煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构的制作方法

本实用新型属于巷道支护领域，具体涉及适用于煤层结构较为复杂、软弱岩层裂隙发育的深井巷道的煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护方法。

背景技术：

有效控制巷道围岩变形，保证巷道安全通畅，是矿井安全生产的首要条件。在西部地区，大埋深矿井较为少见，煤层结构较为复杂、裂隙发育，与其它地区的地质条件不同，可参考的资料较少。在进入深部开采后，会出现地应力高、采动影响剧烈、围岩结构松软、断裂构造发育的现象。采用综掘施工工艺，锚网喷+锚索支护方式，巷道成型差、受力不均匀；巷道淋水大，喷浆体极易脱落，严重影响成巷施工进度。锚杆(索)孔周边淋水较大，衰竭周期长，喷浆体极易脱落，多次复喷仍效果较差，回弹率高达50％；既起不到喷浆封闭岩面的效果，也满足不了矿井质量标准化和生产进度要求。巷道长期处于受力不均状态；同时存在喷浆期间粉尘污染严重，作业环境差，工人劳动强度繁重，顶板掉喷浆料等一系列安全隐患。

因此，开展西部深埋矿井条件下深井巷道的支护方法及其施工工艺的研究有着十分重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构及其施工方法。本实用新型的技术方案是一种深井巷道控制围岩变形的主动支护方法，特别适用于煤层结构较为复杂、软弱岩层裂隙发育的深井巷道。本实用新型的支护方法采用立模板喷碹，无回弹料，节约材料和成本，减轻了工人的前期施工及后期养护劳动强度，实现矿井巷道质量标准化。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构，优选，所述煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构包括：

底板，所述底板为长方体薄板，沿巷道长度走向铺设；

脚手架，所述脚手架搭设在所述底板上，用于提供支撑；

碹骨，所述碹骨呈拱状且由所述脚手架支撑在巷道横截面走向方向；

模板，所述模板设置在所述碹骨与巷道表面之间，且所述模板的下表面抵实在碹骨的外侧面上；

混凝土，所述混凝土喷射在所述模板的上表面与巷道表面之间的空隙内，用于形成光面喷射混凝土支护结构。

如上所述的一种煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构，优选，所述脚手架包括：

横杆：所述横杆位于所述碹骨的拱部下方，且所述横杆两端分别与所述碹骨的帮部内侧面抵实；

立杆：所述立杆连接在所述横杆上且与所述横杆交叉垂直，所述立杆下端设在所述底板的上表面处，上端抵触所述碹骨的拱部的内侧面处；

斜撑：所述斜撑通过铁丝连接在所述横杆与立杆上，且所述斜撑一端抵触所述碹骨的拱部的内侧面上，另一端固定在底板上；

大板：所述大板搭设在所述横杆上，用于作为施工的操作平台；

优选地，所述脚手架层高为0.5-1.5m；

再优选地，所述脚手架层高为1m，多个所述横杆的间距为1m，多个所述立杆的间距为1m；

再优选地，所述斜撑与所述底板的夹角为60°。

如上所述的一种煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构，优选，还包括：

木撑，所述木撑设在所述碹骨的外侧面与巷道表面之间，用于支撑和稳定所述碹骨；

优选地，呈拱状的所述碹骨由两段竖直的帮部和两段弧形拱部组成；再优选地，两段所述帮部均为高1.8m的直墙；两段所述拱部均为长4.428m的圆弧，且两段圆弧拱部组合在一起形成所述碹骨的拱；

再优选地，所述碹骨架设间距为1m。

如上所述的一种煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构，优选，所述脚手架的下部的左侧设有行车空间、右侧留出过皮带空间；

优选地，所述过皮带空间的宽×高＝1.5×1.2m，所述行车空间的宽×高＝2.5×2.2m。

一种煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构的施工方法，优选，所述煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护方法包括以下步骤：

步骤一，施工准备：准备多架碹骨，并将碹骨通过钢筋拉钩固定在巷道表面；

准备优质木板作为模板，木板的数量不少于10m长度的巷道的用量；

准备搭设脚手架用的钢管、扣件及优质大板；

步骤二，立模安装：稳碹骨前，先根据中腰线将碹骨底脚生根点凿深并找平，然后在施工区域搭设脚手架，并设置扫地杆，使扫地杆紧贴底板，搭设脚手架过程中留出皮带机、行人和过车通道空间；

稳碹骨时先直墙后拱，并及时用螺栓连接牢固，并将碹骨固定在脚手架上；

碹骨稳好后，从下向上依次对称支模板，每块模板两端用铁丝固定在碹骨上；

步骤三，喷浆浇筑及拆模：喷射混凝土采用喷浆机进行，作业前先用清水将巷帮的浮尘冲洗干净，然后将喷头对准模板后方进行喷射，喷浆必须连续、分层、两侧对称进行，每层高500～800mm；喷射完成后必须至少在8小时以后进行拆模，人员站在操作平台上，从上向下依次拆模。

如上所述的煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构的施工方法，优选，所述步骤一中，所述优质木板为δ40×200×2000mm的优质木板，且所述木板的数量不少于10m长度的巷道的用量；

优选地，所述钢筋拉钩为φ18mm的钢筋拉钩。

如上所述的煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构的施工方法，优选，所述步骤二中，所述脚手架在搭设过程中，立杆严格按中线紧贴碹胎内侧搭设，横杆必须延伸到帮并抵实，且所述脚手架内设，斜撑斜撑与地面夹角为60°，并抵实底板；

优选地，搭设脚手架用的钢管为Ф48mm钢管，优质大板的厚度为70mm。

如上所述的煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构的施工方法，优选，所述步骤三中，喷射混凝土的强度等级为C20，按照水泥：黄沙：碎石＝1：2：2进行配制，水灰比控制在0.4～0.5，速凝剂要按比例均匀加入，掺量为水泥重量的3％；

再优选地，施工前，在行人侧和皮带上方，密铺δ70mm的大板作为操作平台，并用8#铁丝与脚手架绑扎固定；

再优选地，施工期间，保持模板湿润的同时，在所述模板表面刷一层废旧柴油，用于保证后期拆模比较方便。

如上所述的煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构的施工方法，优选，所述步骤三中，喷碹施工从东向西，顺序进行，10m一茬，前后采用脚手架和木模版设置堵头；喷碹断面从帮到拱，交叉顺序进行，最后喷射顶部，便于合龙门。

如上所述的煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构的施工方法，优选，所述步骤三中，所述喷浆机设在喷碹施工地点的后方。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

1、本实用新型提供的技术方案有利于安全生产，巷道完全按照拱形浇筑，充分发挥拱形巷道受力均匀，耐压的特点。不会出现局部地点应力集中，改善了前期成型差，受力不均的状况。同时后期维护工程量少，比较安全，节省巷道维修费用。

2、本实用新型提供的技术方案有利于矿井质量标准化，采用该方法施工，巷道观感质量好，作为连接井底车场的开拓大巷，有利于矿上的质量标准化工作的开展。

3、本实用新型提供的技术方案节约材料和成本，采用立模板喷碹，无回弹料，减轻工人的劳动强度，每米平均节省喷射混凝土3.5m³，换算成水泥1.6t、中砂4.1t、碎石4.0t、速凝剂60kg，合计节约材料成本1261元/米；减轻矿井运输系统的工作量，至少减少运输三罐，成本在3000元/米，合计节省成本4261元/米。

4、本实用新型提供的技术方案有利于文明生产，采用该方法，封闭喷浆，减少了以往喷浆对巷道内的管路、皮带、电缆等系统的污染，同时也减少了工人保护电缆、管路、皮带等的工作量。

5、本实用新型提供的技术方案有利于井下通风系统，采用立模喷碹，巷道断面平整，通风阻力小，作为井下主要风流巷道，大大的减少了风流阻力，减小主风机的开机功率，节省电费。

附图说明

图1为本实用新型实施例的深井巷道施工断面图；

图2为本实用新型实施例的碹骨搭设图；

图3为本实用新型实施例的脚手架搭设及喷碹断面图。

图中：1、巷道施工断面轮廓线；2、设计掘进断面轮廓线；3、巷道中心线；4、拱基线；5、碹骨曲线段；6、碹骨直线段；7、底板；8、横杆；9、立杆；10、斜撑；11、模板；12、碹骨；13、行车空间；14、过皮带空间；15、巷道表面；16、混凝土。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图3所示，本实用新型的实施例提供一种煤矿深井巷道光面喷射混凝土支护结构及其施工方法，本实用新型的支护方法采用立模板11喷碹，无回弹料，节约材料和成本，减轻了工人的前期施工及后期养护劳动强度，实现矿井巷道质量标准化。本实用新型提供的技术方案能有效控制巷道围岩变形，使巷道保持长久安全稳定。

根据本实用新型的具体实施例，煤矿深井巷道光面喷射混凝土16支护结构包括：底板7：底板7为长方体薄板，沿巷道长度方向铺设在巷道底面上；底板7有助于保证整个施工基础的平稳性，也便于搭设脚手架的立杆规格尺寸的统一。

脚手架：脚手架搭设在底板7上，用于提供支撑。

碹骨12：碹骨12由帮部和拱部组成，碹骨12连接在脚手架上。

模板11：模板11为长方体状，模板11连接在碹骨12上，用于形成巷道深井喷射混凝土16的光面。

木撑：木撑设在碹骨12外侧与巷道表面15之间，用于支撑和稳定碹骨12。

在根据本实用新型的具体实施例中，脚手架包括：

横杆8：横杆8与碹骨12帮部抵实，横杆8与碹骨12帮部抵实是为了使横杆8对碹骨12提供一个横向的支撑力，使碹骨12易成形，多个横杆8间距为1m。横杆设置在一米不仅使得脚手架的外观看上去更加整齐，还使得脚手架的受力更加均匀。

立杆9：立杆9紧贴碹骨12内侧设置，且立杆9上端抵触碹骨12拱部，立杆9用于支撑12碹骨拱部，多个立杆9的间距为1m。设置成1m便于与多个横杆8配合连接，也使的碹骨12拱部更易稳定成形。

斜撑10：斜撑10一端抵触碹骨12拱部，斜撑10的上端抵触碹骨12拱部，对碹骨12起到再次支撑的作用，另一端固定在底板7上，斜撑10的下端通过预留在底板7上的安装座安装在坐内，便于工程结束后的拆卸工作的进行，且斜撑10通过铁丝连接在横杆8与立杆上，铁丝为工程上常用的绑丝，该绑丝便于拆卸，又能起到连接固定的作用。

大板：大板搭设在横杆8上，大板可以是优质竹板，可以是其他材质的板材，大板铺设在脚手架的横杆8上用于作为施工的操作平台。

优选地，脚手架层高为1m；再优选地，搭设脚手架用的钢管直径为48mm；再优选地，斜撑10与底板7的夹角为60°。

根据本实用新型的具体实施例，碹骨12通过12#铁丝与脚手架绑在一起；模板11用14#铁丝(14号铁丝)固定在碹骨12上。脚手架的横杆8与立杆9通过专用扣件相连，专用扣件便宜脚手架拆卸。碹骨12的帮部有两段，两段帮部均为高1.8m的直墙；碹骨12的拱部有两段，两段拱部均为长4.428m的圆弧，碹骨12设置成四段便于运输，也便于在在巷道有限的空间内更好的搭设组装。优选地，碹骨12有20架；再优选地，碹骨12架设间距为1m。

根据本实用新型的具体实施例，煤矿深井巷道光面喷射混凝土16支护方法包括以下步骤：

步骤一，施工准备：准备碹骨12多架，并将碹骨12通过钢筋拉钩固定在巷道表面15。

准备优质木板作为模板11，木板的数量不少于10m巷道的用量。

准备搭设脚手架用的钢管、扣件及优质大板。

步骤二，立模安装：稳碹骨12前，先根据中腰线将碹骨12底脚生根点凿够深并找平，然后在施工区域搭设脚手架，并设置扫地杆，扫地杆紧贴底板7，搭设脚手架过程中留出皮带机、行人和过车通道空间。稳碹骨12时先墙后拱，并及时用螺栓连接牢固，并将碹骨12固定在脚手架上。碹骨12稳好后，从下向上依次对称支模板11，每块模板11两端用铁丝固定在碹骨12上。

步骤三，喷浆浇筑及拆模：喷射混凝土16采用喷浆机进行，作业前先用清水将巷帮的浮尘冲洗干净，然后将喷头对准模板11后方进行喷射，喷浆必须连续、分层、两侧对称进行，每层高500～800mm(如525mm、550mm、575mm、600mm、625mm、650mm、675mm、700mm、725mm、750mm、775mm)。喷射完成后必须至少等8小时之后方可拆模，人员站在操作平台上，从上向下依次拆模。

根据本实用新型的具体实施例，步骤一中：

优质木板为δ40×200×2000mm(即厚度×宽度×长度＝40mm×200mm×2000mm)的优质木板，且木板的数量不少于10m巷道的用量；优选地，钢筋拉钩为φ18mm的钢筋拉钩。

根据本实用新型的具体实施例，步骤二中，脚手架在搭设过程中，立杆严格按中线紧贴碹胎内侧搭设，横杆8必须延伸到帮并抵实，且脚手架内设剪刀撑，斜撑10与地面夹角为60°，并抵实底板7。

优选地，搭设脚手架用的钢管为Ф48mm钢管，优质大板的厚度为70mm。

根据本实用新型的具体实施例，步骤三中，喷射混凝土16的喷浆机为ZP-Ⅶ型喷浆机，且喷射砼强度等级为C20，按照水泥：黄沙：碎石＝1：2：2进行配制，水灰比控制在0.4～0.5(如0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49)，速凝剂要按比例均匀加入，掺量为水泥重量的3％。

施工前，在行人侧和皮带上方，密铺δ70mm的大板作为操作平台，并用8#铁丝与脚手架绑扎固定。

施工期间，保持模板11湿润的同时，在模板11表面刷一层废旧柴油，用于保证后期拆模比较方便。

根据本实用新型的具体实施例，步骤三中，合龙门的操作步骤具体是指：喷碹施工从东向西，顺序进行，10m一茬，前后采用采用脚手架和木模版设置堵头。喷碹断面从帮到拱，交叉顺序进行，最后喷射顶部，便于合龙门。

根据本实用新型的具体实施例，步骤三中，喷射混凝土质量控制措施具体是：喷浆机设在喷碹施工地点的后方，为减少蜂窝麻面，要求控制水泥和水的配比，根据拆模后的碹体质量，可适当提高水泥配比，同时考虑到巷道淋水大小控制水量。

根据本实用新型的具体实施例，施工方式为平行施工，由于迎头正常掘进，后方立模喷碹不得阻断巷道，所以必须留出行车空间13和过皮带空间14，打设脚手架时，在巷道左侧留出过皮带空间14，皮带机1.2m宽，高度0.8m，预留空间宽×高≥1.5×1.2m；同时在巷道右侧留出行人过车空间，胶轮车宽2.0m,高1.8m，预留空间宽×高≥2.5×2.2m；为保证过车安全和操作人员的安全，施工前，在行人侧和皮带上方，密铺δ70mm的大板，作为操作平台。

模板11的防粘处理，模板11经反复使用后，表面沾有喷浆碎屑，拆除极不方便，因此需要对模板11进行防粘处理，施工期间，保持模板11湿润的同时，在其表面刷一层废旧柴油，后期拆模比较方便。

巷道成型控制，碹骨12为简易型，采用10#槽钢加工，为保证巷道浇筑后的规格质量，稳碹骨12期间，要充分减少碹骨12受力移动的可能，故用8#铁丝将碹骨12与巷道支护锚杆索带上劲，同时在碹骨12里侧与巷道表面15之间打上木撑(木撑随喷射混凝土16拆除)，碹骨12与脚手架钢管用铁丝连接固定。总而言之，本实用新型采用简易碹骨+模板+脚手架+喷射混凝土联合施工，由巷道底部向上立模，两侧交叉喷射混凝土，直至最后合龙门；为保证连续作业，立模和喷浆不停，立模超前喷浆混凝土10m左右平行作业。

本实用新型主要内容包括如下步骤：

1、施工准备：准备碹骨共20架，由10#槽钢加工，每架碹骨由4部分构成，其中拱部两部分，均为长4.428m的圆弧；帮部两部分，均为长1.8m的直墙。碹骨架设间距1m,通过φ18mm的钢筋拉钩固定，并用12#铁丝与脚手架绑在一起。模板采用δ40×200×2000(1000)mm的优质木板，不少于10m巷道的用量。脚手架用Ф48mm钢管及扣件、70mm厚优质大板搭设。脚手架立杆、横杆间排距及层高控制在1m左右，立杆严格按中线紧贴碹胎内侧搭设，脚手管横杆必须延伸到帮并抵实，脚手架内设剪刀撑，斜撑与地面夹角为60°，并抵实底板。

2、立模安装：稳碹骨前先根据中腰线将碹骨底脚生根点找够深并找平。然后在施工区域搭设牢固可靠的脚手架(铺大板后兼做操作平台)，层间距控制在1m左右，设扫地杆，紧贴底板，搭设过程中留出皮带机和行人、过车通道空间。稳碹骨时先墙后拱，并及时用螺栓连接牢固，并用8#铁丝将碹骨绑扎固定在架手架上。碹骨稳好后，从下向上依次对称支模板，每块模板两端采用14#铁丝固定在碹骨上。

3、喷浆浇筑及拆模：喷射混凝土采用ZP-Ⅶ型喷浆机进行，作业前先用清水将巷帮的浮尘冲洗干净，喷射砼强度等级为C20，按照水泥：黄沙：碎石＝1：2：2进行配制，水灰比控制在0.4～0.5，速凝剂要按比例均匀加入，掺量为水泥重量的3％。喷浆时作业人员抱紧喷枪，对准模板后方进行喷射。喷浆必须连续、分层、两侧对称进行，每层高500～800mm。喷射完成后必须至少等8小时之后方可拆模。人员站在操作平台上，从上向下依次拆模。

综上所述，本实用新型还具有如下技术效果：

1、本实用新型采用立模板喷碹的支护方法方法，有利于安全生产，巷道完全按照拱形浇筑，充分发挥拱形巷道受力均匀，耐压的特点。施工完成后巷道不会出现局部地点应力集中，改善了前期成型差，受力不均的状况。同时本方法后期维护工程量少，比较安全，节省巷道维修费用。

2、本实用新型有利于矿井质量标准化，采用该方法施工，巷道观感质量好，作为连接井底车场的开拓大巷，有利于矿上的质量标准化工作的开展。

3、本实用新型有利于节约材料和成本，采用立模板喷碹，无回弹料，减轻工人的劳动强度，每米平均节省喷射混凝土3.5m3，换算成水泥1.6t、中砂4.1t、碎石4.0t、速凝剂60kg，合计节约材料成本1261元/米；减轻矿井运输系统的工作量，至少减少运输三罐，成本在3000元/米，合计节省成本4261元/米。

4、本实用新型有利于文明生产，采用该方法，封闭喷浆，减少了以往喷浆对巷道内的管路、皮带、电缆等系统的污染，同时也减少了工人保护电缆、管路、皮带等的工作量。

5、本实用新型有利于井下通风系统，采用立模喷碹，巷道断面平整，通风阻力小，作为井下主要风流巷道，大大的减少了风流阻力，减小主风机的开机功率，节省电费。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本实用新型待批权利要求保护范围之内。