深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构及其施工方法与流程

本发明属于矿山巷道及隧道支护技术领域，具体涉及到深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构及其施工方法。

背景技术：

当前，随着矿井开采深度不断加大，在深井高应力软岩中进行掘巷日益增多，由于地压强烈，地层软弱，支护结构的稳定性和承载能力急需大幅增强。常用的锚网喷支护结构的支撑能力显著不足，一般常采用锚喷再加型钢支架或围岩注浆或长锚索等进行联合支护，隧道工程中也出现类似的情形，这样使得支护技术愈加复杂，工程量和费用也大幅度增加。

现有技术中，为进一步治理控制软岩巷道，其方法有很多。如中国专利(申请号：00119101.2，专利名称：钢筋网壳支架及网壳锚喷支护)利用空间网格结构，由数榀构件加螺栓联接成一架支架，架与架连续安装，既可以单独支护，也可以与锚杆、喷层组成网壳锚喷结构，降低了支护成本，提高了支撑能力；又如中国专利(申请号：201310060613.X，专利名称：一种软煤/岩层巷道支护方法及支护结构)首先通过钻孔注浆形成浆液加固团，后安装锚索，特别适用于软煤/岩层的巷道支护；再如中国专利(申请号：200810246306.X，专利名称：一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法)通过格栅拱架和双层钢筋网作为骨架封闭巷道，同时敷设泡沫垫层有效避免围岩膨胀变形导致支护结构开裂。

上述治理措施及施工方法都有其不同的使用条件和优缺点，在实际施工过程中，往往应根据不同的地质条件和施工设备选择合理的治理方法。深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构，设计合理、施工工艺简单、工程量小、支护费用低，能够很好的适应软岩巷道的支护要求。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供的深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构及其施工方法，能够对软岩巷道提供有效支护，工程实用性强。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构及其施工方法，包括锚杆、锚索、钢筋网、聚酯纤维网、钢筋网壳支架、第一混凝土喷层、第二混凝土喷层、托盘和螺帽，首先将所述锚杆和锚索打入围岩内部，并露出一定长度，以起到支护围岩，发挥围岩自主承载力的目的，随后利用锚杆和锚索的外露部分依次铺挂所述钢筋网和聚酯纤维网，所述钢筋网紧贴围岩铺设，所述聚酯纤维网紧贴所述钢筋网铺设，再搭设所述钢筋网壳支架，所述锚杆和锚索依次穿过所述钢筋网、聚酯纤维网和钢筋网壳支架并通过所述托盘和螺帽固定于所述钢筋网壳支架上，浇筑所述第一混凝土喷层封闭整个支护结构，完成初次支护，最后浇筑所述第二混凝土喷层，完成二次支护，形成深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构。

进一步的，所述锚杆为高强预应力锚杆，直径为Φ18-22mm，长度为2200-2800mm，间距为700mm，排距为700mm，预应力为50-70kN，所述锚索为高强预应力锚索，直径为Φ18-22mm，长度为6000-8000mm，预应力不小于150kN。

进一步的，所述钢筋网的长度为6-12m，宽度为2-5m，所述钢筋网由钢筋焊接而成，焊接的间距为100mm，150mm或200mm，所述钢筋的直径为Φ8-22mm，所述钢筋网的网孔为矩形或菱形。

进一步的，所述聚酯纤维网的长度为6-12m，宽度为2-5m，所述聚酯纤维网由聚酯纤维丝编织而成，所述聚酯纤维丝的宽度为15mm，所述聚酯纤维网的网孔为矩形，所述矩形网孔的规格为100mm×100mm，150mm×150mm或200mm×200mm。

上述深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构及其施工方法，所采用的施工方法包括如下步骤：

A)根据巷道设计的断面形状及尺寸开挖巷道，并在巷道断面喷射50mm厚混凝土找平层，设计强度不低于C20；

B)采用所述锚杆和锚索打入围岩内部，并使所述锚杆和锚索露出围岩一定长度，长度大于60mm，以起到支护围岩，发挥围岩自主承载力的目的，预留出设定长度是为了在后续步骤中能够固定增加铺设所述钢筋网、聚酯纤维网及钢筋网壳支架；

C)利用所述锚杆和锚索外露部分依次铺挂所述钢筋网和聚酯纤维网，所述钢筋网紧贴围岩铺设，每两片所述钢筋网的搭接长度为100-200mm，所述聚酯纤维网紧贴所述钢筋网铺设，每两片所述聚酯纤维网的搭接长度为100-200mm；

D)架设所述钢筋网壳支架，形成钢筋网壳支架、钢筋网和聚酯纤维网的骨架结构，并使所述锚杆和锚索穿过所述钢筋网壳支架；

E)所述锚杆和锚索依次穿过所述钢筋网、聚酯纤维网和钢筋网壳支架，通过设置的所述托盘和螺帽将所述锚杆和锚索固定在所述钢筋网壳支架上；

F)浇筑所述第一混凝土喷层，与所述钢筋网壳支架、聚酯纤维网和钢筋网共同构成钢筋混凝土封闭结构，形成初次支护，所述第一混凝土喷层的设计强度不低于C25，厚度为150mm；

G)待浇筑的所述第一混凝土喷层达到设计强度后，进行所述第二混凝土喷层的复喷，形成二次支护，所述第二混凝土喷层的设计强度不低于C25，厚度为25-100mm。

进一步的，所述步骤A、F和G中，所述混凝土找平层，第一混凝土喷层和第二混凝土喷层的配合比均为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂。

进一步的，所述步骤G中，根据所述步骤F初次支护后巷道围岩变形显现的程度不同，进行第二混凝土喷层的复喷，如果巷道变形逐渐趋于稳定，所述第二混凝土喷层的浇筑厚度可以为25-50mm，如果巷道变形仍较强，所述第二混凝土喷层的厚度可以为50-100mm，完成二次支护。

本发明与现有技术相比，具有的优点和效果为：

(1)首先，利用锚杆和锚索打入围岩内部，提高围岩的稳定性，随后立即铺设钢筋网和聚酯纤维网，搭设钢筋网壳支架，并浇筑第一混凝土喷层，完成一次支护，浇筑的第一混凝土喷层将“钢筋网壳支架+钢筋网+聚酯纤维网”构成的骨架完全封闭，形成钢筋混凝土封闭结构，使得整个结构与围岩共同变形，有效阻止围岩松动破坏，并使围岩变形速率减小，释放部分围岩压力；

(2)其次，初次支护完成后，待浇筑的第一混凝土喷层达到设计强度后，进行第二混凝土喷层的复喷，复喷的第二混凝土喷层的厚度根据巷道变形量的大小而调整，该种施工方法使得初次支护形成的支护体系发挥适当的让压作用，使之具有一定的可缩性，能够承受变形地压和采动荷载，达到柔让适度，先让后抗的支护效果，之后再浇筑第二混凝土喷层，且第二混凝土喷层浇筑的厚度根据初次支护后巷道的变形情况而调整，完成二次支护；

(3)最后，钢筋网壳支架、钢筋网、聚酯纤维网作为骨架和第一混凝土喷层及第二混凝土喷层共同构成钢筋混凝土封闭结构，形成强力的支护结构体系，由于在钢筋网壳支架和钢筋网之间夹了一层聚酯纤维网，利用其柔性和卸压的作用，且与混凝土咬合力好，能够改善混凝土抗拉，抗剪能力差的缺点，发挥混凝土抗压能力强的优势，聚酯纤维网将巷道两帮及顶部的围岩压力很好的卸压，均匀分布于整个支护体系。

综上，本发明提供的深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构及其施工方法，设置的锚杆和锚索，首先支护围岩，随后采用“钢筋网壳支架+钢筋网+聚酯纤维网”为骨架的钢筋混凝土封闭结构，并两次浇筑混凝土喷层。

其中采用的聚酯纤维网是由聚酯纤维丝编织而成，具有重量轻、柔软、不易老化、埋压后性能不变的特点，目前，有掺入沥青混凝土中以改善高温稳定、柔韧、抗剥落及抗疲劳等优点，广泛应用于道路工程。而将其制成聚酯纤维网应用于矿山建设却少有关注，制成的网片双向拉伸形成互相垂直的筋和肋，网片在纵横两个方向上都有较高的承载能力，提高了结构的整体承载力，不易造成筋和肋的断裂。

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，下面将对实施例或现有技术描述中的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是深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构的示意图；

图2是深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构的局部结构示意图；

图3是钢筋网壳支架结构示意图：

(a)钢筋网壳支架断面图，(b)钢筋网壳支架单元结构图；

图4是钢筋网网孔为矩形的结构示意图；

图5是钢筋网网孔为菱形的结构示意图；

图6是聚酯纤维网的结构示意图。

图中：10.巷道，20.混凝土找平层，31.锚杆，32.锚索，33.托盘，34.螺帽，40.钢筋网，50.聚酯纤维网，60.钢筋网壳支架，71.第一混凝土喷层，72.第二混凝土喷层

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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其它实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图1至图6，对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构，包括锚杆31、锚索32、钢筋网40、聚酯纤维网50、钢筋网壳支架60、第一混凝土喷层71、第二混凝土喷层72、托盘33和螺帽34。

首先，在巷道10围岩内部打入锚杆31和锚索32，并露出一定长度，利用露出的部分依次铺挂钢筋网40和聚酯纤维网50，钢筋网40紧贴围岩铺设，聚酯纤维网50紧贴钢筋网40铺设，随后搭设钢筋网壳支架60，锚杆31和锚索32依次穿过钢筋网40、聚酯纤维网50、钢筋网壳支架60并通过托盘33和螺帽34固定于钢筋网壳支架60上，浇筑第一混凝土喷层71封闭整个支护结构，完成初次支护，待第一混凝土喷层71达到设计强度后，最后浇筑第二混凝土喷层72，完成二次支护，形成深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构。

如图3所示为钢筋网壳支架60结构示意图，包括(a)钢筋网壳支架60断面图和(b)钢筋网壳支架60单元结构图，如图4所示为钢筋网40网孔为矩形的结构示意图，如图5所示为钢筋网40网孔为菱形的结构示意图，如图6所示为聚酯纤维网50的结构示意图。

上述深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构的施工方法如下：

实施例一，施工方法包括如下步骤：

A)根据巷道10断面形状及尺寸开挖巷道10，并在巷道10断面喷射50mm厚混凝土找平层20，混凝土找平层20起到封闭围岩的作用，并防止围岩吸水膨胀、风化和表面危岩垮落，减少巷道表面的凹凸差，提高钢筋网40与围岩表面的贴密性，喷射混凝土找平层20的强度等级为C20，配合比为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂；

B)采用锚杆31和锚索32支护围岩，且露出围岩一定长度，露出长度为60mm，以提高围岩的抗剪强度，增强围岩的稳定性，所用锚杆31为高强预应力锚杆，直径为Φ18mm，全长为2200mm，间距为700mm，排距为700mm，呈梅花形布置，预应力为50kN，锚索32为高强预应力锚索，直径为Φ18mm，全长为6000mm，在巷道的顶部布置一根，两帮各布置两根，即每个断面布置五根锚索32，预应力为150kN；

C)利用锚杆31和锚索32的外露部分依次铺挂钢筋网40和聚酯纤维网50，钢筋网40紧贴围岩铺设，聚酯纤维网50紧贴钢筋网40铺设，钢筋网40的长度为6m，宽度为2m，钢筋网40由钢筋焊接而成，焊接的间距为100mm，钢筋的直径为Φ8mm，每两片钢筋网40的搭接长度为100mm，聚酯纤维网50的长度为6m，宽度为2m，聚酯纤维网50由聚酯纤维丝编织而成，聚酯纤维丝的宽度为15mm，聚酯纤维网50的网孔为矩形，矩形网孔的规格为100mm×100mm，每两片聚酯纤维网50的搭接长度为100mm；

D)架设钢筋网壳支架60，形成钢筋网壳支架60、钢筋网40和聚酯纤维网50的骨架结构，并使锚杆31和锚索32穿过钢筋网壳支架60；

E)锚杆31和锚索32依次穿过钢筋网40、聚酯纤维网50和钢筋网壳支架60，通过设置的托盘33和螺帽34固定在钢筋网壳支架60上；

F)浇筑第一混凝土喷层71，将围岩及钢筋网壳支架60完全封闭，与钢筋网壳支架60、聚酯纤维网50和钢筋网40共同构成钢筋混凝土封闭结构，形成初次支护，第一混凝土喷层71的设计强度为C25，配合比为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂，厚度为150mm；

G)待浇筑的第一混凝土喷层71达到设计强度后，进行第二混凝土喷层72的复喷，设计强度为C25，配合比为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂，厚度为25mm。

上述深井高应力软岩巷道复合锚网钢筋支架支护结构及其施工方法中，设置的锚杆31和锚索32依次穿过钢筋网40、聚酯纤维网50和钢筋支架60，并用托盘33和螺帽34固定于钢筋网壳支架60上，随后浇筑第一混凝土喷层71，待第一混凝土喷层71达到设计强度后，再浇筑第二混凝土喷层72。

锚杆31和锚索32打入围岩内部，首先提高了围岩的稳定性，其后，钢筋网40、聚酯纤维网50、钢筋网壳支架60及第一混凝土喷层71共同构成初次支护，使得整个支护结构和围岩共同变形，释放部分围岩压力，发挥适当的让压作用，能够达到柔让适度，先让后抗的支护效果。

初次支护完成后，待第一混凝土喷层71达到设计强度，浇筑第二混凝土喷层72，形成二次支护，根据初次支护后围岩变形显现的程度不同，进行第二混凝土喷层72的复喷，如果巷道变形逐渐趋于稳定，第二混凝土喷层72的厚度可以为25-50mm，如果巷道变形仍较强，第二混凝土喷层72的厚度可以为50-100mm，完成二次支护。

上述钢筋网40的网孔为菱形或者矩形，进一步优选钢筋网40的网孔为菱形，菱形网孔相比于矩形，其整体性较好，网丝铰接，不易滑动错位，稳定性较好，网孔尺寸不易变大，承载力相对较高，极限强度和变形量也较高。

上述聚酯纤维网50是由聚酯纤维丝编织而成的，具有重量轻、柔软、不易老化，埋压后性能不变的特点，制成的网片双向拉伸形成互相垂直的筋和肋，使得网片结构在受压时，承受的压力通过节点有效传递给四周的筋和肋，网片在纵横两个方向都有较高的承载能力，提高了结构整体的承载力，不易造成筋和肋的断裂。

钢筋网40、聚酯纤维网50、钢筋网壳支架60和其间的混凝土喷层形成了强力的支护结构体系，由于中间夹了一层聚酯纤维网50，充分利用其柔性和卸压作用，且与混凝土咬合力好，能够改善混凝土抗拉、抗剪能力差的缺点，发挥混凝土抗压能力强的优势，聚酯纤维网50将巷道围岩压力很好的卸压，均匀分布于整个支护体系。

实施例二：

锚杆31为高强预应力锚杆，直径为Φ22mm，全长为2800mm，间距为700mm，排距为700mm，呈梅花形布置，预应力为70kN，锚索32为高强预应力锚索，直径为Φ22mm，全长为8000mm，预应力为180kN，钢筋网40的长度为12m，宽度为5m，由钢筋焊接而成，焊接的间距为200mm，钢筋的直径为Φ22mm，每两片钢筋网40的搭接长度为200mm，聚酯纤维网50的长度为12m，宽度为5m，由聚酯纤维丝编织而成，聚酯纤维丝的宽度为15mm，聚酯纤维网50的网孔为矩形，矩形网孔的规格为200mm×200mm，每两片聚酯纤维网50的搭接长度为200mm，混凝土找平层20的设计强度为C20，第一混凝土喷层71和第二混凝土喷层72的设计强度为C25，三者的配合比均为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂，其中第一混凝土喷层71的厚度为150mm，第二混凝土喷层72的厚度为100mm。

其余施工方法、步骤及相关参数与实施例一相同。

实施例三：

锚杆31为高强预应力锚杆，直径为Φ20mm，全长为2500mm，间距为700mm，排距为700mm，呈梅花形布置，预应力为60kN，锚索32为高强预应力锚索，直径为Φ20mm，全长为8000mm，预应力为180kN，钢筋网40的长度为10m，宽度为4m，由钢筋焊接而成，焊接的间距为150mm，钢筋的直径为Φ20mm，每两片钢筋网40的搭接长度为150mm，聚酯纤维网50的长度为10m，宽度为4m，由聚酯纤维丝编织而成，聚酯纤维丝的宽度为15mm，聚酯纤维网50的网孔为矩形，矩形网孔的规格为150mm×150mm，每两片聚酯纤维网50的搭接长度为150mm，混凝土找平层20的设计强度为C20，第一混凝土喷层71和第二混凝土喷层72的设计强度为C25，三者的配合比均为为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂，其中第一混凝土喷层71的厚度为150mm，第二混凝土喷层72的厚度为50mm。

其余施工方法、步骤及相关参数与实施例一相同。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域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，或者对其中的部分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发明各实施例技术方案的精神和范围。