竖井施工三向收紧支护方法

技术领域

本发明属于矿山竖井掘进施工技术领域，特别涉及一种竖井施工三向收紧支护方法。

背景技术

矿山竖井的地质条件复杂多变，钻爆法施工效率低，因此中国铁建重工开发了竖井掘进机（CN116398142A），然而随着掘进深度的增加围岩压力不断加大，过高的围压使得掘进难度过大，挖掘过程中如果没能进行及时的支护竖井掘进机难以向下推进，现有的竖井掘进机（CN116398142A）初期支护成环慢、容易对其他工序形成干扰，采用隧道施工的锚网喷支护工艺可以改善这一问题，但目前常规的锚网索喷支护工艺主要应用于平巷，在竖井项目中会受到很大的限制无法与掘进机形成有机统一的整体，同时由于在竖井充填料受到重力影响较大，会出现分布不均与充填不密实的问题，使得支护不稳固，后期充填管道也容易出现变形、开裂等问题。另外现有的竖井掘进机（CN116398142A）推进施工效率低。

现有的竖井掘进机（CN116398142A）施工于超深井巷工程中用到的支护工艺基本采用基础的管片或者钢片加衬砌支护，由于竖井掘进机掘进形成的是圆形断面，而竖井掘进机后续向下掘进需要沿着竖井向下移动，现有技术单纯采用锚网喷支护或者管片衬砌，刚开挖后的井巷无法向下推进，竖井需要铺装混凝土，等待混凝土凝固后才能安装轨道供竖井掘进机向下推进，而混凝土的铺装和等待凝固需要一定时间，同时在竖井中受到重力的作用，混凝土无法均匀分布，并且充填的十分不充分，存在重大安全隐患，这直接导致现有技术中竖井掘进机配合锚网索喷支护工艺施工巷道初期支护过程中竖井掘进机后配套设备无法向下移动，后续组件跟不上又导致竖井掘进机无法继续向下掘进，存在成环慢的问题。

综上，现有的竖井掘进机支护方式落后，在竖井施工中不能稳固支护，容易变形凝结不稳，同时现有的锚杆结构无法起到压紧料浆的作用。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种竖井施工三向收紧支护方法，旨在解决现有技术中竖井掘进机配合锚网索喷支护工艺施工竖井初期支护成环慢、重力影响管道内充填料浆不充分、现有锚索无法配合钢板压密充填料浆等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的一种竖井施工三向收紧支护方法，采用竖井掘进机对竖井进行扩挖，当竖井掘进机刀盘掘进每次达到1.0m-4m时，撑靴组件随着竖井掘进机刀盘进入掘进过的位置，打开撑靴组件，撑靴组件产生的摩擦力平衡掘进机重力、破岩钻压以及扭矩产生的各种反力，两力相等以达成平衡，掘进机刀盘上刮渣器收集岩渣，通过竖井掘进机把破碎的岩渣向上提升；同时，由载锚索钻机向待支护的竖井内壁铺设钢筋网片；其特征在于，还利用竖井掘进机配套的机载锚索钻机向竖井壁施打两段式收紧锚索，然后在支护空区中填入充填料浆，喷射完充填料浆后，外部布设收缩钢片，形成竖井施工三向收紧支护；包括下列步骤：

S1：采用两段式收紧锚索，所述的两段式收紧锚索由双层对称设置的两对锚索组件组成，两对锚索组件组成U字形结构，每个锚索组件由贯入岩体的锚杆段和与贯入岩体的锚杆段连接的外部两段式收紧锚索段组成，所述的外部两段式收紧锚索段包括锚索安装架，设置在锚索安装架内的横向收紧伸缩段和与锚索安装架端部垂直连接的纵向收紧伸缩段；在锚索安装架的左侧设有锚索外部滑轮；所述的横向收紧伸缩段包括锚索内部油缸A，与锚索内部油缸A连接的收缩片A，所述的纵向收紧伸缩段设置在锚索安装架右侧，且与锚索安装架垂直连接，包括锚索外部油缸B和与锚索外部油缸B连接的收缩片B，两对锚索组件镜向设置，组成U字形结构的两段式收紧锚索；

S2、将两段式收紧锚索的贯入岩体的两对锚杆段通过机载锚索钻机打孔、施压贯入竖井壁内，所述的贯入岩体的锚杆段的长为1200mm，孔洞直径200mm；然后启动锚索内部油缸A为收缩片A横向提供动力，根据所需喷凃充填料填料的宽度来调节收缩片A的横向长度；其横向收缩片A长为800mm，启动锚索外部油缸B，根据所需喷凃充填料填料的厚度来调整调节两个收缩片B的伸缩距离，负责上下收紧夹紧充填料，两对锚杆外滚轮负责上下收紧时，辅助外部两段式收紧锚索段沿竖井壁4上下移动，形成U字形结构的两段式收紧锚索段；

S3、利用喷射混凝土系统在空区中喷射混凝土充填料和锚固剂，在保证与竖井井壁平行的侧面不侧漏后，在两段式收紧锚索段的纵向收紧伸缩段外侧设置收缩钢片组件，所述的收缩钢片组件为扇形收缩钢片组件，包括带有空腔的扇形壳体，设置在扇形壳体内的两个油缸和设置在扇形壳体外的与两个油缸连接的壁向收缩管，将扇形壳体置于两段式收紧锚索段的外侧，伸缩管伸向支护空区；形成三向收紧系统以三面合围包裹支护空区；所述的收缩钢片的空腔的扇形壳体为长3000mm，宽800mm的沿着扇形面呈小幅度弯曲的长方体，壁向收缩管长为800mm；使得混凝土充填料充实整个竖井壁，以抵抗混凝土充填料自身重力作用，完成收紧充混凝土填料之后静置8h以使混凝土充填料凝固；

S4、混凝土充填料凝固后，竖井掘进机继续向下掘进，释放撑靴组件，两段式收紧锚索的外部两段式收紧锚索段和收缩钢片组件，进入下一个支护循环。

优选地，所述的贯入岩体的锚杆段的长为1200mm，孔洞直径200mm。

优选地，所述的收缩钢片的空腔的扇形壳体为长3000mm，宽800mm的沿着扇形面呈小幅度弯曲的长方体，壁向收缩管长为800mm。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

采用本发明的竖井施工三向收紧支护方法，在喷射完成混凝土之后采用两段式收紧锚索与收缩钢片三向收紧支护施工方法，不仅可以快速锚固，防止充填料侧漏，而且能够压密收紧充填料，使充填料能够抵抗重力作用，充填区域稳固不变形，以实现竖井三向收紧支护，使竖井后续掘进施工加快效率。本发明适用于各种地下竖井支护工程。

附图说明

图1为本发明的竖井施工三向收紧支护的结构俯视图；

图2为竖井施工三向收紧支护的的俯视图；

图3为本发明的收缩钢片组件的结构示意图；

图4为本发明的两段式收紧锚索的结构示意图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

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明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1-图4所示，本发明的一种竖井施工三向收紧支护施工方法，采用竖井掘进机对竖井进行扩挖，当竖井掘进机刀盘掘进每次达到1.0m-4m时，撑靴组件随着竖井掘进机刀盘进入掘进过的位置，打开撑靴组件，撑靴组件产生的摩擦力平衡掘进机重力、破岩钻压以及扭矩产生的各种反力，两力相等以达成平衡，掘进机刀盘上刮渣器收集岩渣，通过竖井掘进机把破碎的岩渣向上提升；同时，由载锚索钻机向待支护的竖井内壁铺设钢筋网片；其特征在于，还利用竖井掘进机配套的机载锚索钻机向竖井壁1施打两段式收紧锚索2，然后在支护空区中填入充填料浆4，喷射完充填料浆4后，外部布设收缩钢片组件3，形成竖井施工三向收紧支护；包括下列步骤：

S1：采用两段式收紧锚索2，所述的两段式收紧锚索由双层对称设置的两对锚索组件组成，两对锚索组件组成U字形结构，每个锚索组件由贯入岩体的锚杆段205，与贯入岩体的锚杆段205连接的外部两段式收紧锚索段和锚杆外滚轮204组成，所述的外部两段式收紧锚索段包括锚索安装架201，设置在锚索安装架201内的横向收紧伸缩段和与锚索安装架端部垂直连接的纵向收紧伸缩段；在锚索安装架201的左侧设有锚索外部滑轮204；所述的横向收紧伸缩段包括锚索内部油缸A202，与锚索内部油缸A202连接的收缩片A203，所述的纵向收紧伸缩段设置在锚索安装架201右侧，且与锚索安装架201垂直连接，包括锚索外部油缸B206和与锚索外部油缸B206连接的收缩片B207，两对锚索组件镜向设置，组成U字形结构的两段式收紧锚索；

S2、将两段式收紧锚索1的贯入岩体的两对锚杆段205通过机载锚索钻机打孔、施压贯入竖井壁内，所述的贯入岩体的锚杆段的长为1200mm，孔洞直径200mm；然后启动锚索内部油缸A202为收缩片A203横向提供动力，根据所需喷凃充填料填料的宽度来调节收缩片A203的横向长度；其横向收缩片A203长为800mm，启动锚索外部油缸B206，根据所需喷凃充填料填料的厚度来调整调节两个收缩片B207的伸缩距离，负责上下收紧夹紧充填料，两对锚杆外滚轮204负责上下收紧时，辅助外部两段式收紧锚索段沿竖井壁4上下移动，形成U字形结构的两段式收紧锚索段；

S3、利用喷射混凝土系统在空区中喷射混凝土充填料4和锚固剂，在保证与竖井井壁平行的侧面不侧漏后，在两段式收紧锚索段的纵向收紧伸缩段外侧设置收缩钢片组件3，所述的收缩钢片组件3为扇形收缩钢片组件，包括带有空腔的扇形壳体301，设置在扇形壳体301内的两个油缸302和设置在扇形壳体301外的与两个油缸302连接的壁向收缩管305，将扇形壳体301置于两段式收紧锚索段的外侧，伸缩管302伸向支护空区；形成三向收紧系统以三面合围包裹支护空区；所述的收缩钢片的空腔的扇形壳体301为长3000mm，宽800mm的沿着扇形面呈小幅度弯曲的长方体，壁向收缩管305长为800mm；使得混凝土充填料4充实整个竖井壁1，以抵抗混凝土充填料4自身重力作用，完成收紧充混凝土填料4之后静置8h以使混凝土充填料4凝固；

S4、混凝土充填料4凝固后，竖井掘进机继续向下掘进，释放撑靴组件，收回两段式收紧锚索的外部两段式收紧锚索段和收缩钢片组件，进入下一个支护循环。

需要说明的是：在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

综上，本发明提供的两段式收紧锚索与壁向收缩钢片三向收紧支护施工方法，能够解决现有技术中竖井巷道初期支护成环慢的问题，能够解决竖井支护后期变形、开裂的问题。同时在充填处布设两段式锚杆，当喷射充填料浆后由锚杆伸缩管片伸出，与伸缩钢片共同作用，将充填料三向压密，使其填充均匀并快速凝固，压密充填料，加速循环过程，能够极大提高掘进施工效率。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。