深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法与流程

本发明属于煤矿巷道支护技术领域，具体涉及到深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法。

背景技术：

当前，对于煤矿高地压软岩巷道支护的主要方法即为可缩性U型钢支架，但是随着矿井开采深度的不断增加，随之而来的高地应力、大变形、软岩问题日益突出，采用的可缩性U型钢支架支护的软岩巷道常出现支架被破坏的情况，顶板，两帮及底臌均有不同程度的损坏，巷道断面不断减小，不得不经常维修，前修后坏，使用周期短，维护成本不断提高。

现有技术中，针对可缩性U型钢支架的改进措施有许多，如中国专利(申请号：200810004403.8，发明名称：可缩刚性间转换的U型钢支架搭接段连接方法)，利用在U型钢支架搭接段搭接的一型钢上焊接阻滑块，使得U型钢支架具有从可缩支架向刚性U型钢支架转换的特性；又如中国专利(申请号：201310432028.8，发明名称：可主动控制围岩变形的U型钢支架)，改变了传统U型钢支架“被动支护”的受力模式，可根据围岩、支架变形及围岩压力变化，灵活调整支撑力大小及方向，能够主动控制围岩变形，增加了支护结构的稳定性和可靠性；又如中国专利(申请号：201420614722.1，实用新型名称：U型钢支架)，U型钢支架通过U型卡缆相连接，且每个U型钢的U型槽内分别设置多个加强腹板，从而不易发生扭曲变形，提高整体稳定性。

上述的改进措施，均是对U型钢本身进行的改进，旨在加强U型钢的稳定性和整体性，但是当巷道埋深较大，又处于软弱围岩之中，巷道所受到的围岩应力较高，往往需要采用联合支护的方法，联合锚杆、锚索、钢筋网和混凝土喷层等手段，才能对围岩形成有效支护。本发明提供的深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法，利用U型钢支架、锚杆、锚索、钢筋网、聚酯纤维网和混凝土喷层等联合支护的手段，有效增强U型钢的支撑能力，使围岩压力均匀释放卸载，达到巷道的长期稳定。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供的深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法，能够对深井高应力软岩巷道提供强力稳定的支护，工程实用性强。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法，包括锚杆、锚索、聚酯纤维网、钢筋网、U型钢支架、混凝土喷层、托盘和螺帽，首先将所述锚杆和锚索打入围岩内部，并露出一定长度，以起到支护围岩，发挥围岩自主承载力的目的，随后利用锚杆和锚索的外露部分依次铺挂所述聚酯纤维网和钢筋网，所述聚酯纤维网紧贴围岩铺设，所述钢筋网紧贴所述聚酯纤维网铺设，再搭设所述U型钢支架，所述锚杆和锚索依次穿过所述聚酯纤维网和钢筋网并通过所述托盘和螺帽固定于所述钢筋网上，浇筑所述混凝土喷层以封闭整个支护结构，形成深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构。

进一步的，所述U型钢支架是由三个U型钢通过卡缆连接而成，每两架所述U型钢支架通过连接钢杆和螺栓连接加固，所述U型钢的规格型号为U25，U29或U36型。

进一步的，所述锚杆为高强预应力锚杆，直径为Φ18-22mm，长度为2200-2800mm，间距为700mm，排距为700mm，预应力为50-70kN，所述锚索为高强预应力锚索，直径为Φ18-22mm，长度为6000-8000mm，预应力不小于150kN。

进一步的，所述聚酯纤维网的长度为6-12m，宽度为2-5m，所述聚酯纤维网由聚酯纤维丝编制而成，所述聚酯纤维丝的宽度为15mm，所述聚酯纤维网的网孔为矩形，所述矩形网孔的规格为100mm×100mm，150mm×150mm或200mm×200mm。

进一步的，所述钢筋网的长度为6-12m，宽度为2-5m，所述钢筋网由钢筋焊接而成，焊接的间距为100mm，150mm或200mm，所述钢筋的直径为Φ8-22mm，所述钢筋网的网孔为矩形或菱形。

上述深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法，所采用的施工方法包括如下步骤：

A)根据巷道设计的断面形状及尺寸开挖巷道，并在巷道断面喷射50mm厚混凝土找平层，设计强度不低于C20；

B)采用所述锚杆和锚索打入围岩内部，并使所述锚杆和锚索露出围岩一定长度，长度大于60mm，以起到支护围岩，发挥围岩自主承载力的目的，预留出设定长度是为了在后续步骤中能够固定增加铺设所述聚酯纤维网和钢筋网；

C)利用所述锚杆和锚索的外露部分依次铺挂所述聚酯纤维网和钢筋网，所述聚酯纤维网紧贴围岩铺设，每两片所述聚酯纤维网的搭接长度为100-200mm，所述钢筋网紧贴所述聚酯纤维网铺设，每两片所述钢筋网的搭接长度为100-200mm；

D)搭设所述U型钢支架，每两架所述U型钢支架间的间距为0.6-1.5m，每两架所述U型钢支架通过所述连接钢杆和螺栓连接加固，所述连接钢杆和螺栓的个数为2-5个，形成U型钢支架、钢筋网和聚酯纤维网的骨架结构；

E)所述锚杆和锚索依次穿过所述聚酯纤维网和钢筋网，通过设置的所述托盘和螺帽将所述锚杆和锚索固定在所述钢筋网上；

F)浇筑所述混凝土喷层，与所述U型钢支架、钢筋网和聚酯纤维网共同构成钢筋混凝土封闭结构，形成U型钢增强复合锚网支护结构，所述混凝土喷层的设计强度不低于C25，厚度为100-200mm。

进一步的，所述步骤A和F中，所述混凝土找平层和混凝土喷层的配合比均为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂。

本发明与现有技术相比，具有的优点和效果为：

(1)首先，利用锚杆和锚索打入围岩内部，提高围岩的稳定性，随后立即铺设聚酯纤维网和钢筋网，搭设U型钢支架，并浇筑混凝土喷层，完成支护，浇筑的混凝土喷层将“聚酯纤维网+钢筋网+U型钢支架”构成的骨架完全封闭，形成钢筋混凝土封闭结构，既有效利用锚杆和锚索发挥围岩的自主承载能力，又能够利用U型钢具有可缩性的优点，释放部分围岩压力，阻止围岩松动破坏；

(2)其次，U型钢支架、钢筋网、聚酯纤维网作为骨架和混凝土喷层共同构成钢筋混凝土封闭结构，形成强力的支护结构体系，由于在围岩和钢筋网之间夹了一层聚酯纤维网，利用其柔性和卸压作用，且与混凝土咬合力好，能够改善混凝土抗拉，抗剪能力差的缺点，发挥混凝土抗压能力强的优势，聚酯纤维网将巷道两帮及顶部的围岩压力很好的卸压，均匀分布于整个支护体系；

(3)最后，采用的U型钢支架由三个U型钢通过卡缆连接而成，每个U型钢支架之间通过连接钢杆和螺栓连接加固，增加了U型钢支架间的连接强度，共同承受地压，共同变形，提高了整体性，稳定性及支护强度。

综上，本发明提供的深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法，设置的锚杆和锚索，首先支护围岩，随后采用“U型钢支架+钢筋网+聚酯纤维网”为骨架的钢筋混凝土封闭结构，浇筑混凝土喷层封闭整个支护结构，完成支护。

其中，采用的聚酯纤维网是由聚酯纤维丝编织而成，具有重量轻、柔软、不易老化、埋压后性能不变的特点，目前，有掺入沥青混凝土中以改善高温稳定、柔韧、抗剥落及抗疲劳等优点，广泛应用于道路工程，而将其制成聚酯纤维网应用于矿山建设却少有关注，制成的网片双向拉伸形成互相垂直的筋和肋，网片在纵横两个方向上都有较高的承载能力，提高了结构的整体承载力，不易造成筋和肋的断裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中的所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构的示意图(1)；

图2是深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构的局部结构示意图(1)；

图3是深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构的示意图(2)；

图4是深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构的局部结构示意图(2)；

图5是U型钢支架结构示意图；

图6是聚酯纤维网的结构示意图；

图7是钢筋网网孔为矩形的结构示意图；

图8是钢筋网网孔为菱形的结构示意图。

图中：10.巷道，20.混凝土找平层，31.锚杆，32锚索，33.托盘，34.螺帽，40.聚酯纤维网，50.钢筋网，60.U型钢支架，61.U型钢，62.卡缆，63.连接钢杆，64.螺栓，70.混凝土喷层

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其它实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图1至图8，对本发明作进一步说明：

如图1至图4所示，深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构，包括锚杆31、锚索32、聚酯纤维网40、钢筋网50、U型钢支架60、混凝土喷层70、托盘33和螺帽34。

首先，在巷道10围岩内部打入锚杆31和锚索32，并露出一定长度，利用露出的部分依次铺挂聚酯纤维网40和钢筋网50，聚酯纤维网40紧贴围岩铺设，钢筋网50紧贴聚酯纤维网40铺设，随后搭设U型钢支架60，锚杆31和锚索32依次穿过聚酯纤维网40和钢筋网50并通过托盘33和螺帽34固定于钢筋网50上，浇筑混凝土喷层70以封闭整个支护结构，形成U型钢增强复合锚网支护结构。

如图5所示，U型钢支架60是由三个U型钢61通过卡缆62连接而成，每两架U型钢支架60之间通过连接钢杆63和螺栓64连接加固。在图5中，分别于U型钢支架60的帮部和拱顶两侧用4根连接钢杆63和螺栓64连接加固，U型钢61的规格型号可以为U25，U29或U36型。

如图6所示为聚酯纤维网40的结构示意图，如图7所示为钢筋网50网孔为矩形的结构示意图，如图8所示为钢筋网50网孔为菱形的结构示意图。

上述深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构的施工方法如下：

实施例一，施工方法包括如下步骤：

A)根据巷道10设计的断面形状及尺寸开挖巷道10，并在巷道10断面喷射50mm厚混凝土找平层20，混凝土找平层20起到封闭围岩的作用，并防止围岩吸水膨胀、风化和表面危岩垮落，减少巷道表面的凹凸差，提高聚酯纤维网40和围岩表面的贴密性，喷射混凝土找平层20的强度等级为C20，配合比为水泥：瓜子片：砂：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂；

B)采用锚杆31和锚索32支护围岩，且露出围岩一定长度，露出长度为60mm，提高围岩的抗剪强度，增强围岩的稳定性，所用锚杆31为高强预应力锚杆，直径为Φ18mm，全长为2200mm，间距为700mm，排距为700mm，呈梅花形布置，预应力为50kN，锚索32为高强预应力锚索，直径为Φ18mm，全长为6000mm，在巷道顶部布置一根，两帮各布置两根，即每个断面布置五根锚索32，预应力为150kN；

C)利用锚杆31和锚索32的外露部分依次铺挂聚酯纤维网40和钢筋网50，聚酯纤维网40紧贴围岩铺设，钢筋网50紧贴聚酯纤维网40铺设，聚酯纤维网40的长度为6m，宽度为2m，聚酯纤维网40由聚酯纤维丝编织而成，聚酯纤维丝的宽度为15mm，聚酯纤维网40的网孔为矩形，矩形网孔的规格为100mm×100mm，每两片聚酯纤维网40的搭接长度为100mm，钢筋网50的长度为6m，宽度为2m，钢筋网50由钢筋焊接而成，焊接的间距为100mm，钢筋的直径为Φ8mm，每两片钢筋网50的搭接长度为100mm；

D)搭设U型钢支架60，每两架U型钢支架60间的间距为0.6m，并通过连接钢杆63和螺栓64连接加固，连接钢杆63和螺栓64分别布置于帮部和拱顶两侧，连接钢杆63和螺栓64的个数分别为4个，形成U型钢支架60、钢筋网50和聚酯纤维网40的骨架结构，且每个U型钢支架60是由三个U型钢61通过卡缆62连接而成，所用U型钢的型号为U25型；

E)锚杆31和锚索32依次穿过聚酯纤维网40和钢筋网50，通过设置的托盘33和螺帽34将锚杆31和锚索32固定在钢筋网50上；

F)浇筑混凝土喷层70，与U型钢支架60、钢筋网50和聚酯纤维网40共同构成钢筋混凝土封闭结构，形成U型钢增强复合锚网支护结构，混凝土喷层70的设计强度为C25，配合比为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂，厚度为100mm。

上述深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法中，设置的锚杆31和锚索32依次穿过聚酯纤维网40和钢筋网50，并用托盘33和螺帽34固定于钢筋网50上，随后浇筑混凝土喷层70以封闭整个支护结构，形成U型钢增强复合锚网支护结构。

锚杆31和锚索32打入围岩内部，首先提高了围岩的稳定性，其后，聚酯纤维网40、钢筋网50和U型钢支架60共同构成骨架结构，并用混凝土喷层70以封闭整个支护结构，既有效利用锚杆31和锚索32发挥围岩的自主承载能力，又能够利用U型钢支架60具有可缩性的优点，释放部分围岩压力，阻止围岩松动破坏。

上述聚酯纤维网40是由聚酯纤维丝编织而成，具有重量轻、柔软、不易老化，埋压后性能不变的特点，制成的网片双向拉伸形成互相垂直的筋和肋，使得网片结构在受压时，承受的压力能够有效传递给四周的筋和肋，网片在纵横两个方向上都有较高的承载能力，提高了结构的整体承载力，不易造成筋和肋的断裂。

上述钢筋网50的网孔为菱形或者矩形，进一步优选钢筋网50的网孔为菱形，菱形网孔相比于矩形，其整体性较好，网丝铰接，不易滑动错位，稳定性较好，网孔尺寸不易变大，承载力相对较高，极限强度和变形量也较高。

聚酯纤维网40、钢筋网50、U型钢支架60和其间的混凝土喷层70形成了强力的支护体系结构，由于中间夹了一层聚酯纤维网40，充分利用其柔性和卸压作用，且与混凝土咬合力好，能够改善混凝土抗拉、抗剪能力差的缺点，发挥混凝土抗压能力强的优势，聚酯纤维网40将巷道围岩压力很好的卸压，均匀分布于整个支护体系。

实施例二：

锚杆31为高强预应力锚杆，直径为Φ22mm，全长为2800mm，间距为700mm，排距为700mm，呈梅花形布置，预应力为70kN，锚索32为高强预应力锚索，直径为Φ22mm，全长为8000mm，预应力为180kN，聚酯纤维丝网40的长度为12m，宽度为5m，由聚酯纤维丝编织而成，聚酯纤维丝的宽度为15mm，聚酯纤维网40的网孔为矩形，矩形网孔的规格为100mm×100mm，每两片聚酯纤维网40的搭接长度为200mm，钢筋网50的长度为12m，宽度为5m，由钢筋焊接而成，焊接的间距为200mm，钢筋的直径为Φ22mm，每两片钢筋网50的搭接长度为200mm，U型钢支架60所用U型钢61的型号为U36型，每两架U型钢支架60间的间距为1.5m，混凝土找平层20的设计强度为C20，混凝土喷层70的设计强度为C25，两者的配合比均为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：045，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂，其中混凝土找平层20厚度为50mm，混凝土喷层70的厚度为200mm。

其余施工方法、步骤及相关参数与实施例一相同。

实施例三：

锚杆31为高强预应力锚杆，直径为Φ20mm，全长为2500mm，间距为700mm，排距为700mm，呈梅花形布置，预应力为60kN，锚索32为高强预应力锚索，直径为Φ20mm，全长为8000mm，预应力为180kN，聚酯纤维网40的长度为10m，宽度为4m，由聚酯纤维丝编织而成，聚酯纤维丝的宽度为15mm，聚酯纤维网40的网孔为矩形，矩形网孔的规格为150mm×150mm，每两片聚酯纤维网40的搭接长度为150mm，钢筋网50的长度为10m，宽度为4m，由钢筋焊接而成，焊接的间距为150mm，钢筋的直径为Φ20mm，每两片钢筋网50的搭接长度为150mm，U型钢支架60所用U型钢61的型号为U29型，每两架U型钢支架60间的间距为1m，混凝土找平层20的设计强度为C20，混凝土喷层70的设计强度为C25，两者的配合比均为水泥：瓜子片：砂子：水＝1：2：2：0.45，并掺入2.5％水泥用量的速凝剂，其中混凝土找平层20厚度为50mm，混凝土70的厚度为150mm。

其余施工方法、步骤及相关参数与实施例一相同。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。