[發(fā)明專利]一種抵抗動(dòng)載的巖柱加固方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210080043.6
• 申請(qǐng)日: 2012-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102603240A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周子龍;江益輝;李國(guó)楠;李夕兵;鄒洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B28/00
• 分類號(hào): C04B28/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種抵抗動(dòng)載的巖柱加固方法，特別是用于爆破等動(dòng)載環(huán)境下巖柱抵抗動(dòng)力損傷和表面剝蝕的加固方法。屬于采礦技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

在地下大型硐室工程、采礦工程中，為保證開(kāi)挖空間周?chē)鷰r石的安全穩(wěn)定，常常在開(kāi)挖空間預(yù)留各式各樣的巖(礦)柱支撐上部巖層。這些巖(礦)柱通常在設(shè)計(jì)初期能夠很好地滿足支撐需要，但隨著使用年限增加，巖柱中的裂紋不斷擴(kuò)展，出現(xiàn)開(kāi)裂、表面剝落現(xiàn)象。特別是當(dāng)巖柱處于爆破、循環(huán)活載環(huán)境時(shí)，這種剝落更加迅速和嚴(yán)重。究其原因，巖體是一種內(nèi)部布滿微裂紋、微空隙的缺陷介質(zhì)，抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10-1/8，而且對(duì)動(dòng)載應(yīng)力波十分敏感。當(dāng)受到爆破、地震及機(jī)械振動(dòng)等動(dòng)載作用時(shí)，動(dòng)載應(yīng)力波將促使巖柱內(nèi)部缺陷繼續(xù)擴(kuò)展，導(dǎo)致巖柱內(nèi)部損傷不斷增大；同時(shí)動(dòng)載應(yīng)力波將在巖柱的表面反射產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致巖柱外表出現(xiàn)剝蝕。在內(nèi)部損傷和外表剝蝕的共同作用下，巖柱承載能力不斷下降，嚴(yán)重影響其支撐效果。

而現(xiàn)有巖柱設(shè)計(jì)都是基于彈性靜力學(xué)強(qiáng)度理論設(shè)計(jì)，缺少對(duì)動(dòng)載荷動(dòng)力效應(yīng)的合理考慮，也沒(méi)有相應(yīng)的防護(hù)與加固措施。如“一種殘采礦山礦柱加固方法”(中國(guó)國(guó)家發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枺?01010263789.1，公開(kāi)號(hào)：CN101943008A)中用混凝土或鋼筋混凝土對(duì)礦山殘柱進(jìn)行加固，這是一種典型的基于靜力學(xué)理論的加固方法，鋼筋混凝土屬于剛性材料，主要起到強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)作用；而且由于大量使用鋼筋，成本較高。另外，在一些礦山工程實(shí)踐中，有在巖(礦)柱周?chē)斗懦涮铙w來(lái)支撐巖層的做法，(如曹?chē)?guó)榮，“合理利用礦山井下充填加強(qiáng)地表開(kāi)采保護(hù)”，《黃金科學(xué)技術(shù)》，2005，13(6)：27-34；秦帥，余一松，樊忠華，單強(qiáng)，“充填體與預(yù)留原巖礦柱相互作用機(jī)理研究”，《采礦技術(shù)》，2011，11(4)：28-31)，這種做法也是通過(guò)側(cè)限圍護(hù)來(lái)增加巖(礦)柱的支撐強(qiáng)度，這種方法中充填體通常填滿巖(礦)柱周?chē)乃锌臻g，它在增強(qiáng)巖(礦)柱強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)際上改變了巖(礦)柱原有的空間狀態(tài)，這對(duì)于需要利用巖柱周?chē)臻g的情況是不適用的。可見(jiàn)，目前的巖柱加固主要基于靜力學(xué)強(qiáng)度理論，加固部分對(duì)巖柱主要起到圍護(hù)補(bǔ)強(qiáng)作用，尚沒(méi)有專門(mén)針對(duì)動(dòng)載作用的巖柱防護(hù)和加固方法。含纖維成份的噴射混凝土具有韌性強(qiáng)、可抵制動(dòng)載等特點(diǎn)，非常適合于動(dòng)載環(huán)境下的巖柱加固。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是基于動(dòng)載下巖柱的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和破壞機(jī)理提出一種可抵抗動(dòng)載的巖柱加固方法。該方法施工工藝簡(jiǎn)單，加固結(jié)構(gòu)能有效吸收動(dòng)載能量、避免巖柱表面的動(dòng)力剝蝕，同時(shí)可以增大巖柱圍壓，遏止巖柱內(nèi)部損傷演化，最終起到增強(qiáng)巖柱承載能力、延長(zhǎng)巖柱服務(wù)年限的作用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種抵抗動(dòng)載的巖柱加固方法，包括下述步驟：

第一步：配料

取水泥、砂子、石頭、水、纖維混合攪拌，得到纖維攪拌混凝土；所述纖維直徑為0.3-1.0mm，長(zhǎng)10-50mm；所述纖維攪拌混凝土中纖維體積率0.5-1.5，水灰比0.35-0.5；

第二步：噴層施工

將第一步所得纖維攪拌混凝土，垂直于巖柱表面均勻噴射附著至巖柱、固化；噴層厚度為20-150mm或巖柱橫斷面表觀尺寸的0.01-0.1。

本發(fā)明一種抵抗動(dòng)載的巖柱加固方法中，所述水泥與砂石的重量比為1∶(3.0-4.5)，所述砂石選用粒徑為2-10mm的粗砂或碎石。

本發(fā)明一種抵抗動(dòng)載的巖柱加固方法中，所述巖柱橫截面形狀為圓形、矩形、正多邊形、橢圓形中的一種。

本發(fā)明一種抵抗動(dòng)載的巖柱加固方法中，所述纖維選自鋼纖維、植物纖維、聚酯纖維中的一種。

本發(fā)明一種抵抗動(dòng)載的巖柱加固方法中，噴層施工前，用高壓水或高壓氣流清除巖柱外表的松散體或附著物，為噴層創(chuàng)造良好粘結(jié)條件。

本發(fā)明由于采用上述工藝方法，在巖柱表面施作一層纖維混凝土噴層加固，主要特點(diǎn)在于：1、通過(guò)噴層吸收動(dòng)載能量，消弱巖柱表面的動(dòng)載拉應(yīng)力，防止巖柱發(fā)生表面剝蝕；2、通過(guò)噴層的圍護(hù)效應(yīng)，給巖柱提供圍壓，增強(qiáng)其承載能力。其機(jī)理簡(jiǎn)述于下：