本發(fā)明屬于煤礦巷道支護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深部巷道鋼絲繩網(wǎng)橡膠噴射混凝土支護結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：

我國煤礦絕大多數(shù)為井工煤礦，每年需要掘進大量的巖石巷道。隨著煤礦開采深度的不斷延深，巖石巷道圍巖逐漸轉(zhuǎn)化為深部軟巖。由于深部軟巖巷道圍巖應力高，圍巖巖性差、強度底，圍巖變形量大，巷道兩幫和頂板下沉、底板臌起，巷道變形破壞嚴重，甚至出現(xiàn)多次重復翻修現(xiàn)象。

深部巷道圍巖毛斷面掘出以后，首先對新暴露的圍巖實施噴射混凝土支護，利用混凝土噴層加固和封閉巷道圍巖。噴射混凝土是將一定配合比的水泥、沙子、石子，以及速凝劑的拌合料，以壓縮空氣為動力，利用混凝土噴射機，通過管道輸送到噴槍出口處，與水混合后，以較高的速度分層噴射到巖石壁面而凝結(jié)硬化后形成的一種混凝土。這種傳統(tǒng)的噴射混凝土支護具有充填裂隙、填補凹穴、加固巖層的作用，已經(jīng)成為煤礦深部軟巖巷道的基本支護。傳統(tǒng)噴射混凝土是巷道基本支護的主要材料。當前深部軟巖巷道掘出以后，首先對圍巖打錨桿、掛金屬網(wǎng)、噴射混凝土封閉圍巖，最后對圍巖實施注漿加固。目前深部軟巖巷道原始設(shè)計斷面越來越大，支護強度逐漸提高，支護費用也越來越高。采用常規(guī)的全封閉u型鋼可縮性金屬支架、高強錨桿（有時錨索）、金屬網(wǎng)（有時鋼筋網(wǎng)）和噴射混凝土組成的錨網(wǎng)噴支護，以及圍巖注漿組成的錨桿金屬網(wǎng)圍巖注漿聯(lián)合支護簡稱錨網(wǎng)注聯(lián)合支護，有時也難以保證深部軟巖巷道圍巖的長期穩(wěn)定，難以滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。目前深部軟巖巷道錨網(wǎng)注聯(lián)合支護中存在的主要問題：

（1）現(xiàn)有錨網(wǎng)注聯(lián)合支護中噴射混凝土絕大多數(shù)為普通噴射混凝土，普通噴射混凝土是將一定配合比的水泥、沙子、石子，以及速凝劑的拌合料，水泥、粗中沙、石子的重量比為1:2:2，其中水灰比0.4~0.5。普通噴射混凝土具有抗壓強度高，抗拉強度低，脆性大等特點。當變形量超過50～100mm，錨網(wǎng)注聯(lián)合支護中的混凝土噴層出現(xiàn)裂縫、破碎、松動和脫落等變形破壞現(xiàn)象，噴射混凝土支護失效。當混凝土噴層出現(xiàn)開裂松散以后，極易引起混凝土噴層內(nèi)部金屬網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)腐蝕導致混凝土劣化，這是造成錨網(wǎng)注支護失效破壞的主要原因。因此現(xiàn)有普通噴射混凝土支護已經(jīng)難以適應深部軟巖巷道圍巖大變形和長期流變的工程地質(zhì)條件。

與普通噴射混凝土相比，有時采用的鋼纖維噴射混凝土，其抗拉、抗剪和抗彎強度力學性能都有不同程度的提高，同時增加了噴射混凝土的韌性性能，改變了混凝土脆性破壞特征，使其具有較高強度的同時富有一定的延性。但鋼纖維噴射混凝土中鋼纖維與混凝土基體共同承受外部荷載，鋼纖維的存在對混凝土張力裂縫的發(fā)展起到了阻礙作用，但混凝土基體是外力的主要承擔者。在外力的作用下混凝土微裂縫能夠急劇擴張，但鋼纖維混凝土開裂以后仍能保持較高的抗彎、抗剪強度，對混凝土張力裂縫的發(fā)展起到阻礙作用。但鋼纖維混凝土仍然為脆性材料，在圍巖變形大、自穩(wěn)性差的深部軟弱圍巖、膨脹性圍巖進行錨網(wǎng)注聯(lián)合支護時，鋼纖維噴射混凝土支護的應用受到限制。

（2）現(xiàn)有錨網(wǎng)注支護的金屬網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)）難以與巷道圍巖密貼，且金屬網(wǎng)網(wǎng)孔偏小，混凝土噴層與巷道圍巖不密實甚至離層，深部軟巖錨網(wǎng)支護性能降低。受金屬網(wǎng)阻擋作用，噴射混凝土回彈率高、噴層密實性差，甚至出現(xiàn)空洞和松散區(qū)。煤礦錨網(wǎng)注聯(lián)合支護的金屬網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)）通常采用低碳鋼絲編織/焊接而成，金屬網(wǎng)常規(guī)規(guī)格長寬為：1×2m、2×4m、1×3m，鋼絲直徑2.0~6.5mm，網(wǎng)孔一般為100×100mm、120×120mm正方孔。巷道掘出以后新暴露的圍巖斷面通常凹凸不平，利用錨桿將金屬網(wǎng)掛上以后，金屬網(wǎng)將圍巖面的凹陷區(qū)域阻擋。當噴射壓力較小或噴射距離較遠時，噴射混凝土可能堆積在金屬網(wǎng)的外面，在金屬網(wǎng)的內(nèi)面形成空洞或松散區(qū)。當圍巖含水豐富時金屬網(wǎng)極易發(fā)生銹蝕而失去護幫性能。當噴射壓力較大或噴射距離較近時，受金屬網(wǎng)孔小的阻擋作用，造成噴射混凝土大量回彈。

（3）現(xiàn)有的圍巖注漿錨桿一般由普通鍍鋅無縫鋼管加工而成，注漿錨桿沒有預緊力和錨固力，僅僅對圍巖起到注漿加固的作用，起不到錨桿錨固的性能，實際上為注漿鋼管。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種錨網(wǎng)注支護性能好、長期穩(wěn)定、支護成本低的深部巷道鋼絲繩網(wǎng)橡膠噴射混凝土支護結(jié)構(gòu)及其施工方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：深部巷道鋼絲繩網(wǎng)橡膠噴射混凝土支護結(jié)構(gòu)，包括布置在巷道底板兩側(cè)的兩道卸壓槽和噴射在巷道圍巖表面的鋼絲繩網(wǎng)橡膠混凝土噴層；鋼絲繩網(wǎng)橡膠混凝土噴層包括依次噴射在深部巷道圍巖表面的第一橡膠混凝土層和第二橡膠混凝土層，第一橡膠混凝土層和第二橡膠混凝土層均由橡膠顆粒均由摻入混凝土制成，以巷道的長度方向為其軸向方向，以巷道的周邊方向為其環(huán)向方向，以垂直于巷道圍巖表面的方向為其徑向方向，巷道周邊深部的巖層內(nèi)設(shè)有若干排金屬錨桿層，若干排金屬錨桿層沿巷道的軸向方向并排設(shè)置，每排金屬錨桿層包括若干根沿巷道的環(huán)向方向均勻布置的金屬錨桿，每根金屬錨桿沿巷道的徑向方向設(shè)置，金屬錨桿的錨尾端通過螺母固定有與第一橡膠混凝土層壓緊壓實的托盤；并排相鄰的兩根金屬錨桿的錨尾端之間通過主鋼絲繩連接，所有的主鋼絲繩之間形成主鋼絲繩網(wǎng)，并排相鄰的兩根主鋼絲繩之間通過副鋼絲繩連接，所有的副鋼絲繩之間形成副鋼絲繩網(wǎng)；

兩道卸壓槽對稱設(shè)置在巷道底板的左右兩側(cè)。

第一橡膠混凝土層的厚度為80mm，第二橡膠混凝土層的厚度為120mm。

相鄰的兩根金屬錨桿的錨尾端之間的間距為700mm，金屬錨桿為螺紋鋼，螺紋鋼的直徑為?22mm，螺紋鋼的長度為2400mm。

卸壓槽的截面形狀為矩形，卸壓槽的矩形截面的寬度為800mm，深度為2000mm。

深部巷道鋼絲繩網(wǎng)橡膠噴射混凝土支護結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：

（1）采用光面爆破法進行巷道施工成巷，形成深部軟巖巷道的毛斷面；

（2）制備橡膠混凝土：將廢舊輪胎制成直徑?0.9~2.0mm的橡膠顆粒，然后將橡膠顆粒摻入混凝土摻合料中，成為橡膠混凝土摻合料；

（3）對巷道圍巖進行初次噴射橡膠混凝土，形成第一橡膠混凝土層，第一橡膠混凝土層的厚度為80mm；

（4）沿巷道的軸向方向依次施工金屬錨桿層：沿巷道的徑向方向打錨桿孔，然后將樹脂錨固劑放入錨桿孔口，使用錨桿鉆機將金屬錨桿和前端的錨固劑一同送入錨桿孔底并旋轉(zhuǎn)，利用樹脂錨固劑錨固金屬錨桿的桿體，通過托盤將金屬錨桿的錨尾端安裝壓緊在第一橡膠混凝土層上；

（5）通過主鋼絲繩將并排相鄰的兩根金屬錨桿的錨尾端連接，通過副鋼絲繩將將并排相鄰的兩根主鋼絲繩連接，其中部分副鋼絲繩沿巷道的環(huán)形方向設(shè)置，部分副鋼絲繩沿巷道的軸向方向設(shè)置；

（6）在第一橡膠混凝土層的外表面噴射第二橡膠混凝土層，其中第二橡膠混凝土層的厚度為120mm；

（7）挖出兩道卸壓槽：沿巷道的軸向方向，在巷道的底板左右兩側(cè)利用風鎬分別挖出一條長條形的卸壓槽，卸壓槽以巷道一側(cè)幫的邊界線為對稱線，卸壓槽的橫截面為矩形，其中卸壓槽的矩形橫截面的深度為2000mm，寬度為800mm；

（8）卸壓槽掘出后，巷道圍巖發(fā)生變形，經(jīng)過10-15天圍巖卸壓以后，利用普通噴射混凝土對兩道卸壓槽進行混凝土填充；

（9）巷道底板卸壓以后，利用中空的注漿錨桿對巷道圍巖以及底板進行注漿加固。

步驟（9）中，利用注漿錨桿對巷道圍巖的注漿方法為：

a）沿巷道圍巖的徑向方向打淺注漿孔，淺注漿孔的孔深為2000~2500mm，并排相鄰的兩個淺注漿孔的間距為1500mm，將淺注漿錨桿插入在淺注漿孔內(nèi)，淺注漿錨桿為中空結(jié)構(gòu)，淺注漿錨桿的直徑為?22mm，長度為1800mm，通過淺注漿錨桿對淺注漿孔進行淺層圍巖注漿；

b）沿巷道圍巖的徑向方向打深注漿孔，深注漿孔的孔深為2500~3500mm，并排相鄰的兩個深注漿孔的間距為1500mm，將深注漿錨桿插入在深注漿孔內(nèi)，深注漿錨桿為中空結(jié)構(gòu)，深注漿錨桿的直徑為?22mm，長度為2200mm，通過深注漿錨桿對深注漿孔進行深層圍巖注漿。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）將煤礦報廢礦用鋼絲繩間間經(jīng)過無油化和加工處理以后，用來取代傳統(tǒng)的錨網(wǎng)支護中的金屬網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)）。當巷道噴射混凝土支護以后，鋼絲繩網(wǎng)和噴射混凝土構(gòu)成鋼絲繩網(wǎng)噴射混凝土，噴射混凝土的整體性能提高。

報廢的礦用鋼絲繩經(jīng)無油化處理以后，按照一定長度進行截割，之后對整根鋼絲繩按照單、雙股進行拆分。鋼絲繩沿著巷道軸向和環(huán)向鋪設(shè)，排距和間距各為200~800mm不等；鋼絲繩網(wǎng)是由沿著巷道軸向、環(huán)向方向布置的單、雙股鋼絲繩編制而成的經(jīng)緯網(wǎng)。其中與錨桿相連接直徑φ8~20mm的鋼絲繩稱為主繩，通常由雙股鋼絲繩組成。不直接與錨桿相連接，起到護幫作用的鋼絲繩稱為副繩，副繩由單股鋼絲繩組成。鋼絲繩網(wǎng)主繩穿過錨桿桿體，并錨桿托盤壓實。主副繩間的搭接長度不得小于400mm；巷道軸向方向主副繩長度不小于10m，巷道環(huán)向方向主副繩長度為巷道斷面周長減去巷道底板寬度。

（2）在普通噴射混凝土中摻入適量的橡膠顆粒，降低噴射混凝土的抗壓強度和彈性模量，增加極限變形量，將普通噴射混凝土改性為柔性噴射混凝土，以適應深部軟巖巷道大變形的要求。

普通噴射混凝土是將一定配合比的水泥、沙子、石子，以及速凝劑的拌合料，水泥、粗中沙、石子的重量比為1:2:2，其中水灰比0.4~0.5。普通噴射混凝土具有抗壓強度高，抗拉強度低，脆性大等特點。

將廢舊輪胎制成直徑?0.9~2.0mm的橡膠顆粒（粉），然后以適宜的摻量（約150kg/m3）加入普通混凝土中，成為橡膠改性混凝土，具有較低的彈性模量和較大的極限拉應變，因此橡膠混凝土屬于柔性混凝土，適應巷道圍巖較大的變形而不發(fā)生開裂，所以橡膠混凝土將在我國深部巷道錨網(wǎng)噴支護中具有廣闊的應用前景；

本發(fā)明利用橡膠混凝土具有較低的彈性模量和較大的極限拉應變量，能夠適應較大變形而不發(fā)生開裂。所以將現(xiàn)有的普通混凝土改性為柔性混凝土，應用到煤礦深部軟巖巷道錨網(wǎng)注聯(lián)合支護中，既節(jié)約成本又實現(xiàn)環(huán)保，可以實現(xiàn)深部軟巖巷道的綠色掘進施工。

（3）本發(fā)明利用普通中空注漿錨桿代替現(xiàn)有的注漿鋼管，現(xiàn)場安裝方便，實現(xiàn)壓力注漿；該注漿錨桿的桿體居中性好，實現(xiàn)全長注漿以后將桿體全長包裹，避免了桿體銹蝕的可能性，達到長期錨固支護的目的。圍巖注漿時采用普通中空注漿錨桿代替現(xiàn)有的圍巖注漿鋼管，具有注漿鋼管和全長錨固錨桿的雙重作用，進一步提高錨桿的錨固性能。

普通中空注漿錨桿主要有中空錨桿體、止?jié){塞、墊板、螺母和錨頭（鉆頭）組成，可以實現(xiàn)圍巖注漿和錨桿錨固一體化。巷道圍巖注（壓）漿液后不僅能夠錨固桿體，注漿壓力一定時部分漿液滲入錨孔周圍裂隙中，起到加固圍巖的作用。

綜上所述，針對深部軟巖巷道圍巖應力高、圍巖強度底、圍巖變形量大、支護費用高等深部軟巖巷道支護技術(shù)難題，從改善巷道圍巖應力狀態(tài)、提高巖圍巖體強度和改變圍巖體物理力學性質(zhì)的角度出發(fā)，本發(fā)明提出了一種錨桿、鋼絲繩網(wǎng)、橡膠噴射混凝土，以及圍巖注漿的深部軟巖巷道的施工方法，該施工方法對于深部軟巖巷道特別是服務年限較長的巖石巷道和重要硐室，為提高深部軟巖巷道圍巖的自撐能力和錨網(wǎng)支護性能，減輕工人的勞動強度，降低巷道支護和維修費用等帶來了很好的經(jīng)濟效益和社會效益，并可進一步規(guī)范深部軟巖巷道的施工技術(shù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明位于深部軟巖巷道內(nèi)支護斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中金屬錨桿的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中主鋼絲繩網(wǎng)和副鋼絲繩網(wǎng)在第一橡膠混凝土層的結(jié)構(gòu)斷面圖；

圖4是本發(fā)明中注漿加固深部軟巖巷道支護斷面圖。

具體實施方式

如圖1-4所示，本發(fā)明的深部巷道鋼絲繩網(wǎng)橡膠噴射混凝土支護結(jié)構(gòu)，包括布置在巷道底板1兩側(cè)的兩道卸壓槽2和噴射在巷道圍巖表面的鋼絲繩網(wǎng)橡膠混凝土噴層；鋼絲繩網(wǎng)橡膠混凝土噴層包括依次噴射在深部巷道圍巖表面的第一橡膠混凝土層3和第二橡膠混凝土層4，第一橡膠混凝土層3和第二橡膠混凝土層4均由橡膠顆粒均由摻入混凝土制成，以巷道的長度方向為其軸向方向，以巷道的周邊方向為其環(huán)向方向，以垂直于巷道圍巖表面的方向為其徑向方向，巷道周邊深部的巖層內(nèi)設(shè)有若干排金屬錨桿層，若干排金屬錨桿層沿巷道的軸向方向并排設(shè)置，每排金屬錨桿層包括若干根沿巷道的環(huán)向方向均勻布置的金屬錨桿5，每根金屬錨桿5沿巷道的徑向方向設(shè)置，金屬錨桿5的錨尾端通過螺母固定有與第一橡膠混凝土層3壓緊壓實的托盤6，托盤6與第一橡膠混凝土層3壓緊壓實；并排相鄰的兩根金屬錨桿5的錨尾端之間通過主鋼絲繩7連接，所有的主鋼絲繩7之間形成主鋼絲繩網(wǎng)，并排相鄰的兩根主鋼絲繩7之間通過副鋼絲繩8連接，所有的副鋼絲繩8之間形成副鋼絲繩網(wǎng)；

兩道卸壓槽2對稱設(shè)置在巷道底板1的左右兩側(cè)。

第一橡膠混凝土層3的厚度為80mm，第二橡膠混凝土層4的厚度為120mm。

相鄰的兩根金屬錨桿5的錨尾端之間的間距為700mm，金屬錨桿5為螺紋鋼，螺紋鋼的直徑?為22mm，螺紋鋼的長度為2400mm。

卸壓槽2的截面形狀為矩形，卸壓槽2的矩形截面的寬度為800mm，深度為2000mm。

深部巷道鋼絲繩網(wǎng)橡膠噴射混凝土支護結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：

（1）采用光面爆破法進行巷道施工成巷，形成深部軟巖巷道的毛斷面；

（2）制備橡膠混凝土：將廢舊輪胎制成直徑?0.9~2.0mm的橡膠顆粒，然后將橡膠顆粒摻入混凝土摻合料中，成為橡膠混凝土摻合料；

（3）對巷道圍巖進行初次噴射橡膠混凝土，形成第一橡膠混凝土層3，第一橡膠混凝土層3的厚度為80mm；

（4）沿巷道的軸向方向依次施工金屬錨桿5層：沿巷道的徑向方向打錨桿孔，然后將樹脂錨固劑放入錨桿孔口，使用錨桿鉆機將金屬錨桿5和前端的錨固劑一同送入錨桿孔底并旋轉(zhuǎn)，利用樹脂錨固劑錨固金屬錨桿5的桿體，通過托盤6將金屬錨桿5的錨尾端安裝壓緊在第一橡膠混凝土層3上；

（5）通過主鋼絲繩7將并排相鄰的兩根金屬錨桿5的錨尾端連接，通過副鋼絲繩8將將并排相鄰的兩根主鋼絲繩7連接，其中部分副鋼絲繩8沿巷道的環(huán)形方向設(shè)置，部分副鋼絲繩8沿巷道的軸向方向設(shè)置；

（6）在第一橡膠混凝土層3的外表面噴射第二橡膠混凝土層4，其中第二橡膠混凝土層4的厚度為120mm；

（7）挖出兩道卸壓槽2：沿巷道的軸向方向，在巷道的底板1左右兩側(cè)利用風鎬分別挖出一條長條形的卸壓槽2，卸壓槽2以巷道一側(cè)幫的邊界線為對稱線，卸壓槽2的橫截面為矩形，其中卸壓槽2的矩形橫截面的深度為2000mm，寬度為800mm；

（8）卸壓槽2掘出后，巷道圍巖發(fā)生變形，經(jīng)過10-15天圍巖卸壓以后，利用普通噴射混凝土對兩道卸壓槽2進行混凝土填充和填實；

（9）巷道底板1卸壓以后，利用中空的注漿錨桿對巷道圍巖以及底板1進行注漿加固。

步驟（9）中，利用注漿錨桿對巷道圍巖的注漿方法為：

a）沿巷道圍巖的徑向方向打淺注漿孔，淺注漿孔的孔深為2000~2500mm，并排相鄰的兩個淺注漿孔的間距為1500mm，將淺注漿錨桿插入在淺注漿孔內(nèi)，淺注漿錨桿為中空結(jié)構(gòu)，淺注漿錨桿的直徑為?22mm，長度為1800mm，通過淺注漿錨桿對淺注漿孔進行淺層圍巖注漿；

b）沿巷道圍巖的徑向方向打深注漿孔，深注漿孔的孔深為2500~3500mm，并排相鄰的兩個深注漿孔的間距為1500mm，將深注漿錨桿插入在深注漿孔內(nèi)，深注漿錨桿為中空結(jié)構(gòu)，深注漿錨桿的直徑為?22mm，長度為2200mm，通過深注漿錨桿對深注漿孔進行深層圍巖注漿。

本實施例并非對本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。