CN105673040A - 深井高应力巷道围岩强化支护的承载***及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种深井高应力巷道围岩强化支护的承载***及其用途，属于地下工程围岩支护领域，该承载***包括钢管混凝土强化支护结构、混凝土喷层强化支护结构、锚杆强化支护结构、注浆强化加固结构和钢筋混凝土砌碹强化支护结构；钢管混凝土强化支护结构由钢管混凝土支架及混凝土构成，钢管混凝土支架包括多节无缝钢管和套头管，钢管通过套头管对接形成环状结构，各钢管弧度相同，钢管内部填充混凝土，套头管中间设有弹性软垫，弹性软垫中通，钢管的侧管壁上设有注浆孔，上管壁设有排气孔，混凝土通过注浆孔注入钢管内部，形成钢管混凝土强化支护结构。本发明应用范围广，可对巷道围岩提供高支护反力从而使巷道围岩稳定，安装使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及承载***，具体涉及深井高应力巷道围岩强化支护的承载***及其用途，属于地下工程围岩支护领域。
背景技术
随着我国煤炭资源采掘量的逐年增加，浅部的煤炭资源已经日渐枯竭，目前已开始开采深部的煤炭资源，且深部开采在以8-12m/a(米/年)的速度增长。其中，东部矿区的矿井则以10-25m/a的速度发展。我国现有许多煤矿已经开采至1000-1500m的煤炭资源，在深部高应力环境下，巷道围岩变形破坏体现出软岩巷道的特征：巷道变形量大，支护困难。
同时，我国每年新掘巷道历程大于6000km，深部软岩巷道比例占到10％以上，30多个矿区面临软岩巷道支护难题。每年需要耗费巨大的人力、物力、财力对巷道进行返修和维护，影响了生产进度和安全；甚至个别矿井出现过由于软岩巷道围岩变形量大且变形快，巷道掘进机掘巷后，围岩立即产生收敛变形，掘进机无法退出的情况，使得巷道无法掘进，导致矿井停产或停建，造成了巨大经济损失，同时给矿井安全带来了巨大威胁。
我国的软岩巷道支护技术如料石砌碹、锚喷、锚网喷、锚索、注浆加固、钢筋混凝土、钢架等虽然为软岩巷道支护工程做出了很大贡献，但依然表现出巷道围岩应力大且复杂，变形量大，难以有效控制的缺陷。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，该承载***承载能力强，适应性好，稳定性强，且安装方便。另外，本发明还提供了上述承载***的用途。
为了实现上述目的，本发明采用的深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，包括钢管混凝土强化支护结构、混凝土喷层强化支护结构、锚杆强化支护结构、注浆强化加固结构和钢筋混凝土砌碹强化支护结构；
所述钢管混凝土强化支护结构由钢管混凝土支架及混凝土构成，所述钢管混凝土支架包括多节无缝钢管和套头管，所述多节无缝钢管通过套头管对接形成环状结构，各钢管的弧度相同，钢管内部填充混凝土，所述套头管中间设有弹性软垫，所述弹性软垫中间是通的，钢管的侧管壁上设有注浆孔，上管壁设有排气孔，混凝土通过注浆孔注入钢管内部，形成钢管混凝土强化支护结构；
所述的锚杆强化支护结构为端部锚固或全长锚固；
所述钢筋混凝土砌碹强化支护结构包括砌碹结构、金属网、泡沫塑料板，所述砌碹结构包括砌碹混凝土，所述砌碹混凝土采用普通硅酸盐水泥和水按比例0.4-0.6配比，并掺入总重量的4％的速凝剂，所述金属网为全断面铺设的钢筋网。
作为改进，所述钢管混凝土强化支护结构中的混凝土，采用钢纤维混凝土或膨胀混凝土；
或采用硬石膏、聚氨酯，并添加凝固剂。
作为改进，所述钢管混凝土强化支护结构中的钢管混凝土支架的圆弧拱内侧加焊圆钢和钢板。
作为改进，所述钢管的管径均相同，钢管具有4-6节。
作为改进，所述的套头管内径大于钢管外径。
作为改进，所述套头管的壁厚大于钢管壁厚。
作为改进，所述钢管混凝土强化支护结构中的钢管混凝土支架通过多个顶杆连接，所述顶杆为钢管混凝土柱。
另外，本发明还提供了上述深井高应力巷道围岩强化支护承载***的用途，针对不同的围岩性质采用承载***内不同的支护结构复合使用，
当围岩硬度为中硬围岩时，此时强化支护承载***包括混凝土喷层强化支护结构、锚杆强化支护结构；
当围岩硬度为软弱围岩时，此时强化支护承载***包括锚杆强化支护结构、钢管混凝土强化支护结构；
当围岩硬度为极软弱围岩时，此时强化支护承载***包括钢管混凝土强化支护结构、钢筋混凝土砌碹强化支护结构。
作为改进，当围岩硬度为中硬围岩时，强化支护承载***还包括注浆强化加固结构。
与现有技术相比，本发明提供的深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，是多个结构的复合，其中钢管混凝土强化支护结构为核心，针对不同的围岩特点采用不同的结构复合，针对性更强，应用在深井、软岩、动压及应力集中区等高应力及复杂应力的巷道支护中，可以对巷道围岩提供高支护反力从而使巷道围岩稳定，安装使用方便。
附图说明
图1是本发明的一种深井高应力巷道围岩强化支护的承载***断面结构示意图；
图2是本发明的钢管混凝土支架连接结构示意图；
图3是本发明的钢管混凝土支架结构示意图；
图4是本发明用于中硬围岩的强化支护承载***断面结构示意图；
图5是本发明用于中硬围岩的注浆强化支护承载***断面结构示意图；
图6是本发明用于软弱围岩的强化支护承载***断面结构示意图；
图7是本发明用于极软弱围岩的强化支护承载***断面结构示意图；
图中：1、钢管混凝土强化支护结构，2、混凝土喷层强化支护结构3、锚杆强化支护结构，4、围岩结构，5、顶杆，6、排气孔，7、注浆孔，8、钢管，9、套头管，10、弹性软垫，11、注浆强化加固结构，12、钢筋混凝土砌碹强化支护结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
如图1-图7所示，深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，包括钢管混凝土强化支护结构1、混凝土喷层强化支护结构2、锚杆强化支护结构3、注浆强化加固结构11和钢筋混凝土砌碹强化支护结构12；
如图3所示，所述钢管混凝土强化支护结构1由钢管混凝土支架及混凝土构成，所述钢管混凝土支架包括多节无缝钢管8和套头管9，所述多节无缝钢管8通过套头管9对接形成环状结构，各钢管8的弧度相同，钢管8内部填充混凝土，所述套头管9中间设有弹性软垫10，所述弹性软垫10中间是通的，钢管8的侧管壁上设有注浆孔7，上管壁设有排气孔6，混凝土通过注浆孔7注入钢管8内部，形成钢管混凝土强化支护结构1；
所述的锚杆强化支护结构3根据锚杆锚固长度不同分为端部锚固和全长锚固；
所述钢筋混凝土砌碹强化支护结构12包括砌碹结构、金属网、泡沫塑料板，所述砌碹结构包括砌碹混凝土，所述砌碹混凝土采用普通硅酸盐水泥和水按比例0.4-0.6配比，并掺入总重量的4％的速凝剂，所述金属网为全断面铺设的钢筋网；所述泡沫塑料板主要用于隔绝水和风化作用。
作为实施例的改进，所述钢管混凝土强化支护结构1中的混凝土，采用钢纤维混凝土或者类似的膨胀混凝土；
也可根据需要采用如硬石膏、聚氨酯或其他建筑材料，并添加凝固剂。
作为实施例的改进，所述钢管混凝土强化支护结构1中的钢管混凝土支架的圆弧拱内侧加焊圆钢和钢板，提高整体结构的强度及稳固性。
作为实施例的改进，所述钢管8的管径均相同，钢管8具有4-6节，安装使用方便，结构设计合理。
作为实施例的改进，所述套头管9内径大于钢管8外径，将钢管8通过套头管9对接形成环状结构时，操作更方便，所述套头管9的壁厚大于钢管8壁厚，结构强度高，稳定性好。
作为实施例的改进，如图2所示，所述钢管混凝土强化支护结构1中的钢管混凝土支架通过多个顶杆5连接，所述顶杆5为钢管混凝土柱。
另外，本发明还提供了上述任一项所述深井高应力巷道围岩强化支护承载***的用途，针对不同的围岩性质采用承载***内不同的支护结构复合使用，
当围岩硬度为中硬围岩时，如图4所示，此时强化支护承载***包括混凝土喷层强化支护结构2、锚杆强化支护结构3，其中混凝土喷层强化支护结构2安装在围岩结构4上，锚杆强化支护结构3中的锚杆采用端部锚固和全长锚固安装在围岩结构4上；
当围岩硬度为软弱围岩时，如图6所示，此时强化支护承载***包括锚杆强化支护结构(需要注浆)、钢管混凝土强化支护结构1，其中钢管混凝土强化支护结构1设置在围岩结构4内侧，锚杆强化支护结构中的锚杆采用端部锚固和全长锚固安装在围岩结构4上；
当围岩硬度为极软弱围岩时，如图7所示，此时强化支护承载***包括钢管混凝土强化支护结构1、钢筋混凝土砌碹强化支护结构12，所述钢管混凝土强化支护结构1安装在钢筋混凝土砌碹强化支护结构12内侧，所述钢筋混凝土砌碹强化支护结构12安装在围岩结构4内侧。
作为实施例的进一步改进，当围岩硬度为中硬围岩时，强化支护承载***还包括注浆强化加固结构11，如图5所示，其中注浆强化加固结构11是通过注浆在围岩结构4上形成一层注浆强化结构。
本发明针对极软弱围岩、中硬围岩和软弱围岩采取具体实施方式，其中最重要的环节为钢管混凝土强化支护结构1的具体实施，其他环节都是常规实施方式，这里重点介绍钢管混凝土强化支护结构的工艺流程。
本发明中，巷道支护施工的工艺流程为：
开挖巷道断面；顶板布置锚杆作为临时支护；安装空钢管支架；在支架与围岩之间铺设钢筋网、泡沫塑料板；在支架与围岩之间喷混凝土砌碹；10-20架钢管支架灌注混凝土。
具体步骤为，
1)空钢管混凝土支架施工顺序与方法：
巷道掘进5-8m后，对巷道进行清理，清除底板渣石；
以巷道中心线为基准，按支架间距为0.8m确定支架位置，首先通过锚杆将顶弧段钢管固定到预定位置；
其次放入底拱段，与前一段支架的底拱段通过顶杆5连接，安装好套头管9；
最后安装两帮段，将帮腿段缓慢插到套头管9中；
将顶弧段松动，使其端口对准帮段上的定位钢筋后缓慢***，直到端口紧密结合，然后将提前套在顶弧段的套头管9向下移动到挡环，与前一架支架间安装顶杆5；
将支架通过在锚固耳根处打锚杆固定，每十架钢管支架锚固一架。
2)空钢管支架安装完成后，在钢管混凝土支架与巷道围岩之间铺设钢筋网、泡沫塑料板，然后对钢管混凝土支架与巷道围岩之间的空间喷射混凝土碹，喷碹厚度300mm。
3)钢管混凝土支架灌注混凝土工艺：
每安装10-20架空钢管支架灌注混凝土一次；
其中，灌注施工顺序，
混凝土输送泵平放在巷道，通过高压胶管与支架注浆短管连接；
连接电缆、布置水管，输送泵空载15-20min；
拌制混凝土，每次搅拌约1m3；
连接注浆管路依次为输送泵-输送管-高压胶管-闸阀-支架注浆口；
第一次使用输送泵时应先泵送一罐水泥砂浆以润滑管路，然后正常泵送注浆；支架灌注混凝土前先往钢管内放入少量水，起润滑作用；每次注浆提前连接好五架支架的输送管路，以方便管路连接，节约时间，防止输送管内混凝土凝固。
每架灌注结束，以顶部排浆孔流出约5kg混凝土作为标志。
每架支架灌注结束后先停止泵送，然后关闭闸阀，拆卸管路，封堵排将孔。连接下一架，继续灌注，直到全部灌注完毕。
灌注完毕后先停泵，卸掉搅拌箱多余混凝土，正反泵水洗管路、输送泵管道，拆卸管路，停止供水，最后断电。
空支架安装和混凝土灌注施工与喷混凝土碹体同步进行，最终形成一个整体极软弱围岩的强化支护承载结构。
对于中硬围岩和软弱围岩，操作原理相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，其特征在于，包括钢管混凝土强化支护结构(1)、混凝土喷层强化支护结构(2)、锚杆强化支护结构(3)、注浆强化加固结构(11)和钢筋混凝土砌碹强化支护结构(12)；
所述钢管混凝土强化支护结构(1)由钢管混凝土支架及混凝土构成，所述钢管混凝土支架包括多节无缝钢管(8)和套头管(9)，所述多节无缝钢管(8)通过套头管(9)对接形成环状结构，各钢管(8)的弧度相同，钢管(8)内部填充混凝土，所述套头管(9)中间设有弹性软垫(10)，所述弹性软垫(10)中间是通的，钢管(8)的侧管壁上设有注浆孔(7)，上管壁设有排气孔(6)，混凝土通过注浆孔(7)注入钢管(8)内部，形成钢管混凝土强化支护结构(1)；
所述的锚杆强化支护结构(3)为端部锚固或全长锚固；
所述钢筋混凝土砌碹强化支护结构(12)包括砌碹结构、金属网、泡沫塑料板，所述砌碹结构包括砌碹混凝土，所述砌碹混凝土采用普通硅酸盐水泥和水按比例0.4-0.6配比，并掺入总重量的4％的速凝剂，所述金属网为全断面铺设的钢筋网。
2.根据权利要求1所述深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，其特征在于，所述钢管混凝土强化支护结构(1)中的混凝土，采用钢纤维混凝土或膨胀混凝土；
或采用硬石膏、聚氨酯，并添加凝固剂。
3.根据权利要求1所述深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，其特征在于，所述钢管混凝土强化支护结构(1)中的钢管混凝土支架的圆弧拱内侧加焊圆钢和钢板。
4.根据权利要求1所述深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，其特征在于，所述钢管(8)的管径均相同，钢管(8)具有4-6节。
5.根据权利要求4所述深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，其特征在于，所述的套头管(9)内径大于钢管(8)外径。
6.根据权利要求5所述深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，其特征在于，所述套头管(9)的壁厚大于钢管(8)壁厚。
7.根据权利要求1所述深井高应力巷道围岩强化支护的承载***，其特征在于，所述钢管混凝土强化支护结构(1)中的钢管混凝土支架通过多个顶杆(5)连接，所述顶杆(5)为钢管混凝土柱。
8.如权利要求1-7任一项所述深井高应力巷道围岩强化支护承载***的用途，其特征在于，针对不同的围岩性质采用承载***内不同的支护结构复合使用，
当围岩硬度为中硬围岩时，此时强化支护承载***包括混凝土喷层强化支护结构(2)、锚杆强化支护结构(3)；
当围岩硬度为软弱围岩时，此时强化支护承载***包括锚杆强化支护结构(3)、钢管混凝土强化支护结构(1)；
当围岩硬度为极软弱围岩时，此时强化支护承载***包括钢管混凝土强化支护结构(1)、钢筋混凝土砌碹强化支护结构(12)。
9.根据权利要求8所述深井高应力巷道围岩强化支护承载***的用途，其特征在于，当围岩硬度为中硬围岩时，强化支护承载***还包括注浆强化加固结构(11)。
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