一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构，包括：设置于巷道底板上部的反底拱结构，穿透于反底拱结构和底板的浅部围岩注浆孔，所述注浆孔按一定间排距施工；设置于巷道两个底角的底板钻孔，底板钻孔内部设置有钢管混凝土桩；相邻钢管混凝土桩通过托盘和钢梁相互连接；底边表面喷涂有一层防水材料，防水材料上部设置有填平的碎石。本实用新型专利技术通过底板浅部注浆强化岩层强度和钢管混凝土桩抵抗底板岩层滑移，实现对巷道底鼓的有效控制，施工简单、操作方便、降低巷道返修次数和工人劳动强度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构
：本技术属于井巷治理
，尤其涉及一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构。
技术介绍
底鼓是煤矿巷道(硐室)及地下工程中常见的矿压显现现象，随着煤矿开采深度的增加，巷道(硐室)底鼓现象越来越严重。巷道底鼓发生的主要影响因素包括地应力、开采扰动、水理作用、支护结构、底板岩性等，底鼓大多是由上述因素互相组合作用引起的。巷道底鼓后使断面收缩、底板不平，影响矿井运输、通风、行人等，甚至造成巷道报废，严重制约矿井安全生产。目前，对于巷道底鼓治理的支护结构包括全断面金属支架、底板锚杆及锚索支护、底板注浆、底板切槽等，上述结构主要是通过岩层加固、岩层卸压及加固与卸压复合的结构实施底鼓控制，具有一定的控制效果，但巷道底板变形破坏主要是底板岩层发生滑移运动所致，造成现阶段巷道底鼓加固效果差，甚至巷道需要多次返修，支护成本高，增加了底鼓控制与治理劳动强度。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术基于巷道底板滑移理论及岩石遇水软化特性，提供一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构，适用于煤矿巷道、硐室底鼓控制与治理的技术，主动控制底板岩层滑移，保证巷道长期稳定。为达到上述目的，本技术采取的技术方案是：一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构，其特征在于，包括：设置于巷道底板上部的反底拱结构，穿透于反底拱结构和底板的浅部围岩注浆孔，所述注浆孔按一定间排距施工；设置于巷道两个底角的底板钻孔，底板钻孔内部设置有钢管混凝土桩；相邻钢管混凝土桩通过托盘和钢梁相互连接；底边表面喷涂有一层防水材料，防水材料上部设置有填平的碎石。进一步，所述的反底拱结构的最大深度为300mm。进一步，所述的注浆孔深度为预计的巷道底板破坏深度，底板破坏深度由公式1、2确定，注浆孔间排距根据现场注浆液扩散试验确定，一般在2-3m之间，注浆压力不大于3MPa，注浆孔直径为42mm，注浆管利用直径42mm无缝钢管制作，长度小于注浆孔1m，注浆材料为水泥和添加剂。式中：D-为巷道底板破坏深度，m；X-为巷帮塑性区宽度，m；φ-为岩石内摩擦角，°；M-为巷帮高度，m；f-为岩层内摩擦系数；K-为应力集中系数；H-为巷道埋深，m；γ-为岩石容重，MN/m3；C-为巷帮岩石(煤体)内聚力，MPa；ξ-三轴应力系数，进一步，根据底板滑移线理论，巷帮下方三角形区域为受上覆岩层压力作用后主动运动区域AOC、A′O′C′，该主动运动区域以与x轴呈方向运动，钢管混凝土桩的方向要与其运动方向垂直，即巷道两侧钢管混凝土桩与巷帮侧x轴呈角布置。进一步，所述的底板钻孔直径为50mm-70mm之间，底板钻孔长度大于受力后主运动区域的边界点长度AC或A′C′，方能使形成的钢管混凝土桩有效控制主动运动区域额的运动，钻孔长度大于受力后主运动区域的边界点长度AC或A′C′2m，钻孔排距在2-3m之间。进一步，所述的钢管直径为40mm-50mm之间，钢管长度较钻孔长度短0.5m，钢管一端加工成丝扣，丝扣长度50mm，钢管安装后外露长度150mm。本技术的有益效果在于：1.通过底板注浆，使底板破坏岩层形成较完整的整体，二是通过底板反底拱形状使底板受力更加均匀，巷道具有了初步抵抗地应力的作用。2.通过底板设置钢管混凝土桩，阻止底板岩层滑移，且由于高压注浆，底板深部岩层的微裂隙得到填充，岩体强度得到提高，由此巷道底鼓得到有效控制。3.底板表面喷涂一层防水材料，可以隔绝巷道空间内的淋水、积水渗透到底板中弱化底板岩层。4.底板铺设一层碎石可以起到一定的缓冲变形的作用，巷道底板只要再次发生小于300mm的底鼓，均可以通过调整碎石，保证底板平整。5.我国矿井开采深度越来越大、大部分煤矿巷道岩层遇水后强度易弱化，巷道底鼓问题日益突出。因此，本技术可为煤矿巷道底鼓控制与治理提供技术指导。附图说明图1是底板滑移线图。图2是底板支护断面图。图3是底板支护布置俯视图。图4是钢管混凝土桩结构图。图中：1.钢管混凝土桩、2.滑移线、3.注浆孔、4.防水层、5.碎石层、6.托盘、7.灌浆封孔段、8.封孔密封段、9.钢管、10.钻孔、11.钢梁。具体实施方式：下面以本技术所述支护结构在某矿回风下山底鼓治理中的实际应用为例，对本技术作进一步说明。某矿北翼回风下山基本条件：该巷道布置在8号煤层底板中，距离8号煤平均10m，煤层倾角3-5°，煤层平均厚度3.5m，巷道所在层位岩性为泥岩，煤层下方泥岩厚度约50m，巷道断面为直墙半圆拱形，巷道宽5m、高4m，采用锚网索进行支护，锚杆规格为Φ22×2400mm，间排距800mm×800mm，每排锚杆用16#梯子梁连接。钢筋网规格为1.2m×0.9m，网格60mm×60mm，搭接长度为100mm。喷浆厚度80mm，强度C20。锚索规格为Φ17.8×7200mm，间排距1600mm×1600mm。见图1所示。巷道受采动影响、巷道底板积水等影响，巷道掘进后一年内底鼓量最大达到了1m，巷内布置的猴车装置不能正常使用，严重影响矿井安全生产。因此，亟需对回风下山底鼓实施治理，保证巷道稳定，确保行人运输工作正常进行。图2、3、4所示，本技术的一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构布置示意图，本技术的支护结构的具体施工步骤如下：步骤1，首先将巷道底板施工为反底拱形状，反底拱最大深度为300mm；底板注浆孔间排距为1.5×2m布置，通过公式1、2计算得到底板破坏深度约为3.5m，设计注浆孔深度3.5m，注浆压力为3MPa，设计注浆孔直径为42mm，注浆管采用直径42mm无缝钢管制作，长度为2.5m，注浆材料为水泥和ACZ-1添加剂，水灰比1∶2，添加剂为浆液重量的8％。步骤2，基于巷道底板滑移理论，确定底板滑移线形态，泥岩内摩擦角为35°，则确定两侧钢管混凝土桩与巷帮侧x轴呈62.5°角布置。步骤3，在巷道两个底角附近各施工一排底板钻孔，并将钢管安装在孔内，利用棉丝在距离孔口以下0.5m初步封孔，后向钻孔与钢管之间灌注水泥浆封孔，封孔长度0.5m。其中钻孔规格为Φ70mm×5.5m，钻孔排距为2m；钢管规格为Φ50mm×5m，钢管丝扣长度50mm，钢管安装后外露长度150mm。步骤4，通过钢管实施高压注浆，注浆压力10MPa，注浆材料为水泥和ACZ-1添加剂，水灰比1∶2，添加剂为浆液重量的8％，形成钢管混凝土桩，利用托盘和钢梁将相邻桩连接，使钢管混凝土桩形成整体，其中托盘规格为300mm×300mm×10m钢板，钢梁为废旧的11号槽钢，长度为3m。步骤5，最后向底板表面喷涂一层防水材料，采用YYP防水结晶涂料，厚度为60mm，防水材料上部利用碎石填平。以上对本技术的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本技术的较佳实施例，不能被认为用于限定本技术的实施范围。凡依本技术申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本技术的专利涵盖范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构，其特征在于，包括：设置于巷道底板上部的反底拱结构，穿透于反底拱结构和底板的浅部围岩注浆孔，所述注浆孔按一定间排距施工；设置于巷道两个底角的底板钻孔，底板钻孔内部设置有钢管混凝土桩；相邻钢管混凝土桩通过托盘和钢梁相互连接；底边表面喷涂有一层防水材料，防水材料上部设置有填平的碎石。

【技术特征摘要】
1.一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构，其特征在于，包括：设置于巷道底板上部的反底拱结构，穿透于反底拱结构和底板的浅部围岩注浆孔，所述注浆孔按一定间排距施工；设置于巷道两个底角的底板钻孔，底板钻孔内部设置有钢管混凝土桩；相邻钢管混凝土桩通过托盘和钢梁相互连接；底边表面喷涂有一层防水材料，防水材料上部设置有填平的碎石。2.根据权利要求1所述的一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构，其特征在于，所述的反底拱结构的最大深度为300mm。3.根据权利要求1所述的一种用于控制巷道底鼓的钢管混凝土桩支护结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙利辉，杨贤达，吴浩源，张海洋，张永健，杨本生，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：新型
国别省市：河北,13