一种半封闭钢筋混凝土管片支护系统技术领域
本发明专利属于矿山灾害防治领域，具体涉及一种通过预制钢筋混凝土管片闭环注浆支护控制煤矿松软破碎底鼓巷道长期持续严重变形的方法。
背景技术
目前随着煤炭开采向深部发展，巷道所处的地应力环境越来越复杂，尤其是在地质构造附近区域，围岩松软破碎，常规的支护形式难以控制该地区巷道围岩变形破坏，给开采带来了极大的困难，若处理不当将造成井下冒顶和垮帮等事故，并可能造成人员伤亡，极大的增加了施工成本。因此，主被动联合支护技术引起国内外的重视。在借鉴国外先进技术的基础上，我国现场试验了多种联合支护方式，取得了一定的成果。但是目前的支护设计不能形成闭环结构，难以实现整体承载，且施工工艺复杂，很难从根本上有效防治软弱破碎煤岩这种地质条件所带来的灾害，造成支护结构的不稳定和掘进速度缓慢，存在安全隐患。
因此，有必要设计一种闭环支护结构来防治软弱破碎煤岩地质条件下井下冒顶、垮帮、底鼓等造成的事故。本发明采用半封闭钢筋混凝土管片闭环支护，通过拼接预制钢筋混凝土管片形成闭环结构，形成半封闭钢筋混凝土管片闭环支护机构。这种空间结构允许巷道围岩有一定的变形，释放一定能量，随着巷道变形的增大，该支护结构对围岩的支护作用逐渐增强，直至达到平衡稳定。在钢筋混凝土管片安装好后，对浅部围岩进行高压注浆，提高破碎顶板的整体性和稳定性，支护效果可靠，安全状态良好。并且采用预制钢筋混凝土管片拼接减轻了井下工人的劳动量，因其安装工艺简便，易施工，很大程度上提高了安全作业程度，节约钢材，降低支护成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决松软破碎底鼓巷道难支护、返修率高的问题，而设计了一种巷道半封闭钢筋混凝土管片闭环支护结构。
本发明提供了一种有效的、低成本、易实施，井下作业安全程度高的一种松软破碎底鼓巷道半封闭钢筋混凝土管片闭环支护结构。
为实现上述目的，而设计了一种用于煤矿围岩破碎底鼓巷道半封闭预制钢筋混凝土管片闭环支护结构，其主要操作方法是：
A)根据工程的实际情况掘进巷道；
B)底板架设预制钢筋混凝土反拱结构，并铺设预制混凝土盖板；
C)两帮和顶板拼接预制钢筋混凝土管片；
D)在两帮和顶板分别打设注浆锚杆，并进行高压注浆；
所述的掘进煤巷应尽量保证其表面平整、光滑，避免凹凸不平，便于预制钢筋混凝土管片与围岩充分接触。
所述的半封闭钢筋混凝土管片闭环支护方式是指采用三块混凝土管片和一块混凝土骨架拼接，形成闭环的支护结构，底板的混凝土反拱后期允许巷道底鼓，实现巷道长期稳定使用。
所述的预制钢筋混凝土管片采用矿渣硅酸盐水泥制作，长度L2000mm～L2500mm，半径为R2000mm～3000mm，内部铺设Φ8mm～Φ12mm的高强钢筋，钢筋排距为600mm～800mm，混凝土管片留设的打注浆锚杆的孔的直径为Φ80mm～Φ100mm，承载能力不低于30t。
所述的预制底板铺设的混凝土板采用矿渣硅酸盐水泥制作，长度L2000mm～L2500mm，宽度为L1000mm～L1500mm，内部铺设Φ8mm～Φ12mm的高强钢筋，钢筋排距为400mm～500mm，承载能力不低于20t。
所述的巷帮及顶板注浆锚杆采用Φ30mm～Φ45mm的管缝式注浆锚杆，长度L1000mm～L1800mm，间排距800×2000mm～1000×2000mm，注浆压力4MPa～8MPa。
所述的底板反拱采用矿渣硅酸盐水泥制作，深度800mm～1200mm，长度4000mm～5000mm，断面矩形尺寸为200mm～300mm×200mm～300mm，承载能力不低于30t。
所述的底板反拱横梁采用矿渣硅酸盐水泥制作，长度4000mm～5000mm，断面矩形尺寸为200mm～300mm×200mm～300mm，承载能力不低于20t。
本发明与以往围岩破碎底鼓巷道支护方法相比，具有以下优点：
第一，巷道半封闭预制钢筋混凝土管片闭环支护结构能够形成闭环结构，将围岩变形产生的挤压力转化为支护结构的环向应力，由于钢筋混凝土抗压能力非常强，能够有效控制围岩变形。第二，该支护技术在预制钢筋混凝土管片拼接形成闭环结构后，进行滞后注浆，加固浅部围岩，同时将混凝土管片与围岩之间的孔隙充填满，使支护与围岩接触更充分，避免出现局部应力集中而破坏。第三，该支护技术能够在保证煤矿规程中顶板及时支护的基础上，实现隧道施工中新奥法的支护机理，即初期允许围岩有一定的变形，释放一定的变性能，当变形达到某一程度时，预制钢筋混凝土管片开始发挥作用，并且支护作用力随着变形的增大而增强，直至围岩达到新的平衡状态。第四，底板采用半封闭的反拱进行设计，而不是跟顶板一样全封闭，有利于底鼓巷道释放能量，维持巷道长期稳定，避免反复修复，大大降低成本。
附图说明
图1巷道半封闭钢筋混凝土管片闭环注浆支护结构空间布置示意图
图2巷道半封闭钢筋混凝土管片闭环注浆支护结构主视图
图3巷道半封闭钢筋混凝土管片闭环注浆支护结构主视图俯视图
图中：1.底板反拱；2.横梁；3.顶部预制钢筋混凝土管片；4.两帮预制钢筋混凝土管片；5.立柱；6.钢筋；7.轴向梁；8.钢筋混凝土盖板；9.混凝土管片防滑结构；10.管缝式注浆锚杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
(一)掘进煤巷。按设计毛断面尺寸掘进成形，井筒断面形状为马蹄形。尽量使巷道表面平整、光滑，避免凹凸不平，为半封闭预制钢筋混凝土管片支护构件的安装创造良好的条件。
(二)钢筋混凝土管片拼接。巷道掘出后，先铺设反拱(1)和立柱(5)，架设横梁(2)和轴向梁(7)，然后铺设预制钢筋混凝土盖板(8)，待盖板铺设好后，架设两帮预制钢筋混凝土管片(4)和顶板预制混凝土管片(3)。
(三)滞后注浆加固。在预制钢筋混凝土管片铺设完毕后，在顶板和两帮预制混凝土管片(3)(4)中预留的孔的位置，采用直径为Φ30mm～Φ50mm锚杆钻机打设钻孔，并安设管缝式锚杆(10)，最后采用高压注浆泵注射混凝土浆液，直到浆液从混凝土管片拼接位置流出时停止注浆。
以上将底板半封闭预制钢筋混凝土反拱、两帮以及顶板全封闭预制钢筋混凝土管片拼接成一个整体，并进行滞后注浆，形成半封闭预制钢筋混凝土管片闭环注浆支护结构，对松软破碎底鼓巷道围岩进行整体支护。该支护技术能够有效控制围岩变形，同时提高了掘巷速度，降低了成本。