一种用于地下矿山极其松散破碎岩体的巷道支护方法与流程

本发明涉及矿山巷道支护技术领域，特别涉及一种用于地下矿山极其松散破碎岩体的巷道支护方法。

背景技术：

金属矿山地下开采巷道掘进过程中，经常遇到岩石极其松散破碎，裂隙面较多，裂隙中充填有绿帘石化碎裂岩，局部充填大理岩，分界面不规则，岩体强度几乎为零、遇水泥化、完整性极差、无自稳能力、易冒顶坍塌的巷道开挖面，此巷道开挖面支护难度极大。

我国金属矿山类似破碎岩体支护方式基本采用钢拱架或者砌碹支护，比如：马钢和睦山铁矿、山东黄金焦家金矿、莱西金矿、金山店铁矿、夜长坪钼矿，矿山井下均采取了钢拱架支护，外层喷浆支护形式，由于钢拱架支护属于被动支护，无法主动承压，最后均以失败告终。巷道支护变形失效后，重新返修，既增加了采矿成本，又耽误了生产工期。

巷道围岩工程地质条件差和围岩强度低，造成巷道的掘进与支护施工难度大、成本高，如支护设计不合理，同时也增加了安全隐患。所以需要一种能满足松散破碎岩体支护要求的高强度同时支护效果的巷道支护结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于地下矿山极其松散破碎岩体的巷道支护方法，具备整体强度高，支护效果好的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于地下矿山极其松散破碎岩体的巷道支护方法，支护结构包括超前支护工件、初次支护工件和二次支护工件，所述初次支护工件覆盖在超前支护工件的外侧，超前支护工件采用管缝式锚杆，初次支护工件的外侧覆盖二次支护工件，初次支护工件包括钢筋网、初级混凝土层和钢拱架，钢筋网布置在巷道的侧壁上，巷道的侧壁和顶壁表面均喷射有初级混凝土层，巷道顶壁处的初级混凝土层外壁安装钢拱架，初级混凝土层的外侧覆盖二次支护工件，所述二次支护工件包括注浆锚杆、加强网、强力锚杆、反底拱、二次混凝土层、复喷层和预应力锚索，注浆锚杆、强力锚杆和预应力锚索贯穿初次支护工件并伸入巷道土层中，加强网预设在初次支护工件的外侧，加强网上喷射二次混凝土层，二次混凝土层的底端连接反底拱，二次混凝土层和反底拱的外表面覆盖有一层复喷层，复喷层还与注浆锚杆、强力锚杆和预应力锚索接触；

支护结构在支护时按照如下方法：

s1：巷道断面开挖，其中在挖掘巷道时需要预留变形距离，其中在净断面尺寸之上预留变形量为100mm，同时需要在净断面基础之上预留支护厚度150mm，设计巷道断面为三心拱、反底拱形式：

s2：锚杆超前支护，其中采用管缝式锚杆进行超前支护，先预制直径40mm长度2500mm的管缝式锚杆，超前支护工件中的管缝式锚杆插入巷道顶板拱部，插入巷道顶板1.5m，外露1m，每个循环进尺不超过1m，外露部分保护人员在其下方安全作业；

s3：网喷钢拱架初次支护，初次支护的施工顺序为：挂网，喷浆，支钢拱架；

a挂网，即铺设钢筋网，钢筋网采用φ6mm钢筋焊接制成，相邻的两块钢筋网相互搭接，两块钢筋网的搭接长度100mm，相邻的两块钢筋网搭接处用双股12^#铁丝双股双排扣绑扎连接，钢筋网的底端搭接处必须利用钢筋梯和铁丝绑紧；

b喷浆，即在钢筋网上制备初级混凝土层，其中初级混凝土层的强度等级为c25，初级混凝土层中的水泥、水、沙子的配合比为1:2:2，同时在制备混凝土泥浆时掺入总质量3～5％的速凝剂，初级混凝土层厚度为50mm；

c支钢拱架，即在巷道弧顶处安装钢拱架，钢拱架采用u29型钢，钢拱架的布置间距为1m，钢拱架与围岩之间密实，还可以在钢拱架与围岩之间通过喷浆充实。

s4：二次支护，初次支护与二次支护间隔20～50m，二次支护的施工顺序为：锚注、挂网喷浆、反底拱、打锚杆、打锚索、复喷；

a锚注，锚注采用注浆锚杆支护工艺，注浆锚杆采用φ22mm×2200mm无缝钢管滚丝制作，注浆锚杆的杆尾制作成麻花状，注浆锚杆既用作注浆又作为锚杆使用，锚杆间排距800mm×800mm；

b挂网喷浆，即在加强网上喷射混凝土，其中加强网预设在初次支护工件的外侧，相邻的两块加强网相互搭接，相邻的两块加强网搭接处用双股12^#铁丝双股双排扣绑扎连接，加强网固定完毕后喷射制成二次混凝土层，二次混凝土层的厚度为70mm、二次混凝土层的强度等级为c25；

c反底拱，反底拱采用u29型钢和c30混凝土制成，即在弯曲的u29型钢上铺设c30混凝土，c30混凝土表面平整，反底拱的最大厚度为500mm，u29型钢的排距为1000mm，反底拱的u29型钢与上部型钢相连形成封闭结构，结构更加稳定，保证整体支护效果；

d打锚杆，即安装施工强力锚杆，强力锚杆采用牌号为bhrb500的高性能螺纹钢锚杆，高性能螺纹钢锚杆的规格为φ20mm×2200mm，间排距为800mm×800mm，锚杆孔直径为φ28mm；

e打锚索，即安装施工预应力锚索，预应力锚索采用1×19股高强度低松弛预应力钢绞线制作，为拉压分散型预应力锚索；锚索直径为φ22mm，长度为6000mm；孔径为φ28mm；

f复喷，即完成二次支护前，进行再次喷浆，形成复喷层，复喷层对锚索和注浆管进行保护，复喷层的混凝土强度和配合比与二次混凝土层相同，复喷层的厚度值为30mm。

优选的，所述超前支护工件中的管缝式锚杆采用1m/进尺设计，每个循环均进行锚杆超前支护，管缝式锚杆全长2.5m，每个循环进尺重叠长度为1.5m。

优选的，所述超前支护工件中的管缝式锚杆沿巷道拱部布置，管缝式锚杆间距200mm，其中管缝式锚杆斜向上插入，倾斜角度10～15°。

优选的，所述钢筋网的网片规格为1720mm×920mm，钢筋网和加强网的网格规格均为100mm×100mm。

优选的，所述反底拱的下方铺设有采用单层φ6mm钢筋焊接而成的经纬网，相邻经纬网的搭接长度大于200mm。

优选的，所述注浆锚杆安装时采用1卷z2330型树脂药卷临时锚固，预紧力矩不低于300n·m，托盘采用拱型高强度托盘，规格为150mm×150mm×12mm，注浆采用单液水泥－水玻璃浆液，水泥使用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.8～1.0左右，水玻璃的掺量为水泥用量的3～5％，浆液结石率不低于92％，浆液固结体强度不低于20mpa，注浆压力控制在2.0mpa以内。

优选的，所述强力锚杆安装时采用1卷z2350型和1卷k2350型树脂药卷加长锚固，锚固力不低于110kn，预紧力矩不低于300n·m，托盘采用拱型高强度托盘，规格为150mm×150mm×12mm，每根锚杆安装一个让压管。

优选的，所述强力锚杆安装时，顶板及两帮锚杆应通过钢筋梯连接，钢筋梯采用φ14mm的钢筋焊接而成，钢筋梯共片，钢筋梯的尺寸为2400mm×80mm。

优选的，所述预应力锚索沿巷道拱部布置根，预应力锚索的间排距为800mm×1600mm，预应力锚索的长度值大于注浆锚杆与强力锚杆的长度值。

优选的，所述预应力锚索安装时采用1卷快速k2350和2卷中速z2350型树脂药卷加长锚固，其极限承载力为607kn，伸长率为7％，预应力锚索采用高强度可调心托盘和专用锚具与设备进行张拉、固定和切割，预应力锚索的预应力不低于150kn。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种用于地下矿山极其松散破碎岩体的巷道支护方法，适用于岩体强风化、遇水泥化、手捏成团、岩体强度基本为零的巷道支护工程，支护顺序依次为超前支护工件、初次支护工件和二次支护工件，超前支护工件中的管缝式锚杆向上倾斜，同时不同循环进尺施工的管缝式锚杆相互重叠，这样对松散岩体的支护效果更好，反底拱与上部支撑相连形成封闭结构，整体支撑效果好；其中巷道支护的方法依次为巷道断面开挖，设计巷道断面为三心拱、反底拱形式，接着进行锚杆超前支护，其中采用管缝式锚杆进行超前支护，然后进行网喷钢拱架初次支护，初次支护与二次支护间隔20～50m，二次支护的施工顺序为：锚注、挂网喷浆、反底拱、打锚杆、打锚索、复喷，整个完整的支护方法可实现金属矿山井巷工程支护永久稳固性，提高巷道支护施工质量，降低巷道返修率，从而降低支护成本。

附图说明

图1为本发明的二次支护后的横截面示意图；

图2为本发明的初次支护后的横截面示意图；

图3为本发明的a处放大示意图；

图4为本发明的超前支护工件效果示意图

图5为本发明的初次支护工件效果示意图；

图6为本发明的巷道支护总体流程示意图；

图7为本发明的巷道支护初次支护流程示意图；

图8为本发明的巷道支护二次支护流程示意图。

图中：1、超前支护工件；2、初次支护工件；21、钢筋网；22、初级混凝土层；23、钢拱架；3、二次支护工件；31、注浆锚杆；32、加强网；33、强力锚杆；34、反底拱；35、二次混凝土层；36、复喷层；37、预应力锚索。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，一种用于地下矿山极其松散破碎岩体的巷道支护方法，支护结构包括超前支护工件1、初次支护工件2和二次支护工件3，支护顺序的实施时间依次为超前支护工件1、初次支护工件2和二次支护工件3，其中初次支护与二次支护间隔20～50m，初次支护工件2覆盖在超前支护工件1的外侧，超前支护工件1采用管缝式锚杆，超前支护工件1中的管缝式锚杆沿巷道拱部布置，管缝式锚杆间距200mm，其中管缝式锚杆斜向上插入，倾斜角度10～15°，超前支护工件1中的管缝式锚杆采用1m/进尺设计，每个循环均进行锚杆超前支护，不同循环进尺施工的管缝式锚杆相互重叠，管缝式锚杆重叠长度为1.5m，这样对松散岩体的支护效果更好，初次支护工件2的外侧覆盖二次支护工件3，初次支护工件2包括钢筋网21、初级混凝土层22和钢拱架23，钢筋网21的网格规格为100mm×100mm，相邻两块钢筋网21的搭接长度为100mm，钢筋网21布置在巷道的侧壁上，巷道的侧壁和顶壁表面均喷射有初级混凝土层22，钢筋网21作为初级混凝土层22的骨架，同时也便于初级混凝土层22的附着，巷道顶壁处的初级混凝土层22外壁安装钢拱架23，钢拱架23为u29型钢制成的构件，钢拱架23布置间距1m，钢拱架23与围岩之间密实或通过喷浆充实，钢拱架23起到支撑的作用，保证巷道竖向的初级支护效果，初级混凝土层22的外侧覆盖二次支护工件3，二次支护工件3包括注浆锚杆31、加强网32、强力锚杆33、反底拱34、二次混凝土层35、复喷层36和预应力锚索37，注浆锚杆31、强力锚杆33和预应力锚索37贯穿初次支护工件2并伸入巷道土层中，预应力锚索37沿巷道拱部布置3根，预应力锚索37的间排距为800mm×1600mm，预应力锚索37的长度值大于注浆锚杆31与强力锚杆33的长度值，加强网32的网格规格为100mm×100mm，加强网32预设在初次支护工件2的外侧，加强网32上喷射二次混凝土层35，其中二次混凝土层35的厚度值大于初级混凝土层22的厚度值，二次混凝土层35的底端连接反底拱34，反底拱34为一种u29型钢制成的构件，反底拱34的下方铺设有钢筋焊接而成的经纬网，反底拱34与上部支撑相连形成封闭结构，整体支撑效果好，二次混凝土层35和反底拱34的外表面覆盖有一层复喷层36，复喷层36还与注浆锚杆31、强力锚杆33和预应力锚索37接触，复喷层36能带来锚索和注浆管的保护，其中在注浆锚杆31、强力锚杆33和预应力锚索37与复喷层36接触端通过钢筋梯连接，不仅可增加强度同时保证整体的支护效果；

请参阅图7-8，支护结构在支护时按照如下方法：

第一步：巷道断面开挖，其中在挖掘巷道时需要预留变形距离，其中在净断面尺寸之上预留变形量为100mm，同时需要在净断面基础之上预留支护厚度150mm，设计巷道断面为三心拱、反底拱形式：

第二步：锚杆超前支护，其中采用管缝式锚杆进行超前支护，先预制直径40mm长度2500mm的管缝式锚杆，超前支护工件1中的管缝式锚杆插入巷道顶板拱部，插入巷道顶板1.5m，外露1m，每个循环进尺不超过1m，，外露部分保护人员在其下方安全作业；

第三步：网喷钢拱架初次支护，初次支护的施工顺序为：挂网，喷浆，支钢拱架；

a挂网，即铺设钢筋网21，钢筋网21的网片规格为1720mm×920mm，钢筋网21采用φ6mm钢筋焊接制成，相邻的两块钢筋网21相互搭接，两块钢筋网21的搭接长度100mm，相邻的两块钢筋网21搭接处用双股12^#铁丝双股双排扣绑扎连接，钢筋网21的底端搭接处必须利用钢筋梯和铁丝绑紧；

b喷浆，即在钢筋网21上制备初级混凝土层22，其中初级混凝土层22的强度等级为c25，初级混凝土层22中的水泥、水、沙子的配合比为1:2:2，同时在制备混凝土泥浆时掺入总质量3～5％的速凝剂，初级混凝土层22厚度为50mm；

c支钢拱架，即在巷道弧顶处安装钢拱架23，钢拱架23采用u29型钢，钢拱架23的布置间距为1m，钢拱架23与围岩之间密实，还可以在钢拱架23与围岩之间通过喷浆充实。

第四步：二次支护，初次支护与二次支护间隔20～50m，二次支护的施工顺序为：锚注、挂网喷浆、反底拱、打锚杆、打锚索、复喷；

a锚注，锚注采用注浆锚杆31支护工艺，注浆锚杆31采用φ22mm×2200mm无缝钢管滚丝制作，注浆锚杆31的杆尾制作成麻花状，注浆锚杆31既用作注浆又作为锚杆使用，锚杆间排距800mm×800mm；注浆锚杆31安装时采用1卷z2330型树脂药卷临时锚固，预紧力矩不低于300n·m，托盘采用拱型高强度托盘，规格为150mm×150mm×12mm，注浆采用单液水泥－水玻璃浆液，水泥使用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.8～1.0左右，水玻璃的掺量为水泥用量的3～5％，浆液结石率不低于92％，浆液固结体强度不低于20mpa，注浆压力控制在2.0mpa以内；

b挂网喷浆，即在加强网32上喷射混凝土，其中加强网32预设在初次支护工件2的外侧，相邻的两块加强网32相互搭接，相邻的两块加强网32搭接处用双股12^#铁丝双股双排扣绑扎连接，加强网32固定完毕后喷射制成二次混凝土层35，二次混凝土层35的厚度为70mm、二次混凝土层35的强度等级为c25；

c反底拱，反底拱34采用u29型钢和c30混凝土制成，即在弯曲的u29型钢上铺设c30混凝土，c30混凝土表面平整，反底拱34的最大厚度为500mm，u29型钢的排距为1000mm，反底拱34的u29型钢与上部型钢相连形成封闭结构，结构更加稳定，保证整体支护效果，反底拱34的下方铺设有采用单层φ6mm钢筋焊接而成的经纬网，相邻经纬网的搭接长度大于200mm；

d打锚杆，即安装施工强力锚杆33，强力锚杆33采用牌号为bhrb500的高性能螺纹钢锚杆，高性能螺纹钢锚杆的规格为φ20mm×2200mm，间排距为800mm×800mm，锚杆孔直径为φ28mm；强力锚杆33安装时采用1卷z2350型和1卷k2350型树脂药卷加长锚固，锚固力不低于110kn，预紧力矩不低于300n·m，托盘采用拱型高强度托盘，规格为150mm×150mm×12mm，每根锚杆安装一个让压管；强力锚杆33安装时，顶板及两帮锚杆应通过钢筋梯连接，钢筋梯采用φ14mm的钢筋焊接而成，钢筋梯共3片，钢筋梯的尺寸为2400mm×80mm；

e打锚索，即安装施工预应力锚索37，预应力锚索37采用1×19股高强度低松弛预应力钢绞线制作，为拉压分散型预应力锚索；锚索直径为φ22mm，长度为6000mm；孔径为φ28mm；预应力锚索37沿巷道拱部布置3根，预应力锚索37的间排距为800mm×1600mm，预应力锚索37的长度值大于注浆锚杆31与强力锚杆33的长度值；预应力锚索37安装时采用1卷快速k2350和2卷中速z2350型树脂药卷加长锚固，其极限承载力为607kn，伸长率为7％，预应力锚索37采用高强度可调心托盘和专用锚具与设备进行张拉、固定和切割，预应力锚索37的预应力不低于150kn；

f复喷，即完成二次支护前，进行再次喷浆，形成复喷层36，复喷层36对锚索和注浆管进行保护，复喷层36的混凝土强度和配合比与二次混凝土层35相同，复喷层36的厚度值为30mm。

本一种用于地下矿山极其松散破碎岩体的巷道支护方法，适用于岩体强风化、遇水泥化、手捏成团、岩体强度基本为零的巷道支护工程，支护顺序依次为超前支护工件1、初次支护工件2和二次支护工件3，初次支护工件2覆盖在超前支护工件1的外侧，超前支护工件1沿巷道拱部布置，超前支护工件1中的管缝式锚杆向上倾斜10-15度，同时不同循环进尺施工的管缝式锚杆相互重叠，这样对松散岩体的支护效果更好，初次支护工件2的外侧覆盖二次支护工件3，初次支护工件2包括钢筋网21、初级混凝土层22和钢拱架23，钢筋网21作为初级混凝土层22的骨架，同时也便于初级混凝土层22的附着，钢拱架23起到支撑的作用，初级混凝土层22的外侧覆盖二次支护工件3，二次支护工件3包括注浆锚杆31、加强网32、强力锚杆33、反底拱34、二次混凝土层35、复喷层36和预应力锚索37，反底拱34与上部支撑相连形成封闭结构，整体支撑效果好，复喷层36能带来锚索和注浆管的保护，其中在注浆锚杆31、强力锚杆33和预应力锚索37与复喷层36接触端通过钢筋梯连接，可增加强度同时保证整体的支护效果。其中巷道支护的方法依次为巷道断面开挖，即需要挖掘毛断面尺寸为3000mm×2850mm的初始巷道，设计巷道断面为三心拱、反底拱形式，接着进行锚杆超前支护，其中采用管缝式锚杆进行超前支护，超前支护工件1中的管缝式锚杆插入巷道外侧，然后进行网喷钢拱架初次支护，初次支护的施工顺序为：挂网，喷浆，支钢拱架，挂网即铺设钢筋网21，喷浆即在钢筋网21上制备初级混凝土层22，支钢拱架即在巷道弧顶处安装钢拱架23，初次支护与二次支护间隔20～50m，二次支护的施工顺序为：锚注、挂网喷浆、反底拱、打锚杆、打锚索、复喷；锚注采用注浆锚杆31支护工艺，接着挂网喷浆，即在加强网32上喷射混凝土，然后进行反底拱施工，反底拱34采用u29型钢和c30混凝土制成，然后打锚杆，即钉入强力锚杆33，接着打锚索，即钉入预应力锚索37，最后进行复喷，即完成二次支护前，进行再次喷浆，形成复喷层36，复喷层36对锚索和注浆管进行保护，整个完整的支护方法可实现金属矿山井巷工程支护永久稳固性，提高巷道支护施工质量，降低巷道返修率，从而降低支护成本。

综上所述，本发明提出的一种用于地下矿山极其松散破碎岩体的巷道支护方法，支护顺序依次为超前支护工件1、初次支护工件2和二次支护工件3，超前支护工件1中的管缝式锚杆向上倾斜10-15度，同时不同循环进尺施工的管缝式锚杆相互重叠，这样对松散岩体的支护效果更好，反底拱34与上部支撑相连形成封闭结构，整体支撑效果好；其中巷道支护的方法依次为巷道断面开挖，设计巷道断面为三心拱、反底拱形式，接着进行锚杆超前支护，其中采用管缝式锚杆进行超前支护，然后进行网喷钢拱架初次支护，初次支护与二次支护间隔20～50m，二次支护的施工顺序为：锚注、挂网喷浆、反底拱、打锚杆、打锚索、复喷，整个完整的支护方法可实现金属矿山井巷工程支护永久稳固性，提高巷道支护施工质量，降低巷道返修率，从而降低支护成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。