一种基于“钢格栅-钢管混凝土”的软岩巷道支护方法与流程

本发明属于软岩巷道支护领域，涉及用钢格栅支架和钢管混凝土支架联合支护软岩巷道的方法。

背景技术：

为满足我国经济社会持续快速的发展需要，我国兴建了一大批矿井。随着煤炭资源开采深度的不断增加，巷道所处环境的地应力进一步增大，部分巷道围岩呈现出低强度、膨胀性、强流变性等特点，增大了开采作业难度，造成软岩巷道的支护与维护问题越来越突出。因此，研究高地应力软岩巷道有效支护方式是保证巷道稳定性和这类矿山持续稳定发展的关键。型钢+锚网喷联合支护方式是我国深部软岩巷道的常用支护方式，一度取得较好的支护成果，但是随着应用的推广逐渐暴露出许多缺点：支护强度不足、性价比不高、工作阻力低、受力结构不合理等。

针对软岩巷道难以支护的难题，不断有人在尝试新思路、新材料和新技术，其中以钢管混凝土支架最具突破性，具有承载力高、稳定性好、支护成本低等特点。钢管混凝土支架是在钢管中灌注混凝土形成的，充分利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于复杂应力状态，从而使混凝土的强度得以提高，而由于混凝土的存在，可以延缓或避免钢管过早地发生局部屈曲。正是由于钢管混凝土的这些优点，其在一些煤矿中都得到了成功的应用。但是，钢管混凝土支架为刚性支护系统，单纯的用钢管混凝土支架进行巷道支护存在许多问题，如围岩应力得不到充分释放，不能定量让压，造成作用在钢管混凝土支架的压力过大，进而造成支护失效。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于“钢格栅-钢管混凝土”的软岩巷道支护方法，该方法结合柔性支护和刚性支护的特点，不仅能充分释放巷道围岩压力而且能有效控制巷道围岩变形，提高软岩巷道的支护效果。

本发明通过以下技术方案实现：

基于“钢格栅-钢管混凝土”的软岩巷道支护方法具体包括以下步骤：

(1)沿着巷道围岩表面铺设钢筋网，钢筋直径为φ6～12mm，环向钢筋和纵向钢筋正交布置，网格尺寸大小为10×10cm～30×30cm；

(2)增设钢格栅支架；每榀钢格栅支架由4根纵筋和系列箍筋构成，断面尺寸为20×20cm～40×40cm。纵筋直径为φ16～32mm，箍筋直径为φ8～12mm，箍筋间距为20～60cm。钢格栅支架间距为0.6～2.4m，支架间采用3～6道的φ16～22mm的钢筋焊接连接。

(3)喷射强度为c20-c50的泡沫混凝土直至泡沫混凝土层的厚度高出钢格栅支架高度2-3cm，并养护至龄期；

(4)在钢格栅支架中间位置增设钢管混凝土支架，并采用双弧形顶杆支撑钢管混凝土支架。

所述在巷道围岩表面铺设的钢筋网，可将围岩压力有效传递至钢格栅支架和钢管混凝土支架上。

所述钢格栅支架间采用3～5道φ16～22的钢筋焊接连接，可以有效防止钢格栅支架侧向倾斜或倾倒。

所述的泡沫混凝土为一种强度较高、变形能力大的材料，与钢格栅支架结合使用，可以实现有效释放围岩压力和保证巷道稳定的双重目的。

所述的钢管混凝土支架采用双弧形顶杆支撑，可以有效防止钢管混凝土支架侧向倾斜或倾倒，具有支顶速度快，施工便捷方便，可重复使用的特点。

所述的双弧形顶杆由左、右两件弧形顶杆和一螺纹套筒组成，通过螺纹套筒将左、右两件弧形顶杆连接成整体。弧形顶杆一端为半径与被支撑支架钢管管径相同的半圆形结构，一端为螺纹结构

由本发明的技术方案可见，基于“钢格栅-钢管混凝土”的软岩巷道支护方法利用巷道围岩表面铺设的钢筋网、钢格栅支架和喷射泡沫混凝土层所形成的巷道初期柔性支护体系充分释放围岩压力，利用增设在钢格栅支架间的钢管混凝土支架所形成的巷道后期刚性支护体系控制围岩变形，从而可有效提高支护效果，并有效降低支护费用，具有质量可靠，支护强度高，施工便捷快速，安全可靠等优点。

附图说明

图1为“钢格栅-钢管混凝土”的软岩巷道支护方法侧视图；

图2为“钢格栅-钢管混凝土”的软岩巷道支护方法正视图；

图3为钢格栅支架横断面图；

图4为钢格栅支架剖面图；

图5为钢格栅箍筋详图；

图6为双弧形顶杆示意图；

其中：1—钢筋网；2—钢格栅支架；3—钢格栅支架焊接连接钢筋；4—泡沫混凝土层；5—钢管混凝土支架；6—双弧形顶杆；7—钢格栅支架纵筋；8—钢格栅支架箍筋；9—左弧形顶杆；10—右弧形顶杆；11—螺纹套筒；12—半圆形结构；13—螺纹结构

具体实施方式

本发明提供一种基于“钢格栅-钢管混凝土”的软岩巷道支护方法，为使发明目的，技术方案及效果更加清楚、明确，以下对发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。具体实施方式如下：

煤巷开挖后，第一步进行钢格栅支架柔性支护，第二步进行钢管混凝土支架刚性支护。

(1)钢格栅支架柔性支护

巷道开挖后，在巷道表面铺设钢筋网1，钢筋网1选用φ6mm钢筋正交布置，网格尺寸控制为10×10cm。

架设钢格栅支架的纵筋2，随后安装箍筋3，纵筋和箍筋采用14#铁丝固定，形成一榀钢格栅支架。重复上述步骤，可形成巷道支护用的系列钢格栅支架，支架间的间距为0.8m。纵筋选用φ22mm的螺纹钢筋，支架断面尺寸为20×20cm，箍筋选用φ6mm的光圆钢筋，箍筋间距为30cm。

采用4道直径为φ22mm的螺纹钢筋焊接支顶钢格栅支架，4道直径为φ22mm的螺纹钢筋沿巷道环向等间距布置。

喷射强度为c30的泡沫混凝土层，泡沫混凝土层厚度控制为22cm，保证将钢格栅支架有效包裹覆盖。

(2)钢管混凝土支架刚性支护

泡沫混凝土达到设计强度后，在钢格栅支架间铺设钢管混凝土支架。

采用4道双弧顶杆支撑连接两个临近的钢管混凝土支架，4道双弧顶杆沿巷道环向等间距布置。

基于“钢格栅-钢管混凝土”的软岩巷道支护方法，结合了柔性支护和刚性支护的特性，可以实现有效释放围岩压力并控制围岩变形的双重目的，减小巷道变形量，提高巷道整体稳定性，从而使煤巷支护效果得到大幅提高与改善，保证巷道在服务期内的安全性。

以上所述，仅为较佳的具体实施方式。本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明属于软岩巷道加固支护技术领域，涉及用钢格栅支架和钢管混凝土支架联合支护软岩巷道的方法。其特征在于，施工时先在巷道围岩表面铺设钢筋网，然后增设钢格栅支架并喷射泡沫混凝土，形成巷道的初期柔性支护体系。待泡沫混凝土达到设计强度后，在钢格栅支架间增设钢管混凝土支架，形成巷道的后期刚性支护体系。本发明初期采用柔性支护，能有效释放围岩压力，后期采用刚性支护可有效控制围岩变形，能保证巷道施工及运营安全，并降低支护费用，具有质量可靠，支护强度高，施工便捷快速，安全可靠的优点。

技术研发人员：刘德军;左建平;张堂亮
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2017.10.11
技术公布日：2018.04.24