兼做注浆管的全长锚注一体化支护技术，简化了施工工序，提升了施工效率，在实现锚索全长锚固的同时，通过注浆加固了软弱破碎岩体，改善了杆(索)体与围岩的贴合状态，提升了杆(索)体与岩体的组合效果；最终形成的由格栅拱架与锚喷注联合组成的复合薄壁柔性支护结构，能够防止围岩变形导致的喷层折断、开裂，且调动并充分利用了围岩自身承载能力，有利于洞室围岩的稳定，解决了现有技术中材料利用率低及支护效果较差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工方法实施例一的流程图；
图2为本实用新型方法实施例一的沿巷道方向侧视示意图；
图3为本实用新型方法实施例一的格栅拱架结构示意图；
图4为本实用新型方法实施例二的格栅拱架剖面示意图一；
图5为本实用新型方法实施例二的格栅拱架剖面示意图二。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工方法实施例一的流程图，图2为本实用新型方法实施例一的沿巷道方向侧视示意图。图3为本实用新型方法实施例一的格栅拱架结构示意图。如图1、2所示，本实施例的方法可以包括：
步骤101、在巷道围岩上湿喷混凝土找平层。
具体地，按设计的断面形状开挖巷道，开挖巷道后，在巷道围岩1上采用湿喷技术喷射混凝土找平层（如可以是30mm厚）。找平层起到封闭围岩的作用，可防止围岩风化和表面危岩跨落。
步骤102、紧贴混凝土找平层按照预设间隔设置多个格栅拱架，在格栅拱架上钻设安装锚杆；后一榀格栅拱架采用纵向联结筋与前一榀格栅拱架连接。
具体地，巷道完成初喷混凝土后架设格栅拱架2，顺沿巷道方向架设多个格栅拱架。格栅拱架可以在井上预先按设计支护断面加工成型，井下巷道内人工分块拼装。其格栅拱架的主筋6、联接筋7可以视巷道断面大小及地应力大小选择合适直径的钢筋。为便于安装、固定拱架，在每榀拱架拱脚、两帮及顶拱处钻设安装端部树脂锚固锚杆3，并将其外露尾端与格栅拱架绑扎牢固。相邻两榀拱架采用纵向联结筋连接，以增强各榀拱架间的整体刚度。纵向指沿着巷道的方向。可以采用“8字型”格栅拱架，格栅拱架的结构示意图如图3所示。
步骤103、顺沿巷道铺设第一层钢筋网和第二层钢筋网，第一层钢筋网与格栅拱架靠近围岩的内侧主筋绑扎，第二层钢筋网与格栅拱架远离围岩的外侧主筋绑扎。
具体地，顺沿巷道洞壁在相邻两榀格栅拱架间铺设第一层钢筋网，并将其与格栅拱架内侧主筋绑扎牢固，第二层钢筋网则与格栅拱架外侧主筋绑扎，最终形成格栅拱架加双层钢筋网的复合骨架结构。
步骤104、复喷混凝土充填格栅拱架、双层钢筋网和围岩的间隙，复喷混凝土层完全覆盖格栅拱架和双层钢筋网。
可选地，复喷混凝土层4的混凝土的材料及配比与找平层的混凝土的材料及配比相同。
具体地，全断面复喷混凝土层，同样采用湿喷技术，充填格栅拱架、双层钢筋网及围岩的间隙。复喷混凝土层必须完全覆盖格栅拱架，其材料及配比可以与步骤101中的混凝土找平层相同。
步骤105、在格栅拱架上施作预应力注浆锚索支护围岩。
具体地，施作预应力注浆锚索5支护围岩，预应力注浆锚索5为中空锚索，在每榀格栅拱架的拱顶、肩窝、两帮处设置。先用树脂锚固剂进行端锚，后期注浆实现全长锚固。现有的锚注支护中锚杆（索）支护与注浆往往分开进行，工序繁杂，施工速度慢，而本实施例中采用锚索兼做注浆管的全长锚注一体化支护技术，简化了施工工序，提升了施工效率。
本实施例，采用的格栅拱架结构简单、用钢量少、受力结构条件好、加工制造方便、架设工艺简单，特别适用于煤矿巷道软弱破碎围岩地段的快速施工和坍塌等险情处理；采用的湿喷技术混凝土回弹率低，节约了材料，降低了粉尘浓度，既可使操作工人免遭尘肺病的威胁，又有利于环境保护和各种施工设备的保护；采用锚索兼做注浆管的全长锚注一体化支护技术，简化了施工工序，提升了施工效率，在实现锚索全长锚固的同时，通过注浆加固了软弱破碎岩体，改善了杆(索)体与围岩的贴合状态，提升了杆(索)体与岩体的组合效果；最终形成的由格栅拱架与锚喷注联合组成的复合薄壁柔性支护结构，能够防止围岩变形导致的喷层折断、开裂，且调动并充分利用了围岩自身承载能力，有利于洞室围岩的稳定，解决了现有技术中材料利用率低及支护效果较差的问题。
图4为本实用新型方法实施例二的格栅拱架剖面示意图一，图5为本实用新型方法实施例二的格栅拱架剖面示意图二，在图1～3所示实施例的基础上，在本实施例中，进一步地，混凝土的强度等级为C20，混凝土的水泥、石子和中粗河砂的质量配合比为1.00∶1.50∶2.25，水泥中的水灰比为1.00∶0.44，水泥标号为P.C42.5，石子的直径为5～8mm。
可选地，混凝土中包含水泥质量1%的减水剂，以及水泥质量4%～6%的速凝剂。
具体地，开挖巷道后，在巷道围岩上采用湿喷技术喷射混凝土找平层（30mm厚）。其中，混凝土设计强度等级C20，混凝土中的水泥、石子和中粗河砂的质量配合比为1.00∶1.50∶2.25，水灰比1.00∶0.44，水泥标号为P.C42.5，砂为纯净中粗河砂，石子的直径为5～8mm。为保证混凝土的流动性和可泵送性，拌料时还可以加入约为水泥质量1%的减水剂；同时为保证喷射出的混凝土快速凝固，减少混凝土的初凝时间，降低回弹率，在喷射混凝土过程中混凝土中加入速凝剂，其掺入量为水泥质量的4%～6%。
可选地，紧贴混凝土找平层按照预设间隔设置多个格栅拱架，包括：
将预先按照围岩的断面加工成型的格栅拱架分块拼装成格栅拱架，紧贴混凝土找平层按照预设间隔设置多个格栅拱架；
格栅拱架的主筋采用直径22～25cm的钢筋，联接筋采用直径14cm的钢筋；
相邻两榀格栅拱架沿巷道的间距为1.0m，并通过直径20cm、环向间距1.0m的纵向联结筋连接。
可选地，在格栅拱架上钻设安装锚杆，包括：
在每榀格栅拱架的拱脚、两帮及顶拱处钻设安装直径22cm、长度2.5m的端部树脂锚固锚杆，并将端部树脂锚固锚杆的外露尾端与格栅拱架绑扎牢固。
具体地，如图2所示，巷道完成初喷混凝土后架设格栅拱架，顺沿巷道方向架设多个格栅拱架。格栅拱架可以在井上预先按设计支护断面加工成型，井下巷道内人工分块拼装。其主筋、联接筋分别采用直径22～25cm、直径14cm的钢筋（视巷道断面大小及地应力大小可以选择其他合适直径的钢筋）。为便于安装、固定拱架，在每榀拱架拱脚、两帮及顶拱处钻设安装规格直径22cm、长度2.5m的端部树脂锚固锚杆，并将其外露尾端与格栅拱架绑扎牢固。相邻两榀拱架纵向间距1.0m，并采用规格直径20cm、环向间距1.0m的纵向联结筋连接，以增强各榀拱架间的整体刚度。纵向指沿着巷道的方向，环向间距指沿着格栅拱架的拱形方向上的间距。可以采用“8字型”格栅拱架，如图3～5所示，图4为图3所示的格栅拱架沿与纸面垂直方向进行剖面得到的剖面图，图5为图3所示的格栅拱架沿与纸面平行方向进行剖面得到的剖面图，格栅拱架的主筋有四根（如图4所示），靠近巷道围岩侧两个，远离巷道围岩侧两个，联接筋为“8字型”。
可选地，第一层钢筋网和第二层钢筋网采用直径6mm的钢筋制成，网格尺寸为100mm×100mm。
具体地，顺沿巷道洞壁在相邻两榀格栅拱架间铺设第一层钢筋网，并将其与格栅拱架内侧主筋绑扎牢固，第二层钢筋网则与格栅拱架外侧主筋绑扎，最终形成格栅拱架加双层钢筋网的复合骨架结构。其中，钢筋网采用直径6mm的钢筋制成，网格尺寸为100mm×100mm。
可选地，复喷混凝土层的混凝土的材料及配比与找平层的混凝土的材料及配比相同。
具体地，全断面复喷混凝土层，同样采用湿喷技术，充填格栅拱架、双层钢筋网及围岩的间隙。复喷混凝土层必须完全覆盖格栅拱架，其材料及配比可以与步骤101中的混凝土找平层相同。
可选地，在格栅拱架上施作预应力注浆锚索支护围岩，包括：
先用Z2380树脂锚固剂对预应力注浆锚索进行端锚，再涨拉至18Mpa，最后注浆实现全长锚固；
其中，预应力注浆锚索直径为22mm，长度为6300mm，在每榀格栅拱架的拱顶、肩窝、两帮处设置；采用标号不低于P.O42.5级硅酸盐水泥注浆，并按10%～12%的比例添加锚注专用添加剂作为注浆材料；注浆的浆液稠度为水灰比1：1。
可选地，在保证能正常注入的前提下，将浆液稠度逐步减小至1：1.5或1：1.75；注浆终孔压力不低于10MPa。
具体地，施作预应力注浆锚索支护围岩，预应力注浆锚索为中空锚索，规格为直径22mm，长度6300mm，每榀格栅拱架上设置5根（拱顶、肩窝、两帮处）。先用2卷Z2380树脂锚固剂进行端锚，再涨拉至18Mpa，后期注浆实现全长锚固。其中，注浆采用标号不低于P.O42.5级硅酸盐水泥，并按10%～12%的比例添加锚注专用添加剂作为注浆材料。浆液稠度先按水灰比1：1试注，在保证能正常注入的前提下，把浆液水灰比逐步减小至1：1.5或1：1.75（减小水灰比可以增大浆液的强度），注浆终孔压力不低于10MPa。在实现锚索全长锚固的同时，通过高压注浆可以加固软弱破碎岩体。
本实施例，采用的“8字型”格栅拱架结构简单、用钢量少、受力结构条件好、加工制造方便、架设工艺简单，特别适用于煤矿巷道软弱破碎围岩地段的快速施工和坍塌等险情处理；采用的湿喷技术混凝土回弹率低，节约了材料，降低了粉尘浓度，既可使操作工人免遭尘肺病的威胁，又有利于环境保护和各种施工设备的保护；采用中空锚索兼做注浆管的全长锚注一体化支护技术，简化了施工工序，提升了施工效率，在实现锚索全长锚固的同时，通过注浆加固了软弱破碎岩体，改善了杆(索)体与围岩的贴合状态，提升了杆(索)体与岩体的组合效果；最终形成的由格栅拱架与锚喷注联合组成的复合薄壁柔性支护结构，能够防止围岩变形导致的喷层折断、开裂，且调动并充分利用了围岩自身承载能力，有利于洞室围岩的稳定，解决了现有技术中材料利用率低及支护效果较差的问题
在本实用新型煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统实施例中，本实施例的煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统，包括：混凝土找平层，格栅拱架，锚杆，第一层钢筋网，第二层钢筋网，复喷混凝土层，预应力注浆锚索；
所述混凝土找平层为在巷道围岩上湿喷混凝土形成的混凝土找平层；
所述格栅拱架为紧贴所述混凝土找平层按照预设间隔设置的格栅拱架；所述锚杆钻设安装在所述格栅拱架上；
后一榀所述格栅拱架与前一榀所述格栅拱架通过纵向联结筋连接；
所述第一层钢筋网和第二层钢筋网为顺沿所述巷道铺设，所述第一层钢筋网与所述格栅拱架靠近所述围岩的内侧主筋绑扎，所述第二层钢筋网与所述格栅拱架远离所述围岩的外侧主筋绑扎；
所述复喷混凝土层完全覆盖所述格栅拱架；
所述预应力注浆锚索在所述格栅拱架上施作，用于支护所述围岩。
可选地，所述混凝土的强度等级为C20，所述混凝土的水泥、石子和中粗河砂的质量配合比为1.00∶1.50∶2.25，所述水泥中的水灰比为1.00∶0.44，所述水泥标号为P.C42.5，所述石子的直径为5～8mm。
可选地，所述混凝土中包含水泥质量1%的减水剂，以及水泥质量4%～6%的速凝剂。
可选地，所述格栅拱架通过将预先按照所述围岩的断面加工成型的格栅拱架分块拼装而成；
所述格栅拱架的主筋采用直径22～25cm的钢筋，联接筋采用直径14cm的钢筋；
相邻两榀所述格栅拱架沿所述巷道的间距为1.0m，并通过直径20cm、环向间距1.0m的纵向联结筋连接。
可选地，所述锚杆钻设安装在每榀所述格栅拱架的拱脚、两帮及顶拱处，所述锚杆为直径22cm、长度2.5m的端部树脂锚固锚杆，所述锚杆的外露尾端与所述格栅拱架绑扎在一起。
可选地，所述第一层钢筋网和第二层钢筋网采用直径6mm的钢筋制成，网格尺寸为100mm×100mm。
可选地，所述复喷混凝土层的混凝土的材料及配比与所述找平层的混凝土的材料及配比相同。
可选地，所述预应力注浆锚索直径为22mm，长度为6300mm，在每榀所述格栅拱架的拱顶、肩窝、两帮处设置；采用标号不低于P.O42.5级硅酸盐水泥注浆，并按10%～12%的比例添加锚注专用添加剂作为注浆材料；注浆的浆液稠度为水灰比1：1；
对所述预应力注浆锚索进行端锚的锚固剂为Z2380树脂锚固剂，端锚的最终压力为18Mpa；
可选地，在保证能正常注入的前提下，所述浆液稠度采用水灰比1：1.5或水灰比1：1.75的浆液；注浆终孔压力不低于10MPa。
上述系统可以执行方法实施例一、二的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种煤矿深井软弱破碎围岩巷道快速施工支护系统，其特征在于，包括：混凝土找平层，格栅拱架，锚杆，第一层钢筋网，第二层钢筋网，复喷混凝土层，预应力注浆锚索；
所述混凝土找平层为在巷道围岩上湿喷混凝土形成的混凝土找平层；
所述格栅拱架为紧贴所述混凝土找平层按照预设间隔设置的格栅拱架；所述锚杆钻设安装在所述格栅拱架上；
后一榀所述格栅拱架与前一榀所述格栅拱架通过纵向联结筋连接；
所述第一层钢筋网和第二层钢筋网为顺沿所述巷道铺设，所述第一层钢筋网与所述格栅拱架靠近所述围岩的内侧主筋绑扎，所述第二层钢筋网与所述格栅拱架远离所述围岩的外侧主筋绑扎；
所述复喷混凝土层完全覆盖所述格栅拱架；
所述预应力注浆锚索在所述格栅拱架上施作，用于支护所述围岩。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述格栅拱架通过将预先按照所述围岩的断面加工成型的格栅拱架分块拼装而成；
所述格栅拱架的主筋采用直径22～25cm的钢筋，联接筋采用直径14cm的钢筋；
相邻两榀所述格栅拱架沿所述巷道的间距为1.0m，并通过直径20cm、环向间距1.0m的纵向联结筋连接。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述锚杆钻设安装在每榀所述格栅拱架的拱脚、两帮及顶拱处，所述锚杆为直径22cm、长度2.5m的端部树脂锚固锚杆，所述锚杆的外露尾端与所述格栅拱架绑扎在一起。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一层钢筋网和第二层钢筋网采用直径6mm的钢筋制成，网格尺寸为100mm×100mm。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述预应力注浆锚索直径为22mm，长度为6300mm，在每榀所述格栅拱架的拱顶、肩窝、两帮处设置。
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