[实用新型]一种软弱膨胀型围岩巷道支护装置

说明书

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