[发明专利]一种抵抗动载的岩柱加固方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抵抗动载的岩柱加固方法，特别是用于爆破等动载环境下岩柱抵抗动力损伤和表面剥蚀的加固方法。属于采矿技术领域。

技术背景

在地下大型硐室工程、采矿工程中，为保证开挖空间周围岩石的安全稳定，常常在开挖空间预留各式各样的岩(矿)柱支撑上部岩层。这些岩(矿)柱通常在设计初期能够很好地满足支撑需要，但随着使用年限增加，岩柱中的裂纹不断扩展，出现开裂、表面剥落现象。特别是当岩柱处于爆破、循环活载环境时，这种剥落更加迅速和严重。究其原因，岩体是一种内部布满微裂纹、微空隙的缺陷介质，抗拉强度只有抗压强度的1/10-1/8，而且对动载应力波十分敏感。当受到爆破、地震及机械振动等动载作用时，动载应力波将促使岩柱内部缺陷继续扩展，导致岩柱内部损伤不断增大；同时动载应力波将在岩柱的表面反射产生拉伸应力，导致岩柱外表出现剥蚀。在内部损伤和外表剥蚀的共同作用下，岩柱承载能力不断下降，严重影响其支撑效果。

而现有岩柱设计都是基于弹性静力学强度理论设计，缺少对动载荷动力效应的合理考虑，也没有相应的防护与加固措施。如“一种残采矿山矿柱加固方法”(中国国家发明专利，申请号：201010263789.1，公开号：CN101943008A)中用混凝土或钢筋混凝土对矿山残柱进行加固，这是一种典型的基于静力学理论的加固方法，钢筋混凝土属于刚性材料，主要起到强度补强作用；而且由于大量使用钢筋，成本较高。另外，在一些矿山工程实践中，有在岩(矿)柱周围投放充填体来支撑岩层的做法，(如曹国荣，“合理利用矿山井下充填加强地表开采保护”，《黄金科学技术》，2005，13(6)：27-34；秦帅，余一松，樊忠华，单强，“充填体与预留原岩矿柱相互作用机理研究”，《采矿技术》，2011，11(4)：28-31)，这种做法也是通过侧限围护来增加岩(矿)柱的支撑强度，这种方法中充填体通常填满岩(矿)柱周围的所有空间，它在增强岩(矿)柱强度的同时，实际上改变了岩(矿)柱原有的空间状态，这对于需要利用岩柱周围空间的情况是不适用的。可见，目前的岩柱加固主要基于静力学强度理论，加固部分对岩柱主要起到围护补强作用，尚没有专门针对动载作用的岩柱防护和加固方法。含纤维成份的喷射混凝土具有韧性强、可抵制动载等特点，非常适合于动载环境下的岩柱加固。

发明内容

本发明目的是基于动载下岩柱的动力学响应和破坏机理提出一种可抵抗动载的岩柱加固方法。该方法施工工艺简单，加固结构能有效吸收动载能量、避免岩柱表面的动力剥蚀，同时可以增大岩柱围压，遏止岩柱内部损伤演化，最终起到增强岩柱承载能力、延长岩柱服务年限的作用。

为实现上述目的，本发明一种抵抗动载的岩柱加固方法，包括下述步骤：

第一步：配料

取水泥、砂子、石头、水、纤维混合搅拌，得到纤维搅拌混凝土；所述纤维直径为0.3-1.0mm，长10-50mm；所述纤维搅拌混凝土中纤维体积率0.5-1.5，水灰比0.35-0.5；

第二步：喷层施工

将第一步所得纤维搅拌混凝土，垂直于岩柱表面均匀喷射附着至岩柱、固化；喷层厚度为20-150mm或岩柱横断面表观尺寸的0.01-0.1。

本发明一种抵抗动载的岩柱加固方法中，所述水泥与砂石的重量比为1∶(3.0-4.5)，所述砂石选用粒径为2-10mm的粗砂或碎石。

本发明一种抵抗动载的岩柱加固方法中，所述岩柱横截面形状为圆形、矩形、正多边形、椭圆形中的一种。

本发明一种抵抗动载的岩柱加固方法中，所述纤维选自钢纤维、植物纤维、聚酯纤维中的一种。

本发明一种抵抗动载的岩柱加固方法中，喷层施工前，用高压水或高压气流清除岩柱外表的松散体或附着物，为喷层创造良好粘结条件。

本发明由于采用上述工艺方法，在岩柱表面施作一层纤维混凝土喷层加固，主要特点在于：1、通过喷层吸收动载能量，消弱岩柱表面的动载拉应力，防止岩柱发生表面剥蚀；2、通过喷层的围护效应，给岩柱提供围压，增强其承载能力。其机理简述于下：