[发明专利]一种软弱膨胀型围岩巷道支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿巷道支护领域，更具体涉及一种软弱膨胀型围岩巷道支护方 法。该方法可用于矿井巷道和隧道工程中膨胀型软弱围岩支护。

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，本发明开发了一种封闭围岩和增强加固围岩双管齐下的综合性 支护方法，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

本发明的目的在于提供了一种软弱膨胀型围岩巷道的支护方法，该方法有效 地处理了膨胀型软弱围岩巷道强度低、遇水膨胀、底臌严重等问题，从而减少了 巷道的返修工作，节省了大量的人力、物力、财力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种封闭围岩与增强加固围岩双管齐下的治理巷道大变形的综合性支护方 法，具体包括以下步骤：

第一，按优化的断面形状开挖巷道，在巷道底板上挖出弧形坑槽，并全断面 喷射50mm厚混凝土找平层。

第二，采用高强预应力锚杆和预应力锚索支护围岩，提高围岩的抗剪强度， 增强围岩的稳定性。巷道开挖过程中的爆破孔施工和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”，特在水中添加水平衡剂，所述的水平衡剂为山梨醇三硬脂酸酯(商品名为： Span 65，化学分子式为：soibitan tristearate)，该水平衡剂的HLB (Hydrophile-Lipophile Balance Number，称亲水疏水平衡值)为2.1，添加量为3％， 从而减小了施工过程中围岩与水发生化学作用而产生的膨胀变形。

第三，敷设100mm厚泡沫垫层，形成预留变形缓冲层。采用泡沫垫层填充 在初喷找平层与复喷层之间，通过增设100mm间隙预留巷道变形量去缓冲因围 岩膨胀变形导致的支护结构开裂破坏。

第四，紧贴泡沫垫层挂第一层钢筋网，施工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；挂第二层钢筋网在封闭型钢筋格栅拱架 上，并与格栅外侧主筋牢固绑扎，然后在巷道全断面喷射150mm厚复喷层，形 成“格栅拱架+双层钢筋网”为骨架结构的钢筋混凝土封闭结构。这样的封闭结 构高强抗折抗裂，能够防止围岩变形导致的喷层折断、开裂。

第五，在巷道底板因复喷层而形成的反底拱结构上现浇钢筋混凝土水沟，水 沟两侧填充碎石，同时顶部浇筑地坪。采用这种断面形状优化的反底拱结构进行 底臌治理的同时，也改善了整个支护加固结构的受力状态，有利于巷道的整体稳 定。

本发明与现有技术相比，具有的优点和效果可概括为：(1)在施工用水中通 过添加亲水性低的水平衡剂，减少了软弱围岩中粘性矿物的遇水膨胀性，从而 减小了巷道变形量；(2)通过敷设“格栅拱架+双层钢筋网”为骨架的钢筋混凝 土复喷层封闭结构，在加大支护强度的同时，也使得围岩被封闭起来，阻隔了围 岩与水沟中的水分、底板积水及潮湿空气中水分的接触，进而有效遏制了巷道开 挖后围岩遇水而产生的膨胀变形；(3)通过敷设泡沫垫层，为巷道围岩因开挖支 护产生的施工膨胀变形预留了缓冲空间，有效避免了围岩膨胀变形导致的支护结 构开裂破坏。

附图说明

图1为一种膨胀型软弱围岩巷道支护方法的锚杆、锚索及反底拱布置图。