[发明专利]一种裂隙煤岩体准三维预应力加固方法

说明书

本发明公开了一种裂隙煤岩体准三维预应力加固方法，它在锚网索初期支护，边掘进边喷射混凝土，在巷道的两帮和顶板上安装让压锚杆，在顶板中心线和两侧拱角部位分别安装让压锚索；第二步，注浆加固，在巷道的两帮和顶板向煤岩体中将注入膨胀性浆液；第三步，再次喷射100mm厚度混凝土，第四步，反拱加固；使注浆加固后的煤岩体处于一个准三维受力状态，自身承载能力明显提高。

技术领域

本发明属于煤矿巷道支护领域。

背景技术

随着我国大埋深矿井的不断增多，带来了深井软岩巷道变形大和围岩破碎的问题，造成支护控制难度大，严重影响了煤矿的生产效益。目前针对此类问题，大部分煤矿普遍采用锚网索加U型钢支架、锚网索+钢管混凝土支架和U型钢全封闭+喷浆等深部巷道围岩控制技术。此类技术没有充分发挥围岩的自承载能力，主要是以钢支架为主的被动支护方法。由于深井地应力大的问题，支护巷道的锚杆和锚索易发生脱锚和拉断破坏、U型钢支架和钢管混凝土支架等发生严重变形等现象，导致支护系统失效。U型钢支架和钢管混凝土支架等被动支护设施，施工复杂，支护成本较高，而且巷道底鼓严重，整体变形量仍然较大，巷道维修较困难。

发明内容

为克服上述深井巷道围岩支护技术的不足，本发明根据复合压力拱协同支护原理，利用准三维预应力主动支护手段，提出了一种裂隙煤岩体准三维预应力加固方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种裂隙煤岩体准三维预应力加固方法，其步骤如下：

第一步，锚网索初期支护

首先按照巷道断面的设计形状掘进巷道，边掘进边用喷浆机喷射混凝土，称为初喷层，喷层厚度不小于50mm，以封闭软弱破碎巷道围岩表面；初喷完成后，在巷道的两帮和顶板上按照900mm×700mm间排距布置安装让压锚杆，在顶板中心线和两侧拱角部位分别安装让压锚索，同时布设金属网和钢筋梯，使外壁形成柔性封闭拱，内部形成初期锚网索挤压加固拱，使初期支护设计让压量达到10-30mm，完成巷道锚网索的初期支护；

为了保证设计让压量，上述的让压锚杆选用φ18/Q500左旋无纵肋高强预应力让压锚杆，采用150×150×10mm高强球形托盘，锚杆预紧力不小于40kN；上述的让压锚索选用φ17.8mm×6000mm预应力笼型让压锚索，采用300mm×300mm×12mm高强球形托盘，锚索预紧力不小于140kN，采用规格为CK2550树脂锚固剂进行锚固；钢筋梯采用φ14圆钢钢筋全焊接而成；金属网采用10#铁丝制作的网格60×60mm的菱形金属网；

第二步，注浆加固

初期支护完成一段时间、待深井巷道围岩部分卸压并得到初步控制后，在巷道的两帮和顶板打注浆锚杆钻孔和安装注浆锚杆；所述的注浆锚杆采用预应力中空注浆锚杆，要求中空注浆锚杆的外径D＝25mm，壁厚δ＝3.0-3.5mm，杆体上交叉布置6mm的注浆孔，并具有阻浆结构，安装后用快硬水泥药卷封堵注浆孔；

将中空注浆锚杆与注浆管路连接，通过注浆泵向煤岩体中将注入膨胀性浆液，注浆压力为2-3Mpa；注浆完成后，及时安装托盘、螺母等构件，并施加设定的预应力；

第三步，复喷

利用喷浆机再次喷射混凝土喷，称为复喷，复喷厚度不小于100mm；此时，在锚杆锚索的轴向预应力和膨胀浆液膨胀力的作用，在裂隙煤岩体中形成了准三维预应力加固拱；

第四步，反拱加固

待巷道处于基本稳定状态后，在巷道底板上开挖反拱，并喷射混凝土作为阻浆层，喷层厚度不小于50mm；然后向底板反拱围岩中如同第二步那样打孔安装注浆锚杆、注浆和施加预应力；最后用混凝土回填底板反拱空间至原巷道设计断面，回填混凝土的强度设计为C40；

最终使巷道全断面围岩的煤岩体形成复合压力拱；