CN201381861Y - 一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置,它包括:混凝土找平层、高强预应力锚杆、底角锚杆、泡沫垫层、钢筋网、钢筋格栅拱架、复喷层、弧形坑槽,在巷道底板上挖出弧形坑槽,全断面喷射混凝土找平层,弧形坑槽开挖半径,弧长,拱高,在全断面围岩上连接高强预应力锚杆和预应力锚索,在两帮墙脚上与倾斜向下的帮脚锚杆相连,在底板两端距边墙米与倾斜向外的底角锚杆相连,在巷道全断面喷射复喷层,于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟,水沟两侧铺设碎石,碎石顶部浇筑混凝土地坪。本实用新型结构简单,操作简单、易于实现,节省了大量的人力、物力、财力,在实际工程中能得以广泛应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及巷道的支护及其治理技术领域,更具体涉及一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置,也可用于软弱围岩隧道的支护。
背景技术
粘土岩是构成煤系地层的主要岩性之一,通常所见的泥岩、铝土岩和断层泥即属于典型的粘土岩。我国煤矿开采中每年修建的井下巷道累计长达数百公里,其中相当一部分修建在粘土岩中。粘土岩中常含有蒙脱石、伊利石和高岭土等粘土矿物,蒙脱石、伊利石遇水具有膨胀性,高岭土不具膨胀性,但遇水易软化,导致岩石强度大大降低。研究表明:当蒙脱石含量达7%以上或伊利石含量达20%以上时,粘土岩即具有明显的胀缩特性,且其含量愈高,线胀缩总率愈大。在这类地层中,如果对底板积水、空气潮湿控制不当,表面岩石日渐软化膨胀,将在同样的地应力条件下使围岩松动圈增大。同时,由于这类岩石遇水后体积成倍膨胀,膨胀变形压力巨大,又使围岩内应力升高,结果围岩的碎胀和吸水膨胀结合起来产生较大的围岩变形,表现为强烈的底臌、帮鼓和顶板下沉,造成巷道围岩失稳、支护结构破坏、生产受到严重影响。
为解决膨胀型软弱围岩巷道自身承载力较差、开挖后变形大的围岩稳定控制与支护技术难题,本实用新型提供了一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置,能够一次性实现围岩稳定,避免巷道多次翻修影响生产,在节省大量人力、物力、财力情况下,达到较好的治理效果。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置,结构简单,制作方便,软弱膨胀型围岩巷道支护装置高强抗折抗裂,在大大提高了围岩抗剪强度的同时,也有效减小了巷道开挖后软弱围岩变形大的问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术措施:
一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置,它包括弧形底拱、混凝土找平层、高强预应力锚杆和预应力锚索、帮脚锚杆、底角锚杆、泡沫垫层、钢筋网、钢筋格栅拱架、复喷层、水沟、碎石、地坪。混凝土找平层厚50mm,复喷层厚150mm,泡沫垫层厚100mm,其结构关系为:在已经按优化断面形状开挖的巷道底板上开挖弧形底拱,高强预应力锚杆和预应力锚索连接(施加)在围岩全断面上,并在两帮墙脚往上0.2~0.3米处连接(施加)倾斜向下的帮角锚杆,在底板两端距边墙0.2~0.3米处连接(施加)倾斜向外的底角锚杆,紧贴巷道全断面喷射混凝土找平层,找平层后跟随100mm后泡沫垫层,泡沫垫层后铺设第一层钢筋网、全断面钢筋格栅拱架、第二层钢筋网,并喷射150mm厚混凝土复喷层进行封闭,从而形成“钢筋格栅拱架+双层钢筋网”为骨架的钢筋混凝土封闭喷层,这样的喷层结构高强抗折抗裂,能够防止围岩变形导致的喷层折断、开裂,最后在复喷层形成的反底拱结构上,于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟,水沟两侧铺设碎石,碎石顶部浇筑混凝土地坪。
本发明具体的制作流程为:按优化的断面形状开挖巷道,在巷道底板上挖出弧形底拱;全断面喷射50mm厚混凝土找平层;施工锚杆锚索,支护过程中的锚杆锚索孔施工不可避免地需要用水,为了消除粘土性矿物的遇水膨胀性,控制“一次施工膨胀”,特在水中添加山梨醇三硬脂酸酯(商品名为:Span 65,化学分子式为soibitan tristearate)水平衡剂,该平衡剂的HLB(Hydrophile-Lipophile BalanceNumber,称亲水疏水平衡值)为2.1,添加量为3%,从而在不影响浇筑的情况下,减小了围岩与水发生化学作用而产生的膨胀变形;敷设泡沫垫层,形成预留变形缓冲层;挂第一层钢筋网;布置全断面封闭型钢筋格栅拱架,将格栅内侧主筋与第一层钢筋网绑扎牢固;挂第二层钢筋网,并与格栅外侧主筋牢固绑扎,随之喷射150mm厚复喷层,形成“格栅底板+双层钢筋网”为骨架结构的钢筋混凝土封闭结构;在底板因复喷层形成的反底拱结构上,于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟,水沟两侧铺设碎石,碎石顶部浇筑混凝土地坪。
本发明的优点在于:(1)在施工用水中通过添加亲水性较低的水平衡剂,减少了软弱围岩中粘性矿物的遇水膨胀性,从而缩减了巷道变形量;(2)通过喷射复喷层,形成了“格栅底板+双层钢筋网”为骨架结构的钢筋混凝土封闭结构,在加大支护强度的同时,也使得围岩被封闭起来,减少了围岩与地下水接触的几率,进而减小了巷道开挖后围岩遇水产生的膨胀变形;(3)通过敷设100mm厚泡沫垫层去缓冲因围岩膨胀变形导致的支护结构开裂破坏。
附图说明
图1为一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置示意图。
图2为预留变形缝的抗折抗裂衬砌结构断面布置示意图。
图3为格栅拱架结构示意图。(a)为格栅拱架结构断面观测图;(b)为格栅拱架结构外部观测图
其中:1.混凝土找平层,2.高强预应力锚杆,3.预应力锚索,4.帮脚锚杆,5.底角锚杆,6.泡沫垫层,7.钢筋格栅拱架,8.复喷层,9.弧形坑槽,10.水沟,11.碎石,12.地坪,13第一层钢筋网,14.第二层钢筋网
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置,它包括:混凝土找平层1、高强预应力锚杆2和预应力锚索3、帮脚锚杆4、底角锚杆5、泡沫垫层6、第一层钢筋网13、第二层钢筋网14、钢筋格栅拱架7、复喷层8、弧形坑槽9、水沟10、碎石11、地坪12。该支护装置各个组成部件之间的连接关系及其作用可表述为:按优化的断面形状开挖巷道后,在巷道底板上挖出弧形坑槽9,并全断面喷射50mm厚混凝土找平层1,找平层1起到封闭围岩的作用,并防止围岩吸水膨胀、风化和表面危岩跨落,减少巷道表面的凹凸差,改善锚杆锚索托盘与围岩表面的密贴性,提高锚杆锚索对围岩的支护效果,弧形坑槽9开挖半径4.36m,弧长5.58m,拱高0.816m,喷射混凝土强度等级C20,水灰比为0.4~0.6,重量配合比为水泥∶黄沙∶瓜子片=1∶2∶2,速凝剂掺入量为水泥重量的3.5%~5%,速凝剂采用8604型喷射混凝土用水泥速凝剂,它是一种近于中性(PH值=7~8)的无毒无腐蚀性棕色无机粉末固体,对人体无刺激,加入水泥中能提高喷射混凝土新喷料的粘聚性,并能显著降低回弹及粉尘,而且对各种水泥的适应性能良好,在全断面围岩上连接(施加)高强预应力锚杆2和预应力锚索3,提高围岩的抗剪强度,并在两帮墙脚往上0.2~0.3米处与倾斜向下的帮脚锚杆4(俯角45°)相连,在底板两端距边墙0.2~0.3米处与倾斜向外的底角锚杆5(外倾角30~45°)相连,起加固帮角应力集中区,阻止围岩剪切滑移的作用,同时为了消除围岩中因含有较多粘土性矿物的遇水膨胀性,特在施工用水中添加了山梨醇三硬脂酸酯(商品名为:Span 65,化学分子式为:soibitan tristearate)水平衡剂,该平衡剂的HLB(Hydrophile-Lipophile Balance Number,称亲水疏水平衡值)为2.1,添加量为3%,从而在不影响锚固锚接条件下,减小了围岩与水发生化学作用而产生的膨胀变形,采用高强预应力锚杆,材料为建筑IV级螺纹钢,等强螺纹,左旋无纵筋杆体,参数为Φ22L=2200~2800@700×700(直径22mm,全长2200~2800mm,间距700mm,排距700mm),梅花形布置,采用两节Z2350树脂药卷加长锚固,锚杆锚固段长度不小于1800mm,锚杆预应力50~70kN,锚索设计参数为Φ17.8L=6000~8000mm,垂直于巷道轮廓线布置,两帮和拱部每断面布置五根锚索,材料为低松驰钢绞线,预应力不小于150kN,安装锚索时每孔使用一卷K2350和三卷Z2350型树脂药卷,锚杆索布置及其技术要求详见图1;在巷道全断面紧贴找平层1铺设100mm厚泡沫垫层6,通过增设100mm间隙预留巷道变形量,缓冲因围岩膨胀变形导致的支护结构开裂破坏;紧贴泡沫垫层挂第一层钢筋网13,再布置全断面封闭型钢筋格栅拱架7,将格栅内侧主筋与第一层钢筋网13绑扎牢固,挂第二层钢筋网14在钢筋格栅拱架上,并与格栅外侧主筋牢固绑扎即格栅钢架内外设二层钢筋网,分别绑扎于拱架内外层主筋上,格栅结构布置见图2,格栅拱架结构示意图见图3,格栅拱架主筋采用Φ22~25钢筋(视巷道断面大小及原岩应力大小确定),截面尺寸为120×120mm,相邻两榀纵向间距1m,每榀之间利用纵向联结筋连接,纵向联结筋环向间距1m;在巷道全断面喷射150mm厚复喷层8,与格栅拱架和内外层钢筋网一起形成高强抗折抗裂的封闭支护层,复喷层必须完全覆盖格栅拱架,其材料及配比与初喷层相同;在底板因复喷层形成的反底拱结构上,于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟10,水沟尺寸500×450mm,水沟两侧铺设碎石11,碎石顶部浇筑厚度100mm的混凝土地坪12,这样对采用断面形状优化的底板结构进行底臌治理,同时改善整个支护加固结构的受力状态,结构详见图1。
Claims (2)
1、一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置,它包括:混凝土找平层(1)、高强预应力锚杆(2)、底角锚杆(5)、泡沫垫层(6)、钢筋网(14)、钢筋格栅拱架(7)、复喷层(8)、弧形坑槽(9),其特征在于:在巷道底板上挖出弧形坑槽(9),全断面喷射50mm厚混凝土找平层(1),弧形坑槽(9)开挖半径4.36m,弧长5.58m,拱高0.816m,在全断面围岩上连接高强预应力锚杆(2)和预应力锚索(3),在两帮墙脚上0.2~0.3米与倾斜向下的帮脚锚杆(4)相连,在底板两端距边墙0.2~0.3米与倾斜向外的底角锚杆(5)相连,在巷道全断面喷射150mm厚复喷层(8),于巷道断面中轴线处现浇混凝土水沟(10),水沟两侧铺设碎石(11),碎石(11)顶部浇筑厚度100mm的混凝土地坪(12)。
2、根据权利要求1所述的一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置,其特征在于:所述的混凝土找平层(1)上铺设100mm厚泡沫垫层(6),泡沫垫层后挂第一层钢筋网(13)、全断面钢筋格栅拱架(7)、第二层钢筋网(14),将格栅内侧主筋与第一层钢筋网(13)绑扎,并与格栅外侧主筋绑扎即格栅钢架内外设二层钢筋网,分别绑扎于拱架内外层主筋上,格栅拱架主筋采用Φ22~25钢筋,截面尺寸为120×120mm,相邻两榀纵向间距1m,每榀之间利用纵向联结筋连接,纵向联结筋环向间距1m。
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