一种旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法技术

本发明专利技术公开了一种旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法，先对底板岩层的岩性进行探测确定底板关键层的位置，在沿深井松软破碎岩层巷道底板上易发生底鼓区段的各个横截面上依固定间隔设置旋喷桩组，每个横截面上皆以巷道横截面中心为界对称向两帮间隔施工3～5个旋喷桩，在同一横截面布设45°底角旋喷桩和0°垂直旋喷桩。本发明专利技术可以切断巷道两帮对底板的压力传递路径，减弱了对底板形成的挤压，抑制了形变；提前对底板岩层进行探测，使得旋喷桩能够加固到底板坚硬岩层；解决了可锚可注性差的松散破碎巷道底板加固的问题，在不破坏巷道原有结构的情况下对原有的松散岩层进行强加固措施，施工难度不会随开采深度增加而增大，全面提升了巷道的稳定性。

A method for controlling floor heave of deep soft rock roadway by rotary jet grouting pile

The invention discloses a method for controlling floor heave of roadway in deep soft rock stratum by rotary jet grouting pile. First, the lithology of floor rock stratum is detected to determine the position of key floor stratum. Rotary jet grouting pile groups are arranged at fixed intervals on each cross section of roadway floor which is prone to floor heave in soft broken rock stratum along deep well. Three to five jet grouting piles are constructed symmetrically between the two sides at the center of the cross section of the roadway, and 45 degree bottom angle jet grouting piles and 0 degree vertical jet grouting piles are arranged at the same cross section. The invention can cut off the pressure transmission path of the two sides of the roadway to the floor, weaken the extrusion of the floor and restrain the deformation; detect the rock stratum of the floor in advance, so that the rotary jet grouting pile can reinforce the hard rock stratum of the floor; and solve the problem of reinforcing the floor of the loose broken roadway with poor anchoring and grouting ability without destroying the roadway. Under the condition of the original structure, the original loose rock stratum is strengthened. The construction difficulty will not increase with the increase of mining depth, and the stability of the roadway is improved comprehensively.

【技术实现步骤摘要】
一种旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法
本专利技术涉及一种治理井巷底鼓的方法，具体是一种旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法。
技术介绍
针对松散煤岩中巷道底鼓引发的问题，如：首先是巷道的断面面积变小，不利于通风；其次底鼓后巷道底板变得不平整，不利于运输，行人也不安全，严重情况下有可能使得巷高不能满足工人正常的行走要求；另外底鼓还会影响顶板和两帮的应力状态及稳定性，使得整个承载结构及支护构件的受力方式等也会产生一系列的变化，进而使巷道整体的稳定性发生改变。巷道底鼓的问题将很可能随着开采技术的不断进步及开采深度的增加而变得更加突出。研究表明，进入深部开采后，特别是在高应力软岩巷道中，底鼓量已占据巷道变形量的主要部分。因此，对巷道底鼓的防范和治理非常迫切。目前，巷道底鼓的治理方法主要分为卸压法和加固法两大类。卸压法主要通过切槽、钻孔等措施，使两帮或底板的应力向深部转移，降低底板岩层应力，从而达到控制底鼓的目的。卸压法主要包括底板卸压和两帮卸压，其中底板卸压包括底板切槽、底板钻孔、底板松动爆破；两帮卸压包括巷道两帮钻孔、两帮松动爆破；此外还有在被保护巷道附近开掘卸压巷道。加固法主要是通过加固底板提高巷道底板围岩的强度来控制底鼓，主要有底板锚杆、底板注浆、封闭式支架及混凝土反拱等技术措施。但是对于深部软弱破碎岩层来说，采用泄压法效果并不好，而采用锚杆加固、注浆也不能达到理想的效果，采用封闭式支架、反底拱等联合支护，虽然有一定效果，但是成本太高、操作工序复杂。中国专利申请201220518121.1公开了一种治理巷道底鼓的反拱型轨枕，这种方法虽然克服了传统对底板的加固的弊端，但是如果将其应用到深井软岩巷道中，松散的底板仍然得不到有效的控制；采用钢筋混凝土墙时，如中国专利技术专利201210307001.1，由于施工困难，墙体高度受到很大的限制，无法深入到巷道底板稳定岩层，最终难以取得满意的效果。此外，中国专利申请201520403496.7还公开了一种防止软岩巷道底鼓的梁锚组合结构，该方法采用的梁锚结构在深井松软底板中的治理效果不好、而且工序复杂，钢梁的回收也达不到要求。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种施工容易、操作简单成本低，且能够针对性控制深部松软岩层的底鼓现象，在不破坏巷道原有结构岩层的情况下可以防范整个巷道底鼓的发生、有效提高巷道整体空间稳定性的旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法，包括如下步骤：步骤一：窥视底板岩层情况：在深井松软破碎的巷道的底板上，采用钻孔窥视仪窥视巷道横截面中心位置的底板岩层情况，设计钻孔深度为10-15m，钻孔直径28mm，使用钻机从底板向下打12-17m的钻孔，开启窥视仪，将窥视仪探头伸进钻孔中，伸进过程中录像、记录底板以下不同深度的岩层信息；步骤二：确定旋喷所需的钻孔深度：根据步骤一的窥视结果，确定底板岩层中坚硬层位的具体位置，进一步确定旋喷工艺实施过程中的钻孔深度需深入到坚硬层位；步骤三：设计旋喷桩钻孔：以巷道横截面底板中心为界对称向两帮方向间隔施工3～5个旋喷桩，两底角旋喷桩与垂直方向的角度为45°，两底角旋喷桩之间的垂直旋喷桩与垂直方向的角度为0°，各个旋喷桩露出底板表面的钻孔等距离布置，且各旋喷桩钻孔的直径为50～100mm，旋喷桩钻孔深度延伸至坚硬底板层位，以先施工中间的垂直旋喷桩、再施工两边的底角旋喷桩的顺序进行旋喷桩施工；步骤四：制备水泥浆液：按照水灰比1:1配制水泥浆液，并且加入水泥用量3～5wt％的速凝化学药剂；按照先水再灰的顺序将原料放入搅拌桶中，最后加入速凝化学药剂搅拌15-20分钟，制得浆液，备用；步骤五：旋喷桩钻孔：先在底板的中部设定位置处，采用钻机钻孔直至设定的坚硬底板层位，然后提升钻机，提升速度为0.2～0.25m/min，边提升边旋喷，具体参数为：旋喷注浆压力20～25MPa，确保高压射流切割岩层，流量为20L/min，旋转速度10～15r/min，喷嘴直径2～3mm；步骤六：旋喷结束后，将带有“叉”形的锚杆从旋喷桩中心插入直至旋喷桩钻孔最深处，所述锚杆直径为25-30mm，在锚杆上每隔500mm加工一个“叉”形；步骤七：重复上述步骤五至步骤六施工巷道同一横截面其余的各个旋喷桩，各个旋喷桩按照等距离施工；步骤八：重复步骤一至步骤七，沿底板长度方向按照排距为0.9-1.2m的距离施工各个横截面上的旋喷桩组，直至完成深井松软破碎岩层中的巷道中易发生底鼓区段底板的施工。作为上述方案的优选方案，所述步骤三中根据底板岩层的松散程度，确定旋喷钻孔的排距在0.7-1.4m之间。优选的，所述步骤四中的速凝化学药剂为铝氧熟料。作为上述方案的另一个优选方案，所述步骤五中当旋喷管提升到快要接近底板表面的水平位置处时，应从旋喷管提升到达底板表面以下1.0m开始，以0.1～0.15m/min的速度提升旋喷，直至底板表面。如此提升，可以在底板表面处形成更加稳定，范围较大的桩头。优选的，为了尽量避免发生意外事故，所述步骤三中在施工底角旋喷桩时，角度偏差不超过1％～1.5％。相对于现有技术，本专利技术具有如下优势：1)本专利技术所形成的各个旋喷桩直径较大，且同一横截面配合布设的45°底角旋喷桩和0°垂直旋喷桩可以有效地切断巷道两帮对底板的压力传递路径，从而减弱巷道顶板、两帮压力对底板形成的挤压，有效抑制了底板的形变；通过高压射流旋喷工艺施工，解决了可锚可注性差的松散破碎巷道底板高效加固的问题，不会有破坏巷道原有结构岩层的风险，适用于松散软弱的岩层巷道，且加固旋喷桩的直径相比普通锚杆增加了近20倍，加固性能更好；2)本专利技术在沿深井松软破碎岩层巷道底板上易发生底鼓区段的各个横截面上依固定间隔设置的旋喷桩组强化了整个底板，且由于施工在各个单独的横截面上进行，施工难度不会随着开采深度的增加而增大，底鼓状况的解决避免了深井巷道中变形状况的发生，解决了目前现有技术中无法克服的深井底鼓变形问题；3)由于上述原因，底鼓现象明显减弱，避免了与底板相关联的两帮以及顶板应力状态的恶化，提升了巷道立体空间的稳定性；巷道空间稳定同时满足了巷道通风所需的断面面积，巷道底部更加平整，方便了运输和行人行走，提高了巷道整体的安全性，减轻了施工人员的心理负担；4)本专利技术在施工旋喷桩之前，提前对底板岩层的岩性进行了针对性探测，使得旋喷桩能够加固到底板下的关键层坚硬层位，起到了明显的加固效果；各个旋喷桩施工的浆液采用水泥浆，可以达到对资源的有效利用，水泥浆凝固后强度高、加固效果好，也避免了单纯支护时对金属资源的消耗、降低了成本；5)本专利技术成本低，施工操作简单、劳动强度低，施工过程中对环境的污染降到了最低，产生的社会经济效益更加显著。附图说明图1是本专利技术施工完成的巷道横截面示意图；图中，1.巷道，2.底角旋喷桩，3.底板，4.垂直旋喷桩，5.锚杆，5-1.“叉”形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法包括如下步骤：步骤一：窥视底板岩层情况：在深井松软破碎的巷道1的底板3上，采用钻孔窥视仪窥视巷道1横截面中心位置的底板3岩层情况，设计钻孔深度为10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：窥视底板岩层情况：在深井松软破碎的巷道(1)的底板(3)上，采用钻孔窥视仪窥视巷道(1)横截面中心位置的底板(3)岩层情况，设计钻孔深度为10‑15m，钻孔直径28mm，使用钻机从底板(3)向下打12‑17m的钻孔，开启窥视仪，将窥视仪探头伸进钻孔中，伸进过程中录像、记录底板(3)以下不同深度的岩层信息；步骤二：确定旋喷所需的钻孔深度：根据步骤一的窥视结果，确定底板(3)岩层中坚硬层位的具体位置，进一步确定旋喷工艺实施过程中的钻孔深度需深入到坚硬层位；步骤三：设计旋喷桩钻孔：以巷道(1)横截面底板(3)中心为界对称向两帮方向间隔施工3～5个旋喷桩，两底角旋喷桩(2)与垂直方向的角度为45°，两底角旋喷桩(2)之间的垂直旋喷桩(4)与垂直方向的角度为0°，各个旋喷桩露出底板(3)表面的钻孔等距离布置，且各旋喷桩钻孔的直径为50～100mm，旋喷桩钻孔深度延伸至坚硬底板层位，以先施工中间的垂直旋喷桩(4)、再施工两边的底角旋喷桩(2)的顺序进行旋喷桩施工；步骤四：制备水泥浆液：按照水灰比1:1配制水泥浆液，并且加入水泥用量3～5wt％的速凝化学药剂；按照先水再灰的顺序将原料放入搅拌桶中，最后加入速凝化学药剂搅拌15‑20分钟，制得浆液，备用；步骤五：旋喷桩钻孔：先在底板(3)的中部设定位置处，采用钻机钻孔直至设定的坚硬底板层位，然后提升钻机，提升速度为0.2～0.25m/min，边提升边旋喷，具体参数为：旋喷注浆压力20～25MPa，确保高压射流切割岩层，流量为20L/min，旋转速度10～15r/min，喷嘴直径2～3mm；步骤六：旋喷结束后，将带有“叉”形(5‑1)的锚杆(5)从旋喷桩中心插入直至旋喷桩钻孔最深处，所述锚杆(5)直径为25‑30mm，在锚杆(5)上每隔500mm加工一个“叉”形(5‑1)；步骤七：重复上述步骤五至步骤六施工巷道(1)同一横截面其余的各个旋喷桩，各个旋喷桩按照等距离施工；步骤八：重复步骤一至步骤七，沿底板(3)长度方向按照排距为0.9‑1.2m的距离施工各个横截面上的旋喷桩组，直至完成深井松软破碎岩层中的巷道(1)中易发生底鼓区段底板(3)的施工。...

【技术特征摘要】
1.一种旋喷桩治理深部松软岩层巷道底鼓的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：窥视底板岩层情况：在深井松软破碎的巷道(1)的底板(3)上，采用钻孔窥视仪窥视巷道(1)横截面中心位置的底板(3)岩层情况，设计钻孔深度为10-15m，钻孔直径28mm，使用钻机从底板(3)向下打12-17m的钻孔，开启窥视仪，将窥视仪探头伸进钻孔中，伸进过程中录像、记录底板(3)以下不同深度的岩层信息；步骤二：确定旋喷所需的钻孔深度：根据步骤一的窥视结果，确定底板(3)岩层中坚硬层位的具体位置，进一步确定旋喷工艺实施过程中的钻孔深度需深入到坚硬层位；步骤三：设计旋喷桩钻孔：以巷道(1)横截面底板(3)中心为界对称向两帮方向间隔施工3～5个旋喷桩，两底角旋喷桩(2)与垂直方向的角度为45°，两底角旋喷桩(2)之间的垂直旋喷桩(4)与垂直方向的角度为0°，各个旋喷桩露出底板(3)表面的钻孔等距离布置，且各旋喷桩钻孔的直径为50～100mm，旋喷桩钻孔深度延伸至坚硬底板层位，以先施工中间的垂直旋喷桩(4)、再施工两边的底角旋喷桩(2)的顺序进行旋喷桩施工；步骤四：制备水泥浆液：按照水灰比1:1配制水泥浆液，并且加入水泥用量3～5wt％的速凝化学药剂；按照先水再灰的顺序将原料放入搅拌桶中，最后加入速凝化学药剂搅拌15-20分钟，制得浆液，备用；步骤五：旋喷桩钻孔：先在底板(3)的中部设定位置处，采用钻机钻孔直至设定的坚硬底板层位，然后提升钻机，提升速度为0.2～0.25m/min，边提升边旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂臣，郝文军，张农，孙长伦，贾斌义，何锦涛，张苏辉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32