专利名称：一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法
技术领域：
本发明涉及一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，尤其适用于煤矿、金属矿山、地铁、人防工程及地下空间工程等的围岩或硐室的底板稳定控制。
背景技术：
巷道或硐室的底板鼓起是煤矿、金属矿山、地铁、人防工程及地下空间工程等经常遇到的问题。尤其是煤矿开采时受采动压力或掘巷时受次生叠加应力的影响，巷道或硐室四周收敛变形严重，底板的鼓起量达到顶底板移近量的一半以上，甚至达到90%。巷道或硐室每2 3个月就需要返修一次，返修的工程量甚至超出新掘巷道的工程量。过大的底鼓量严重地影响巷道或硐室的有效断面，威胁到矿井的通风安全、瓦斯排放、材料运输等正常 生产系统和相关环节，而且采用反复卧底后巷道两帮及顶板的稳定性都受到严重影响，在马头门附近甚至严重威胁井壁的稳定，导致井壁滑落。对于巷道或硐室的底鼓的处理，煤矿中最常用的方法是采用全封闭的架棚支护。但棚式支护属于被动支护，支架架设后没有初始支护阻力，只能靠底板鼓起时的变形为其提供反作用，如果受到偏载载荷的影响，棚子难以起到有效的控底作用。大量的工程实践表明，此套支护体系难以长时有效地发挥作用，新的底鼓仍然要靠返修解决。返修时除了卧底，还必须将架设的棚子全部拆除后重新架设，这种工程量的投入十分巨大，而且工效极低。近年来，随着巷道底板施工机具的发展，底板锚固和注浆技术逐渐成熟起来，解决了大量的底鼓难题。也有部分矿山采用了底板梁的锚注结合的方式，而且在锚注之间架设反拱梁。但其仍将巷道的底板作为平底来进行处理，没有考虑将锚固工程作用在反底拱梁上处理底板，在巷道或硐室承受采动影响后，底板梁和锚注不能协同承载，其底鼓现象仍十分严重。由于以上各种处理底鼓问题的缺陷，亟待研究一种更加简便易行的长时控制底鼓问题的方法，既使底板得到长时有效的控制，又不增加额外的底板锚注等工程量，且使主被动相结合能够协同承载的方法。本发明提出并已实施的反底拱锚固梁基本实现了上述内容，并在现场得到了验证。
发明内容
本发明针对已有技术存在的问题和解决方法的不足，提供了一种将注浆管、锚索或高强锚杆等预应力锚固系统施工在已施工巷道的反底拱梁上，形成底板梁和预应力锚固作用耦合的锚固梁的方法，协同发挥主被动支护作用，达到长时控制底板的目的。在反拱梁之间联结纵向加强筋，并浇筑混凝土，形成的整体控制系统，可以发挥更大的底板控制作用。本发明通过在掘出的巷道或硐室内，铺放底板反拱梁，然后在梁内预先开孔的位置施工注浆管、锚杆或锚索，形成锚固梁，最后在反拱梁之间联结钢筋，并浇筑混凝土。
本发明可以紧跟掘进工作面铺设底板反拱梁，也可以滞后掘进工作面或在翻修巷道或硐室时进行。巷道或硐室的原始支护形式既可以是架棚单一支护形式，还能以架棚或锚喷并结合注浆、锚索等复合支护方式。本发明中的底板反拱梁可以是槽钢、工字钢、U型钢或M型钢带、T型钢带；槽钢的型号为5 32c ;工字钢的型号为热轧普通工字钢、热轧轻型工字钢，型号从10 32b山型钢的型号按重量(kg/m)分为25、29、36等；M型钢带的型号从3 6 ;T型钢带的型号从I
6。铺放的底板反拱梁可以单排放置，排距从O 10m，也可以成组并排放置，每组数量为I 3排，反拱梁的跨度从2. 5m IOm,反拱的高度从O. 2m 5. Om,反拱的半径从I. Om 15m,拱上开孔的间距从O. 5m 2. 5m。本发明中反底拱上施工的注浆管间距为O. 3m 3m，注浆管的排距为O. 5m Sm， 注浆压力范围为O. IMPa 6MPa，注浆材料可以是水泥浆液、水玻璃液、高水材料或其它化学浆液，注浆管布置时可以采用对眼、三花眼或五花眼的布置方式。本发明中反底拱上施工的锚杆，其长度从I. Om 3. 5m，直径从18mm 50mm。锚杆可以是圆钢锚杆、热轧或冷轧带肋钢筋，屈服强度从335MPa SlOMPa ;锚杆的布设方式可以是单排、三花眼或五花眼布置方式；锚固的方式可以是端锚、加长锚或全长锚固，锚固剂可以是树脂药卷、水泥浆等。本发明中反底拱上施工的锚索，其长度从I. 5m 10.0m，锚索为矿用锚索，直径为15. 24mm 32_，强度为1720MPa或1860MPa。锚索可以采用端锚、加长锚或全长锚固的锚固方式；锚固剂可以是树脂药卷、水泥浆等；每孔中的锚索数量可以是I 3根。本发明中反底拱上施工的注浆管、锚杆或锚索，其施工顺序可以是先注浆再施工锚杆或锚索，也可以先施工锚杆或锚索再进行注浆。本发明反拱梁之间联结钢筋可以是圆钢、热轧或冷轧带肋钢筋，直径为16mm 50mm,钢筋的长度与反拱锚固梁的排距基本相等,从200mm 1500mm,间距从Omm 500mm。优选的，钢筋与反拱梁之间采用焊接方式进行连接。本发明中反底拱锚固梁控制底鼓的方法，浇筑混凝土的标号为C15 C50。本发明将注浆管、锚索或高强锚杆等预应力锚固系统施工在已施工巷道的反底拱梁上，形成底板梁和预应力锚固作用耦合的锚固梁，协同发挥主被动支护作用，达到长时控制底板的目的。在反拱梁之间联结纵向加强筋，并浇筑混凝土，形成的整体控制系统，可以发挥更大的支护作用，已经在多个煤矿中的马头门、水泵房和巷道工程中得到了成功应用。
图I是反底拱锚固梁在巷道断面空间内的布置图。其中1-巷道掘出后的毛断面；2_反拱梁；3-锚杆；4_锚索。
具体实施例方式现结合某矿马头门附近底鼓控制采用反底拱锚固梁的方法说明本发明的
具体实施例方式I.卧底。整个马头门区域底板刷扩形状均为反弧形，反弧半径为8300mm，实际应略超挖，但超挖量最大不宜超过200mm。刷卧井筒南北两侧IOm范围内时，必须对马头门浇筑的650mm厚帮部进行保护处理，对墙脚开挖后需及时支设模板，浇筑钢筋砼，钢筋布置要求及砼要求与原马头门设计相同。2.底板注浆。底板注浆孔深度为2400mm，每个断面布置2 3孔，注浆孔间排距为1300mmX800mm ;注浆压力不大于I. 5MPa ;注浆材料采用525硫铝酸盐快硬水泥或化学浆液，若采用硫铝酸盐快硬水泥水灰比I : O. 8 I (重量比)；注浆锚杆长度1400mm，采用外径20mm、壁厚I. 8mm的冷拔无缝钢管制成，钢管底端砸成扁状；沿钢管底端800mm长度范围内成“十”字交错开孔四组，孔径6mm，孔距200mm ;封孔深度为400mm。3.加设反底拱梁。反底拱梁采用11#矿用工字钢横向轧制而成，工字钢原料长度为5. 62m,轧制半径8. 3m,拱高O. 5m ;梁上自正中按I. 3m等间距开孔五处,孔直径32mm,并磨圆倒棱，保持孔边缘光滑；反底拱梁排距800mm。4.在反底拱梁孔位中施工锚杆。锚杆规格Φ XL = 20mmX2200mm，等强锚杆，锚杆间排距1300_X 1600mm,每断面布置5套锚杆，垂直底拱梁施工锚杆孔深2200_，每孔采用一卷Z2380树脂药卷，预紧力矩不小于200N · m。 5.在反底拱梁孔位中施工锚索。锚索规格Φ XL = 21. 8mmX6200mm，锚索间排距1300mmX 1600mm,每断面布置5套锚索，垂直底拱梁施工深6200_的锚杆孔，每孔采用两卷Z2380树脂药卷，预紧力矩不小于10 15t，锚索外露长度150mm 200mm，锚杆与锚索按五花眼形式布置。6.两排反底拱梁间焊接钢筋。两排反底拱之间采用直径25mm的钢筋，按200mm间距焊接连接；钢筋共两排，分别焊接在11#工字钢上下两边。7.浇筑砼。底板反底拱及锚杆、锚索施工完毕后，即进行砼浇筑地坪处理，砼等级为C20，厚度为200mm。采用本发明之前，上述工程底鼓严重，多次刷卧，但难以从根上解决实际问题，过多的扩刷量甚至危及马头门和井壁的稳定，但经上述工艺处理后的马头门的维护周期已达I年，底鼓量为零，表明反底拱锚固梁有效解决了此工程的底鼓问题。应当理解的是，上述具体实施方式
仅是例举性说明，而不是对本发明的限制，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，其特征在于包括如下步骤在掘出的巷道或硐室内，铺放底板反拱梁，在梁内预先开孔的位置施工注浆管、锚杆和/或锚索；在反拱梁之间联结纵向钢筋以及浇筑混凝土；优选的，联结纵向钢筋以及浇筑混凝土在注浆管、锚杆和/或锚索施工之后进行。
2.根据权利要求I所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，对于已经掘出的巷道或硐室，紧跟掘进工作面铺设底板反拱梁、滞后掘进工作面或在翻修巷道或硐室时进行。
3.根据权利要求I所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，铺放的底板反拱梁是槽钢、工字钢、U型钢或M型钢带、T型钢带。
4.根据权利要求I所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，反底拱上施工的注浆管(3)间距为O. 3m 3m，注浆管的排距为O. 5m 8m，注浆压力范围为O. IMPa 6MPa，注浆材料是水泥浆液、水玻璃液、高水材料或其它化学浆液，注浆管布置时采用对眼、三花眼或五花眼的布置方式。
5.根据权利要求I所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，反底拱上施工的锚杆，其长度从I. Om 3. 5m ;直径从18mm 50mm,锚杆是圆钢锚杆、热轧或冷轧带肋钢筋。
6.根据权利要求I所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，反底拱上施工的锚索，其长度从I. 5m 10. 0m，每孔中的锚索数量为I 3根。
7.根据权利要求I所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，其施工顺序是先注浆再施工锚杆或锚索，或者先施工锚杆或锚索再进行注浆。
8.根据权利要求I所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，反拱梁之间联结钢筋是圆钢、热轧或冷轧带肋钢筋，钢筋的长度与反拱锚固梁的排距相适应，优选的，钢筋与反拱之间采用焊接方式进行连接。
9.根据权利要求I所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，每根反拱梁上设置2套以上，优选3套，进一步优选4套以上的锚索，每根反拱梁上设置2套以上，优选3套，进一步优选4套以上的锚杆，每根反拱梁上设置的锚索和/或锚杆套数可以相同，也可以不同。
10.根据权利要求8所述的一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，其特征在于钢筋共两排或两排以上，其中至少一排位于反拱梁侧面的中下部或下部，另外一排位于反拱梁的中上部或上部。
全文摘要
一种反底拱锚固梁控制底鼓的方法，其特征在于将注浆管、锚索或高强锚杆等预应力锚固系统施工在已施工巷道的反底拱梁上，形成底板梁和预应力锚固作用耦合的锚固梁，协同发挥主被动支护作用，达到长时控制底板的目的。此外，在反拱梁之间联结纵向加强筋，并浇筑混凝土，形成的整体控制系统可以发挥更大的支护作用。在强动压的采准巷道或服务时间长的开拓巷道及硐室工程中均可有效控制底鼓，应用前景广阔。
文档编号E21D20/02GK102852528SQ20121009381
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者郑西贵, 张农, 吴继忠, 窦红平, 赵金明, 杨高干 申请人:中国矿业大学