CN109577989B - 一种新型深部矿山竖井井壁结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型深部矿山竖井井壁结构及施工方法，包括多层，从内向外依次是混凝土衬砌层和锚注复合层，所述的锚注复合层从井壁结构向外依次是加固化学浆液层和水泥浆液层；使得原本是荷载来源的井壁围岩在注浆加固后，作为承载结构的一部分，与混凝土衬砌共同承载。锚注复合体充分发挥围岩自承载能力，结构效率高；泡沫充填层抗冲击荷载。可更好的适用深部地下工程的复杂坏境。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型支护结构，具体涉及一种新型深部矿山竖井井壁结构及施工方法。
技术背景
随着浅部资源的减少，国内外矿山都相继进入深部资源开采状态。从中国资源开采来看，几十年持续的大规模资源开采使得浅部矿产资源已趋于枯竭，矿产资源开采已逐步进入1000～2000m以深水平。《“十三五”国家科技创新规划》中提出了“深空、深海、深地、深蓝”四深战略，将深地工程的重要程度提到与航天工程同等的地位。大规模的矿藏开发与深地战略的稳步实施带来了大量的深部工程建设，但是深部地层具有高地应力、高地温、高渗透水压等特殊工程地质条件。
深部工程地应力高，且存在冲击地压。传统的开挖及衬砌技术难以满足深深竖井工程施工要求。现有的600m～1000m以深的深竖井基本全断面钻爆法施工，单循环进尺2m以内，钢混结构支撑。但是随着深度增加，地应力增大，设计要求的衬砌厚度也越来越大，以至影响深竖井施工的经济性与适用性。且施工进度缓慢，工期较长。遇到冲击地压时，传统支护结构应对能力不足，不能抵抗岩爆等冲击地压灾害。这些问题的存在即造影响施工进展，又有较高的风险。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种新型深部矿山竖井井壁结构。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种新型深部矿山竖井井壁结构，包括多层，从内向外依次是混凝土衬砌层和锚注复合层，所述的锚注复合层从井壁结构向外依次是加固化学浆液层和超细水泥浆液层；所述的水泥浆液层完全渗透加固化学浆液层；使得原本是荷载来源的井壁围岩在注浆加固后，作为承载结构的一部分，与混凝土衬砌共同承载。
进一步，在所述的加固化学浆液层与所述的混凝土衬砌层之间是发泡堵水化学浆液层。
进一步的，在所述的锚注复合层与混凝土衬砌层之间还设有泡沫充填层。
进一步的，所述的泡沫充填层使用泡沫混凝土材料浇筑而成，即具备一定的抗冲击地压能力，又具有良好的排水性。
进一步的，所述的发泡堵水化学浆液层、加固化学浆液层和水泥浆液层的厚度关系是：依次为超细水泥浆液层厚度>发泡堵水化学浆液层厚度>加固化学浆液层厚度；所述的超细水泥浆液层完全渗透整个发泡堵水化学浆液层和加固化学浆液层，所述的加固化学浆液层设置于发泡堵水化学浆液层的靠近混凝土衬砌层的位置。
近端使用发泡堵水化学浆液层采用发泡材料，用于封堵裂隙中的动水，使后方注浆的超细水泥材料不易冲失，并为下一步加固化学浆液层的加固材料提供骨架；加固化学浆液层的加固材料用于加固近端围岩，在发泡材料的空隙中充填，所以其加固化学浆液层的厚度小于发泡堵水化学浆液层的厚度；远端材料加固范围最大，考虑经济性与适用性，采用超细水泥进行注浆形成超细水泥浆液层。
这个厚度是从混凝土衬砌后开始算的。每层之间并非独立存在的，而是相互叠加的。
进一步的，所述的发泡材料选择硅酸盐发泡材料。
进一步的，所述的加固材料选择硅酸盐加固材料。
进一步的，所述混凝土衬砌通使用素混凝土，设立马头门或地层较破碎的特殊地段可采用钢筋混凝土，其施工采用常规的混凝土衬砌施工方法，但混凝土衬砌的厚度得以大大减少。
本发明中新型深部矿山竖井井壁结构的施工方法，所述的锚注复合层的施工采用锚杆进行注浆。
所述的锚杆可采用普通注浆锚杆，优选的采用吸能型注浆锚杆。
所述锚注复合体施工，地层破碎段的加固可采用锚杆配合钢筋网进行加固。
本发明的有益效果：
通过多材料联合的***注浆形成锚注复合体，加固了井壁围岩周围一定范围内的破碎围岩。原本是荷载来源的破碎围岩，经过加固成为完整结构，具有承受荷载的能力，从而充分发挥围岩自承载能力，结构效率高；泡沫充填层属于让压支护结构，它允许较大的变形，可以有效吸收能量，因此可以抗冲击荷载。可更好的适用深部地下工程的复杂坏境。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为一个或者多个实施例中公开来的复合井壁结构示意图；
图2为新型深部竖井支护结构立面图；
图3为锚固复合层的结构关系图；
图中1传统井壁支护，2混凝土衬砌层，3泡沫充填层，4锚固复合层，4-1加固化学浆液层，4-2发泡堵水化学浆液层，4-3超细水泥浆液，5未加固破碎岩体，6锚杆注浆管，7锚杆。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在深部工程地应力高，且存在冲击地压。传统的开挖及衬砌技术难以满足深深竖井工程施工要求。现有的600m～1000m以深的深竖井基本全断面钻爆法施工，单循环进尺2m以内，钢混结构支撑。但是随着深度增加，地应力增大，设计要求的衬砌厚度也越来越大，以至影响深竖井施工的经济性与适用性。且施工进度缓慢，工期较长。遇到冲击地压时，传统支护结构应对能力不足，不能抵抗岩爆等冲击地压灾害。这些问题的存在即造影响施工进展，又有较高的风险，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种新型深部矿山竖井井壁结构及施工方法。
实施例1：
如图1所示，当围岩冲击倾向性较高，围岩较完整，开挖前方含水量丰富的地层条件下，采用的深竖井支护结构从外侧至内侧分别为：锚注复合层4、泡沫充填层3和素混凝土衬砌层2；锚注复合体从井壁结构依次向外由浅及深，分层分序使用发泡堵水化学浆液、加固化学浆液和超细水泥浆液进行注浆。使得原本是荷载来源的井壁围岩在注浆加固后，作为承载结构的一部分，与混凝土衬砌共同承载。
其中锚注复合体施工采用锚杆注浆；锚杆可采用普通注浆锚杆，优选的采用吸能型注浆锚杆。
发泡堵水化学浆液层的发泡材料用于发泡，快速截断并封堵动水，为下一步硅酸盐加固材料提供骨架，为后续超细水泥浆液注浆提高留存率，生成的气体还有利于后续注浆的再次渗透。
加固化学浆液层的加固材料用于加固近端围岩，在发泡材料的空隙中充填，所以其加固化学浆液层的厚度小于发泡堵水化学浆液层的厚度；
超细水泥浆液层的超细水泥浆液用于加固远端围岩。远端材料加固范围最大，考虑经济性与适用性，采用超细水泥进行注浆形成超细水泥浆液层。
发泡堵水化学浆液层4-2、加固化学浆液层4-1和水泥浆液层4-3的厚度关系是：依次为超细水泥浆液层厚度>发泡堵水化学浆液层厚度>加固化学浆液层厚度；所述的超细水泥浆液层完全渗透整个发泡堵水化学浆液层和加固化学浆液层，所述的加固化学浆液层设置于发泡堵水化学浆液层的靠近混凝土衬砌层的位置。
发泡堵水化学浆液层、加固化学浆液层、超细水泥浆液层的厚度是从混凝土衬砌后开始算的。每层之间并非独立存在的，而是相互叠加的。具体的关系是，如图3中所示的锚固复合层三层从左向右数共分三层，各层的厚度以及关系分别标记为加固化学浆液层4-1，发泡堵水化学浆液层4-2，超细水泥浆液层4-3，首先它经过硅酸盐发泡材料注浆，范围是发泡堵水化学浆液层4-2所覆盖的区域，然后是硅酸盐加固材料注浆，范围是加固化学浆液层4-1所覆盖的区域，最后是超细水泥注浆，范围是超细水泥浆液层4-3所覆盖的区域。
进一步优选的，发泡材料选择硅酸盐发泡材料。
进一步优选的，所述的加固材料选择硅酸盐加固材料。
泡沫充填层3允许较大的变形，可以有效吸收能量，使用泡沫混凝土材料浇筑而成，即具备一定的抗冲击地压能力，又具有良好的排水性。
素混凝土衬砌层6的作用主要是为了提供支护。
图中的地层破碎段可使用锚杆配合钢筋网使用。
锚注复合层的施工采用锚杆注浆；锚杆可采用普通注浆锚杆，优选的采用吸能型注浆锚杆；具体的注浆方法是，先注浆发泡堵水化学浆液层，再注浆加固化学浆液层，最后注浆超细水泥浆液层。
实施例2
如图2所示，当冲击地压倾向性低，埋深小的区段施工，可不施工泡沫充填层，同时围岩较破碎，开挖前方含水量丰富，深竖井支护结构从外侧至内侧分别为：锚注复合层4和钢筋凝土衬砌层2；锚注复合层4从井壁结构依次向外由浅及深，分层分序使用发泡堵水化学浆液、加固化学浆液和超细水泥浆液进行注浆。使得原本是荷载来源的井壁围岩在注浆加固后，作为承载结构的一部分，与混凝土衬砌共同承载。
其中锚注复合层的施工采用锚杆注浆；锚杆可采用普通注浆锚杆，优选的采用吸能型注浆锚杆，具体实施方法与实施例1相同。
锚注复合层4的各部分的作用、相互厚度关系等与实施例1相同。
该实施例1与实施例1的不同点在于将实施例1中的素混凝土衬砌层2修改成了钢筋凝土衬砌层2，去掉了泡沫充填层3。
实施例3：
围岩冲击倾向性较高，围岩较完整，开挖前方含水量较少的地层条件下，采用的深竖井支护结构从外侧至内侧分别为：锚注复合层4(该复合层4包括加固化学浆液层和普通水泥浆液注浆加固层，去掉了发泡堵水化学浆液层)、泡沫充填层3和素混凝土衬砌层26；锚注复合层4从井壁结构依次向外由浅及深，分层分序使用加固化学浆液和超细水泥浆液进行注浆。使得原本是荷载来源的井壁围岩在注浆加固后，作为承载结构的一部分，与混凝土衬砌共同承载。
其中锚注复合层4的施工采用锚杆注浆；锚杆可采用普通注浆锚杆，优选的采用吸能型注浆锚杆。
所述泡沫充填层2，使用泡沫混凝土材料浇筑而成，即具备一定的抗冲击地压能力，又具有良好的排水性。
加固化学浆液层和普通水泥浆液注浆加固层的实施方式以及厚度关系等与实施例1中的加固化学浆液层和超细水泥浆液层相同，只是将实施例1中的超细水泥浆液层的材料替换成了普通水泥浆液。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种新型深部矿山竖井井壁结构，其特征在于，包括多层，从内向外依次是混凝土衬砌层和锚注复合层，所述的锚注复合层从井壁结构向外依次是加固化学浆液层、发泡堵水化学浆液层和超细水泥浆液层，每层之间并非独立存在的，而是相互叠加的；各层的厚度关系是：超细水泥浆液层厚度>发泡堵水化学浆液层厚度>加固化学浆液层厚度；其注浆范围首先是发泡堵水化学浆液层所覆盖的区域，然后是加固化学浆液层所覆盖的区域，最后是超细水泥注浆所覆盖的区域；在发泡堵水化学浆液层与所述的混凝土衬砌层之间是加固化学浆液层；所述的水泥浆液层完全渗透加固化学浆液层。
2.如权利要求1所述的新型深部矿山竖井井壁结构，其特征在于，所述的超细水泥浆液层完全渗透整个发泡堵水化学浆液层和加固化学浆液层，所述的加固化学浆液层设置于发泡堵水化学浆液层的靠近混凝土衬砌层的位置。
3.如权利要求2所述的新型深部矿山竖井井壁结构，其特征在于，所述的发泡堵水化学浆液层选择硅酸盐发泡材料。
4.如权利要求2所述的新型深部矿山竖井井壁结构，其特征在于，所述的加固化学浆液层选择硅酸盐加固材料。
5.如权利要求1所述的新型深部矿山竖井井壁结构，其特征在于，在所述的锚注复合层与混凝土衬砌层之间还设有泡沫充填层。
6.如权利要求5所述的新型深部矿山竖井井壁结构，其特征在于，所述的泡沫充填层使用泡沫混凝土材料浇筑而成。
7.如权利要求1所述的新型深部矿山竖井井壁结构，其特征在于，所述混凝土衬砌层通使用素混凝土，设立马头门或地层较破碎的特殊地段采用钢筋混凝土。
8.如权利要求1-7任一项所述的新型深部矿山竖井井壁结构的施工方法，其特征在于，所述的锚注复合层的施工采用锚杆注浆。
9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述的锚杆采用普通注浆锚杆或者吸能型注浆锚杆。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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