基于模袋注浆的巷（隧）道底板支护结构及方法

基于模袋注浆的巷(隧)道底板支护结构及方法
技术领域
1.本发明属于地下工程支护领域，具体涉及一种基于模袋注浆的巷(隧)道底板支护结构及方法。


背景技术：

2.目前，随着煤矿开采深度进一步增大，大部分煤矿已经进入深部开采阶段，在深部软岩和断层等复杂地质条件下开掘的巷道很难一次支护稳定，巷道一次支护稳定越来越困难，巷道围岩控制治理问题日益显著，其中巷道底鼓的治理问题尤为突出，由于煤矿巷道中底板不支护或者弱支护，都会产生反复的卧底，使其成为巷道支护的薄弱环节，导致围岩应力释放和巷道变形先在底板显现，造成底鼓现象，底鼓进一步引发巷道整体变形破坏。现有钢筋混凝土底梁治理底鼓的手段，现场绑扎钢筋并浇筑混凝土导致施工速度慢，会影响混凝土产生裂缝；预制装配式底弧板治理底鼓的手段，装配式底弧板需要从地面上预制，从地面运输到巷道深处不太便捷，不宜实现。目前，多数矿井将反复卧底作为被动应对底鼓的主要手段，如此只能短暂治标而不治本，由于底板是巷道支护基础，多次落底反而会加速巷道两帮收敛，成为巷道破坏的助推器，阻碍了深部资源的安全高效开采。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于模袋注浆的巷(隧)道底板支护结构及方法，该支护结构可以解决深井巷道支护难题，特别是巷道的底鼓问题。
4.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
5.第一方面，本发明的实施例提供了一种基于模袋注浆的巷(隧)道底板支护结构，包括从下向上依次设置的面层、多段模袋支护结构、回填层和钢支架；相邻模袋支护结构之间设有打入围岩深处的控底锚索；模袋整体支护结构包括多段并排在一起的模袋，在每段模袋里面填充有混凝土，在模袋的两端固定有三角锁定体，所述的三角锁定体通过锁脚锚杆固定在巷道底角围岩上。
6.作为进一步的技术方案，每段模袋支护结构中的多段模袋按照巷(隧)道纵向方向排列。
7.作为进一步的技术方案，所述的三角锁定体沿着巷(隧)道的纵向方向排列。
8.作为进一步的技术方案，在所述的三角锁定体内安装钢支架接头管固定装置
9.作为进一步的技术方案，在所述的回填层采用矸石或弃砟回填。
10.作为进一步的技术方案，在所述的钢支架采用钢支架接头管混凝土支架、u型钢支架或工字钢支架。
11.第二方面，本发明实施例还提供了一种基于模袋注浆的巷(隧)道底板支护方法，包括以下步骤：
12.第一步，开挖底板岩体，开挖到设计边界后进行底板清理；
13.第二步，在底板上喷射混凝土形成一个混凝土面层；
14.第三步，在面层上铺设混凝土充填模袋，在模袋注浆之间均匀预留控底锚索孔，控底锚索通过该孔打入围岩深处，可以提高底板的整体稳定性；
15.第四步，沿巷道纵向一定距离铺设多段模袋，之后向模袋中充填混凝土，形成模袋注浆，在每段模袋两端分别布置三角锁定体，在每个三角锁定体均匀预留锚杆孔，锁脚锚杆通过该孔打入围岩深处，使模袋注浆与三角锁定体配合锁脚锚杆形成一个整体；
16.第五步，最后采用矸石或弃砟回填底板；
17.第六步，安装支架或其它上部技术。
18.本发明技术方案带来的有益效果：
19.1、模袋注浆、钢支架、三角锁定体配合锁脚锚杆以及控底锚索的复合支护方案中，由模袋注浆 钢支架 三角锁定体 锁脚锚杆 控底锚索进行底板强化支护，在常规支护条件下提高了底板支护力，有效抑制底鼓变形；
20.2、模袋的形状、厚度和长度等根据巷道底板的支护力以及实际情况设计，模袋加工和施工安装便捷，大大节省了人力成本；
21.3、控底锚索的锚固端必须在底板零位移标线以下，伸进零位移标线的目的是：稳定锚固力，防止锚固端可能会随着底板抬升而抬升，导致锚索无法发挥锚固效果；
22.4、底角采用三角锁定体配合锁脚锚杆的设计是为了固定住模袋注浆，在三角锁定体內采用钢支架接头管强化支护结构，每个三角锁定体上均匀的预留有锚杆孔，锁脚锚杆通过该孔打入围岩深处，提供底鼓力向上的反作用力，抑制模袋注浆抬升，整体性增强，承载力提高，防止底鼓破坏整个巷道。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1是本发明实施例中提出的模袋注浆支护结构平面图；
25.图2是本发明实施例中提出的模袋注浆单段支护结构示意图；
26.图3是本发明实施例中提出的模袋注浆整体支护结构示意图；
27.图4是是本发明实施例中提出的三角锁定体支护结构示意图；
28.图5是是本发明实施例中提出的单卷模袋注浆支护结构示意图；
29.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
30.1-钢支架，2-模袋注浆，3-注浆口，4-纤维束，5-混凝土面层，6-三角锁定体，7-锁脚锚杆，8-矸石或弃砟回，9-控底锚索，10-零位移标线，11-钢支架接头管。
具体实施方式
31.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
33.为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.名词解释：本实施例中的“控底锚索”是指实现底部控制的普通锚索；“锁脚锚杆”实现三角锁定体固定的普通锚索。
35.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种基于模袋注浆的巷(隧)道底板支护结构及方法。
36.本发明的一种典型的实施方式中，基于模袋注浆的巷(隧)道底板支护结构包括：模袋注浆、钢支架、三角锁定体、锁脚锚杆、控底锚索等复合结构形式，各结构组合在一起，形成如图1、图2(单段支护结构)和图3(整体支护结构)所示的模袋注浆的巷(隧)道底板支护结构。
37.下面对模袋注浆的巷(隧)道底板支护的详细结构进行说明：
38.(1)整体结构
39.如图1所示，整体支护结构由钢支架1、模袋注浆2、三角锁定体6、锁脚锚杆7和控底锚索9等结构组成，其中，单段模袋注浆支护结构包括并排在一起的多段模袋，每个模袋里面都充填混凝土，在模袋注浆的两端分别水平安装一个三角锁定体6，三角锁定体6配合锁脚锚杆7固定模袋注浆，在三角锁定体6內采用钢支架接头管11强化支护结构，三角锁定体6上均匀预留3个锚杆孔，锁脚锚杆7通过该孔打入围岩深处；两帮和顶板采用钢支架1支护结构，钢支架1正好压在三角锁定体6上，这样钢支架1、模袋注浆2与三角锁定体6配合锁脚锚杆7形成一个全周支护的整体结构，整体支护力增强，有效的抑制底鼓。
40.巷道底拱开挖后，在巷道底板喷射混凝土形成一个混凝土面层5，在模袋注浆之间均匀预留5个控底锚索孔，控底锚索9通过该孔打入围岩深处，控底锚索9的锚固端超过零位移标线10深度，防止锚固端可能会随着底板抬升而抬升，导致锚索无法发挥锚固效果，增强结构的整体稳定性，提高结构的整体支护力。
41.单段模袋注浆支护结构如图1和图2所示，整体复合支护结构如图3所示。
42.(2)模袋注浆支护材料
43.模袋注浆支护结构由多卷柔性模袋组成，每隔一段中间采用纤维束进行连接，在模袋中充填混凝土形成模袋注浆，这样可以提高模袋的整体强度。模袋注浆支护材料具有以下特点，采用注浆成型，施工简便、速度快；能适应各种复杂地形，机械化程度高，支护面积大、整体性强、稳定性好，使用寿命长；具有一定的透水性，在混凝土灌入以后，多余的水分通过织物空隙渗出，可以迅速降低水灰比，加快混凝土的凝固速度，增加混凝土的抗压强度；模袋注浆支护材料这些特点可以提供较强的支护力，有效的抑制底鼓的变形。
44.(3)底角处理方法
45.底角采用三角锁定体6配合锁脚锚杆7(如图5所示)治理方式，采用三角锁定体6配合锁脚锚杆7压住模袋注浆底角，在三角锁定体6內采用钢支架接头管11强化支护结构，在每段模袋注浆底角两侧各安装一个三角锁定体6，每个三角锁定体上均匀预留有3个锚杆孔，锁脚锚杆7通过该孔打入围岩，三角锁定体6配合锁脚锚杆7的作用是与模袋注浆2形成
一个整体，对模袋注浆2起到一个约束作用，防止模袋注浆2受底鼓力作用向上突起时提供反作用的支护力；模袋注浆2和三角锁定体6配合锁脚锚杆7形成一个整体可以更好的提供支护力，使结构更加的稳定。
46.本实施例提出的复合支护结构施工工艺
47.基于模袋注浆的巷(隧)道底板支护方法，整体施工过程如下：
48.第一步，机械开挖底板岩体，开挖到设计边界后进行底板清理；
49.第二步，在底板上喷射混凝土形成一个混凝土面层5；
50.第三步，在面层上铺设混凝土充填模袋，在模袋注浆之间均匀预留5个控底锚索孔，控底锚索10通过该孔打入围岩深处，可以提高底板的整体稳定性；
51.第四步，沿巷道纵向一定距离铺设多段模袋，在多段模袋底角分别布置三角锁定体6，在每个三角锁定体均匀预留锚杆孔安装3根锁脚锚杆，之后向模袋中充填混凝土，形成模袋注浆2，使模袋注浆2与三角锁定体6配合锁脚锚杆7形成一个整体；
52.第五步，最后采用矸石或弃砟回填底板；
53.第六步，安装支架或其它上部技术。
54.沿硐室纵向依次完成上述步骤可完成此支护方案。
55.本实施例提出的装置根据巷道埋深、地质条件、地应力和岩性等条件的不同以及现场实际情况需要确定的主要参数有：模袋注浆的厚度、长度、强度和曲率、锚索和锁脚锚杆型号和间排距，这些参数根据实际情况进行设计。
56.本发明提出的一种基于模袋注浆的底板治理新型方法，它的主要结构组成有以下两部分，第一部分是该方法的底拱，主要包括模袋注浆、三角锁定体、锁脚锚杆和控底锚索，锁脚锚杆与三角锁定体相连接形成一个整体，提高围岩向上作用的反作用力；在模袋注浆均匀的安装5根控底锚索；第二部分是钢支架，钢支架正好压在三角锁定体上，由这两部分组成一个全周支护结构加强底板的支护力，有效的抑制了底鼓的发生，提高了巷道的安全性。
57.先进行底板的开挖，开挖清渣后喷射混凝土形成一个面层，沿巷道纵向在一定距离之间铺设多段模袋注浆，在模袋注浆之间均匀预留5个锚索孔，控底锚索通过该孔打入围岩，锚索的锚固端超过底板零位移标线深度，其中零位移标线深度通过现场监测并配合理论分析确定。
58.本发明提出的模袋注浆支护结构由多卷柔性模袋组成，每隔一段中间采用纤维束进行连接，在模袋中浇筑混凝土形成模袋注浆，这样可以提高模袋的整体强度。模袋注浆支护材料具有以下特点，采用注浆成型，施工简便、速度快；能适应各种复杂地形，机械化程度高，支护面积大、整体性强、稳定性好，使用寿命长；具有一定的透水性，在混凝土灌入以后，多余的水分通过织物空隙渗出，可以迅速降低水灰比，加快混凝土的凝固速度，增加混凝土的抗压强度；模袋注浆支护材料这些特点可以提供较强的支护力，有效的抑制底鼓的变形。
59.本发明底角采用三角锁定体配合锁脚锚杆治理方式，采用三角锁定体配合锁脚锚杆固定住模袋注浆，在三角锁定体內采用钢支架接头管强化支护结构，在模袋注浆底角两侧各安装一个三角锁定体，每个三角锁定体上均匀预留有3个锚杆孔，锁脚锚杆通过该孔打入围岩，三角锁定体配合锁脚锚杆的作用是与模袋注浆形成一个整体，对模袋注浆起到一个约束作用，防止模袋注浆受底鼓力作用向上突起时提供反作用的支护力；模袋注浆和三
角锁定体配合锁脚锚杆形成一个整体可以更好的提供支护力，使结构更加的稳定。
60.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。