[實用新型]深部軟巖巷道三維預應力鋼絞線壁后充填支架支護體系

有效

• 申請號: 201220491388.6
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN202882939U
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 李術才;王琦;李為騰;王富奇;苗素軍;王德超;王洪濤;張波;李智
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D21/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本實用新型涉及一種地下工程支護體系，尤其是一種深部軟巖巷道三維預應力鋼絞線壁后充填支架支護體系。

背景技術

目前，隨著社會經濟的發展，地下巖體工程進一步向深、廣方向發展，圍巖層位越來越深，工程地質條件越來越復雜。高地應力、軟巖流變、斷層等地質構造、地下水等因素造成地下工程面臨前所未有的支護難度。國內外學者通過研究提出并發展了多種支護形式，如錨噴支護、錨網索噴、金屬支架、高強度弧板等。從現有資料可以看出，現有支護技術不能很好的滿足現場復雜條件下的圍巖支護要求，尤其是更難滿足千米深井軟巖巷道的支護，嚴重影響了深部巖體工程的生產和安全。

深部軟巖巷道圍巖軟弱，承載能力差，金屬支架支護能夠為圍巖提供更大的支護阻力，是現在常用的軟巖巷道支護方式。但從目前軟巖巷道現場調研情況可以發現，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的優點，但由于軟巖的客觀條件及目前所采用的巷道掘進和支護工藝上的限制，掘進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則的空穴等都是不可避免的，掘進后的巷道周邊和架設的支架之間會有一定空間，且一般極不規則，巨野、淮南等礦區典型深部礦井軟巖巷道調研發現，該空間徑向尺寸平均在0.5m以上，最大的地方達到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，支護結構與圍巖將呈隨機的點、線接觸，從而使支護結構承受集中載荷或偏心載荷，惡化支護結構的受力狀況，使支護結構受損或支撐能力得不到充分的發揮，嚴重降低了材料利用率，支護效果得不到保障。

針對該情況，支架的壁后充填可以在一定程度上緩解支架支護的上述問題。充填材料將壁后空間充滿，使圍巖-充填體-支護結構三者形成一個共同的力學承載體系，可較充分發揮支架和圍巖本身的承載能力，有效地控制圍巖變形，提高巷道的穩定性。在壁后密實充填的情況下，U型鋼支架的承載能力可比不進行壁后充填時提高2.5~3倍。正是因為壁后充填改善了支護-圍巖的相互作用關系，使得支護具有初撐力大，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。

但通過調研和綜合分析上述兩種對支架與圍巖之間空間的常用的處理方法，發現存在以下問題：

（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，填充材料強度低、脆性、塑形變形能力及韌性低，導致壁后充填材料易出現開裂，從而使支護體系整體承載能力降低；

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

（3）水泥背板及木材等材料用量大，勞動強度高，工作效率低，且堆砌質量難以定量控制。普通斷面尺寸的軟巖巷道支架支護中，每排支架需要水泥背板數十根至上百根，木質背板需要數十根，材料用量大，尤其是對木材的消耗嚴重；水泥背板需要在地面預制、養護，木質背板需要地面截好，然后進過運輸才能到達迎頭附近，最后利用人工搬運的方式運送至迎頭，且由于壁后空間不規則，尺寸多變，背板只能手動堆砌，背板量大且重，需人工堆砌，勞動強度大，工作效率很低，且堆砌質量無法合理的定量控制。

實用新型內容

本實用新型的目的是為克服上述軟巖巷道支架支護的不足，提供一種深部軟巖巷道三維預應力鋼絞線壁后充填支架支護體系，該體系整體性好、支架受力狀態好、材料利用率高、勞動強度低。

為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種深部軟巖巷道三維預應力鋼絞線壁后充填支架支護體系，包括支架、錨桿錨索和三維預應力鋼絞線系統，支架形成支護體系的內承載結構層，錨桿錨索形成所述支護體系的外承載結構層，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構層，支架和錨桿錨索之間通過三維預應力鋼絞線系統做環向、徑向和軸向的三維連接，并施加預緊力。支護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、偏壓嚴重的問題，有效提高了體系的整體強度及剛度，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；