專利名稱：一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，尤其適用于煤礦、金屬礦山、地鐵、人防工程及地下空間工程等的圍巖或硐室的底板穩(wěn)定控制。
背景技術(shù)：
巷道或硐室的底板鼓起是煤礦、金屬礦山、地鐵、人防工程及地下空間工程等經(jīng)常遇到的問題。尤其是煤礦開采時(shí)受采動(dòng)壓力或掘巷時(shí)受次生疊加應(yīng)力的影響，巷道或硐室四周收斂變形嚴(yán)重，底板的鼓起量達(dá)到頂?shù)装逡平康囊话胍陨?，甚至達(dá)到90%。巷道或硐室每2 3個(gè)月就需要返修一次，返修的工程量甚至超出新掘巷道的工程量。過大的底鼓量嚴(yán)重地影響巷道或硐室的有效斷面，威脅到礦井的通風(fēng)安全、瓦斯排放、材料運(yùn)輸?shù)日?生產(chǎn)系統(tǒng)和相關(guān)環(huán)節(jié)，而且采用反復(fù)臥底后巷道兩幫及頂板的穩(wěn)定性都受到嚴(yán)重影響，在馬頭門附近甚至嚴(yán)重威脅井壁的穩(wěn)定，導(dǎo)致井壁滑落。對于巷道或硐室的底鼓的處理，煤礦中最常用的方法是采用全封閉的架棚支護(hù)。但棚式支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)，支架架設(shè)后沒有初始支護(hù)阻力，只能靠底板鼓起時(shí)的變形為其提供反作用，如果受到偏載載荷的影響，棚子難以起到有效的控底作用。大量的工程實(shí)踐表明，此套支護(hù)體系難以長時(shí)有效地發(fā)揮作用，新的底鼓仍然要靠返修解決。返修時(shí)除了臥底，還必須將架設(shè)的棚子全部拆除后重新架設(shè)，這種工程量的投入十分巨大，而且工效極低。近年來，隨著巷道底板施工機(jī)具的發(fā)展，底板錨固和注漿技術(shù)逐漸成熟起來，解決了大量的底鼓難題。也有部分礦山采用了底板梁的錨注結(jié)合的方式，而且在錨注之間架設(shè)反拱梁。但其仍將巷道的底板作為平底來進(jìn)行處理，沒有考慮將錨固工程作用在反底拱梁上處理底板，在巷道或硐室承受采動(dòng)影響后，底板梁和錨注不能協(xié)同承載，其底鼓現(xiàn)象仍十分嚴(yán)重。由于以上各種處理底鼓問題的缺陷，亟待研究一種更加簡便易行的長時(shí)控制底鼓問題的方法，既使底板得到長時(shí)有效的控制，又不增加額外的底板錨注等工程量，且使主被動(dòng)相結(jié)合能夠協(xié)同承載的方法。本發(fā)明提出并已實(shí)施的反底拱錨固梁基本實(shí)現(xiàn)了上述內(nèi)容，并在現(xiàn)場得到了驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對已有技術(shù)存在的問題和解決方法的不足，提供了一種將注漿管、錨索或高強(qiáng)錨桿等預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)施工在已施工巷道的反底拱梁上，形成底板梁和預(yù)應(yīng)力錨固作用耦合的錨固梁的方法，協(xié)同發(fā)揮主被動(dòng)支護(hù)作用，達(dá)到長時(shí)控制底板的目的。在反拱梁之間聯(lián)結(jié)縱向加強(qiáng)筋，并澆筑混凝土，形成的整體控制系統(tǒng)，可以發(fā)揮更大的底板控制作用。本發(fā)明通過在掘出的巷道或硐室內(nèi)，鋪放底板反拱梁，然后在梁內(nèi)預(yù)先開孔的位置施工注漿管、錨桿或錨索，形成錨固梁，最后在反拱梁之間聯(lián)結(jié)鋼筋，并澆筑混凝土。
本發(fā)明可以緊跟掘進(jìn)工作面鋪設(shè)底板反拱梁，也可以滯后掘進(jìn)工作面或在翻修巷道或硐室時(shí)進(jìn)行。巷道或硐室的原始支護(hù)形式既可以是架棚單一支護(hù)形式，還能以架棚或錨噴并結(jié)合注漿、錨索等復(fù)合支護(hù)方式。本發(fā)明中的底板反拱梁可以是槽鋼、工字鋼、U型鋼或M型鋼帶、T型鋼帶；槽鋼的型號為5 32c ;工字鋼的型號為熱軋普通工字鋼、熱軋輕型工字鋼，型號從10 32b山型鋼的型號按重量(kg/m)分為25、29、36等；M型鋼帶的型號從3 6 ;T型鋼帶的型號從I
6。鋪放的底板反拱梁可以單排放置，排距從O 10m，也可以成組并排放置，每組數(shù)量為I 3排，反拱梁的跨度從2. 5m IOm,反拱的高度從O. 2m 5. Om,反拱的半徑從I. Om 15m,拱上開孔的間距從O. 5m 2. 5m。本發(fā)明中反底拱上施工的注漿管間距為O. 3m 3m，注漿管的排距為O. 5m Sm， 注漿壓力范圍為O. IMPa 6MPa，注漿材料可以是水泥漿液、水玻璃液、高水材料或其它化學(xué)漿液，注漿管布置時(shí)可以采用對眼、三花眼或五花眼的布置方式。本發(fā)明中反底拱上施工的錨桿，其長度從I. Om 3. 5m，直徑從18mm 50mm。錨桿可以是圓鋼錨桿、熱軋或冷軋帶肋鋼筋，屈服強(qiáng)度從335MPa SlOMPa ;錨桿的布設(shè)方式可以是單排、三花眼或五花眼布置方式；錨固的方式可以是端錨、加長錨或全長錨固，錨固劑可以是樹脂藥卷、水泥漿等。本發(fā)明中反底拱上施工的錨索，其長度從I. 5m 10.0m，錨索為礦用錨索，直徑為15. 24mm 32_，強(qiáng)度為1720MPa或1860MPa。錨索可以采用端錨、加長錨或全長錨固的錨固方式；錨固劑可以是樹脂藥卷、水泥漿等；每孔中的錨索數(shù)量可以是I 3根。本發(fā)明中反底拱上施工的注漿管、錨桿或錨索，其施工順序可以是先注漿再施工錨桿或錨索，也可以先施工錨桿或錨索再進(jìn)行注漿。本發(fā)明反拱梁之間聯(lián)結(jié)鋼筋可以是圓鋼、熱軋或冷軋帶肋鋼筋，直徑為16mm 50mm,鋼筋的長度與反拱錨固梁的排距基本相等,從200mm 1500mm,間距從Omm 500mm。優(yōu)選的，鋼筋與反拱梁之間采用焊接方式進(jìn)行連接。本發(fā)明中反底拱錨固梁控制底鼓的方法，澆筑混凝土的標(biāo)號為C15 C50。本發(fā)明將注漿管、錨索或高強(qiáng)錨桿等預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)施工在已施工巷道的反底拱梁上，形成底板梁和預(yù)應(yīng)力錨固作用耦合的錨固梁，協(xié)同發(fā)揮主被動(dòng)支護(hù)作用，達(dá)到長時(shí)控制底板的目的。在反拱梁之間聯(lián)結(jié)縱向加強(qiáng)筋，并澆筑混凝土，形成的整體控制系統(tǒng)，可以發(fā)揮更大的支護(hù)作用，已經(jīng)在多個(gè)煤礦中的馬頭門、水泵房和巷道工程中得到了成功應(yīng)用。


圖I是反底拱錨固梁在巷道斷面空間內(nèi)的布置圖。其中1-巷道掘出后的毛斷面；2_反拱梁；3-錨桿；4_錨索。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合某礦馬頭門附近底鼓控制采用反底拱錨固梁的方法說明本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式I.臥底。整個(gè)馬頭門區(qū)域底板刷擴(kuò)形狀均為反弧形，反弧半徑為8300mm，實(shí)際應(yīng)略超挖，但超挖量最大不宜超過200mm。刷臥井筒南北兩側(cè)IOm范圍內(nèi)時(shí)，必須對馬頭門澆筑的650mm厚幫部進(jìn)行保護(hù)處理，對墻腳開挖后需及時(shí)支設(shè)模板，澆筑鋼筋砼，鋼筋布置要求及砼要求與原馬頭門設(shè)計(jì)相同。2.底板注漿。底板注漿孔深度為2400mm，每個(gè)斷面布置2 3孔，注漿孔間排距為1300mmX800mm ;注漿壓力不大于I. 5MPa ;注漿材料采用525硫鋁酸鹽快硬水泥或化學(xué)漿液，若采用硫鋁酸鹽快硬水泥水灰比I : O. 8 I (重量比)；注漿錨桿長度1400mm，采用外徑20mm、壁厚I. 8mm的冷拔無縫鋼管制成，鋼管底端砸成扁狀；沿鋼管底端800mm長度范圍內(nèi)成“十”字交錯(cuò)開孔四組，孔徑6mm，孔距200mm ;封孔深度為400mm。3.加設(shè)反底拱梁。反底拱梁采用11#礦用工字鋼橫向軋制而成，工字鋼原料長度為5. 62m,軋制半徑8. 3m,拱高O. 5m ;梁上自正中按I. 3m等間距開孔五處,孔直徑32mm,并磨圓倒棱，保持孔邊緣光滑；反底拱梁排距800mm。4.在反底拱梁孔位中施工錨桿。錨桿規(guī)格Φ XL = 20mmX2200mm，等強(qiáng)錨桿，錨桿間排距1300_X 1600mm,每斷面布置5套錨桿，垂直底拱梁施工錨桿孔深2200_，每孔采用一卷Z2380樹脂藥卷，預(yù)緊力矩不小于200N · m。 5.在反底拱梁孔位中施工錨索。錨索規(guī)格Φ XL = 21. 8mmX6200mm，錨索間排距1300mmX 1600mm,每斷面布置5套錨索，垂直底拱梁施工深6200_的錨桿孔，每孔采用兩卷Z2380樹脂藥卷，預(yù)緊力矩不小于10 15t，錨索外露長度150mm 200mm，錨桿與錨索按五花眼形式布置。6.兩排反底拱梁間焊接鋼筋。兩排反底拱之間采用直徑25mm的鋼筋，按200mm間距焊接連接；鋼筋共兩排，分別焊接在11#工字鋼上下兩邊。7.澆筑砼。底板反底拱及錨桿、錨索施工完畢后，即進(jìn)行砼澆筑地坪處理，砼等級為C20，厚度為200mm。采用本發(fā)明之前，上述工程底鼓嚴(yán)重，多次刷臥，但難以從根上解決實(shí)際問題，過多的擴(kuò)刷量甚至危及馬頭門和井壁的穩(wěn)定，但經(jīng)上述工藝處理后的馬頭門的維護(hù)周期已達(dá)I年，底鼓量為零，表明反底拱錨固梁有效解決了此工程的底鼓問題。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述具體實(shí)施方式
僅是例舉性說明，而不是對本發(fā)明的限制，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，其特征在于包括如下步驟在掘出的巷道或硐室內(nèi)，鋪放底板反拱梁，在梁內(nèi)預(yù)先開孔的位置施工注漿管、錨桿和/或錨索；在反拱梁之間聯(lián)結(jié)縱向鋼筋以及澆筑混凝土；優(yōu)選的，聯(lián)結(jié)縱向鋼筋以及澆筑混凝土在注漿管、錨桿和/或錨索施工之后進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，對于已經(jīng)掘出的巷道或硐室，緊跟掘進(jìn)工作面鋪設(shè)底板反拱梁、滯后掘進(jìn)工作面或在翻修巷道或硐室時(shí)進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，鋪放的底板反拱梁是槽鋼、工字鋼、U型鋼或M型鋼帶、T型鋼帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，反底拱上施工的注漿管(3)間距為O. 3m 3m，注漿管的排距為O. 5m 8m，注漿壓力范圍為O. IMPa 6MPa，注漿材料是水泥漿液、水玻璃液、高水材料或其它化學(xué)漿液，注漿管布置時(shí)采用對眼、三花眼或五花眼的布置方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，反底拱上施工的錨桿，其長度從I. Om 3. 5m ;直徑從18mm 50mm,錨桿是圓鋼錨桿、熱軋或冷軋帶肋鋼筋。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，反底拱上施工的錨索，其長度從I. 5m 10. 0m，每孔中的錨索數(shù)量為I 3根。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，其施工順序是先注漿再施工錨桿或錨索，或者先施工錨桿或錨索再進(jìn)行注漿。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，反拱梁之間聯(lián)結(jié)鋼筋是圓鋼、熱軋或冷軋帶肋鋼筋，鋼筋的長度與反拱錨固梁的排距相適應(yīng)，優(yōu)選的，鋼筋與反拱之間采用焊接方式進(jìn)行連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，每根反拱梁上設(shè)置2套以上，優(yōu)選3套，進(jìn)一步優(yōu)選4套以上的錨索，每根反拱梁上設(shè)置2套以上，優(yōu)選3套，進(jìn)一步優(yōu)選4套以上的錨桿，每根反拱梁上設(shè)置的錨索和/或錨桿套數(shù)可以相同，也可以不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，其特征在于鋼筋共兩排或兩排以上，其中至少一排位于反拱梁側(cè)面的中下部或下部，另外一排位于反拱梁的中上部或上部。
全文摘要
一種反底拱錨固梁控制底鼓的方法，其特征在于將注漿管、錨索或高強(qiáng)錨桿等預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)施工在已施工巷道的反底拱梁上，形成底板梁和預(yù)應(yīng)力錨固作用耦合的錨固梁，協(xié)同發(fā)揮主被動(dòng)支護(hù)作用，達(dá)到長時(shí)控制底板的目的。此外，在反拱梁之間聯(lián)結(jié)縱向加強(qiáng)筋，并澆筑混凝土，形成的整體控制系統(tǒng)可以發(fā)揮更大的支護(hù)作用。在強(qiáng)動(dòng)壓的采準(zhǔn)巷道或服務(wù)時(shí)間長的開拓巷道及硐室工程中均可有效控制底鼓，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號E21D20/02GK102852528SQ20121009381
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者鄭西貴, 張農(nóng), 吳繼忠, 竇紅平, 趙金明, 楊高干 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)