一种深部巷道非连续双壳加固方法
【专利摘要】本发明是一种深部巷道非连续双壳加固方法，针对深井巷道受到高地应力及地质构造的影响，巷道全断面的变形破坏严重，围岩稳定难以控制。首先在巷道顶帮进行锚梁网索支护，并施加较大的预紧力，顶帮打3m注浆孔，实施中深部注浆，注浆加固围岩与锚梁网索支护结构共同形成应力承载内壳体；其后采用全断面长环形支架对巷道进行二次支护，利用全断面长环形支架较大的增阻性和可缩性形成应力承载外壳体；内外壳体之间垫大约60mm厚的背板形成柔性层。内外壳体和中间的柔性层形成非连续双壳支护结构，有效地控制巷道围岩稳定。该方法操作简单，施工方便，主要应用于深部工程软岩巷道控制工程。
【专利说明】一种深部巷道非连续双壳加固方法
【技术领域】:
[0001 ] 本发明涉及深部巷道非连续双壳加固方法，特别适用于巷道埋深大于800m、底鼓量大、全断面变形破坏严重的永久性岩石大巷工程。
【背景技术】
[0002]当前我国煤矿开采深度正以每年10?12m的速度增加，煤炭资源进入深部开采已成为必然趋势，可以预计在未来20a内我国很多煤矿将进入到800?1200m的深度。随着采深的不断增加，巷道受地应力的影响也越来越大，巷道围岩转变为工程软岩，巷道全断面的变形破坏严重，底臌量大等，传统的巷道支护理论和技术已不适应深部巷道围岩控制，巷道的支护成本以及返修率成倍的增加，对深部煤炭资源的开采造成严重的影响。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种适用于埋深大、地应力高、围岩稳定性差、变形严重、服务年限长的岩石巷道的加固方法，能有效控制深部巷道稳定，减少支护成本。
[0004]本发明解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]本发明提供一种深部巷道非连续双壳加固方法，其特点是按如下步骤进行:
[0006](I)巷道掘进后立即进行锚梁网索一次支护，首先掘出巷道毛断面I立即进行初喷混凝土 2厚度20mm，然后挂梁网打锚杆3和锚索4，最后复喷混凝土 5厚度80mm，复喷过程中要对欠开挖的部位加以凿除，对喷射混凝土表面凹凸部位分层喷射找平，将外漏的锚杆杆头、锚索索头进行适当的切除，并用水泥浆进行磨平，以方便后续长环形支架的架设和柔性层的垫设；
[0007](2)应力承载内壳，复喷结束后5-10天，实施中深部注浆工作，顶帮打深度为
2.5-3m的注浆孔6安装注浆管实施中深部注浆，形成内部注浆加固体，内部加固体与锚梁网索支护结构共同组成应力承载内壳7。
[0008](3)应力承载外壳，注浆工作结束后1-2天实施二次支护，二次支护采用长环形支架’形成应力承载外壳8 ；
[0009](4)柔性层，二次支护中架设长环形支架的同时，在长环形支架和复喷层之间从下到上依次垫设大约60_厚的背板9形成柔性层。
[0010](5)最后用混凝土进行底板浇筑10，形成设计要求的巷道净断面11。
[0011]步骤I所述的混凝土喷层总厚度100mm，强度为C20，初喷层厚度20mm，复喷层厚度80mmo
[0012]步骤I所述锚杆为超强螺纹钢锚杆，直径22mm，长度2400mm ;所述锚杆间排距为800mmX800mm ;所述钢筋网为直径6.5mm钢筋焊接而成，网片长X宽为1200mmX 900mm，网孔规格为60mmX 60mm，搭接长度为IOOmm ;所述梯子梁由14#钢筋制作而成，每段长X宽为4850mmX 80mm。
[0013]步骤I所述锚索为直径17.8mm,顶部对称布置3根长度为8000_的锚索，两帮各布置I根长度4200mm的锚索；所述顶锚索间排距为2000mmX 1600mm,帮锚索在巷道腰线布置一根，离底板高度为1300mm,排距1600mm。
[0014]步骤I所述顶板锚杆预紧力为75KN，两帮锚杆预紧力为35KN ;顶帮锚索预紧力为100KN。
[0015]步骤2所述顶帮注衆管为Φ42ι?πι的无缝钢管,注衆管长度为2000mm-2500mm。
[0016]步骤2所述注浆液为425#水泥、ACZ-1水泥注浆添加剂、水组成，其比例为I: 0.08: 2，注浆压力 4-6MPa。
[0017]步骤3所述长环形支架由四节U36型钢搭接而成，支架排距为800mm ；U36型钢每节长4400mm,中心弯曲半径为1200mm,两端弯曲半径为3500mm,两端水平长度为3477mm。
[0018]步骤4所述的背板是一种超高分子量聚乙烯板，其断裂拉伸强度40MPa，断裂伸长率350%，弯曲弹性模量600MPa，能够适应一定的岩体变形量，协调内、外壳体协同变形，吸收部分岩体变形能；同时传递外壳支护阻力，提高岩体支护强度，有效的预防岩体变形破坏。其几何尺寸长X宽X高为1600mmX300mmX60mm,每两架敷设一排。
[0019]步骤5所述的底板浇筑混凝土强度为C30。
[0020]本发明的非连续双壳加固方法是:巷道掘进后首先在巷道顶帮进行锚梁网索支护，并施加较大的预紧力，顶帮打2.5-3m注浆孔，实施中深部注浆，注浆加固围岩与锚梁网索支护结构共同形成应力承载内壳体；其后采用全断面长环形支架对巷道进行二次支护，利用全断面长环形支架较大的增阻性和可缩性形成应力承载外壳体；内外壳体之间垫约60mm厚底的背板形成柔性层，内外壳体和中间的柔性层形成非连续双壳支护结构。
[0021]本发明的显著效果在于，本发明与现有技术理论相比，本发明通过分步骤、多层次的支护和加固方法，形成了非连续双壳叠加支护结构，改变了围岩应力分布状态将应力的集中区及其峰值转移到较远的内部壳体当中，有效地组隔了深部地应力的传播，保持了深部巷道围岩的稳定，两壳体及其中间的柔性层对控制深部巷道非常有效，能够缓冲围岩的变形。本发明的方法应用范围非常广泛，不但适用于新掘进巷道，而且适用于返修巷道，尤其适用于深部岩石巷道工程。本发明的方法已形成一套完善的非连续双壳支护技术，本方法简单，易于实施，支护效果好，具有广泛的推广应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明内壳体加固示意图；
[0023]图2是本发明中部柔性层加固示意图；
[0024]图3是本发明外壳体加固示意图；
[0025]图4是本发明非连续双壳体加固示意图
[0026]图中标号:1巷道毛断面；2初喷混凝土层；3锚杆；4锚索；5复喷混凝土层；6注浆孔；7应力承载内壳；8应力承载外壳；9柔性层；10底板回填层；11巷道净断面；12U36型钢；13U钢连接件。
【具体实施方式】
[0027]现结合附图并以某矿为例，详细说明本发明的技术方案:
图4所示，本发明的深部巷硐非连续双壳加固方法，主要是解决高应力、全断面变形破坏严重的巷道稳定性问题，例如某矿总回风下山埋深800m，巷道基本沿煤岩层倾向掘进，坡度3%。?23°，巷道大部分层位在2#煤的上部约20?55m位置处，围岩以砂岩为主，巷道掘进过程中涌水量正常为25m3/h，最大为45m3/h。实测最大水平主应力为30.63MPa，方向为近东西向，与巷道交角75°，属典型的高应力工程软岩巷道。巷道断面为直墙半圆拱，原支护采用锚梁网支护，巷道全断面变形、破坏严重。该巷道2008年完成，期间返修过2次，支护效果极差。本发明具体实施步骤如下:
[0028](I)巷道扩修后立即进行锚梁网索一次支护，首先扩毛断面I后即进行混凝土初喷2厚度20_，及时封闭围岩防止掉渣及围岩风化；在巷道顶板和两帮铺设钢筋网，钢筋网搭接处用铁丝或钢丝连接，顶板打设临时支护锚杆，托上钢筋梁，按设计位置要求打设顶板锚杆孔，安装树脂药卷和锚杆，用锚杆机搅拌树脂药卷至规定时间，停止搅拌等待Imin左右，拧紧螺母，按此施工工序安装其它锚杆和锚索；最后复喷混凝土 5厚度80_。锚杆选用φ22的超强螺纹钢锚杆，长度2.4m,间排距为800mmX 800mm ;钢筋网为直径6.5mm钢筋焊接而成，网片长X宽为1200mmX900mm，网孔规格为60mmX60mm，搭接长度为IOOmm梯子梁由14#钢筋制作而成，每段长X宽为4850mmX80mm;锚索选用直径为17.8mm预应力锚索，顶部对称布置3根长度为8000mm的锚索，两帮各布置I根长度4200mm的锚索，顶锚索间排距为2000mmX 1600mm，帮锚索在巷道腰线布置一根，离底板高度为1300mm，排距1600mm ;顶板锚杆预紧力为75KN，两帮锚杆预紧力为35KN，顶帮锚索预紧力为100KN ;复喷过程中要对欠开挖的部位加以凿除，对喷射混凝土表面凹凸部位分层喷射找平，将外漏的锚杆杆头、锚索索头进行适当的切除，并用水泥浆进行磨平，以方便后续长环形支架的架设和柔性层的垫设；
[0029](2)复喷结束后5-10天，实施中深部注浆工作，顶帮打深度为2.5_3m的注浆孔6安装注浆管实施中深部注浆，形成内部注浆加固体，内部注浆加固体与锚梁网索支护结构共同组成应力承载内壳7。
[0030](3)注浆工作结束后1-2天实施二次支护，二次支护采用长环形支架，形成应力承载外壳8 ；
[0031](4) 二次支护中架设长环形支架施工的同时，在长环形支架和复喷层之间从下到上依次垫设大约60_厚的背板9形成柔性层。
[0032](5)最后用混凝土进行底板浇筑10，形成设计要求的巷道净断面11。
[0033]巷道返修工艺过程:巷道扩修至设计断面一初喷混凝土一锚梁网索一次支护一复喷混凝土一打中深部注浆孔一中深部注浆一长环形支架二次支护一添加柔性层一底板混凝土烧筑。
【权利要求】
1.一种深部巷硐非连续双壳加固方法，其特征是按如下步骤进行: 步骤1，巷道掘进后立即进行锚梁网索一次支护，首先掘出巷道毛断面立即进行初喷混凝土，初喷混凝土层厚度为20_，然后挂梁网打锚杆和锚索，最后复喷混凝土，复喷混凝土层厚度为80mm ;复喷过程中要对欠开挖的部位加以凿除，对喷射混凝土层表面凹凸部位分层喷射找平，将外漏的锚杆杆头、锚索索头进行适当的切除，并用水泥浆进行磨平，以方便后续长环形支架的架设和柔性层的垫设； 步骤2，复喷结束后5-10天，实施中深部注浆工作，顶帮打深度为2.5-3m的注浆孔安装注浆管实施中深部注浆，形成内部注浆加固体，内部加固体与锚梁网索支护结构共同组成应力承载内壳； 步骤3，注浆工作结束后1-2天实施二次支护，二次支护采用长环形支架，形成应力承载外壳； 步骤4，二次支护中架设长环形支架的同时，在长环形支架和复喷混凝土层之间从下到上垫设60mm厚的背板形成柔性层； 步骤5，用混凝土进行底板浇筑，形成设计要求的巷道净断面。
2.如权利I所述的方法，混凝土喷层总厚度100mm，强度为C20。
3.如权利I所述的方法，其特征是:步骤I所述锚杆为超强螺纹钢锚杆，直径22mm，长度2400mm ;所述锚杆间排距为800mmX800mm ;所述钢筋网为直径6.5mm钢筋焊接而成，网片长X宽为1200mmX900mm，网孔规格为60mmX60mm，搭接长度为100mm;所述梯子梁由14#钢筋制作而成，每段长X宽为4850mmX80mm。
4.如权利I所述的方法，其特征是:步骤I所述锚索为直径17.8mm,顶部对称布置3根长度为8000mm的锚索，两帮各布置I根长度4200mm的锚索；顶锚索间排距为2000mmX 1600mm，帮锚索在巷道腰线布置一根，离底板高度为1300mm，排距1600mm ;顶锚索和帮锚索预紧力均为100KN。
5.如权利I所述的方法，其特征是:步骤I中锚杆包括顶板锚杆和帮锚杆，所述顶板锚杆预紧力为75KN，帮锚杆预紧力为35KN。
6.如权利I所述的方法，其特征是:步骤2中顶帮注浆管为Φ42πιπι的无缝钢管，注浆管长度 2000mm-2500mm。
7.如权利I所述的方法，其特征是:步骤2中注浆使用的注浆液为425#水泥、ACZ-1水泥注浆添加剂、水组成，其重量比例为1: 0.08: 2 ;注浆压力4-6MPa。
8.如权利I所述的方法，其特征是:步骤3所述长环形支架由四节U36型钢搭接而成，支架排距为800mm ；U36型钢每节长4400mm,中心弯曲半径为1200mm,两端弯曲半径为3500mm,两端水平长度为3477mm。
9.如权利I所述的方法，其特征是:步骤4所述的背板是一种超高分子量聚乙烯板，其断裂拉伸强度40MPa，断裂伸长率350%，弯曲弹性模量600MPa，能够适应一定的岩体变形量，协调内、外壳体协同变形，吸收部分岩体变形能；同时传递外壳支护阻力，提高岩体支护强度，有效的预防岩体变形破坏，其几何尺寸长X宽X高为1600_X300_X60mm，每两架敷设一排。
10.如权利I所述的方法，其特征是:步骤5所述的底板浇筑混凝土强度为C30。
【文档编号】E21D11/10GK103982197SQ201410228806
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】杨本生, 王仲永, 孙利辉 申请人:河北工程大学