本发明专利技术公开了一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护装置及方法，涉及地矿技术领域。其方法包括：首先将多根中空注浆锚杆置入巷道围岩内，进行超前注浆加固支护；然后向巷道围岩上喷射混凝土，使其形成混凝土层，通过混凝土层将巷道表面破碎岩石形成一个整体；接着在距塑料板一定距离架设抗弯早强型钢管混凝土支架结构；对支架灌注早强型混凝土，在支架的外侧巷道圆周方向设置抗弯钢筋，在塑料板与抗弯钢筋之间构筑具有一定厚度的抗弯早强型钢筋混凝土碹体；最后，在巷道围岩与抗弯早强型钢筋混凝土碹体之间设置塑料板让压层。本发明专利技术通过超强注浆加固技术与抗弯型钢管混凝土支架结构相结合，能够有效的控制围岩变形，且支护效果好。且支护效果好。且支护效果好。
【技术实现步骤摘要】
基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护装置及方法
[0001]本专利技术涉及地矿
，具体涉及一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护装置及方法。
技术介绍
[0002]随着现代煤矿的开采向深部延伸，矿井的地质条件变得愈发复杂。软岩便是其中之一，软岩巷道的支护问题也受到了重视。研究表明，受地应力场方向、岩层产状、岩体结构的不对称、关键部位差异性变形等因素影响，造成深部软岩巷道由于结构效应而产生非对称变形，使得常规对称支护无法控制，导致其巷道围岩的自承能力弱，巷道变形速度和变形量都很大，对矿井生产造成很大影响。而现有技术在软岩巷道支护方面，因技术和资金投入等原因，尚未达到矿井生产的需要。
[0003]软岩巷道的特征主要有：
[0004](1)由于岩体结构和岩层所处的环境，导致岩层松软、破碎严重、地应力较高；(2)对于岩体的物理和力学性能，有低强度、流变、风化、膨胀等特点；(3)对于围岩的工程特征，具有巷道来压显现强烈，围岩变形具有四周来压特点和显著的时间效应；(4)初期来压快，变形量大，稳定后围岩仍以一定速度长时间持续大变形，围岩的稳定难以控制。即：软弱岩层巷道具有松、散、软、弱的特征。已有研究表明，岩体及岩层结构面是引起巷道围岩强度降低、产生非对称大变性破坏的主要原因，对于结构面的控制是非对称支护设计的关键，这也为软岩巷道的控制提供了依据。
[0005]由于软岩巷道存在的上述特征，使其在支护方面也存在一定的困难。目前，现有技术在软岩巷道支护方面，形成了“锚喷+锚网喷+锚喷网架+预应力锚索支护”系列技术、钢架支护系列技术、钢筋混凝土支护系列技术、料石碹支护系列技术、“注浆加固和卸压支护”系列技术。现有技术的相关研究报道主要有：
[0006]申请号202011539713.7公开了一种软岩巷道的支护方法，其利用数值模拟软件建立模型分析并开展实时巷道围岩深部位移监测及其松动圈分析，分析非对称围岩巷道两帮的应力分布与收敛位移；利用基于“先让后抗”支护原则的“两掘两锚网一喷钢带”的支护工艺进行对高应力区和低应力区进行分区支护。该支护工艺包括短锚杆、长锚杆、一次锚网、二次锚网、双层钢筋、喷射混凝土等。
[0007]申请号202021246768.4公开了一种高地压软岩巷道支护的钢棚，在钢棚顶的两个底端分别通过U型卡缆连接有钢棚腿，钢棚腿的底端固定连接垫铁，钢棚腿在巷道地坪连接处固定设置有U型钢挡块，U型钢底梁固定于巷道两侧的垫铁和U型钢挡块之间，构成一个U型钢棚支护整体。
[0008]上述现有技术虽然对软岩巷道的支护做了诸多研究，但其支护效果还有待于进一步提高，如U型钢可缩性支架、锚喷网支护、具有可缩性或让压装置的全封闭支护系统、针对关键部位的复合支护是煤矿软岩破碎动压巷道支护的主要方法。但软岩巷道支护效果如何，不仅取决于支护方式的选择，还与巷道所处的地质条件、围岩应力状态等有关。所以，要
找到行之有效的支护方式，还需要多方面的研究。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护方法，其通过超强注浆加固技术与抗弯型钢管混凝土支架结构相结合，能够有效的控制围岩变形，且支护效果好。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0011]一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护方法，依次包括以下步骤：
[0012]a、进行超前注浆加固支护
[0013]将多根中空注浆锚杆置入巷道围岩内，并将每根中空注浆锚杆作为注浆管，通过所述的注浆管向巷道围岩内注入注浆液，对所述的巷道围岩进行加固支护；
[0014]所述的注浆液为硅酸盐水泥、水玻璃和减水剂的混合液，所述的硅酸盐水泥中的水、灰质量比为0.7：1～1:1，所述的减水剂的质量为所述硅酸盐水泥质量的0.8％～1.0％，所述的水玻璃的体积为所述硅酸盐水泥体积的0.4％～0.6％；
[0015]b、向巷道围岩上喷射混凝土，使其形成混凝土层，通过所述的混凝土层将巷道表面破碎岩石形成一个整体；
[0016]在所述的混凝土层的表面覆盖塑料板，所述的塑料板的抗压强度≥250kPa；
[0017]c、构建抗弯早强型钢管混凝土支架结构
[0018]在距所述的塑料板一定距离架设抗弯早强型钢管混凝土支架结构，所述的抗弯早强型钢管混凝土支架结构是由若干个单独的支架连接在一起形成的，其中相邻的支架的间距为0.6～1.0m，支架包括直墙段、圆弧段、顶弧段及反底拱形段，所述的直墙段、圆弧段均设置有两段，所述的圆弧段对应连接在所述的直墙段的顶端，所述的直墙段、圆弧段及顶弧段构成一倒U型结构；所述的反底拱形段布置在底板岩层中，在所述的反底拱形段的右侧设置有注浆孔，所述的注浆孔的外部设置有作为注浆嘴的注浆短管；
[0019]d、对所述的抗弯早强型钢管混凝土支架结构灌注早强型混凝土；
[0020]e、在所述的抗弯早强型钢管混凝土支架结构的外侧巷道圆周方向设置抗弯钢筋，在所述的塑料板与所述的抗弯钢筋之间喷射采用硫酸盐水泥制成的早强型混凝土，形成具有一定厚度的抗弯早强型钢筋混凝土碹体；通过所述的抗弯早强型钢管混凝土支架结构和所述的抗弯早强型钢筋混凝土碹体对巷道围岩共同支护；
[0021]f、在巷道围岩与抗弯早强型钢筋混凝土碹体之间设置塑料板让压层，在抗弯早强型钢筋混凝土碹体内设置木块让压并预留“让压窗口”，形成早强
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抗弯
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让压型混凝土碹体。
[0022]上述技术方案直接带来的有益技术效果为：
[0023]针对软岩巷道围岩存在极为破碎的特征，首先对巷道进行超前注浆加固支护，防止了巷道开挖后出现冒落和大变形，采用多孔超前注浆技术，提高了围岩的自身强度，控制巷道的前期稳定性。同时，注浆液为硅酸盐水泥、水玻璃和减水剂的混合液，在控制极破碎的围岩的同时还可以起到良好的支护效果。
[0024]进一步向巷道围岩上喷射混凝土层，使得巷道表面破碎岩石形成一个整体，并在混凝土层上覆盖一层较高强度的塑料板，在塑料板的外侧构建抗弯早强型钢管混凝土支架
结构。通过对抗弯早强型钢管混凝土支架结构进行设计，涉及到其中的支架结构、支架连接设计及支架之间的连接，具体的，支架结构分为四段，分别为直墙段、圆弧段、顶弧段及反底拱形段，配合椭圆形的断面的巷道，可以在巷道四周压力很大且分布不均匀的情况下运用，采用早强钢管混凝土支架结构支护时可以将巷道围岩应力分散到支架其他受压程度较小的位置，类似让压的形式释放围岩应力，缓解钢管混凝土支架的集中受力。
[0025]进一步通过构筑抗弯早强型钢筋混凝土碹体，通过抗弯早强钢管混凝土支架结构和所述的抗弯早强型钢筋混凝土碹体对巷道围岩共同支护。
[0026]作为本专利技术的一个优选方案，步骤a中，所述的中空注浆锚杆从端头起间隔20米设置有出浆孔，在所述的出浆孔处配置有与其相配合的橡胶塞。
[0027]作为本专利技术的另一个优选方案，步骤a中，巷本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a、进行超前注浆加固支护将多根中空注浆锚杆置入巷道围岩内，并将每根中空注浆锚杆作为注浆管，通过所述的注浆管向巷道围岩内注入注浆液，对所述的巷道围岩进行加固支护；所述的注浆液为硅酸盐水泥、水玻璃和减水剂的混合液，所述的硅酸盐水泥中的水、灰质量比为0.7:1～1:1，所述的减水剂的质量为所述硅酸盐水泥质量的0.8％～1.0％，所述的水玻璃的体积为所述硅酸盐水泥体积的0.4％～0.6％；b、向巷道围岩上喷射混凝土，使其形成混凝土层，通过所述的混凝土层将巷道表面破碎岩石形成一个整体；在所述的混凝土层的表面覆盖塑料板，所述的塑料板的抗压强度≥250kPa；c、构建抗弯早强型钢管混凝土支架结构在距所述的塑料板一定距离架设抗弯早强型钢管混凝土支架结构，所述的抗弯早强型钢管混凝土支架结构是由若干个单独的支架连接在一起形成的，其中相邻的支架的间距为0.6～1.0m，支架包括直墙段、圆弧段、顶弧段及反底拱形段，所述的直墙段、圆弧段均设置有两段，所述的圆弧段对应连接在所述的直墙段的顶端，所述的直墙段、圆弧段及顶弧段构成一倒U型结构；所述的反底拱形段布置在底板岩层中，在所述的反底拱形段的右侧设置有注浆孔，所述的注浆孔的外部设置有作为注浆嘴的注浆短管；d、对所述的抗弯早强型钢管混凝土支架结构灌注早强型混凝土；e、在所述的抗弯早强型钢管混凝土支架结构的外侧巷道圆周方向设置抗弯钢筋，在所述的塑料板与所述的抗弯钢筋之间喷射采用硫酸盐水泥制成的早强型混凝土，形成具有一定厚度的抗弯早强型钢筋混凝土碹体；通过所述的抗弯早强钢管混凝土支架结构和所述的抗弯早强型钢筋混凝土碹体对巷道围岩共同支护；f、在巷道围岩与抗弯早强型钢筋混凝土碹体之间设置塑料板让压层，在抗弯早强型钢筋混凝土碹体内设置木块让压并预留“让压窗口”，形成早强
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抗弯
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让压型混凝土碹体。2.根据权利要求1所述的一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护方法，其特征在于：步骤a中，所述的中空注浆锚杆从端头起间隔20米设置有出浆孔，在所述的出浆孔处配置有与其相配合的橡胶塞。3.根据权利要求1所述的一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护方法，其特征在于：步骤a中，巷道的断面呈扁椭圆形或圆形；所述的中空注浆锚杆沿巷道轴线呈30度倾斜角度打入。4.根据权利要求1所述的一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护方法，其特征在于：步骤b中，塑料板的厚度为100mm。5.根据权利要求1所述的一种基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护方法，其特征在于：步骤c中，支架的各段之间用套管连接，所述的套管包括上端钢管和下端钢管，在位于所述的下端钢管的周长方向上设置有用于防止套管向下滑动的挡环；在所述的抗弯早强钢管混凝土支架结构的顶部中心附近设置有排气孔。6.根据权利要求1所述的一种基于钢管混凝...
【专利技术属性】
技术研发人员：张步初，张士川，曲广龙，沈宝堂，刘俊熙，孟文航，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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