毛石钢筋混凝土优化拱结构治理软岩巷道底鼓的方法

摘要

本发明公开了一种毛石钢筋混凝土优化拱结构治理软岩巷道底鼓的方法，该结构主要由混凝土和钢筋组成，其特征在于拱结构整体浇注，下表面呈弧形与围岩接触，上表面平行于水平面，拱脚延伸到巷道壁面外侧200～400mm处，主钢筋垂直于巷道轴向水平布置于结构上表面下侧50～150mm处，拱结构中下部在浇注时掺有20～45%体积的毛石。本发明改善了软岩巷道反底拱的构造形状、配筋方式及其施工方法，并引入毛石混凝土材料，可提高其承载能力和降低成本，尤其适用于高应力、高膨胀和极软岩条件下煤矿回采巷道大范围底鼓变形的治理。

说明书

技术领域

本发明涉及软岩巷道支护装置，尤其涉及一种利用毛石钢筋混凝土优化拱结构控制巷道底鼓变形的方法。

背景技术

底鼓变形破坏是煤矿巷道普遍存在的破坏形式，在软岩巷道中尤为突出，剧烈的底鼓变形会引起整个巷道的失稳，减小巷道有效断面，影响巷道的正常使用，增加维修投入，甚至会造成重大安全事故。

目前，治理软岩巷道底鼓的方法有很多种，如反底拱、底板注浆、底板打锚杆以及封闭式钢支架等。对于低应力或岩性不太软的情况，反底拱是一个行之有效的方法。但是传统的反底拱并非整体结构，分为上下两层，仅下层可以发挥支护作用，如中国专利200810246306.X和201110337314.7，在高应力或极软岩条件下，由于拱中间部位持力截面较小，严重的应力集中导致其难以承受较大的围岩压力，易发生开裂破坏现象，并最终失去承载力。另外一种钢筋格栅反底拱具有较高的强度，如中国专利201210313617和201210095523.X，但是钢筋用量太大，导致成本过高，无法用于需控制支护成本的煤矿回采巷道。

通过力学分析可知，在高应力或极软岩条件下，现有拱结构破坏失效或者钢筋用量过大的根本原因在于：拱结构的形状及其配筋不合理，不能充分发挥钢筋混凝土材料的性能。

发明内容

本发明的目的在于改善软岩巷道反底拱的构造形状、配筋方式及其施工方法，并引入毛石混凝土材料，以提高其承载能力和降低成本，提供一种毛石钢筋混凝土优化拱结构治理软岩巷道底鼓的方法。

其技术解决方案是：

一种毛石钢筋混凝土优化拱结构，主要由混凝土和钢筋组成，其特征在于拱结构整体浇注，下表面呈弧形与围岩接触，上表面平行于水平面，拱脚延伸到巷道壁面外侧200~400mm处，主钢筋垂直于巷道轴向水平布置于结构上表面下侧50~150mm处，拱结构中下部在浇注时掺有20~45%体积的毛石。

所述主钢筋沿巷道轴向配置间距为150~350mm，直径大小为18~24mm，两侧向下弯曲，以保证其与混凝土之间的粘结。

所述毛石为坚实、未风化、无裂缝、洁净的石料；相互间距不小于20mm，保证被浆体充分包裹。

为了方便施工，毛石钢筋混凝土优化拱结构的两侧可设置向下的坡角，其大小在20~70度之间。

在巷道围岩强度非常低的情况下，为了提高支护强度，可以在优化拱结构的两侧分别布置底脚锚杆。

本发明的施工方法是：

1）首先从巷道设计底面向下清挖底板，下挖深度600~1200mm，使底板呈弧形，底脚向墙外延伸200~400mm；

2）底拱开挖完成后，先铺一层100～200mm厚混凝土打底，再铺上毛石，再灌混凝土，填满所有空隙，再逐层铺砌毛石和浇注混凝土，离巷道设计底面50~150mm时，配置安装主钢筋，保证毛石上侧混凝土覆盖层厚度不少于80mm，主钢筋上侧保护层厚度不小于50mm。

本发明的毛石钢筋混凝土优化拱结构治理软岩巷道底鼓的方法的优点在于：

毛石钢筋混凝土优化拱是一个整体结构，可以协同承受围岩压力；其中间部位承力截面较大，有效缓解了应力集中问题；根据其受力特点，优化了反底拱的配筋方式，在上侧受拉部位布置适量钢筋，防止了拱体上侧受拉裂纹的产生；在下侧受压部位掺入适量毛石，提高了混凝土的抗压强度，降低了混凝土用量，从而大大降低了成本。本发明尤其适用于高应力、高膨胀和极软岩条件下煤矿回采巷道大范围底鼓变形的治理。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图 毛石钢筋混凝土优化拱结构示意图。

图例说明，1-混凝土，2-主钢筋，3-毛石。

具体实施方式

如图所示，本发明一种毛石钢筋混凝土优化拱结构，主要由混凝土1和钢筋组成，其特征在于拱结构整体浇注，下表面呈弧形与围岩接触，上表面平行于水平面，拱脚延伸到巷道壁面外侧200~400mm处，主钢筋2垂直于巷道轴向水平布置于结构上表面下侧50~150mm处，沿巷道轴向配置间距为150~350mm，拱结构中下部在浇注时掺有20~45%体积的毛石3。所述主钢筋2直径为18~24mm，两侧向下弯曲，以保证其与混凝土之间的粘结。所述毛石3为坚实、未风化、无裂缝、洁净的石料；毛石相互间距不小于20mm，保证被浆体充分包裹。

应用时，首先从巷道设计底面向下清挖底板，下挖深度600~1200mm，使底板呈弧形，底脚向墙外延伸200~400mm；底拱开挖完成后，先铺一层100～200mm厚混凝土打底，再铺上毛石，再灌混凝土，填满所有空隙，再逐层铺砌毛石和浇筑混凝土，离巷道设计底面50~150mm时，配置安装主钢筋，保证毛石上侧混凝土覆盖层厚度不少于80mm，主钢筋上侧保护层厚度不小于50mm。

以上所述实施例，只是本发明较优选的具体的实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。