CN105257322A - 一种巷道框架式超前支护结构和方法 - Google Patents

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史先锋
姜福兴
朱斯陶
杨光宇
耿超
李东
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Abstract

本发明提供一种巷道框架式超前支护结构和方法,属于矿山井下安全支护技术领域。该方法主要利用单体液压支柱、π形钢梁、半圆形管箍、钢(铁)管、钢板(片)、螺栓连接组合而成横向支撑结构和纵向连接结构进行超前支护,将常规分散支护结构进行横向、纵向连接形成整体超前支护结构,极大增强稳定性,克服了传统超前支护结构仅在垂直方向具有有效支护强度,对于水平横向和纵向方向变形抵抗能力较弱的缺点,在冲击地压灾害发生时,可以有效的形成安全空间,为作业人员安全提供强有力的保障。

Description

一种巷道框架式超前支护结构和方法
技术领域
本发明涉及矿山井下安全支护技术领域,特别是指一种巷道框架式超前支护结构和方法。
背景技术
冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的灾害之一,发生前一般没有宏观预兆,而是以突然、急剧、猛烈的形式将煤岩体抛出,造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员,导致施工人员被砸伤、摔伤、挤伤,甚至由于巷道堵塞窒息死亡。目前,随着我国煤矿开采深度的不断增加,冲击地压灾害呈现越来越严重的发展态势,给煤矿安全生产和广大煤矿职工的生命安全造成了极大的威胁。巷道支护是为保证巷道开挖后的围岩稳定及施工安全,而采取的支持、加强或被覆围岩的构件或其他措施。超前支护是在开采扰动影响范围巷道内采取的超前于工作面开采的辅助支护措施的一种。由于回采过程中冲击地压破坏巷道多在超前工作面0~120m范围,此区域是人员作业和设备放置集中区域,所以超前支护稳定性对冲击地压灾害中维护巷道稳定和保证作业人员安全具有重大意义。目前,我国大部分矿井超前支护采用单体液压支柱配合π形钢梁进行支护,常规支护在垂直方向上具有较强抵抗载荷,限制变形的能力,但在冲击地压灾害发生或强烈矿压显现,围岩发生水平横向或水平纵向快速变形时,支护结构稳定性存在以下缺点:
(1)在横向上,两帮煤体快速变形,极易导致单体液压支柱折断或向支护空间内倾倒,从而造成支护失效,巷道闭合,对超前支护空间内人员造成伤害。
(2)在纵向上,当顶板或底煤快速变形时,由于单体液压支柱是孤立的支护个体,极易发生沿纵向大面积倾倒,从而完全失去支护作用,造成巷道闭合,对超前巷道内人员和设备造成严重损害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种巷道框架式超前支护结构和方法,已解决目前支护结构稳定性差等问题。
适用于该巷道框架式超前支护方法的结构,包括单体液压支柱、半圆形管箍、钢管、钢板、螺栓和π形钢梁,钢管两端焊接半圆形管箍,钢板两端焊接半圆形管箍,钢管通过半圆形管箍和螺栓固定在单体液压支柱上构成横向支撑结构,钢板通过半圆形管箍和螺栓固定在单体液压支柱上构成纵向连接结构,π形钢梁由单体液压支柱支撑;
该支护方法具体为:
一、根据工作面回采过程中“固定”工作面微震事件分析和超前工作面煤体应力分布监测数据分析,确定受冲击地压灾害影响的巷道的影响距离、支护密度、横向支护间距、纵向支护间距;
二、根据所述步骤一获得的支护密度、横向支护间距,将π形钢梁沿巷道横向布置,使用单体液压支柱将π形钢梁固定在巷道顶板岩石或煤体上;
三、根据所述步骤一获得的影响距离、纵向支护间距,在巷道纵向上根据受冲击地压灾害的影响距离安装至少一组π形钢梁和单体液压支柱,保证单体液压支柱、π形钢梁和顶底板煤岩充分接触;
四、沿巷道横向方向将相邻单体液压支柱连接,具体为:将两端焊接有半圆形管箍的钢管放置在两棵单体液压支柱中间,两端采用螺栓和半圆形管箍固定在单体液压支柱上形成横向支撑结构;
五、沿巷道纵向方向将相邻单体液压支柱连接,具体为:将两端焊接有半圆形管箍的钢板放置在两棵单体液压支柱中间,两端采用螺栓和半圆形管箍固定在单体液压支柱上形成纵向连接结构。
通过将分散的支护结构使用横向支撑杆和纵向连接杆进行连接,使超前支护结构形成整体,增强其稳定性。钢管两端管箍空间对称,通过螺栓将另一半圆形管箍锁定在已焊接的管箍结构上;钢板两端管箍空间对称,通过螺栓将另一半圆形管箍锁定在已焊接的管箍结构上。
单体液压支柱由活柱和柱体构成。
横向支撑和纵向连接结构尺寸确定方法包括以下步骤:
a、根据计算得到合理支护密度n,其中Pt为合理支护强度KN/m2,Rt为支柱实际支撑能力KN;
b、根据和巷道实际横向宽度L,综合考虑行人空间、设备安装空间等因素确定单体液压支柱横向间距L和纵向间距L,L的具体数据要根据巷道实际宽度综合行人空间、设备安装所需空间确定,比如巷道实际宽度5m,可能横向布置4棵单体;实际宽度3.5m,可能横向布置3棵单体;
c、根据横向间距L确定所需加工钢管长度L=L-2*r,其中r为单体液压支柱活柱部分半径;
d、根据纵向间距L确定所需加工钢板长度L=L-2*r,其中r为单体液压支柱柱体部分半径。
其中,钢管可以是铁管,钢板可以是钢片。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
本发明受冲击地压灾害影响巷道的框架式超前支护结构和方法相比常规单体液压支柱配合钢梁支护技术具有以下显著优点:
(1)横向支撑杆可以提高超前支护结构抵抗横向变形能力,在强烈矿压显现造成两帮大量变形时,单体不易折断或者支护失效。纵向连接杆将相邻单体单体液压支柱连接,提高超前支护结构抗倾倒能力。
(2)框架式超前支护结构相比常规超前支护,通过横向支撑杆和纵向连接杆将分散的支护结构相互连接,形成整体结构,增强超前支护的整体稳定性,在冲击地压灾害发生时,可以有效的形成安全空间,为作业人员安全提供强有力的保障。
附图说明
图1为本发明的巷道框架式超前支护结构的结构示意图;
图2为本发明的巷道框架式超前支护结构的横向剖面示意图;
图3为本发明的巷道框架式超前支护结构的纵向剖面示意图;
图4为图3中A-A剖面示意图;
图5为图3中B-B剖面示意图;
图6为本发明的巷道框架式超前支护结构的横向支撑结构示意图;
图7为本发明的巷道框架式超前支护结构的纵向连接结构示意图。
其中:1-单体液压支柱;2-半圆形管箍;3-钢管;4-钢板;5-螺栓;6-π形钢梁。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的支护结构稳定性差等问题,提供一种巷道框架式超前支护结构和方法。
如图1所示,该支护结构包括单体液压支柱1、半圆形管箍2、钢管3、钢板4、螺栓5和π形钢梁6,钢管3两端焊接半圆形管箍2,钢板4两端焊接半圆形管箍2,如图6所示,钢管3通过半圆形管箍2和螺栓5固定在单体液压支柱1上构成横向支撑结构,如图7所示,钢板4通过半圆形管箍2和螺栓5固定在单体液压支柱1上构成纵向连接结构,π形钢梁6由单体液压支柱1支撑。
图2、图3、图4、图5为该支护结构的剖面示意图。该支护方法具体为:
一、根据工作面回采过程中“固定”工作面微震事件分析、超前工作面煤体应力分布监测数据分析,确定受冲击地压灾害影响的巷道的影响距离、支护密度、横向支护间距、纵向支护间距;二、根据所述步骤一获得的支护密度、横向支护间距,将π形钢梁6沿巷道横向布置,使用单体液压支柱1将其固定在巷道顶板岩石或煤体上;三、根据所述步骤一获得的影响距离、纵向间距,在巷道纵向上根据受冲击地压灾害的影响距离安装至少一组π形钢梁6和单体液压支柱1,在此阶段需保证单体液压支柱1、π形钢梁6和顶底板煤岩充分接触;四、沿巷道横向方向将相邻单体液压支柱1连接,将两端焊接有半圆管箍2的钢(铁)管3放置在两棵单体液压支柱1中间,将上述结构两端采用螺栓5和半圆形管箍2固定在单体液压支柱1上形成所述横向支撑结构;五、沿巷道纵向方向将相邻单体液压支柱1连接,将两端焊接有半圆管箍2的钢板(片)4放置在两棵单体液压支柱1中间,将上述结构两端采用螺栓5和半圆形管箍2固定在单体液压支柱1上形成所述纵向连接结构。
通过将分散的支护结构使用横向支撑杆和纵向连接杆进行连接,使超前支护结构形成整体,增强其稳定性。其中,所述横向支撑结构由钢(铁)管3和半圆形管箍2构成,钢(铁)管两端焊接半圆形管箍2,并保证两端管箍空间对称,通过螺栓将另一半圆形管箍2锁定在已焊接的管箍结构上;所述纵向连接结构由钢板(片)3和半圆形管箍2构造,钢板(片)两端焊接半圆形管箍2,并保证两端管箍空间对称,通过螺栓将另一半圆形管箍2锁定在已焊接的管箍结构上。
横向支撑和纵向连接结构尺寸确定方法包括以下步骤:
a、根据计算得到合理支护密度n,其中Pt为合理支护强度KN/m2,Rt为支柱实际支撑能力KN;
b、根据和巷道实际横向宽度L,综合考虑行人空间、设备安装空间等因素确定单体液压支柱1横向间距L和纵向间距L
c、根据横向间距L确定所需加工钢(铁)管3长度L=L-2*r,其中r为单体液压支柱活柱部分半径;
d、根据纵向间距L确定所需加工钢板(片)4长度L=L-2*r,其中r为单体液压支柱柱体部分半径。
本发明的超前支护结构和方法在山东古城煤矿三采区工作面、山东梁宝寺煤全矿工作面推广应用,起到良好效果。
利用本发明的超前支护结构和方法,可以有效提高水平方向支护强度,提高超前支护的整体性,增强抵抗矿震诱发冲击地压或巷道围岩急剧变形的能力,具体数据比较见下表:
项目 常规超前支护方式 本发明超前支护方式
垂直方向支护强度
水平方向横向支护强度
水平方向纵向支护强度
支护结构整体稳定性
本发明支护强度与常规超前支护方式相比水平方向强度增加明显,支护结构整体稳定性提升明显,抗冲击能力增强,安全程度较高。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种巷道框架式超前支护方法,其特征在于:该支护方法涉及一种支护结构,包括单体液压支柱(1)、半圆形管箍(2)、钢管(3)、钢板(4)、螺栓(5)和π形钢梁(6),钢管(3)两端焊接半圆形管箍(2),钢板(4)两端焊接半圆形管箍(2),钢管(3)通过半圆形管箍(2)和螺栓(5)固定在单体液压支柱(1)上构成横向支撑结构,钢板(4)通过半圆形管箍(2)和螺栓(5)固定在单体液压支柱(1)上构成纵向连接结构,π形钢梁(6)由单体液压支柱(1)支撑;
该支护方法具体为:
一、分析确定受冲击地压灾害影响的巷道的影响距离、支护密度、横向支护间距、纵向支护间距;
二、根据所述步骤一获得的支护密度、横向支护间距,将π形钢梁(6)沿巷道横向布置,使用单体液压支柱(1)将π形钢梁(6)固定在巷道顶板岩石或煤体上;
三、根据所述步骤一获得的影响距离、纵向支护间距,在巷道纵向上根据受冲击地压灾害的影响距离安装至少一组π形钢梁(6)和单体液压支柱(1),保证单体液压支柱(1)、π形钢梁(6)和顶底板煤岩充分接触;
四、沿巷道横向方向将相邻单体液压支柱(1)连接,具体为:将两端焊接有半圆形管箍(2)的钢管(3)放置在两棵单体液压支柱(1)中间,两端采用螺栓(5)和半圆形管箍(2)固定在单体液压支柱(1)上形成横向支撑结构;
五、沿巷道纵向方向将相邻单体液压支柱(1)连接,具体为:将两端焊接有半圆形管箍(2)的钢板(4)放置在两棵单体液压支柱(1)中间,两端采用螺栓(5)和半圆形管箍(2)固定在单体液压支柱(1)上形成纵向连接结构。
2.根据权利要求1所述的巷道框架式超前支护方法,其特征在于:所述单体液压支柱(1)包括活柱和柱体两部分。
3.根据权利要求1所述的巷道框架式超前支护方法,其特征在于:所述横向支撑和纵向连接结构尺寸确定方法包括以下步骤:
a、根据计算得到合理支护密度n,其中Pt为合理支护强度KN/m2,Rt为支柱实际支撑能力KN;
b、根据和巷道实际横向宽度L,确定单体液压支柱(1)横向间距L和纵向间距L
c、根据横向间距L确定所需加工钢管(3)长度L=L-2*r,其中r为单体液压支柱(1)活柱部分半径;
d、根据纵向间距L确定所需加工钢板(4)长度L=L-2*r,其中r为单体液压支柱(1)柱体部分半径。
4.根据权利要求1所述的巷道框架式超前支护方法,其特征在于:所述钢管(3)为铁管。
5.根据权利要求1所述的巷道框架式超前支护方法,其特征在于:所述钢板(4)为钢片。
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