[發(fā)明專利]深部軟巖巷道三維預(yù)應(yīng)力鋼絞線壁后充填支架支護(hù)體系

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210359641.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN102839981A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李術(shù)才;王琦;李為騰;王富奇;苗素軍;王德超;王洪濤;張波;李智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D11/00
• 分類號(hào): E21D11/00;E21D21/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地下工程支護(hù)體系，尤其是一種深部軟巖巷道三維預(yù)應(yīng)力鋼絞線壁后充填支架支護(hù)體系。

背景技術(shù)

目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下巖體工程進(jìn)一步向深、廣方向發(fā)展，圍巖層位越來越深，工程地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。高地應(yīng)力、軟巖流變、斷層等地質(zhì)構(gòu)造、地下水等因素造成地下工程面臨前所未有的支護(hù)難度。國內(nèi)外學(xué)者通過研究提出并發(fā)展了多種支護(hù)形式，如錨噴支護(hù)、錨網(wǎng)索噴、金屬支架、高強(qiáng)度弧板等。從現(xiàn)有資料可以看出，現(xiàn)有支護(hù)技術(shù)不能很好的滿足現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜條件下的圍巖支護(hù)要求，尤其是更難滿足千米深井軟巖巷道的支護(hù)，嚴(yán)重影響了深部巖體工程的生產(chǎn)和安全。

深部軟巖巷道圍巖軟弱，承載能力差，金屬支架支護(hù)能夠?yàn)閲鷰r提供更大的支護(hù)阻力，是現(xiàn)在常用的軟巖巷道支護(hù)方式。但從目前軟巖巷道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況可以發(fā)現(xiàn)，金屬支架與圍巖之間的空間仍是制約軟巖巷道金屬支架充分發(fā)揮其承載能力的最重要的問題。金屬支架雖然具有承載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但由于軟巖的客觀條件及目前所采用的巷道掘進(jìn)和支護(hù)工藝上的限制，掘進(jìn)過程中的泥巖等軟巖巷道或因局部冒頂或片幫而形成不規(guī)則的空穴等都是不可避免的，掘進(jìn)后的巷道周邊和架設(shè)的支架之間會(huì)有一定空間，且一般極不規(guī)則，巨野、淮南等礦區(qū)典型深部礦井軟巖巷道調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該空間徑向尺寸平均在0.5m以上，最大的地方達(dá)到1.2m甚至更大。

常用的處理支架和圍巖兩者之間空間的工藝是采用背板或手工填入的矸石等，這種處理方式使支架和圍巖以點(diǎn)接觸的形式接觸，有的甚至完全沒有和圍巖接觸。在這種情況下支架壁后空間不能有效地加以充填密實(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖將呈隨機(jī)的點(diǎn)、線接觸，從而使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受集中載荷或偏心載荷，惡化支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀況，使支護(hù)結(jié)構(gòu)受損或支撐能力得不到充分的發(fā)揮，嚴(yán)重降低了材料利用率，支護(hù)效果得不到保障。

針對(duì)該情況，支架的壁后充填可以在一定程度上緩解支架支護(hù)的上述問題。充填材料將壁后空間充滿，使圍巖-充填體-支護(hù)結(jié)構(gòu)三者形成一個(gè)共同的力學(xué)承載體系，可較充分發(fā)揮支架和圍巖本身的承載能力，有效地控制圍巖變形，提高巷道的穩(wěn)定性。在壁后密實(shí)充填的情況下，U型鋼支架的承載能力可比不進(jìn)行壁后充填時(shí)提高2.5~3倍。正是因?yàn)楸诤蟪涮罡纳屏酥ёo(hù)-圍巖的相互作用關(guān)系，使得支護(hù)具有初撐力大，增阻速度快，工作阻力大的良好性能，能夠有效地控制軟巖巷道的大變形。

但通過調(diào)研和綜合分析上述兩種對(duì)支架與圍巖之間空間的常用的處理方法，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

（1）壁后填充一般是利用泵送或灌漿的工藝，在背板的空隙中填充水泥類等材料，填充材料強(qiáng)度低、脆性、塑形變形能力及韌性低，導(dǎo)致壁后充填材料易出現(xiàn)開裂，從而使支護(hù)體系整體承載能力降低；

（2）壁后空間不規(guī)則，且背板只能手動(dòng)堆砌，不可能做到均勻，堆砌質(zhì)量難以定量控制，堆砌密實(shí)均一性得不到保證，同時(shí)，填充材料內(nèi)部既有木材又有水泥類材料，且還有部分殘留的空洞，填充層材料質(zhì)地非常不均勻，導(dǎo)致支架受力依然有明顯的不均勻現(xiàn)象，偏壓情況明顯，對(duì)其承載能力發(fā)揮仍有較大影響；

（3）水泥背板及木材等材料用量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作效率低，且堆砌質(zhì)量難以定量控制。普通斷面尺寸的軟巖巷道支架支護(hù)中，每排支架需要水泥背板數(shù)十根至上百根，木質(zhì)背板需要數(shù)十根，材料用量大，尤其是對(duì)木材的消耗嚴(yán)重；水泥背板需要在地面預(yù)制、養(yǎng)護(hù)，木質(zhì)背板需要地面截好，然后進(jìn)過運(yùn)輸才能到達(dá)迎頭附近，最后利用人工搬運(yùn)的方式運(yùn)送至迎頭，且由于壁后空間不規(guī)則，尺寸多變，背板只能手動(dòng)堆砌，背板量大且重，需人工堆砌，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率很低，且堆砌質(zhì)量無法合理的定量控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述軟巖巷道支架支護(hù)的不足，提供一種深部軟巖巷道三維預(yù)應(yīng)力鋼絞線壁后充填支架支護(hù)體系，該體系整體性好、支架受力狀態(tài)好、材料利用率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種深部軟巖巷道三維預(yù)應(yīng)力鋼絞線壁后充填支架支護(hù)體系，包括支架、錨桿錨索和三維預(yù)應(yīng)力鋼絞線系統(tǒng)，支架形成支護(hù)體系的內(nèi)承載結(jié)構(gòu)層，錨桿錨索形成所述支護(hù)體系的外承載結(jié)構(gòu)層，所述錨桿錨索伸入到圍巖中，支架和圍巖之間填充有填充材料形成中間承載結(jié)構(gòu)層，支架和錨桿錨索之間通過三維預(yù)應(yīng)力鋼絞線系統(tǒng)做環(huán)向、徑向和軸向的三維連接，并施加預(yù)緊力。支護(hù)體系有效解決了支架與巷道毛硐之間間隙過大、支架受力不均、偏壓嚴(yán)重的問題，有效提高了體系的整體強(qiáng)度及剛度，提高了軟巖巷道控制能力。

所述支架為各種形式和尺寸的U型鋼支架、方鋼管約束混凝土支架、U型鋼約束混凝土支架或鋼管混凝土支架；