CN110242335A - 大变形回采巷道主被动耦合支护***及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大变形回采巷道主被动耦合支护***，包括沿巷道顶板和两帮对巷道围岩支护并与巷道围岩内表面相匹配的矿用工字钢支架，巷道围岩和矿用工字钢之间设有金属网，金属网内表面上铺设W钢带，W钢带外表面设有高强度托盘，巷道顶板和两帮的锚杆从回采巷道内表面穿过托盘、W钢带和金属网打入巷道围岩中，锚杆伸出巷道围岩内表面采用高强度托盘固定；巷道两帮设有托梁，巷道两帮锚索从回采巷道的内表面穿过托梁、W钢带、金属网打入巷道围岩中，锚索伸出巷道围岩内表面使用托梁固定；巷道顶部锚索从回采巷道的内表面穿过托盘、W钢带和金属网打入巷道围岩中，锚索伸出巷道围岩内表面使用托盘固定。本发明同时公开了该***的施工方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿山巷道支护技术，尤其是一种大变形回采巷道主被动耦合支护***及施工方法。
背景技术
回采巷道围岩大变形问题是困扰煤矿安全高效生产的重要问题之一，在生产实践中，针对回采巷道的大变形、高应力和难支护的特征并无良好的解决方法。中国专利201811377228.7公开了破碎围岩巷道三区协同耦合支护***及其施工方法，但是该技术使用的是锚杆进行支护，由于锚杆长度的限制，对于塑性区分布范围广的回采巷道将难以控制巷道围岩破坏；中国专利2017111392527.2公开了一种断层破碎带巷道的动态迭加耦合支护方法及支护结构，但是仅仅针对落差较小断层，对于落差大的断层难以实现控制围岩效果，同时对于钢拱架穿底现象不能有效抑制，本发明提出得变形回采巷道主被动耦合支护***及施工方法将支护体与围岩紧密结合在一起，有效保证煤矿回采巷道稳定性，加快回采效率。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术存在的因巷道大变形而导致的支护结构失效、巷道冒顶和塌方的问题，提供一种大变形回采巷道主被动耦合支护***及施工方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种大变形回采巷道主被动耦合支护***，包括沿巷道顶板和两帮对巷道围岩支护并与巷道围岩内表面相匹配的矿用工字钢支架，巷道围岩和矿用工字钢之间设置有金属网，金属网内表面上铺设W钢带，W钢带外表面设有高强度托盘，巷道顶板和两帮的锚杆从回采巷道的内表面穿过托盘、W钢带和金属网打入巷道围岩中，锚杆伸出巷道围岩内表面采用高强度托盘固定；
巷道两帮设有托梁，巷道两帮锚索从回采巷道的内表面穿过托梁、W钢带、金属网打入巷道围岩中，锚索伸出巷道围岩内表面使用托梁固定；巷道顶部锚索从回采巷道的内表面穿过托盘、W钢带和金属网打入巷道围岩中，锚索伸出巷道围岩内表面使用托盘固定。
在主被动耦合支护的基础上，对巷道底板锚注加固，形成混凝土硬化层。
所述矿用工字钢支架由顶部和两帮三部分组成，采用焊接的方式连接，两帮腿底部有钢垫板，有效防止因底板岩石强度低，工字钢下沉。
所述锚索为高强度预应力锚索，预应力为100-130KN，每根锚索采用3-4根锚固剂进行锚固。
所述顶板和两帮锚杆为左螺旋高强度树脂锚杆，预应力为30-50KN，每根锚杆采用1-2根锚固剂进行锚固。
所述W钢带上设有与锚杆和锚索间距相对应的孔，W钢带最外端孔中心距离W钢带端部距离为300-400mm。
所述两帮锚索施加预应力后，与金属网接触的部分用高强度工字钢作为托梁，形成锚索梁结构，托梁上设有与锚索排距相对应的锚索孔，托梁最外端孔中心距离托梁端部距离为300-400mm。
所述顶板和两帮锚杆施加预应力后，与W钢带接触的部分用高强度托盘进行固定，托盘上设有锚杆孔和锚索孔，托盘规格参数为110mm×220mm×12 mm，并用锁具锁住。
所述底板注浆采用注浆锚杆，长度为1.5-2.5m，注浆孔呈梅花状布置，注浆压力为1.0MPa-2.5MPa，浆液为单液水泥-水玻璃浆液，水灰比为0.5，掺入水泥用量3.4%的水玻璃，底板注浆完成后，回填采用C40混凝土，回填层厚度为100mm。
大变形回采巷道主被动耦合支护***施工方法，包括以下施工步骤：
步骤（a）根据巷道使用用途、地质力学条件和服务年限，确定巷道断面设计参数；根据数值模拟、理论分析、工程类比确定巷道各自护体支护参数；
步骤（b）在掘进巷道后，立即对巷道进行挂金属网，按照设计的排距，对帮部矿用工字钢支架挖底，安装钢垫板，架设矿用工字钢型钢支架，对围岩进行初次支护；
步骤（c）滞后巷道掘进迎头1-2m，按照设计参数在巷道顶板和两帮打设锚杆孔，安装W钢带、托盘和锚杆，施加预应力，并用锁具锁住；
步骤（d）滞后锚杆安装3-5m，按照设计参数在巷道顶部围压内打设锚索孔，安装W钢带、托盘和锚索，施加预应力，并用锁具锁住；
步骤（e）滞后顶部锚索安装3-5m，按照设计参数在巷道两帮围岩内打设锚索孔，安装托梁和锚索，形成锚梁结构，施加预应力，并用锁具锁住；
步骤（f）滞后帮部锚索安装1-3m，按照设计参数在巷道底板围岩内打设锚杆孔，清孔，安装注浆锚杆，注浆；
步骤（g）主被动耦合支护***完成后，对巷道底板浇筑混凝土进行硬化处理。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1）本发明通过对工序的合理安排，初次进行矿用工字钢支架支护，提供被动支护，可以有效控制控制围岩大变形，增加巷道围岩围压，提高围岩的峰值强度和残余强度，增加自承载能力；
2）本发明采用锚杆+金属网+W钢带支护能够保证浅部围岩形成的锚固结构，减小围岩塑性区扩展，改变应力状态，锚固结构整体允许产生一定变形，释放围岩内部变性能，顶板预应力锚索+W钢带支护和两帮锚索+W钢带+托梁支护，有效增加围岩控制深度，使巷道围岩变形均匀，应力分布协调，实现抗让结合和控顶卸压的作用，与矿用工字钢支架结合，形成强大的主被动耦合支护体系；
3）通过将矿用工字钢的被动支护方式和锚网索的主动支护方式进行组合，充分体现巷道的主被动耦合支护方案，实现支护体与围岩在刚度、强度和结构上的耦合；
4）本发明对底板进行锚注加固，可形成主动有效的锚注支护结构，起到防止底鼓的作用，加强巷道支护。
5）本发明控制效果好，较好的解决巷道大变形严重，冒顶、底鼓、片帮强烈，难以维护的问题。
附图说明
图1是本发明实施的主被动耦合支护结构巷道断面示图。
图2是本发明实施的主被动耦合支护结构巷道顶板示图。
图3是本发明实施的主被动耦合支护结构巷道帮部示图。
图中：1-矿用工字钢支架，2-金属网，3-W钢带，4-锚索，5-锚杆，6-注浆锚杆，7-底板硬化层，8-托梁，9-托盘，10-钢垫板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本说明书所附图式所绘示的结构、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得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-图3所示，大变形回采巷道主被动耦合支护***，包括矿用工字钢支架1、金属网2、W钢带3、锚索4、锚杆5、托梁8、托盘9，矿用工字钢支架1的形状与巷道围岩内表面相匹配，沿巷道顶板和两帮对围岩支护；金属网2铺设在巷道围岩和矿用工字钢之间；W钢带3铺设在金属网2内表面，并设有与锚杆5和锚索4相对应的孔；托盘9为长方形，位于W钢带3外表面，并设有锚杆孔和锚索孔；顶板和两帮锚杆5从回采巷道的内表面穿过托盘9、W钢带3和金属网2打入巷道围岩中，锚杆5伸出巷道围岩内表面采用高强度托盘9固定；托梁8位于巷道两帮，设有与锚索4排距相对应的锚索孔，帮部锚索4从回采巷道的内表面穿过托梁8、W钢带3、金属网2打入巷道围岩中，锚索4伸出巷道围岩内表面使用托梁8固定；顶部锚索4从回采巷道的内表面穿过锚索托盘9、W钢带3和金属网2打入巷道围岩中，锚索4伸出巷道围岩内表面使用托盘9固定；在主被动耦合支护的基础上，对底板进行锚注加固，形成混凝土硬化层7。
矿用工字钢支架1由顶部和两帮三部分组成，采用焊接的方式连接，底座有钢垫板10，防止工字钢下沉至底板。
锚索4为高强度预应力锚索，预应力为100-130KN，每根锚索4采用3-4根锚固剂进行锚固。
锚杆5为左螺旋刚强度树脂锚杆，预应力为30-50KN，每根锚杆5采用1-2根锚固剂进行锚固。
W钢带3上设有锚杆孔和锚索孔，孔之间的距离根据顶板或者两帮锚杆5或者锚索4的间距确定，W钢带3两端孔距离W钢带3端部距离为300-400mm。
帮部锚索4施加预应力后，与金属网2接触的部分选用高强度工字钢作为托梁8，形成锚索梁结构，托梁8两端孔距离托梁8端部距离为300-400mm。
锚杆5施加预应力后，与W钢带3接触的部分选用高强度托盘9进行固定，托盘9规格参数为150mm×150mm×12 mm，并用锁具锁住。
底板注浆采用注浆锚杆6，长度为1.5-2.5m，注浆孔呈梅花状布置，注浆压力为1.0MPa-2.5MPa，浆液为单液水泥-水玻璃浆液。底板注浆完成后，回填采用C40混凝土，回填层7厚度为100mm。
大变形回采巷道主被动耦合支护***的施工方法，包括以下施工步骤：
（1）根据巷道使用用途、地质力学条件和服务年限，确定巷道断面设计参数；根据数值模拟、理论分析、工程类比确定巷道各自护体支护参数；
（2）在掘进巷道后，立即对巷道进行挂金属网2，按照设计的排距，对型钢支架进行挖底，安装钢垫板10，架设矿用工字钢型钢支架1，对围岩进行初次支护；
（3）滞后巷道掘进迎头1-2m，按照设计参数在围压内打设锚杆孔，安装W钢带3、锚杆5，施加预应力，并用锁具锁住；
（4）滞后锚杆5安装3-5m，按照设计参数在巷道顶部围压内打设锚索孔，安装W钢带3、锚索4，施加预应力，并用锁具锁住；
（5）滞后顶部锚索4安装3-5m，按照设计参数在巷道帮部围压内打设锚索孔，安装托梁8、锚索4，形成锚梁结构，施加预应力，并用锁具锁住；
（6）滞后帮部锚索4安装1-3m，按照设计参数在巷道底板围压内打设锚杆孔，清孔，安装注浆锚杆6，注浆；
（7）主被动耦合支护***完成后，对巷道底板浇筑混凝土进行硬化处理，形成混凝土硬化层7。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，包括沿巷道顶板和两帮对巷道围岩支护并与巷道围岩内表面相匹配的矿用工字钢支架，巷道围岩和矿用工字钢之间设置有金属网，金属网内表面上铺设W钢带，W钢带外表面设有高强度托盘，巷道顶板和两帮的锚杆从回采巷道的内表面穿过托盘、W钢带和金属网打入巷道围岩中，锚杆伸出巷道围岩内表面采用高强度托盘固定；
巷道两帮设有托梁，巷道两帮锚索从回采巷道的内表面穿过托梁、W钢带、金属网打入巷道围岩中，锚索伸出巷道围岩内表面使用托梁固定；巷道顶部锚索从回采巷道的内表面穿过托盘、W钢带和金属网打入巷道围岩中，锚索伸出巷道围岩内表面使用托盘固定。
2.如权利要求1所述的大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，在主被动耦合支护的基础上，对巷道底板锚注加固，形成混凝土硬化层。
3.如权利要求1所述的大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，所述矿用工字钢支架由顶部和两帮三部分组成，采用焊接的方式连接，两帮腿底部有钢垫板，有效防止因底板岩石强度低，工字钢下沉。
4.如权利要求1所述的大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，所述锚索为高强度预应力锚索，预应力为100-130KN，每根锚索采用3-4根锚固剂进行锚固。
5.如权利要求1所述的大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，所述顶板和两帮锚杆为左螺旋高强度树脂锚杆，预应力为30-50KN，每根锚杆采用1-2根锚固剂进行锚固。
6.如权利要求1所述的大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，所述W钢带上设有与锚杆和锚索间距相对应的孔，W钢带最外端孔中心距离W钢带端部距离为300-400mm。
7.如权利要求1所述的大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，所述两帮锚索施加预应力后，与金属网接触的部分用高强度工字钢作为托梁，形成锚索梁结构，托梁上设有与锚索排距相对应的锚索孔，托梁最外端孔中心距离托梁端部距离为300-400mm。
8.如权利要求1所述的大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，所述顶板和两帮锚杆施加预应力后，与W钢带接触的部分用高强度托盘进行固定，托盘上设有锚杆孔和锚索孔，托盘规格参数为110mm×220mm×12 mm，并用锁具锁住。
9.如权利要求1所述的大变形回采巷道主被动耦合支护***，其特征是，所述底板注浆采用注浆锚杆，长度为1.5-2.5m，注浆孔呈梅花状布置，注浆压力为1.0MPa-2.5MPa，浆液为单液水泥-水玻璃浆液，水灰比为0.5，掺入水泥用量3.4%的水玻璃，底板注浆完成后，回填采用C40混凝土，回填层厚度为100mm。
10.大变形回采巷道主被动耦合支护***施工方法，其特征是，包括以下步骤：
a）.根据巷道使用用途、地质力学条件和服务年限，确定巷道断面设计参数；根据数值模拟、理论分析、工程类比确定巷道各自护体支护参数；
b）.在掘进巷道后，立即对巷道进行挂金属网，按照设计的排距，对帮部矿用工字钢支架挖底，安装钢垫板，架设矿用工字钢型钢支架，对围岩进行初次支护；
c）.滞后巷道掘进迎头1-2m，按照设计参数在巷道顶板和两帮打设锚杆孔，安装W钢带、托盘和锚杆，施加预应力，并用锁具锁住；
d）.滞后锚杆安装3-5m，按照设计参数在巷道顶部围压内打设锚索孔，安装W钢带、托盘和锚索，施加预应力，并用锁具锁住；
e）.滞后顶部锚索安装3-5m，按照设计参数在巷道两帮围岩内打设锚索孔，安装托梁和锚索，形成锚梁结构，施加预应力，并用锁具锁住；
f）.滞后帮部锚索安装1-3m，按照设计参数在巷道底板围岩内打设锚杆孔，清孔，安装注浆锚杆，注浆；
g）.主被动耦合支护***完成后，对巷道底板浇筑混凝土进行硬化处理。
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