專(zhuān)利名稱(chēng)：一種充填體支護(hù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下礦山開(kāi)采領(lǐng)域，涉及一種異型鉆孔全長(zhǎng)錨固錨桿支護(hù)充填體的方
法，適用于充填體頂板和側(cè)壁加固以提高其穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
在礦產(chǎn)資源日益短缺和環(huán)境保護(hù)日益嚴(yán)格的今天，充填采礦法因貧損率低、緩解
區(qū)域地壓、限制地表巖移而受到重視，是地下礦山開(kāi)采方法發(fā)展的重要研究方向。 在地下礦山中，通常沿垂直方向劃分為階段，采取由上而下逐段回采。在階段之間
的銜接過(guò)程中，上一階段的第一分層或第一分段常常需要構(gòu)建高強(qiáng)度充填體，作為下一階
段的最后一分層或最后一分段的頂板。而在下向進(jìn)路式充填采礦法中，每一分層的回采都
是在充填體假頂下進(jìn)行采礦。在充填法礦山對(duì)殘留礦體、間柱、頂?shù)字M(jìn)行回采時(shí)，也會(huì)遇
到充填體下方或一側(cè)作業(yè)的情況。有時(shí)，采準(zhǔn)工程不得不通過(guò)充填體。 為了確保充填體下采礦的安全性，一般事先在采場(chǎng)底板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并采用較高 的水泥單耗量形成高質(zhì)量的充填體。由于在充填過(guò)程中存在水泥或砂漿離析現(xiàn)象，以及充 填濃度存在波動(dòng)性，充填體質(zhì)量呈現(xiàn)非均勻性的特點(diǎn)，在充填體下方作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)頂板 垮塌、幫壁滑塌等生產(chǎn)事故，威脅到人員和設(shè)備的安全。 針對(duì)這一問(wèn)題，人們常常采用木立柱支護(hù)、木棚支護(hù)的方式，但這種方式屬于被動(dòng) 支護(hù)形式，支護(hù)效果差，木材消耗量大、成本高。充填體在形成過(guò)程中，充填次數(shù)較多，有的 因濃度高、凝固時(shí)間短而形成一系列的分層現(xiàn)象。同一層內(nèi)充填體強(qiáng)度較為均勻，而層與層 之間粘結(jié)力較小，類(lèi)似于層狀松軟巖層。對(duì)于層狀巖層，錨桿支護(hù)通過(guò)懸吊作用、組合作用 來(lái)加固巖層，取得了良好的效果。而對(duì)于充填體，傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)方式發(fā)揮不了應(yīng)有的錨固 作用，因?yàn)殂@孔呈園柱體、充填體強(qiáng)度低，鉆孔周?chē)某涮铙w容易發(fā)生破壞。例如，機(jī)械式錨 桿(管縫式錨桿、爆固式錨桿、水力膨脹式錨桿)因充填體變形大而使摩擦力降低，膠結(jié)式 錨桿(砂漿錨桿、水泥巻錨桿)因鉆孔與膠結(jié)劑之間的粘結(jié)力較低，容易使整個(gè)錨桿拔出。
在巖土工程中，人們進(jìn)行了大量探索，諸如通過(guò)高壓噴射擴(kuò)孔法(ZL01103578. 1)、 機(jī)械擴(kuò)孔法(ZL200520112651. 6、 ZL200520106373. 3、 ZL200820012775. 0)形成不規(guī)則鉆 孔，以提高錨桿的錨固力。這些方法主要應(yīng)用于任何土層、巖土層的邊坡工程或基坑工程的 加固，對(duì)于充填體內(nèi)的支護(hù)卻不適用。這些鉆頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆孔直徑較大，在充填體內(nèi)施工 工藝復(fù)雜。因此，有必要尋求適用于充填體的支護(hù)方法，使錨桿錨固力大、施工工藝簡(jiǎn)單，便 于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的充填體支護(hù)方法，該方法考慮到充填體的力學(xué) 特性采用小直徑異形鉆孔全長(zhǎng)錨固的錨桿支護(hù)，結(jié)合鋼筋網(wǎng)以及噴漿技術(shù)，提高充填體整 體質(zhì)量。該工藝采用常規(guī)設(shè)備，不需要復(fù)雜擴(kuò)孔鉆頭，能夠自行加工，錨固工藝簡(jiǎn)單，從而滿 足在充填體內(nèi)構(gòu)筑空間的工程要求。
—種充填體支護(hù)方法，本方法首先在充填體內(nèi)鉆鑿錨桿鉆孔l，然后再采用擴(kuò)孔鉆 桿2以鑿巖機(jī)為中心進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)，將鉆孔1底部擴(kuò)展成梨狀、葫蘆狀的異型鉆孔3 ;接著 將錨固劑4用炮棍送入異型鉆孔3內(nèi)，錨固劑由2 8個(gè)經(jīng)水浸泡的水泥藥巻或樹(shù)脂藥巻 組成；再將錨桿5插入藥巻4中，錨桿5可以是圓鋼或者螺紋鋼筋，對(duì)于樹(shù)脂藥巻還需將錨 桿5旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)使其藥巻4混合均勻，使異型鉆孔3全長(zhǎng)錨固。在錨桿5的端部加工外螺紋 6，通過(guò)螺母7將墊板8固定在充填體表面。充填體支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
所述的鉆孔1呈圓柱狀，直徑為①32 44mm之間，長(zhǎng)度在1500 2000mm。
所述的擴(kuò)孔鉆桿2是由厚壁鋼管加工而成，外徑為①16 28mm，壁厚為4 5mm， 長(zhǎng)度為1700 2200mm。擴(kuò)孔鉆桿2桿體上焊接有一對(duì)或數(shù)對(duì)擴(kuò)孔齒，在桿體上呈對(duì)稱(chēng)或交 錯(cuò)布置。擴(kuò)孔齒由鋼板加工而成，形狀為三角形、半圓形、梯形，其最大外徑為①32 44mm。 擴(kuò)孔鉆桿2兩端均制作為外螺紋，外螺紋規(guī)格為M(16 24) X (30 60)mm。擴(kuò)孔鉆桿2 — 端與鉆桿帽9連接，另一端與連接器10連接。擴(kuò)孔鉆桿2的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
所述的異型鉆孔3孔底與孔口均呈圓柱狀，直徑為①32 44mm，長(zhǎng)度1500 2000mm。鉆孔3的孔身為一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)孔槽組成，外形呈梨狀或葫蘆狀，擴(kuò)孔槽最大外徑為 ①38 60mm，長(zhǎng)度為200 1000mm。 所述的水泥藥巻規(guī)格為①(24 35) * (200 240) mm，為快硬水泥組成，在水中 浸泡3 5分鐘后逐巻送入孔內(nèi)，樹(shù)脂藥巻規(guī)格為①(23 35) * (350 600) mm，為兩種 材料組成，需要攪拌均勻方能快速硬化。所述的圓鋼或螺紋鋼筋其規(guī)格均為①(14 25)* (1800 2500)mm。
所述的錨桿端部由外螺紋6、螺母7和墊板8組成。外螺紋6的規(guī)格為M(12 22) X (10 15)mm，墊板規(guī)格為(100 150)* (100 150)* (3 5)mm，材質(zhì)為普通鋼。
所述的鉆桿帽9是一個(gè)圓柱狀桿體，在鉆孔深度上起定位而非鉆進(jìn)的作用，直徑 比鉆孔1小2 4mm，長(zhǎng)度5 10mm。鉆桿帽9的結(jié)構(gòu)如圖3所示。所述的連接器IO外形為圓柱體，直徑為0 50 80mm，長(zhǎng)度100 200mm，兩個(gè)端
面分別與鉆桿2和短釬尾11連接。連接器10 —個(gè)端面加工有內(nèi)螺紋12，與鉆桿2的外螺 紋相匹配，另一個(gè)加工有圓錐孔13，與短釬尾11規(guī)格匹配。內(nèi)螺紋12與圓錐孔13中心線 相距6 12mm，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)使鉆桿2以鉆孔為中心呈偏心運(yùn)動(dòng)。連接器10的結(jié)構(gòu)如圖4所 示。 所述的釬尾11長(zhǎng)度為300 400mm，通過(guò)短釬尾11使鑿巖機(jī)帶動(dòng)鉆桿2進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)。 本發(fā)明充分利用充填體強(qiáng)度低、異型鉆孔容易成形的特點(diǎn)，采用簡(jiǎn)單的擴(kuò)孔鉆桿， 使普通鉆孔形成異型鉆孔，增大錨固劑與充填體的接觸面積，從而提高錨桿的錨固力。本發(fā) 明適用于膠結(jié)充填體頂板、側(cè)壁的支護(hù)。


圖1充填體支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2擴(kuò)孔鉆桿結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3鉆桿帽結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4連接器結(jié)構(gòu)示意射l鉆孔8墊板2鉆桿9鉆桿帽3異型鉆孔io連接器4藥巻11短釬尾5錨桿12內(nèi)螺紋6工外螺紋13圓錐孔7螺母
具體實(shí)施例方式
某鉛鋅礦正在進(jìn)行地表殘礦回采，主要是階段頂?shù)字幕厥?，大部分位于膠結(jié)充 填體之下。充填體為分級(jí)尾砂膠結(jié)充填，充填體強(qiáng)度為1.5 4.0MPa之間。由于充填體的 均勻性差，充填體呈分層現(xiàn)象，常常出現(xiàn)頂板充填體局部冒落現(xiàn)象，生產(chǎn)安全性受到危脅。 為此，采用異型水泥藥巻錨桿進(jìn)行頂板支護(hù)。 采用YT-28型鑿巖機(jī)鉆鑿傾斜向上炮孔1，其排傾角為65 70。，炮孔直徑 ①40mm，長(zhǎng)度為2. Om。之后采用擴(kuò)孔鉆桿2進(jìn)行擴(kuò)孔。 擴(kuò)孔鉆桿2外徑①20mm，為厚壁鋼管，壁厚為4mm，長(zhǎng)度為2. 2m。鉆桿2外壁焊接 五對(duì)擴(kuò)孔齒，外徑為①38mm，其形狀為三角形，擴(kuò)孔齒中心距為100mm。鉆桿兩端均設(shè)有外 螺紋，規(guī)格為M18 * 40mm。鉆桿前端與鉆桿帽9連接，后端與連接器10連接。鉆桿帽9是 一個(gè)圓柱狀套筒，直徑為①38mm，長(zhǎng)度5mm。連接器10外形為圓柱體，直徑為①60mm，長(zhǎng)度 160mm，兩個(gè)端面分別與鉆桿2和釬尾11連接。連接器10 —個(gè)端面加工有內(nèi)螺紋12，規(guī)格 為M18 * 40mm，另一個(gè)加工有圓錐孔13，規(guī)格為O38*120mm。內(nèi)螺紋12與圓錐孔13中心 線相距10mm，使擴(kuò)孔鉆桿2以鉆孔1為中心呈偏心運(yùn)動(dòng)。 采用擴(kuò)孔鉆桿2形成的異型鉆孔3直徑①40mm，長(zhǎng)度仍為2. Om，擴(kuò)孔槽居孔底 400mm，最大外徑為①58mm，長(zhǎng)度為400mm。 之后采用水泥藥巻錨桿全長(zhǎng)錨固。水泥藥巻4規(guī)格為①24 * 200mm，為快硬水泥 組成，在水中浸泡3 5分鐘后逐巻送入孔內(nèi)，每個(gè)孔需要10巻藥巻。錨桿由螺紋鋼筋組 成，規(guī)格為①18 * 2200mm。錨桿端部通過(guò)外螺紋6、螺母7使墊板8緊貼充填體表面上，墊 板規(guī)格為150 * 150 * 3mm。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)錨桿拉拔試驗(yàn)，測(cè)試異型錨桿的拉拔力平均值為9. 45t。錨桿的網(wǎng)度為 (0.8 1. 1) * (0.8 * 1. l)m。錨桿之間通過(guò)掛金屬網(wǎng)后，基本上沒(méi)有充填體離層、掉塊現(xiàn) 象發(fā)生，采場(chǎng)的安全性得到保證。
權(quán)利要求
一種充填體支護(hù)方法，其特征在于首先在充填體內(nèi)鉆鑿鉆孔(1)，之后采用鉆桿(2)將鉆孔(1)擴(kuò)展成異型鉆孔(3)，將藥卷(4)送入異型鉆孔(3)內(nèi)，并插入錨桿(5)，使異型鉆孔(3)全長(zhǎng)錨固；錨桿(5)的端部加工外螺紋(6)，通過(guò)螺母(7)將墊板(8)固定在充填體表面；錨桿(5)為圓鋼或螺紋鋼筋。
2. 如權(quán)利要求l所述一種充填體支護(hù)方法，其特征在于所述的鉆孔(1)呈圓柱狀，直 徑為①32 44mm，長(zhǎng)度為1500 2000mm鉆孔方向垂直于充填體表面或夾角大于45° 。
3. 如權(quán)利要求1所述一種充填體支護(hù)方法，其特征在于所述的鉆桿(2)是由厚壁鋼 管加工而成，外徑為16 28mm，壁厚為2 5mm，長(zhǎng)度為1700 2200mm ;鉆桿(2)桿體上焊 接1 10對(duì)擴(kuò)孔齒，在桿體上呈對(duì)稱(chēng)或交錯(cuò)布置；擴(kuò)孔齒由鋼板加工而成，形狀為三角形、 半圓形、梯形，擴(kuò)孔齒最大外徑為①32 44mm;鉆桿(2)兩端均制作為外螺紋，外螺紋規(guī)格 為M(16 24)X(30 60)mm;鉆桿(2) —端與鉆桿帽(9)連接，另一端與連接器(10)連 接；鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)使鉆桿(2)以鉆孔為中心呈偏心運(yùn)動(dòng)。
4. 如權(quán)利要求1所述一種支護(hù)充填體的方法，其特征在于所述的異型鉆孔(3)，其孔 底與孔口均呈圓柱狀，直徑為①32 44mm，總長(zhǎng)度1500 2000mm ;鉆孔(3)的孔身為1 10個(gè)擴(kuò)孔槽組成，外形呈梨狀或葫蘆狀，擴(kuò)孔槽最大外徑為①38 60mm，長(zhǎng)度為200 1000mm。
5. 如權(quán)利要求3所述一種支護(hù)充填體的方法，其特征在于所述的鉆桿帽(9)是一個(gè) 圓柱狀桿體，在鉆孔深度上起定位而非鉆進(jìn)的作用，直徑比鉆孔(1)小2 4mm，鉆桿帽長(zhǎng)度 為5 10mm。
6. 如權(quán)利要求3所述一種支護(hù)充填體的方法，其特征在于所述的連接器(10)外形為 圓柱體，直徑為①50 80mm，長(zhǎng)度100 200mm，兩個(gè)端面分別與鉆桿(2)和短釬尾(11) 連接；連接器(10) —個(gè)端面加工有內(nèi)螺紋(12)，與鉆桿(2)的外螺紋相匹配，另一個(gè)端面 加工有圓錐孔(13)，與釬尾規(guī)格匹配；內(nèi)螺紋(12)與圓錐孔(13)中心線相距6 12mm。
7. 如權(quán)利要求(6)所述一種支護(hù)充填體的方法，其特征在于所述的短釬尾(11)長(zhǎng)度 為300 400mm，通過(guò)短釬尾(11)使鑿巖機(jī)帶動(dòng)自制鉆桿(2)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種充填體支護(hù)方法，屬于地下礦山開(kāi)采領(lǐng)域。本發(fā)明充分利用充填體強(qiáng)度低、異型鉆孔容易成形的特點(diǎn)，采用簡(jiǎn)單的擴(kuò)孔鉆桿，使普通鉆孔形成異型鉆孔，增大錨固劑與充填體的接觸面積，從而提高錨桿的錨固力。該方法核心技術(shù)是，在充填體內(nèi)鉆鑿鉆孔1，之后采用擴(kuò)孔鉆桿2進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)使鉆孔1擴(kuò)展成異型鉆孔3，將水泥藥卷或樹(shù)脂藥卷4送入異型鉆孔3內(nèi)，并插入圓鋼或螺紋鋼5使異型鉆孔3全長(zhǎng)錨固。該方法采用小直徑異形鉆孔全長(zhǎng)錨固的錨桿支護(hù)，結(jié)合鋼筋網(wǎng)以及噴漿技術(shù)，提高充填體整體質(zhì)量。該方法采用常規(guī)設(shè)備，不需要復(fù)雜擴(kuò)孔設(shè)備，能夠自行加工，錨固工藝簡(jiǎn)單，從而滿足在充填體內(nèi)構(gòu)筑空間的工程要求。本發(fā)明適用于膠結(jié)充填體頂板、側(cè)壁的支護(hù)。
文檔編號(hào)E21F15/00GK101793157SQ201010131828
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者吳愛(ài)祥, 王洪江, 王貽明, 韓斌 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)