[发明专利]一种松软破碎巷道顶板的加固支护方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种矿井巷道支护方法，具体是涉及一种松软破碎巷道顶板的加固支护方法，该方法可用于矿井巷道和深埋隧道工程中软弱破碎围岩的加固支护。

背景技术

近年来，随着能源开采进入深部，围岩劣化，开采条件越来越困难。尤其是松软破碎巷道的顶板控制与管理问题，一直困扰着矿山生产安全。

松软破碎的顶板围岩,其层理、节理裂隙极其发育,固结性差,巷道顶板易随掘随冒顶。即使在掘进阶段顶板软岩暂不冒顶,也易风化破碎,煤巷存在支护难,围岩变形量大、破坏严重、维护费用高等问题。目前大多数采用了常规手段，如锚杆+喷射混凝土支护、可缩U型钢支架和棚后注浆技术、高强度锚杆/锚索锚网喷复合支护技术等，这些支护技术没有解决支护结构与围岩体力学特性的耦合问题，导致围岩变形持续增长，巷道挤压变形、冒顶坍塌。

发明内容

为解决以上难题，本发明从空间与时间效应相结合，考虑施工工序时间与支护部位之间的配合，提供一种适用于松软破碎围岩巷道顶板加固支护方法，该方法可以有效地控制顶板下沉量，减少冒顶事故的发生。

本发明解决其技术问题所采用技术方案是：一种松软破碎巷道顶板的支护方法，按照以下步骤进行施工：

A、开挖巷道，在巷道表面清除掉活动危石，喷射混凝土对围岩裂隙表面进行封闭；

B、进行注浆施工：先在巷道易出现坍塌的顶板距左右边墙0.3-0.5米处施作注浆孔，注浆孔仰角45°；在左右边墙的上部距顶板0.3-0.5米处施作边墙注浆孔，仰角30°；在左右边墙的下部距底板0.3-0.5米处施作边墙下注浆孔，俯角30°；然后在注浆孔内安装中空的注浆锚杆，向所述注浆锚杆内注浆；

C、在锚杆和注浆锚杆的端部挂设钢筋网片，复喷混凝土，厚度50mm，并进行找平；

D、在顶板的左右侧部位实施锚索钻孔，锚孔外倾角30°，安装锚索，施工锚拉支架；每孔锚索安装时使用一卷K2360和三卷Z2360型树脂药卷；拉梁与混凝土找平层之间预留填充垫层厚度100mm和预留变形量100mm，然后对锚索托盘临时锁紧；

E、施工一周后，在锚拉支架和复喷混凝土找平层之间填充柔性垫层用于张拉锚索预应力。

所述步骤B中的注浆导管长度为2-3米；所述的注浆导管中前部设计有泄浆孔，孔呈梅花形布置；所述的注浆液为水泥单液浆，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.7～1.0，并掺加3％～5％的水玻璃，5％的生石膏。

所述步骤D中的锚索为直径25mm的左旋20MnSi锚索，锚索长度为5-10m，或者根据具地质雷达测试松动圈范围确定，锚索长度要大于松动圈范围，锚固到围岩内部稳定区域；锚索的外露长度不大于100mm，托板规格250×250×12。

所述步骤D中的拉梁为封闭箱型截面，可以是“口”形，还可以形。其上下翼缘为平钢板，腹板为波纹钢板；所述的波纹为梯形波。所述的拉梁由段或多段短拉梁组成，节段之间由弹性节点相连。

所述的弹性节点由两个或多个槽钢段组成。具体的是在要连接的拉梁端部焊接端钢板，两端钢板之间预留空隙，将2段槽钢沿着端板背靠背放入空隙，2段槽钢上下布置，并保证位于竖向中轴线上。所述的槽钢翼缘板与端钢板全焊。

所述步骤E中的柔性垫层是砂袋、矸石袋或者泡沫混凝土块。

本发明方法的有益效果是：

1、本方法从时间和空间效应上相互组合，体现了分步耦合、协同支护的思想。（1）工序的合理组织，先进行注浆加固，提供围岩整体性和自身强度；再进行锚杆支护，阻止围岩内部的剪切变形；最后进行锚拉支架的施工，对顶板围岩进行兜护，并通过锚索将围岩应力向内部转移，并通过锚索变形和拉梁的变形释放压力。（2）加固方式和部位的合理组合。巷道开挖后，先进行喷浆封表，在容易失稳的巷道角隅部位进行钻孔注浆，提高围岩整体性能；再进行锚网喷支护，将围岩应力向内部转移；最后对最难控制的顶板进行锚拉支架重点支护。

2、本发明方法既能提高围岩整体性能，强化围岩，又能将围岩应力向内部转移，提高了围岩整体稳定性。

3、本发明方法中的锚拉梁为箱形截面，与矿用工字钢相比，其整体刚度大，承载力高，稳定性好。腹板为波纹钢板，提高了腹板在锚杆/锚索高压应力下的局部稳定能力，避免了平钢板常出现的局部屈曲。

4、本发明方法中的拉梁连接为弹性节点。所述的弹性节点中上下布置的小槽钢开口向外，能够适应顶板的下沉变形，具有柔性让压功能。且通过槽钢的截面参数、数量来调节节点的柔性让压性能。