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1、(10)申请公布号 CN 103850688 A (43)申请公布日 2014.06.11 CN 103850688 A (21)申请号 201410108896.5 (22)申请日 2014.03.24 E21D 11/00(2006.01) (71)申请人 昆明理工大学 地址 650093 云南省昆明市五华区学府路 253 号 (72)发明人 郭延辉 侯克鹏 (54) 发明名称 一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦 合支护方法 (57) 摘要 本发明涉及一种复杂断层破碎带大断面巷道 动态迭加耦合支护方法， 属于矿山巷道支护领域。 本发明首先在复杂断层破碎带巷道掌子面架设钢 拱架 ； 在钢。
2、拱架外部边缘实施环向超前注浆孔， 用超前小导管注浆 ； 注浆完毕， 待浆液固结后， 按 设计断面开挖巷道 ； 及时对巷道表面围岩进行初 喷， 初喷结束后， 挂网， 布设锚杆， 锚索， 并进行复 喷 ； 在锚网索喷耦合支护的基础上， 对巷道两帮 及顶底板进行锚注加固。本发明较好地解决了复 杂断层带大断面巷道变形十分严重， 冒顶、 片帮、 底臌强烈， 难以围护的问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103850688 A CN 10。
3、3850688 A 1/1 页 2 1. 一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 其特征在于 ： 所述方法的 具体步骤如下 ： A、 钢拱架支护 ： 在断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架 （1） 用于限制破碎带围岩大变形 及防止垮塌 ； 其中钢拱架 （1） 三心拱部位由连接接口 （2） 连接， 底座 （3） 深入底板围岩中 ； B、 超前小导管注浆 ： 沿钢拱架 （1） 外部边缘实施超前注浆孔 （4） ， 同时在超前注浆孔 （4） 内安装超前小导管 （5） 用于进行超前小导管注浆加固 ； C、 巷道开挖 ： 注浆结束待浆液凝固后， 按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道， 巷 道掘进之。
4、后对巷道表面活动危石进行清除， 清除结束后进行初喷混凝土支护 ； D、 初喷混凝土 ： 在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层 （6） 用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力 ； E、 锚网索支护 ： 在巷道四周布设锚杆 （7） 且挂金属网 （8） ， 顶板及两帮围岩中心、 拱肩 处安装高强度锚索 （9） ； F、 复喷混凝土 ： 待锚网索施作完毕后， 对巷道四周复喷混凝土层 （10） ； G、 顶板及两帮锚注加固 ： 在锚网索喷支护的基础上， 对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆 （11） 并进行封堵， 封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度 ； H、 底脚和底板锚注加固。
5、 ： 在巷道底板已锚网喷的基础上， 对巷道的底脚和底板打注浆 孔， 在注浆孔内安装注浆锚杆 （11） 并进行封堵， 封堵后进行锚注加固， 最后用混凝土回填形 成巷道底板上的平整的混凝土回填层 （12） 。 2. 根据权利要求 1 所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 其特征 在于 ： 所述步骤 A 中， 钢拱架 （1） 采用槽钢制作， 连接接口 （2） 采用钢板和螺栓来连接， 底座 （3） 采用钢板制作。 3. 根据权利要求 1 所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 其特征 在于 ： 所述步骤 B 中， 超前小导管 （5） 采用热轧无缝钢管制作， 前端呈尖锥状，。
6、 热轧无缝钢管 围壁钻呈梅花状布设压浆孔， 注浆压力控制在 1.5 2MPa。 4. 根据权利要求 1 所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 其特征 在于 ： 所述步骤 D 和步骤 F 中， 初喷混凝土层 （6） 和复喷混凝土层 （10） 采用的混凝土体积 比水泥 ： 砂 ： 石子 =1:2:2， 水灰比 0.48， 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥， 砂为纯净的中粗砂， 石子粒径 3 5mm， 混凝土强度等级为 C20， 喷层厚度为 50mm。 5. 根据权利要求 1 所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 其特征 在于 ： 所述步骤 E 中， 锚杆 （7） 。
7、采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固 ； 金属网 （8） 采用钢筋焊制 ； 高强度锚索 （9） 与锚杆 （7） 错开布置且采用树脂锚固剂锚固。 6. 根据权利要求 1 所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 其特征 在于 ： 所述步骤 G 和 H 中， 注浆锚杆 （11） 采用无缝钢管制作， 无缝钢管围壁钻呈梅花状布设 压浆孔， 注浆锚杆 （11） 与锚杆 （7） 交错布置， 回填层 （12） 采用的混凝土强度为 C40， 回填层 （12） 厚度为 100mm。 7. 根据权利要求 1 所述的复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 其特征 在于 ： 所述浆液采用单。
8、液水泥 - 水玻璃浆液， 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥， 水灰比为 0.6， 在水泥浆中掺加水泥用量 4% 的水玻璃， 注浆压力控制在 2.0MPa-3.0MPa。 权 利 要 求 书 CN 103850688 A 2 1/5 页 3 一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法 技术领域 0001 本发明涉及一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 属于矿山巷 道支护领域。 背景技术 0002 断层及其破碎带是巷道开挖过程中常见的不良地质现象， 它的分布区段是巷道围 岩不稳定区段之一。 在多数情况下， 断层破碎带作为一个低强度、 易变性、 透水性大、 抗水性 差的软弱带存。
9、在的。矿井建设中部分巷道不可避免地要布置于复杂断层破碎带。断层带附 近应力复杂、 围岩破碎、 自稳能力差， 在此进行巷道开挖常会引起断层活化， 如果围岩控制 措施或设计不当， 极易诱发矿岩动力灾害。依靠常规的巷道支护技术和施工方法很难克服 开挖期的冒顶、 片帮、 底臌、 突水等地质灾害和运行期大变形引起的支护结构失稳。 发明内容 0003 本发明提供了一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 以用于解 决复杂破碎断层带大断面巷道松软、 破碎、 易冒顶、 片帮而难以支护的问题。 0004 本发明的技术方案是 ： 一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方法， 所述方法的具体步骤如下。
10、 ： A、 钢拱架支护 ： 在断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架 1 用于限制破碎带围岩大变形及 防止垮塌 ； 其中钢拱架 1 三心拱部位由连接接口 2 连接， 底座 3 深入底板围岩中 ； B、 超前小导管注浆 ： 沿钢拱架 1 外部边缘实施超前注浆孔 4， 同时在超前注浆孔 4 内安 装超前小导管 5 用于进行超前小导管注浆加固 ； C、 巷道开挖 ： 注浆结束待浆液凝固后， 按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道， 巷 道掘进之后对巷道表面活动危石进行清除， 清除结束后进行初喷混凝土支护 ； D、 初喷混凝土 ： 在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层 6 用于防止围岩被。
11、风化潮解及增强围岩自身支撑能力 ； E、 锚网索支护 ： 在巷道四周布设锚杆 7 且挂金属网 8， 顶板及两帮围岩中心、 拱肩处安 装高强度锚索 9 ； F、 复喷混凝土 ： 待锚网索施作完毕后， 对巷道四周复喷混凝土层 10 ； G、 顶板及两帮锚注加固 ： 在锚网索喷支护的基础上， 对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆 11 并进行封堵， 封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度 ； H、 底脚和底板锚注加固 ： 在巷道底板已锚网喷的基础上， 对巷道的底脚和底板打注浆 孔， 在注浆孔内安装注浆锚杆 11 并进行封堵， 封堵后进行锚注加固， 最后用混凝土回填形 成巷道底板上的平整的混凝土回填层 12。
12、。 0005 所述步骤 A 中， 钢拱架 1 采用槽钢制作， 连接接口 2 采用钢板和螺栓来连接， 底座 3 采用钢板制作。 0006 所述步骤 B 中， 超前小导管 5 采用热轧无缝钢管制作， 前端呈尖锥状， 热轧无缝钢 说 明 书 CN 103850688 A 3 2/5 页 4 管围壁钻呈梅花状布设压浆孔， 注浆压力控制在 1.5 2MPa。 0007 所述步骤 D 和步骤 F 中， 初喷混凝土层 6 和复喷混泥土层 10 采用的混凝土体积比 水泥 ： 砂 ： 石子 =1:2:2， 水灰比 0.48， 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥， 砂为纯净的中粗砂， 石 子粒径 3 5mm， 混。
13、凝土强度等级为 C20， 喷层厚度为 50mm。 0008 所述步骤E中， 锚杆7采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固 ； 金属网 8 采用钢筋焊制 ； 高强度锚索 9 与锚杆 7 错开布置且采用树脂锚固剂锚固。 0009 所述步骤 G 和 H 中， 注浆锚杆 11 采用无缝钢管制作， 无缝钢管围壁钻呈梅花状布 设压浆孔， 注浆锚杆 11 与锚杆 7 交错布置， 回填层 12 采用的混凝土强度为 C40， 回填层 12 厚度为 100mm。 0010 所述浆液采用单液水泥 - 水玻璃浆液， 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥， 水灰比为 0.6， 在水泥浆中掺加水泥用量 4% 的水玻璃。
14、， 注浆压力控制在 2.0MPa-3.0MPa。 0011 本发明的有益效果是 ： 1、 本发明从时间和空间效应上相互组合， 充分体现了巷道动态迭加耦合、 协同支护的 思想。 0012 2、 工序的合理的组织， 初次进行钢拱架支护， 提供被动支护， 可有效控制围岩大变 形， 限制断层破碎带巷道失稳发生垮塌， 并对超前小导管起到抬升的作用。 0013 3、 二次超前小导管注浆支护， 提高了破碎围岩的力学指标， 起到加固超前围岩和 防水的作用， 同时小导管还可以起到超前管棚预支护作用， 保证掌子面在开挖过程中不会 塌方或产生流沙， 与钢拱架组合形成了强大的预支护加固体系。 0014 4、 三次锚网。
15、索喷耦合支护可有效控制围岩变形， 初喷混凝土可有效隔绝空气和水 对围岩的风化潮解作用， 锚网支护能够保证浅部围岩形成初步的锚固结构， 与围岩实现整 体大变形 ； 而顶板中部、 两帮中心及拱肩处高强度预应力锚索支护可有效增加围岩控制深 度， 高强度预应力让压锚杆能够允许巷道围岩及锚杆形成的锚固结构产生移动的变形过 程， 从而实现 “抗让结合” 和 “控顶卸压” 作用， 与钢拱架超前小导管注浆结合可形成强大的 主被动支护体系。 0015 5、 通过顶底板及巷道两帮的锚注加固， 可形成积极主动有效的锚注支护结构和多 层组合拱 （梁） 结构， 实现与围岩的共同承载， 提高支护结构的整体性和承载能力， 。
16、并使支护 体内锚杆、 锚索均转化为全长锚固。 与钢拱架超前小导管注浆加固， 锚网索喷耦合支护相结 合， 可有效的形成时空效应下的动态迭加耦合支护体系， 能够保证复杂断层破碎带大断面 巷道围岩和支护结构的长期稳定与安全。 0016 6、 控制效果好， 较好地解决了复杂断层带大断面巷道变形十分严重， 冒顶、 片帮、 底臌强烈， 难以围护的问题。 0017 7、 复杂断层破碎带巷道的安全掘进及控制稳定性提供了科学依据， 有效的避免了 巷道的返修工作， 减少了因巷道失稳返修造成的经济损失和资源浪费， 保证了巷道的长期 稳定与安全， 具有广泛的实用性。 附图说明 0018 图 1 为本发明中钢拱架示意图。
17、 ； 图 2 为本发明中钢拱架超前小导管注浆支护示意图 ； 说 明 书 CN 103850688 A 4 3/5 页 5 图 3 为图 2 中的 A-A，的剖面图 ； 图 4 为本发明中锚网索喷耦合支护示意图 ； 图 5 为本发明中锚注加固示意图 ； 图中各标号 ： 1 为钢拱架、 2 为连接接口、 3 为底座、 4 为超前注浆孔、 5 为超前小导管、 6 为初喷混凝土层、 7 为锚杆、 8 为金属网、 9 为锚索、 10 为复喷混凝土层、 11 为注浆锚杆、 12 为 混凝土回填层。 具体实施方式 0019 实施例 1 ： 如图 1-5 所示， 一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方。
18、 法， 所述方法的具体步骤如下 ： A、 钢拱架支护 ： 在断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架 1 用于限制破碎带围岩大变形及 防止垮塌 ； 其中钢拱架 1 三心拱部位由连接接口 2 连接， 底座 3 深入底板围岩中 ； B、 超前小导管注浆 ： 沿钢拱架 1 外部边缘实施超前注浆孔 4， 同时在超前注浆孔 4 内安 装超前小导管 5 用于进行超前小导管注浆加固 ； C、 巷道开挖 ： 注浆结束待浆液凝固后， 按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道， 巷 道掘进之后对巷道表面活动危石进行清除， 清除结束后进行初喷混凝土支护 ； D、 初喷混凝土 ： 在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初。
19、喷混凝土层 6 用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力 ； E、 锚网索支护 ： 在巷道四周布设锚杆 7 且挂金属网 8， 顶板及两帮围岩中心、 拱肩处安 装高强度锚索 9 ； F、 复喷混凝土 ： 待锚网索施作完毕后， 对巷道四周复喷混凝土层 10 ； G、 顶板及两帮锚注加固 ： 在锚网索喷支护的基础上， 对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆 11 并进行封堵， 封堵后进行锚注加固用于提高围岩的整体强度 ； H、 底脚和底板锚注加固 ： 在巷道底板已锚网喷的基础上， 对巷道的底脚和底板打注浆 孔， 在注浆孔内安装注浆锚杆 11 并进行封堵， 封堵后进行锚注加固， 最后用混凝土回填形 成巷道底。
20、板上的平整的混凝土回填层 12。 0020 所述步骤 A 中， 钢拱架 1 采用槽钢制作， 连接接口 2 采用钢板和螺栓来连接， 底座 3 采用钢板制作。 0021 所述步骤 B 中， 超前小导管 5 采用热轧无缝钢管制作， 前端呈尖锥状， 热轧无缝钢 管围壁钻呈梅花状布设压浆孔， 注浆压力控制在 1.5 2MPa。 0022 所述步骤 D 和步骤 F 中， 初喷混凝土层 6 和复喷混泥土层 10 采用的混凝土体积比 水泥 ： 砂 ： 石子 =1:2:2， 水灰比 0.48， 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥， 砂为纯净的中粗砂， 石 子粒径 3 5mm， 混凝土强度等级为 C20， 喷层厚。
21、度为 50mm。 0023 所述步骤E中， 锚杆7采用高强度预应力让压锚杆且采用树脂锚固剂锚固 ； 金属网 8 采用钢筋焊制 ； 高强度锚索 9 与锚杆 7 错开布置且采用树脂锚固剂锚固。 0024 所述步骤 G 和 H 中， 注浆锚杆 11 采用无缝钢管制作， 无缝钢管围壁钻呈梅花状布 设压浆孔， 注浆锚杆 11 与锚杆 7 交错布置， 回填层 12 采用的混凝土强度为 C40， 回填层 12 厚度为 100mm。 0025 所述浆液采用单液水泥 - 水玻璃浆液， 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥， 水灰比为 说 明 书 CN 103850688 A 5 4/5 页 6 0.6， 在水泥浆。
22、中掺加水泥用量 4% 的水玻璃， 注浆压力控制在 2.0MPa-3.0MPa。 0026 实施例 2 ： 如图 1-5 所示， 一种复杂断层破碎带大断面巷道动态迭加耦合支护方 法， 所述方法的具体步骤如下 ： A、 钢拱架支护 ： 在断层破碎带巷道掌子面架设钢拱架 1 用于限制破碎带围岩大变形及 防止垮塌 ； 其中钢拱架 1 三心拱部位由连接接口 2 连接， 底座 3 深入底板围岩中 ； B、 超前小导管注浆 ： 沿钢拱架 1 外部边缘实施超前注浆孔 4， 同时在超前注浆孔 4 内安 装超前小导管 5 用于进行超前小导管注浆加固 （以起到超前预支护， 堵水的作用） ； C、 巷道开挖 ： 注浆。
23、结束待浆液凝固后， 按巷道断面形状采用控制爆破方法开挖巷道， 巷 道掘进 2000mm 之后对巷道表面活动危石进行清除， 清除结束后进行初喷混凝土支护 ； D、 初喷混凝土 ： 在开挖形成的断面和掌子面围岩表面喷射混凝土形成初喷混凝土层 6 用于防止围岩被风化潮解及增强围岩自身支撑能力 ； E、 锚网索支护 ： 在巷道四周布设锚杆 7 且挂金属网 8， 顶板及两帮围岩中心、 拱肩处安 装高强度锚索 9（通过喷锚网索耦合支护可以有效的实现 “抗让结合” 和 “控顶卸压” ， 结合 钢拱架超前小导管超前预支护可以对断层破碎带围岩起到很好的控制作用） ； F、 复喷混凝土 ： 待锚网索施作完毕后， 。
24、对巷道四周复喷混凝土层 10 ； G、 顶板及两帮锚注加固 ： 在锚网索喷支护的基础上， 对巷道顶板及两帮布设注浆锚杆 11 并进行封堵， 封堵后进行锚注加固用于进一步提高围岩的整体强度 ； H、 底脚和底板锚注加固 ： 在巷道底板已锚网喷的基础上， 对巷道的底脚和底板打注浆 孔， 在注浆孔内安装注浆锚杆 11 并进行封堵， 封堵后进行锚注加固， 最后用混凝土回填形 成巷道底板上的平整的混凝土回填层 12。 0027 所述步骤A中， 钢拱架1排距3000mm， 由16#槽钢制作， 槽钢三心拱部分分成三段， 连接接口 2 由 200mm200mm8mm 的钢板和 4 个 16mm 的螺栓来连接，。
25、 钢支架底座 3 为 200mm200mm8mm 钢板。 0028 所述步骤B中， 超前注浆孔4深4000mm， 孔径为55mm， 巷道拱部注浆孔间距300mm， 注浆孔排距 3000mm， 注浆孔外插角 10 15， 超前小导管 5 采用外径 42mm， 壁厚 3.5mm， 长 4000mm 的热轧无缝钢管制作， 前端呈尖锥状， 热轧无缝钢管围壁钻 8mm 压浆孔， 压浆孔间 隔 200mm， 四周呈梅花状布设， 注浆压力控制在 1.5 2MPa。 0029 所述步骤 D 和步骤 F 中， 初喷混凝土层 6 和复喷混泥土层 10 采用的混凝土体积比 水泥 ： 砂 ： 石子 =1:2:2， 水。
26、灰比 0.48， 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥， 砂为纯净的中粗砂， 石 子粒径 3 5mm， 混凝土强度等级为 C20， 喷层厚度为 50mm。 0030 所述步骤 E 中， 锚杆 7 采用 Q500NMG 高强度预应力让压锚杆， 设计锚杆预紧力大于 50KN， 规格 22mm2500mm， 采用 2 卷 Z2350 树脂锚固剂锚固， 锚杆孔径为 28mm， 间排距 为 800mm1000mm， 弧形托盘规格为 150mm150mm10mm ； 金属网 8 采用 6mm 钢筋焊制， 网格 100mm100mm， 网片 2000mm1000mm， 在巷道围岩顶部中央、 两帮中央及两侧拱肩。
27、处 布置高强度锚索 9， 与锚杆 7 错开布置， 规格 17.8mmL6300mm， 采用 3 卷 Z2350 树脂锚固 剂锚固， 锚固长度大于 1000mm， 设计预紧力 180KN。 0031 所述步骤 G 和 H 中， 浆锚杆 11 采用无缝钢管制作， 规格为 35mmL2000mm， 钢 管围壁钻 8mm 压浆孔， 压浆孔间隔 100mm， 四周呈梅花状布设， 注浆锚杆 11 间排距为 800mm1000mm， 与高强度预应力让压锚杆7交错布置， 采用45mm风钻打眼， 孔深2000mm ； 说 明 书 CN 103850688 A 6 5/5 页 7 回填层 12 采用的混凝土强度为。
28、 C40， 回填层 12 厚度为 100mm。 0032 所述浆液采用单液水泥 - 水玻璃浆液， 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥， 水灰比为 0.6， 在水泥浆中掺加水泥用量 4% 的水玻璃， 注浆压力控制在 2.0MPa-3.0MPa。 0033 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明， 但是本发明并不限于上述 实施方式， 在本领域普通技术人员所具备的知识范围内， 还可以在不脱离本发明宗旨的前 提下作出各种变化。 说 明 书 CN 103850688 A 7 1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103850688 A 8 2/4 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103850688 A 9 3/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103850688 A 10 4/4 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 103850688 A 11 。