基于预制装配式底弧板的软岩硐室底鼓治理支护结构及方法与流程

本发明属于地下工程支护领域，具体涉及一种基于预制装配式底弧板的软岩硐室底鼓治理支护结构及方法。

背景技术：

目前，我国大部分煤矿已经进入深部开采阶段，在深部软岩、断层、高地应力等复杂地质条件下开掘的巷道很难一次支护稳定，巷道围岩控制治理问题日益显现，其中巷道底鼓的治理问题尤为突出，煤矿巷道中底板由于不支护或弱支护，使其成为巷道支护的薄弱环节，导致围岩应力释放和巷道变形先在底板显现，形成底鼓现象，底鼓进一步引发巷道整体变形破坏。目前多数矿井将卧底作为解决底鼓的主要手段，如此只能短暂治标而不治本，由于底板是巷道的基础，多次落底还会加速巷道两帮和顶板变形，成为巷道失稳的助推器。阻碍了我国深部资源的安全高效开采。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种软岩硐室底鼓治理技术及其支护结构，具体为一种基于预制装配式底弧板的软岩硐室底鼓治理支护结构及方法，采用钢支架配合底板专项强化支护技术，施工简单，成本经济，既强化了底板支护力，抑制了底板变形，又可优化巷道整体支护，可有效解决硐室底鼓问题，降低硐室返修率，对于深部资源的安全高效开采具有重要意义。

本发明目的是提供一种基于预制装配式底弧板的软岩硐室底鼓治理支护结构。

具体本发明包括钢支架,预制装配式底弧板,锚索和底板防水层，多块所述预制装配式底弧板组装后构成强化底板，所述钢支架支撑或插入在两端部的所述预制装配式底弧板上，所述锚索穿过预制装配式底弧板并锚固在所述围岩内部，所述锚索的锚固端超过底板零位移标线深度，所述预制装配式底弧板内侧铺设所述底板防水层。

进一步地，所述强化底板的两端插入两帮围岩内。

进一步地，所述预制装配式弧板由2个a型弧块和1个b型弧块组成，所述b型弧块位于2个a型弧块之间，并通过螺栓连接。

进一步地，所述a型弧块包括突出段和弧形段，所述突出段的一端与弧形段相连，另一端插入侧帮的围岩中，所述b型弧块为弧形段，弧形段的两端分别与所述a型弧块的弧形段螺栓连接。

进一步地，所述a型弧块和b型弧块上内侧面上设有至少一个锚索孔，内侧面和端面上设有至少一个曲形螺栓孔，曲形螺栓通过a型弧块侧面上的曲形螺栓孔插入穿过a型弧块和b型弧块接触端面上的曲形螺栓孔从b型弧面内侧面上穿出并通过螺母锁紧。

进一步地，所述a型弧块的突出段与弧形段连接部分具有一斜面，所述斜面上开设有钢筋插销孔，使钢支架与a型弧块平稳接触后插入钢筋段固定支架。

进一步地，所述锚索深度要超过零位移标线深度1m～2m，所述零位移标线深度即底板内既不向上运动也不向下运动的岩体连接而成的边界线，需通过现场监测并配合理论分析确定，没有观测的底板也可以按照工程类比法并配合理论分析而得。

进一步地，所述钢支架为钢管混凝土支架、u型钢支架或工字钢支架的一种或者用全面锚索或全面钢筋混凝土浇筑层替代钢支架。

还包括一种基于预制装配式底弧板的软岩硐室底鼓治理支护方法，包括如下步骤：

(1)硐室开帮挑顶，施工两帮及拱顶锚网喷支护；

(2)机械开挖底板岩体，开挖道设计边界后清理渣土，喷射30mm～50mm厚混凝土作褥垫层；

(3)先吊装b型弧块，然后吊装a型弧块，将两端a型弧块插入两帮围岩内，用曲形螺栓连接a、b型弧块形成装配式底弧板；

(4)底板锚索钻孔，安装控底锚索，锚索全长粘结，处理锚索端头，使尾部嵌入锚索孔内，防止扎破后续施工的防水；

(5)在弧板内侧铺设防水层，回填底板；

(6)架设钢支架或施工其他上部支护体，并完成辅助工序，施工结束。

沿硐室纵向依次完成上述步骤可完成此支护方案。

本发明至少具有以下有益效果：

(1)钢支架+预制装配式底弧板协同控底锚索及底板防水层的复合支护方案中，底板强化支护技术由预制装配式底弧板+控底锚索+底板防水层组成,有效抑制底鼓，在常规支护条件下提高了底板支护力，对软岩底板优化岩体质量。

(2)控底锚索的锚固端必须底板零位移标线深度，使锚头伸入到拉应变压缩区范围内，以获得稳定锚固力，防止锚固端可能会随着底板抬升而抬升，锚索无法获得稳定锚固力，无法发挥锚固效果。

(3)在弧板内侧铺设底板防水层，防水卷材满铺弧板内侧，隔断硐室废水向底板渗透，保证底板岩体强度。

(4)预制装配式弧板由2个a型弧块和1个b型弧块组成，各弧块可标准化预制，弧块厚度和配筋根据支护力需求设计，加工和组装方便，节省人力成本。

(5)a型弧块的突出段设计是为了底弧板伸入两帮围岩内，使两帮岩体的垂向压力作用在钢筋混凝土底弧板两端，抑制底弧板抬升；为了更好地与上部钢管混凝土支护体连接，弧块做成斜面并留有钢筋插销孔，使两者平稳接触后插入钢筋段固定。

(6)a、b型弧块中均留设有锚索孔和曲形螺栓连接孔。锚索插入固定后，锚索尾部和托盘要留设在锚索孔范围内，并对锚索尾部作处理，既有利于后期底板防水层的铺设，也可防止锚索尾部刺穿防水层；曲形螺栓连接孔是为了方便弧块之间的连接。

附图说明

图1是复合支护结构的示意图；

图2是a型弧块的结构示意图；

图3是b型弧块的结构示意图；

图4是装配后预制装配式底弧板的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-钢支架，2-a型弧块，3-b型弧块，4-底板防水层，5-曲形螺栓，6-锚索，7-零位移标线，8-曲形螺栓孔，9-锚索孔，10-钢筋插销孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图所示，本发明主要结构主要由钢支架1、预制装配式底弧板2、控底锚索6和底板防水层4组成，其中全断面优化支护技术由高承载力钢支架1实现，底板强化支护技术由预制装配式底弧板+控底锚索6+底板防水层4组合支护实现。

具体为多块所述预制装配式底弧板组装后构成强化底板，钢支架1支撑或插入在两端部的所述预制装配式底弧板上，锚索6穿过预制装配式底弧板并锚固在所述围岩内部，所述锚索的锚固端超过底板零位移标线7深度。控底锚索的设计，根据具体巷道的底鼓机理研究，定量估算底板零位移标线深度，选配相应底板支护力，锚索深度要超过零位移标线深度1～2m，使锚头伸入到拉应变压缩区或压应变压缩区范围内。预制装配式弧板+控底锚索支护力合力不低于1.2倍底板强化支护所需支护力。

预制装配式底弧板内侧铺设所述底板防水层4，具体采用防水卷材满铺弧板内侧，隔断硐室废水向底板渗透，保证底板岩体强度。

为了使两帮岩体的垂向压力作用在钢筋混凝土底弧板两端，抑制底弧板抬升，强化底板的两端插入两帮围岩内。

预制装配式弧板由2个a型弧块2和1个b型弧块3组成，b型弧块3位于2个a型弧块2之间，并通过螺栓连接，a型弧块2包括突出段和弧形段，突出段的一端与弧形段相连，另一端插入侧帮的围岩中，b型弧块3为弧形段，弧形段的两端分别与a型弧块的弧形段螺栓连接。

a型弧块2和b型弧块3上内侧面上设有至少一个锚索孔9，内侧面和端面上设有至少一个曲形螺栓孔8，曲形螺栓通过a型弧块侧面上的曲形螺栓孔插入穿过a型弧块和b型弧块接触端面上的曲形螺栓孔从b型弧面内侧面上穿出并通过螺母锁紧。锚索6插入固定后，锚索尾部和托盘要留设在锚索孔9范围内，并对锚索尾部作处理，既有利于后期底板防水层4的铺设，也可防止锚索尾部刺穿防水层。

为了更好地与上部钢管混凝土支护体连接，a型弧块的突出段与弧形段连接部分具有一斜面，所述斜面上开设有钢筋插销孔，使钢支架与a型弧块平稳接触后插入钢筋段固定。

其施工工序如下：

(1)硐室开帮挑顶，施工两帮及拱顶锚网喷支护；

(2)机械开挖底板岩体，开挖道设计边界后清理渣土，喷射30mm～50mm厚混凝土作褥垫层；

(3)先吊装b型弧块，然后吊装a型弧块，将两端a型弧块插入两帮围岩内，用曲形螺栓连接a、b型弧块形成装配式底弧板；

(4)底板锚索钻孔，安装控底锚索，锚索全长粘结，处理锚索端头，使尾部嵌入锚索孔内，防止扎破后续施工的防水；

(5)在弧板内侧铺设防水层，回填底板；

(6)架设钢支架或施工其他上部支护体，并完成辅助工序，施工结束，沿硐室纵向依次完成上述步骤可完成此支护方案。

一般选用φ194×10钢管+c40核心混凝土。

其中，先安装预制装配式底弧板，弧板在地面预制，运至井下安装，一般由3块组成，其目的是给底板提供全覆盖的支护作用。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。