CN105201526B - 锚索与金属支架联合互补支护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井巷工程用锚索与金属支架联合互补支护装置及方法，包括U形金属支架，其开口扣合在金属网上；金属支架的外部顺次设有金属支架短梁以及金属支架转荷梁，两相邻的金属支架之间设有锚索，锚索的一端位于围岩内，另一端位于围岩外部且顺次安装有托盘、锚索转荷梁和锚具，金属支架转荷梁与锚索转荷梁之间连接有斜拉杆，在金属网的安装面形成连续的V形锚固系统。在本发明中，锚索通过托盘直接加固围岩，抗拉组件直接补强金属支架薄弱部位，金属支架独立支撑围岩，并通过抗拉组件与支架相联接显著增大锚索支护面积，实现了金属支架与锚索有机联合互补。本发明的装置可以使用在架棚支护的任何巷道，如果用在回采巷道还可以回收再利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种井巷工程用锚索与金属支架联合互补支护装置及方法，适用于井巷工程中软岩巷道、难支护巷道等采用锚索与金属支架支护时联合互补加固使用。
背景技术
金属支架架棚支护适用范围广泛，尤其适用于修复巷道、破碎围岩巷道、钻孔钻进率低的巷道，但是金属支架全段基本等强，支护时支架各段弯矩不同，存在弯矩明显较大的几个截面，这个就是金属支架支护时的薄弱截面，在最大弯矩处进行]补强可以明显降低最大弯矩显著提高支架承载能力。
现有的对金属支架进行薄弱位置进行补强的方式基本都是通过外置短工字钢、短U型钢、在中间打孔，通过锚索补强，这种方式起到了一定的效果。但是外置的短工字钢或短U型钢不仅占用巷道断面而且与锚索的承载力不匹配，锚索的支护能力没有有效发挥的条件下短梁就发生屈服弯曲，失去补强作用；部分采取给锚索施加低预紧力的方式，此时短工字钢、U型钢给予支架的补强作用有限，使得补强效果大大降低，一旦金属支架变形，补强的短工字钢就会很快屈服弯曲，这样锚索、金属支架、短工字钢之间承载力无法实现有效匹配。特别的，锚索只用来通过短梁给予支架弱截面补强、没有直接加固围岩的作用，所以锚索的利用效率大大降低。这就导致锚索、金属支架无法发挥各自支护优势来维护巷道稳定。
金属梁的抗弯曲能力远小于抗拉能力，所以研发出抗拉的棚索联合装置、且锚索可直接加固围岩，实现金属支架与锚索的优势互补的前提下，最大限度的发挥各自支护效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种锚索与金属支架联合互补支护装置和方法，把锚索与金属支架有机联合到一起，实现锚索与金属支架既相互独立、又相互联合，取长补短、最大限度发挥金属支架与锚索的各自支护优势。
解决上述问题的技术方案是：一种锚索与金属支架联合互补支护装置，包括对设于围岩外部的金属网起到支承作用的U形金属支架，U形金属支架的开口扣合在金属网上；所述U形金属支架的外部顺次设有U形金属支架短梁以及金属支架转荷梁，两相邻的金属支架之间设有锚索，锚索的一端位于围岩内，另一端位于围岩外部且顺次安装有托盘、锚索转荷梁和锚具，所述金属支架转荷梁与锚索转荷梁之间连接有斜拉杆，在金属网的安装面形成连续的V形锚固系统。
所述锚索的外端位于金属网内，所述托盘安装于围岩上。
所述金属网与围岩之间设有充填物，锚索的外端延伸至金属网的外部，所述托盘安装在金属网上。
所述金属网的外部设有喷浆层，所述托盘安装在喷浆层上。
所述锚索转荷梁为长方形结构，其中间设有锚索安装孔，两侧对称设有拉杆孔Ⅰ。
所述锚索安装孔为直通孔。
所述拉杆孔Ⅰ的底端向外倾斜至锚索转荷梁的边缘，形成斜通孔。
所述金属支架转荷梁的截面为中间设有凹槽的台阶状，凹槽与金属支架短梁的底面吻合嵌装，两侧边设有拉杆孔Ⅱ。
所述拉杆孔Ⅱ顶端向外倾斜至金属支架转荷梁的边缘，形成斜通孔。
所述斜拉杆由双头螺母和两段分别与双头螺母两端螺纹连接的拉杆本体组成，拉杆本体的端部设有能够使其与拉杆孔稳固连接的固定连接部件；所述双头螺母两端的螺纹反方向设置，连接于同一螺母上的两段拉杆本体的外螺纹也反方向设置，与双头螺母的螺纹相适应。
所述固定连接部件为直径大于拉杆孔的球形端头、挂钩或者与拉杆本体螺纹连接的限位螺母。
所述的金属支架短梁长度为0.2m~0.4m。
所述锚索可以用锚杆代替。
一种锚索与金属支架联合互补支护方法，具体步骤为：1）在相邻金属支架薄弱截面部位的中间区域打锚索钻孔；2）将锚索安装在锚索钻孔内，在锚索的外端顺序安装锚索、托盘、锚索转荷梁和锚具，并施加预紧力100KN~150KN；3）用双头螺母连接拉杆本体组成斜拉杆，用斜拉杆连接金属支架转荷梁和锚索转荷梁；4）在金属网壁后填充充填物并压紧实后，给双头螺母施加预紧力50KN~80KN，完成锚索与金属支架的联合互补支护。
本发明的的有益效果是：（1）本发明实现了锚索与金属支架联合方法上的突破，即通过抗拉构件而不是抗弯构件来达到锚索与金属支架联合互补，这样不仅节省材料且不占用巷道有效空间，显著提高补强能力，而且抗拉构件通过调节预紧力可以方便的调整锚索与金属支架之间的互补程度，抗拉构件本身也具备一定的变形能力、这一点显著优于抗弯构件，因为抗弯构件只要发生较小的弯曲变形即发生显著的屈服进而导致抗弯能力显著降低。
（2）本发明实现了锚索与金属支架联合支护原理上的突破：锚索与金属支架既相互独立支护围岩又能直接联合互补。通过本发明专利，锚索实现了两个作用：一是锚索通过托盘直接加固围岩，这样做一方面充分发挥了锚索的直接主动支护围岩的作用，另一方面锚索通过托盘直接加固的围岩区域会降低该区域的围岩载荷对支架弱截面的破坏作用这间接提高了支架承载能力；二是通过抗拉组件直接补强金属支架薄弱部位，显著增大金属支架整体承载能力。通过本发明专利，金属支架也实现了两个作用：一是支架独立支撑围岩；二是通过抗拉组件与支架相联接显著增大锚索支护面积。真正实现了金属支架与锚索相互独立的同时又各自取长补短、优势加强、缺陷互补，达到两者有机联合互补，最终实现支护效果最大化。
（3）本发明的装置加工方便、使用方法简单、效率高、效果好，可以使用在架棚支护的任何巷道，比如回采巷道、准备巷道、开拓巷道，软岩巷道、修复巷道等等，如果用在回采巷道还可以回收再利用。本发明的装置具备十分广泛的适用性和使用价值。
附图说明
图1为本发明装置在新掘巷道中的初始安装使用图。
图2为本发明装置在新掘巷道中初始安装后进行壁后背帮充填后的示意图。
图3为本发明装置在金属支架壁后已经背帮充填的巷道中的安装使用图。
图4为本发明装置在架棚支护且已经表面喷浆凝固的巷道中安装使用图。
图5为所述拉杆与双头螺母结构示意图。
图6为所述锚索转荷梁的主视图。
图7为所述锚索转荷梁A-A剖面图。
图8为所述金属支架转荷梁主视图。
图9为所述金属支架转荷梁B-B剖面图。
图中标记如下，1.围岩，2.锚索，3-托盘，4.锚索转荷梁，4a.拉杆孔Ⅰ，4b-锚索安装孔，5.锚具，6.斜拉杆，6a.拉杆本体，6b.双头螺母，7.金属支架，8.金属支架短梁，9.金属支架转荷梁，9a.拉杆孔Ⅱ，9b.凹槽，10.金属网，11.喷浆层，12.充填物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用来说明本发明但是并不能限制本发明的范围。
在附图中，一种锚索与金属支架联合互补支护装置，包括对设于围岩1外部的金属网10起10到支承作用的U形金属支架7，U形金属支架7的开口扣合在金属网10上；所述U形金属支架7的外部顺次设有U形金属支架短梁8以及金属支架转荷梁9，两相邻的金属支架7之间设有锚索2，锚索2的一端位于围岩1内，另一端位于围岩1外部且顺次安装有托盘3、锚索转荷梁4和锚具5，所述金属支架转荷梁9与锚索转荷梁4之间连接有斜拉杆6，在金属网10的安装面形成连续的V形锚固系统。
所述锚索2的外端位于金属网10内，所述托盘3安装于围岩1上。
所述金属网10与围岩1之间设有充填物12，锚索2的外端延伸至金属网10的外部，所述托盘3安装在金属网10上。
所述金属网10的外部设有喷浆层11，所述托盘3安装在喷浆层11上。
所述锚索转荷梁4为长方形结构，其中间设有锚索安装孔4b，两侧对称设有拉杆孔Ⅰ4a。
所述锚索安装孔4b为直通孔。
所述拉杆孔Ⅰ4a的底端向外倾斜至锚索转荷梁4的边缘，形成斜通孔。
所述金属支架转荷梁9的截面为中间设有凹槽9b的台阶状，凹槽9b与金属支架短梁8的底面吻合嵌装，两侧边设有拉杆孔Ⅱ9a。
所述拉杆孔Ⅱ9a顶端向外倾斜至金属支架转荷梁9的边缘，形成斜通孔。
所述斜拉杆6由双头螺母6b和两段分别与双头螺母6b两端螺纹连接的拉杆本体6a组成，拉杆本体6a的端部设有能够使其与拉杆孔稳固连接的固定连接部件；所述双头螺母6a两端的螺纹反方向设置，连接于同一螺母上的两段拉杆本体6a的外螺纹也反方向设置，与双头螺母6b的螺纹相适应。
所述固定连接部件为直径大于拉杆孔的球形端头、挂钩或者与拉杆本体6a螺纹连接的限位螺母。
所述的金属支架短梁8长度为0.2m~0.4m。
所述锚索2可以用锚杆代替。
一种锚索与金属支架联合互补支护方法，具体步骤为：1）在相邻金属支架7薄弱截面部位的中间区域打锚索钻孔；2）将锚索2安装在锚索钻孔内，在锚索2的外端顺序安装锚索2、托盘3、锚索转荷梁4和锚具5，并施加预紧力100KN~150KN；3）用双头螺母6b连接拉杆本体6a组成斜拉杆6，用斜拉杆6连接金属支架转荷梁9和锚索转荷梁4；4）在金属网10壁后填充充填物12并压紧实后，给双头螺母6b施加预紧力50KN~80KN，完成锚索2与金属支架7的联合互补支护。
实施例一
如图1、2所示，在掘进巷道过程中使用本发明进行联合互补支护，使用主要工序为：掘进巷道、挂金属网10（安装锚索2部位先不挂网或留出安装锚索托盘3的空间即可）、架U型钢金属支架7，在相邻的金属支架7薄弱截面的中间区域打锚索钻孔，安装锚索2、托盘3、锚索转荷梁4、锚具5，并给锚索施加预紧力100KN~120KN,将拉杆本体6a分别安装在锚索转荷梁4和金属支架转荷梁9上的拉杆孔中，之后在安装锚索2位置补加金属网10，再用双头螺母6b与拉杆本体6a连接，实现金属支架转荷梁9与金属支架短梁8以及金属支架7相连，给双头螺母施加一定的预紧力、保持抗拉组件不松脱即可。在进行金属网10的壁后背帮充填紧实后，给双头螺母6b施加预紧力50KN~80KN，给双头螺母6b施加预紧力是连续几个统一施加，统一调整达到相近的预紧力。此时给双头螺母6b施加预紧力的原因是，金属支架7支护初期其与围岩1和壁后充填物12接触不紧实，如果提前给金属支架7施加预紧力会导致金属支架7有向围岩内侧屈服的趋势。
实施例二
如图3所示，在金属网10已经壁后背帮充填紧实的巷道中使用本发明的装置。其实施方法与实施例一基本相同，由于其应用巷道不同，安装工序有所变化，具体工序为：由于金属网10和围岩1之间已经填充了充填物12，在相邻金属支架7的薄弱截面部位的中间打钻孔，该钻孔由金属网10外部向围岩1内深入，安装锚索2、托盘3、锚索转荷梁4、锚具5，并给锚索施加预紧力100KN~120KN；用双头螺母6b连接拉杆本体6a，实现锚索2与金属支架转荷梁9、金属支架短梁8以及金属支架7的连接，之后给双头螺母6b施加预紧力50KN~80KN。
实施例三
如附图4所示，在已经架棚完毕、围岩表面喷浆完毕的巷道中使用本发明的装置。其实施方法与实施例一基本相同，由于其应用巷道不同，安装工序有所变化，具体工序为：由于金属网10和围岩1之间已经填充了充填物12，且金属网10的外部已经设置了喷浆层11，在相邻金属支架7的薄弱截面部位的中间打钻孔，该钻孔由喷浆层11外部向围岩1内深入，安装锚索2、托盘3、锚索转荷梁4、锚具5，并给锚索施加预紧力100KN~120KN；用双头螺母6b连接拉杆本体6a，实现锚索2与金属支架转荷梁9、金属支架短梁8以及金属支架7的连接，之后给双头螺母6b施加预紧力50KN~80KN。
根据巷道内的实际情况，还可以在需要修复的巷道中使用本发明的装置。围岩1扩刷后采用具体实施方式1、2、3中的任何一种方式均可实现使用本发明的装置。
Claims (13)
1.一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，包括对设于围岩外部的金属网起到支承作用的U形金属支架，U形金属支架的开口扣合在金属网上；所述U形金属支架的外部顺次设有U形金属支架短梁以及金属支架转荷梁，两相邻的金属支架之间设有锚索，锚索的一端位于围岩内，另一端位于围岩外部且顺次安装有托盘、锚索转荷梁和锚具，所述金属支架转荷梁与锚索转荷梁之间连接有斜拉杆，在金属网的安装面形成连续的V形锚固系统；所述锚索的外端位于金属网内，所述托盘安装于围岩上。
2.根据权利要求1所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述金属网与围岩之间设有充填物，锚索的外端延伸至金属网的外部，所述托盘安装在金属网上。
3.根据权利要求1所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述金属网的外部设有喷浆层，所述托盘安装在喷浆层上。
4.根据权利要求1所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述锚索转荷梁为长方形结构，其中间设有锚索安装孔，两侧对称设有拉杆孔Ⅰ。
5.根据权利要求4所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述锚索安装孔为直通孔。
6.根据权利要求4所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述拉杆孔Ⅰ的底端向外倾斜至锚索转荷梁的边缘，形成斜通孔。
7.根据权利要求6所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述金属支架转荷梁的截面为中间设有凹槽的台阶状，凹槽与金属支架短梁的底面吻合嵌装，两侧边设有拉杆孔Ⅱ。
8.根据权利要求7所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述拉杆孔Ⅱ顶端向外倾斜至金属支架转荷梁的边缘，形成斜通孔。
9.根据权利要求8所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述斜拉杆由双头螺母和两段分别与双头螺母两端螺纹连接的拉杆组成，拉杆的端部设有能够使其与拉杆孔稳固连接的固定连接部件；所述双头螺母两端的内螺纹反方向设置，连接于同一螺母上的两段拉杆的外螺纹也反方向设置，与双头螺母的螺纹相适应。
10.根据权利要求9所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述固定连接部件为直径大于拉杆孔的球形端头、挂钩或者与拉杆螺纹连接的限位螺母。
11.根据权利要求1所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述的金属支架短梁长度为0.2m~0.4m。
12.根据权利要求1所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置，其特征在于，所述锚索可以用锚杆代替。
13.利用权利要求1~12中任意一项权利要求所述的一种锚索与金属支架联合互补支护装置的支护方法，其特征在于，具体步骤为：1）在相邻金属支架薄弱截面部位的中间区域打锚索钻孔，2）顺序安装锚索、托盘、锚索转荷梁、锚具并施加预紧力100KN~150KN；3）用双头螺母连接拉杆组成斜拉杆，用斜拉杆连接金属支架转荷梁10和锚索转荷梁；4）在金属支架壁后充填紧实后，给双头螺母施加预紧力50KN~80KN，完成锚索与金属支架的联合互补支护。
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| PB01 | Publication | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
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Inventor after: Chen Dongdong Inventor before: Chen Dongdong Inventor before: Chen Jiaxuan Inventor before: Zou Jun |
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Effective date of registration: 20170606 Address after: 100083 Beijing City, Haidian District Institute of Rutosids No. 11 Applicant after: China University of Mining & Technology, Beijing Address before: 234099 No. 157 Xichang Road, Anhui, Anhui Province, Suzhou coal power group Applicant before: Chen Dongdong |
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Granted publication date: 20170630 Termination date: 20171103 |