一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护及其施工方法与流程

1.本发明涉及矿山地下开采技术领域，尤其涉及一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护及其施工方法。


背景技术：

2.在地下矿山开采过程中，由于地质条件复杂、较差地段、开挖方式或支护措施不当等原因，都可能会引起冒顶、坍塌等一系列危害。顶板冒落是矿井生产中最为常见的事故灾害，在一些地质条件复杂，裂隙较发育的区域更为多发。冒顶事故具有突发性强，破坏性大的特点。现如今，冒顶片帮已成为制约地下矿山生产活动的一个难题，随着矿山向深部开采，地压增大或是围岩性质不好，残留的硐室、巷道没有及时处理，则可能发生冒顶事故，它不仅严重威胁人员安全，还会造成诸如支架、掘进机等设备的损坏、降低工作面推进速度，影响工作面的安全高效生产，并引起巨大的经济损失。冒顶片帮一般是矿井、巷道掘进过程中因开挖或支护不当，顶部或侧壁大面积垮塌造成伤害的事故。一般可分为大冒顶、局部冒顶、松石冒落三种，多发生于顶板比较破碎、岩层层理、节理、断层比较发育易离层、矿井、超深矿井、爆破通风后排除工作不当的工作面。事故发生后，应及时采取治理措施，一般是清理完碎石后进行相应的支护工作。井巷工程支护技术是地下矿山井巷施工与安全回采的一项核心技术，安全、有效的井巷支护是保证地下矿山高效产出的前提条件。
3.地下矿山支护的选择应遵循经济效益优先，支护成本相对较低且相对安全的支护方式。目前地下矿山主要采用锚网、混凝土、钢拱架等支护形式，然而随着地下开采深度的不断增加，地质条件恶化，破碎岩体增多，地应力增大，为了进一步提升井巷工程的安全性和稳定性，行业中出现了多种支护理论及支护方式，只有合理的运用这些支护方式，并对矿井的掘进技术进行不断的改进和完善，才能保证矿山的顺利开采。
4.因此本发明提出了先进行冒落体注浆加固、然后用陶粒封堵空隙，铺设锚网，最后采用钢拱架支护并喷射混凝土的冒顶支护方式，该方式结合了多种支护手段，可有效的防止灾害的再次发生，广泛应用于类似的地下矿山生产，保证安全高效。


技术实现要素：

5.本发明提供一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护及其施工方法。
6.本发明的方案是：
7.一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护，包括巷道，巷道的冒落体上埋设注浆管，通过注浆管往冒顶工作面灌注泥浆形成注浆层；对巷道表面设置第一喷射混凝土层，巷道岩体上施作锚杆；第一喷射混凝土层填充陶粒，形成陶粒材料表面层；然后在陶粒材料表面铺设双层钢筋网片，通过对双层钢筋网片喷浆形成止浆墙；所述止浆墙朝向巷道一侧架设钢拱架，所述钢拱架喷射混凝土，形成第二次混凝土层。
8.作为优选的技术手段，所述第一喷射混凝土层覆盖所述巷道的巷道壁与巷道顶
部。
9.作为优选的技术手段，所述巷道岩体上施作锚杆形成支护，锚杆设置在巷道的拱顶及两侧洞壁处；所述锚杆为水泥砂浆锚杆。采用水泥砂浆锚杆，防止巷道再次发生冒顶及现有冒落体突发性向巷道内涌入。
10.作为优选的技术手段，止浆墙内沿巷道轴向均匀设置工字形钢拱架，相邻钢拱架之间采用垂直于钢拱架的链接钢筋连接。
11.作为优选的技术手段，通过陶粒充填巷道冒落区域与支护结构之间的空隙，陶粒材料表面铺设双层钢筋网片，进行喷浆加固，形成止浆墙。防止冒落区域注浆时跑浆漏浆，实现封堵效果。所述陶粒为陶粒材料形成的陶粒。
12.本发明还公开了一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护施工方法，包括下列步骤：
13.1)巷道开挖完成后，埋设注浆管对冒顶工作面加固注浆作业，形成注浆层，防止施工作业时巷道再次发生冒顶及现有冒落体突发性向巷道内涌入；
14.2)冒顶工作面加固注浆完成之后，及时施作初期支护，对巷道进行第一次喷射混凝土施作，将掺有速凝剂的混凝土拌合料与水混合成浆状，喷射到巷道壁及巷道顶上凝结，形成第一喷射混凝土层；采用水泥砂浆锚杆进行巷道内部支护；
15.3)陶粒材料充填封堵，使用陶粒材料充填巷道冒落区域与支护结构之间的空隙，陶粒表面铺设双层钢筋网片，为保证封堵强度及防止充填时跑浆漏浆，需对封堵的陶粒进行喷浆加固，形成止浆墙；
16.4)止浆墙朝向巷道侧架设钢拱架，沿巷道由外向里架设钢拱架，架设间距400mm，每榀拱架腿部架设仰拱焊接，设置打锁脚锚杆，且每榀之间焊接连接筋，使其形成整体；
17.5)钢拱架架设完成之后，钢拱架朝向巷道侧外侧喷射第二次混凝土，形成第二次混凝土层，利用高压空气将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机喷射在钢拱架表面，与陶粒充填封堵形成完整的联合支护体系，施工顺序采用由下到上、先墙后拱的顺序连续施作。
18.作为优选的技术手段，所述1)中冒顶工作面加固注浆，埋设注浆管对冒落体及冒落区域进行注浆固结作业，形成临时支护。
19.作为优选的技术手段，所述2)中对巷道进行第一次喷射混凝土，喷射部位包括巷道壁与巷道顶部，采用高压空气将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机喷射到岩面上迅速凝结而成。
20.作为优选的技术手段，所述冒顶工作面加固注浆，其水灰比为0.5:1，注浆顺序为先顶部，再进行两侧注浆。
21.作为优选的技术手段，所述陶粒材料充填封堵，将陶粒充填于支护体与冒落体的空隙之间，可以保证封堵的强度并防止充填时跑浆漏浆。
22.作为优选的技术手段，所述铺设双层钢筋挂网，采用φ6mm圆钢制作，尺寸2.24m
×
1.22m，网格150
×
150mm。
23.作为优选的技术手段，所述钢拱架外侧喷射二次混凝土，采用c20喷砼进行永久支护，厚度250mm。
24.由于采用了上述技术方案一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护及其
施工方法，包括巷道，巷道的冒落体上埋设注浆管，通过注浆管往冒顶工作面灌注泥浆形成注浆层；对巷道表面设置第一喷射混凝土层，巷道岩体上施作锚杆；第一喷射混凝土层填充陶粒，形成陶粒材料表面层；然后在陶粒材料表面铺设双层钢筋网片，通过对双层钢筋网片喷浆形成止浆墙；所述止浆墙朝向巷道一侧架设钢拱架，所述钢拱架喷射混凝土，形成第二次混凝土层。
25.本发明的优点：
26.1、本发明在现有地下开采巷道支护的基础上，创新性的提出了一种使用陶粒封堵与钢拱架联合支护的巷道冒顶支护施工方法，提升井巷工程的安全性和稳定性，有效地控制了巷道上部岩层塌落的现象，防止冒落、片帮等灾害的发生，确保了井下作业人员的安全及矿山的顺利开采。
27.2、本发明将陶粒充填于支护体与冒落体的空隙之间，可以保证封堵的强度并防止充填时跑浆漏浆，充填完毕后对陶粒进行喷浆加固，可以联合形成具体一定抗压性的充填体，能够提升巷道的整体质量，可以较好地传递围岩传来的挤压应力，使钢拱架受力近似均匀。
28.3、本发明所采用的陶粒填充及封堵，注浆加固之后可抑制地下水的渗流，防止地下水涌出破坏围岩稳定性，极大的改善了巷道防水效果从而减少灾害发生的可能性。
29.4、本发明所采用的陶粒是一种表面坚硬、内部有多孔结构的陶质颗粒，具有质轻、保温隔热、耐火抗冻、隔声性能好等特点，降低了冒顶、片帮等落石对巷道钢拱架的冲击效应，保证了支护作用。
30.综上所述，采用本发明可以提高巷道稳定性，特别是对松散破碎围岩，能够有效地处理冒顶事故并防止灾害的再次发生，为井下人员的施工和设备的运输提供了保证。
附图说明
31.图1为本发明所涉及的冒顶处理方法示意图；
32.图2为本发明所涉及的冒顶处理的封堵体示意图；
33.图3为本发明所涉及的冒顶处理的止浆墙示意图；
34.图4为本发明所涉及的陶粒封堵与钢拱架联合支护示意图；
35.图5为本发明所涉及的钢拱架安装示意图；
36.其中1-注浆层；2-第一喷射混凝土层；3-锚杆；4-陶粒；5-钢筋网片；6-止浆墙；7-钢拱架；8-第二次混凝土层；9-联合支护结构；10-钢架；11-钢拱座；12-螺栓。
具体实施方式
37.本发明提供了一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护及其施工方法以解决上述背景技术中的问题。
38.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
39.实施例1
40.如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护，包括巷道，巷道的冒落体上埋设注浆管，通过注浆管往冒顶工作面灌注泥浆形成注浆层
1；对巷道表面设置第一喷射混凝土层2，巷道岩体上施作锚杆3；第一喷射混凝土层1填充陶粒4，形成陶粒材料表面层；然后在陶粒材料表面铺设双层钢筋网片5，通过对双层钢筋网片5喷浆形成止浆墙6；所述止浆墙6朝向巷道一侧架设钢拱架7，所述钢拱架7喷射混凝土，形成第二次混凝土层8。
41.所述第一喷射混凝土层2覆盖所述巷道的巷道壁与巷道顶部。
42.所述巷道岩体上施作锚杆3形成支护，锚杆3设置在巷道的拱顶及两侧洞壁处；所述锚杆3为水泥砂浆锚杆。采用水泥砂浆锚杆，防止巷道再次发生冒顶及现有冒落体突发性向巷道内涌入。
43.止浆墙6内沿巷道轴向均匀设置工字形钢拱架7，相邻钢拱架7之间采用垂直于钢拱架7的链接钢筋连接。
44.所述钢拱架7包括钢架10，所述钢架10的两端设有钢拱架座11，螺栓12穿过两个相邻靠在一起的钢拱架座11通与螺母螺纹连接。
45.通过陶粒4充填巷道冒落区域与支护结构之间的空隙，陶粒材料表面铺设双层钢筋网片，进行喷浆加固，形成止浆墙6。防止冒落区域注浆时跑浆漏浆，实现封堵效果。所述陶粒为陶粒材料形成的陶粒。
46.一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护施工方法：冒顶工作面加固注浆，成为注浆层1，形成临时支护，注浆结束后，对巷道进行第一次喷射混凝土，形成第一喷射混凝土层1，之后在巷道岩体上施作锚杆3支护，防止巷道再次发生冒顶及现有冒落体突发性向巷道内涌入，陶粒4材料充填封堵，使用陶粒4材料充填巷道冒落区域与支护结构之间的空隙，陶粒4表面铺设双层钢筋网片5，然后进行喷浆加固，形成止浆墙6，防止冒落区域注浆时跑浆漏浆，止浆墙外侧架设钢拱架7，所述钢拱架外侧喷射第二次混凝土，创业能够为第二混凝土层8，整体形成联合支护体体系9，提高了巷道稳定性，防止坍塌或冒顶的再次发生，确保井下施工的安全稳定。
47.所述冒顶工作面加固注浆，埋设注浆管对冒落体进行注浆固结作业，防止施工作业时巷道再次发生冒顶及现有冒落体突发性向巷道内涌入。注浆材料采用p0.42.5水泥，注浆管采用φ42*4.5mm厚无缝钢管，钢管上钻制梅花形小孔，间距200mm。水灰比0.5:1，注浆顺序为先顶部，再进行两侧注浆。
48.所述巷道岩体锚杆支护，冒顶工作面加固注浆完成之后，及时施作初期支护，将掺有速凝剂的混凝土拌合料与水混合成浆状，喷射到巷道壁及巷道顶上凝结，采用水泥砂浆锚杆进行巷道内部支护，锚杆长度3.0m，1.0*0.8m间距梅花形布置。
49.所述陶粒材料充填封堵，使用陶粒材料充填巷道冒落区域与支护结构之间的空隙，陶粒表面铺设双层钢筋网片，网片采用φ6mm圆钢制作，尺寸2.24m
×
1.22m，网格150
×
150mm；为保证封堵强度及防止充填时跑浆漏浆，需对封堵的陶粒进行喷浆加固，喷浆厚度需保证400mm厚，形成止浆墙。
50.所述止浆墙6朝向巷道侧架设钢拱架7，钢拱架7采用20b工字钢制成，沿巷道由外向里架设钢拱架7，架设间距400mm，每榀拱架腿部架设仰拱焊接，设置锁脚锚杆，且每榀之间焊接连接筋，连接筋采用φ20mm螺纹钢(内外双层)，环向间距600mm，单根长度根据实际情况制作，搭接200mm，使其形成整体。
51.所述钢拱架7架设完成之后，钢拱架7外侧喷射第二次混凝土，利用高压空气将掺
有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机喷射在钢拱架表面，巷道全断面采用c20喷混凝土进行永久支护，厚度250mm，与陶粒充填封堵形成完整的联合支护体系，施工顺序采用由下到上、先墙后拱的顺序连续施作。
52.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护，其特征在于：包括巷道，巷道的冒落体上埋设注浆管，通过注浆管往冒顶工作面灌注泥浆形成注浆层；对巷道表面设置第一喷射混凝土层，巷道岩体上施作锚杆；第一喷射混凝土层填充陶粒，形成陶粒材料表面层；然后在陶粒材料表面铺设双层钢筋网片，通过对双层钢筋网片喷浆形成止浆墙；所述止浆墙朝向巷道一侧架设钢拱架，所述钢拱架喷射混凝土，形成第二次混凝土层。2.如权利要求1所述的一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护，其特征在于：所述第一喷射混凝土层覆盖所述巷道的巷道壁与巷道顶部。3.如权利要求1所述的一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护，其特征在于：所述巷道岩体上施作锚杆形成支护，锚杆设置在巷道的拱顶及两侧洞壁处；所述锚杆为水泥砂浆锚杆。4.如权利要求1所述的一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护，其特征在于：止浆墙内沿巷道轴向均匀设置工字形钢拱架，相邻钢拱架之间采用垂直于钢拱架的链接钢筋连接。5.如权利要求1所述的一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护，其特征在于：通过陶粒充填巷道冒落区域与支护结构之间的空隙，陶粒材料表面铺设双层钢筋网片，进行喷浆加固，形成止浆墙。6.一种如权利要求1至5任意一项所述的使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护施工方法，其特征在于，包括下列步骤：1)巷道开挖完成后，埋设注浆管对冒顶工作面加固注浆作业，形成注浆层，防止施工作业时巷道再次发生冒顶及现有冒落体突发性向巷道内涌入；2)冒顶工作面加固注浆完成之后，及时施作初期支护，对巷道进行第一次喷射混凝土施作，将掺有速凝剂的混凝土拌合料与水混合成浆状，喷射到巷道壁及巷道顶上凝结，形成第一喷射混凝土层；采用水泥砂浆锚杆进行巷道内部支护；3)陶粒材料充填封堵，使用陶粒材料充填巷道冒落区域与支护结构之间的空隙，陶粒表面铺设双层钢筋网片，为保证封堵强度及防止充填时跑浆漏浆，需对封堵的陶粒进行喷浆加固，形成止浆墙；4)止浆墙朝向巷道侧架设钢拱架，沿巷道由外向里架设钢拱架，架设间距400mm，每榀拱架腿部架设仰拱焊接，设置打锁脚锚杆，且每榀之间焊接连接筋，使其形成整体；5)钢拱架架设完成之后，钢拱架朝向巷道侧外侧喷射第二次混凝土，形成第二次混凝土层，利用高压空气将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机喷射在钢拱架表面，与陶粒充填封堵形成完整的联合支护体系，施工顺序采用由下到上、先墙后拱的顺序连续施作。7.如权利要求6所述的一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护施工方法，其特征在于：所述1)中冒顶工作面加固注浆，埋设注浆管对冒落体及冒落区域进行注浆固结作业，形成临时支护。8.如权利要求6所述的一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护施工方法，其特征在于：所述2)中对巷道进行第一次喷射混凝土，喷射部位包括巷道壁与巷道顶部，采用高压空气将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机喷射到岩面上迅速凝结而成。

技术总结
本发明公开了一种使用陶粒封堵与钢拱架联合的巷道冒顶支护及其施工方法，包括巷道，巷道的冒落体上埋设注浆管，通过注浆管往冒顶工作面灌注泥浆形成注浆层；对巷道表面设置第一喷射混凝土层，巷道岩体上施作锚杆；第一喷射混凝土层填充陶粒，形成陶粒材料表面层；然后在陶粒材料表面铺设双层钢筋网片，通过对双层钢筋网片喷浆形成止浆墙；所述止浆墙朝向巷道一侧架设钢拱架，所述钢拱架喷射混凝土，形成第二次混凝土层；本发明可以提高巷道稳定性，特别是对松散破碎围岩，能够有效地处理冒顶事故并防止灾害的再次发生，为井下人员的施工和设备的运输提供了保证。工和设备的运输提供了保证。工和设备的运输提供了保证。


技术研发人员：李树建 王宗勇 杨世飞 王孟来 张斌 谢言宏 丁文俊 袁明礼 杨建光 刘映辉
受保护的技术使用者：云南磷化集团有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/8/13