CN106089271A - 一种巷道充填式复合支护及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械制造技术领域，提供一种煤矿井下巷道高强充填式复合支护及该支护的构建方法。该支护包括外层锚网索喷支护(17)、中层充填支护(18)、里层套棚支护(19)。先构建外层锚网索喷支护(17)再构建套棚支护(19)最后充填乳状填料(16)形成充填式复合支护。提供的锚网索喷支护围岩形成适量变形，以此来卸掉部分压力，减少后期U型棚的压力。以充填支护层与支护体形成整体结构，通过充填支护压力释放，围岩压力比较均匀的施加在巷道支护体上，避免了巷道支护受力不均致使支护体变形破坏，充分强化承压环的承载能力。
Description
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，涉及一种煤矿井下巷道高强充填式复合支护及其构建方法。
背景技术
深井软岩巷道支护是我国煤矿生产中的一大技术难题。随着采掘活动区域的不断加深，近年来专家学者对深井支护问题越来越关注，提出了诸如高强预应力锚杆、锚索、围岩注浆加固、型钢支架及桁架等多种支护技术，并取得了一定的支护效果。但是随着开采深度的不断加大到千米后，地压大幅度增加，常规的支护技术已不能满足解决极软岩层巷道和千米深井巷道的支护难题，难以有效控制巷道围岩稳定性。
煤层埋藏深，井下巷道处于高地应力、高地温环境下，加上巨厚表土层及薄基岩等诸多复杂地质因素的影响，致使围岩呈现出明显的软岩特性，巷道围岩变形、破坏已成为影响矿井安全生产的关键因素之一。发明人经过了一系列的试验、改革及创新，先后试验了一次锚网索喷联合36U型钢支架、深浅孔注浆加固、密集锚索等多种支护方式，也取得了一定的成果。但随着井下巷道的不断延伸和增多，巷道间的扰动影响也在逐渐扩大，形成应力叠加，从而造成巷道的进一步变形，“前掘后修”、“边掘边修”、“多次返修”等问题加剧，严重制约和影响矿井的安全生产。据统计，井下90％巷道至少经过一次修护，部分巷道经过多次修护。因此，研究更合理、更大支护能力的巷道支护技术就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是解决目前井下巷道支护需要多次修护，难以应对软岩性质的围岩，提供一种更加安全、合理、支护能力强的巷道支护。
本发明的目的通过以下技术方案实现
1.本发明提供一种巷道充填式复合支护，该支护包括外层锚网索喷支护17、中层充填支护18、里层套棚支护19；其中，外层锚网索喷支护17由锚网2-1和C20砼7组成，C20砼7分散于锚网2-1内部与锚网2-1形成锚网索喷支护17的骨架，锚网2-1通过锚杆1连接于巷道内部，锚杆托盘3压住锚网2-1连接锚杆1；中层充填支护18连接外层锚网索喷支护17和里层套棚支护19；里层套棚支护19从与中层充填支护18接触面开始依次为塑料布15、锚网2-2、套棚20；充填支护18是乳状填料16形成的支护层。
2.上述1提供的巷道充填式复合支护，其中，锚网2-1与巷道之间连接通过顶部锚索4加固；顶部锚索4深入中层充填支护18，与锚网2-1之间连接锚索托板5相连接；套棚20为五节棚，从顶层开始依次为1个顶梁8、左右2个侧梁9、左右2个棚腿12，其中，顶梁8与侧梁9之间、侧梁9与棚腿12之间通过卡缆10和螺栓11固定；锚网2-1与巷道腰部以下通过帮部锚索6加固；帮部锚索6深入中层充填支护18，与锚网2-1之间连接通过锚索托板5相连接；拉条13连接相邻3组套棚20，并通过U型卡14固定拉条13与套棚20的连接部位。
3.上述2提供的巷道充填式复合支护，其中，卡缆10为两块卡缆组合，连接顶梁8与侧梁9、侧梁9与棚腿12，并通过螺栓11固定；连接部位有3组卡缆10组合，卡缆间距为200-250mm；棚套20与棚套20之间距离为600-650mm；拉条13连接相邻三组棚套20，拉条13长度为1580-1600mm；顶梁8与侧梁9之间、侧梁9与棚腿12之间连接部分长度为700-750mm；锚杆1规格为Φ22mm×2.5m，间排距800×800mm；顶部锚索4规格为Φ21.8mm×6.2m，间排距1200×1600mm；帮部锚索6规格为Φ21.8mm×4.1m，间排距1200×1600mm；锚索托板5为2块叠加放置，直径大小不同，大直径托板5位于外层锚网索喷支护17一侧，小直径托板5位于中层充填支护18一侧，两块托板5规格分别为300×300×14mm和150×150×14mm。
4.本发明还提供一种巷道充填式复合支护的构建方法，该方法包括如下步骤：
(1)锚网索喷支护构建
按设计尺寸对巷道进行掘进或刷扩，按先顶后帮的顺序施工锚杆1，打眼，放入锚固剂，同时放入锚杆1，搅拌，铺上锚网2-1；加碟形锚杆托盘3压住锚网2-1，锚固；然后施工顶部锚索4，打眼，放入锚固剂，同时放入锚索4，搅拌；在锚网2-1外加锚索托板5，锚索托板5为两块叠加放置，直径大小不同，大直径托板5位于外层锚网索喷支护17一侧，小直径托板5位于中层充填支护18一侧；施工帮部锚索6；喷射C20砼7，C20砼7分散于锚网2-1内部与锚网2-1形成锚网索喷支护17的骨架；
(2)套棚支护构建
与外层锚网索喷支护17间隔250-350mm空间进行套棚支护19的构建，套棚20采用36U型钢加工而成的五节棚；先架设顶梁8，在顶梁8下面架设侧梁9，在搭接处用侧梁9托起8；在侧梁9下面架设棚腿12；顶梁8与侧梁9、侧梁9与棚腿12之间采用两块卡缆10配合螺栓11固定；套棚20与套棚20之间采用拉条13配合U型卡14固定；
(3)充填支护构建
先在顶梁8、侧梁9、棚腿12外缘铺设锚网2-2；再在锚网2-2外侧铺塑料布15，施工时塑料布15卷成卷从棚顶向两边铺开；铺隔断管21，隔断管21与套棚20截面平行，每架设30组套棚20放一隔断管21；施工时先将隔断管充满，然后再对此30组套棚20进行充填；直至整个中层充填空间填满，获得中层充填支护(18)，巷道充填式支护构建完成。
5.上述4提供的巷道充填式复合支护的构建方法，其中，顶梁8与侧梁9之间，侧梁9与棚腿12之间搭接长度为700-750mm，每处搭接均设三道卡缆10，每道卡缆10间距为250mm。
6.上述4提供的巷道充填式复合支护的构建方法，其中，套棚20间距650mm，设七道拉条，顶梁8正中、侧梁9正中各一道、棚腿12上两道，棚腿12上的两道拉条高度分别位于巷道腰线之上700mm、腰线之下300mm的位置。
7.上述4提供的巷道充填式复合支护的构建方法，其中，塑料布15需阻燃、抗静电、渗水、抗压，塑料布15之间搭接不小于500mm。
8.上述4提供的巷道充填式复合支护的构建方法，其中，乳状充填料来自于物料输送系统，采用压风将粉装充填干料由地面、经管路输送到各井下中转站，随后输送至工作面站，利用末端移动式工作面设备将充填干料加水搅拌形成乳状充填料，然后通过泵送到施工迎头进行棚后充填。
9.上述8提供的巷道充填式复合支护的构建方法，其中，乳状充填料粒径≤4mm。
锚固剂为本领域任意一种，成分为高强度锚固剂专用不饱和聚酯树脂与大理石粉，促进剂和辅料，按一定比例配制而成的胶泥状粘接材料。构造时将锚固剂放入钻孔，然后通过锚杆的旋转将锚固剂外面的塑料薄膜搅破，致使锚固剂流出，充填钻孔与锚杆之间的间隙，然后迅速凝固把锚杆与钻孔粘在一块，从而将锚杆与钻孔周围岩体连接成一个整体。乳状充填材料主要由水泥、粉煤灰、石英砂、助剂与水混合而成乳状物，本领域普通技术人员根据具体操作环境可以任意选择配比调换，没有具体要求。
有益效果：
本发明通过锚网索喷支护围岩形成适量变形，以此来卸掉部分压力，减少后期U型棚的压力。以充填乳料形成的充填支护层与支护体形成整体结构，通过充填支护压力释放，围岩压力比较均匀的施加在巷道支护体上，避免了巷道支护受力不均致使支护体变形破坏，充分强化承压环的承载能力。同时充分发挥深部围岩的自承能力，达到持续控制巷道围岩稳定性的目的，有效杜绝“前掘后修”、“边掘边修”、“多次返修”等现象发生，减少了巷道的维修成本。
根据观测数据分析，各测点变化速度有一个从小到大、再逐渐趋于稳定的过程，其中顶板下沉量、两帮移近量及底鼓量最大为16mm、80mm和166mm。观测数据表明，巷道处于稳定状态，即这种充填式高强复合支护效果完全达到预期目标。本发明适用巷道变形较快、岩性较差、需多次修护的岩石巷道。尤其是深井软岩巷道
附图说明
图1是充填式复合支护图；
其中，A图为充填式复合支护断面图；1：锚杆；6：帮部锚索；；8：顶梁；9：侧梁；10：卡缆；11：螺栓；12：棚腿；17：锚网索喷支护；18：充填支护；19：套棚支护；A表示支护界面局部放大部位；21：隔断管
B图为A图中A部局部放大图；2-1：锚网；2-2：锚网；3：锚杆托盘；4：顶部锚索；5：锚索托板；7：C20砼；13：拉条；14：U型卡；15：塑料布；16：乳状填料；21：隔断管
图2是充填式复合支护棚梁搭接图；8：顶梁；9：侧梁；10：卡缆；11：螺栓；13：拉条；14：U型卡
图3是充填式复合支护棚梁位置图；8：顶梁；9：侧梁；12：棚腿；20：套棚
图4是充填式复合支护锚杆和锚索布置展开图；1：锚杆；3：锚杆托盘；4：锚索；5：锚索托板；6：帮扶锚索
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域的公知手段。
实施例1
(1)锚网索喷支护构建
按设计尺寸对巷道进行掘进或刷扩，按先顶后帮的顺序施工锚杆1，打眼，放入锚固剂，同时放入锚杆1，搅拌，铺上锚网2-1；加碟形锚杆托盘3压住锚网2-1，锚固；然后施工顶部锚索4，打眼，放入锚固剂，同时放入锚索4，搅拌；在锚网2-1外加锚索托板5，锚索托板5为两块叠加放置，直径大小不同，大直径托板5位于外层锚网索喷支护17一侧，小直径托板5位于中层充填支护18一侧；施工帮部锚索6；喷射C20砼7，C20砼7分散于锚网2-1内部与锚网2-1形成锚网索喷支护17的骨架；
(2)套棚支护构建
与外层锚网索喷支护17间隔250-350mm空间进行套棚支护19的构建，套棚20采用36U型钢加工而成的五节棚；先架设顶梁8，在顶梁8下面架设侧梁9，在搭接处用侧梁9托起顶梁8；在侧梁9下面架设棚腿12；顶梁8与侧梁9、侧梁9与棚腿12之间采用两块卡缆10配合螺栓11固定；套棚20与套棚20之间采用拉条13配合U型卡14固定；顶梁8与侧梁9之间，侧梁9与棚腿12之间搭接长度为700-750mm，每处搭接均设三道卡缆10，每道卡缆10间距为250mm。套棚20间距650mm，设七道拉条，顶梁8正中、侧梁9正中各一道、棚腿12上两道，棚腿12上的两道拉条高度分别位于巷道腰线之上700mm、腰线之下300mm的位置。
(3)充填支护构建
先在顶梁8、侧梁9、棚腿12外缘铺设锚网2-2；再在锚网2-2外侧铺塑料布15，施工时卷成卷从棚顶向两边铺开，塑料布15需阻燃、抗静电、渗水、抗压，塑料布15之间搭接不小于500mm；铺隔断管(21)，每架设30组套棚20放一隔断管；施工时先将隔断管充满，然后再对此30组套棚20进行充填；直至整个中层充填空间填满，获得中层充填支护(18)，巷道充填式支护构建完成。乳状充填料(粒径≤4mm)来自于物料输送系统，采用压风将粉装充填干料由地面、经管路输送到各井下中转站，随后输送至工作面站，利用末端移动式工作面设备将充填干料加水搅拌形成乳状充填料，然后通过泵送到施工迎头进行棚后充填。
实施例2
如图所示，该支护包括外层锚网索喷支护17、中层充填支护18、里层套棚支护19；其中，外层锚网索喷支护17由锚网2和C20砼7组成，C20砼7分散于锚网2-1内部与锚网2-1形成锚网索喷支护1的骨架，锚网2通过锚杆1连接于巷道内部，锚杆托盘3压住锚网2连接锚杆1；同时，锚网2-1与巷道之间通过顶部锚索4加固，锚索4深入中层充填支护18，与锚网2-1之间连接通过锚索托板5相连接；锚网2-1与巷道腰部以下通过帮扶锚索6加固；锚索6深入中层充填支护18，与锚网2-1之间连接通过锚索托板5相连接。锚杆1规格为Φ22mm×2.5m，间排距800×800mm，锚固力不小于120kN；锚杆托盘3规格为100×100×12mm；锚网2-1采用Φ6mm钢筋焊制，网片规格1×2m，网孔规格100×100mm，循环内搭接长度不小于100mm；顶部锚索4规格为Φ21.8mm×6.2m，间排距1200×1600mm，预紧力不小于160kN；帮部锚索6规格为Φ21.8mm×4.1m，间排距1200×1600mm。锚索托板5大小2块叠加，大在上，小在下，规格分别为300×300×14mm和150×150×14mm。每根锚杆1、顶部锚索4和帮部锚索6使用1卷MSK2850型和3卷MSM2850型锚固剂，喷射混凝土厚度50mm，强度等级C20。
中层充填支护18连接外层锚网索喷支护17和里层套棚支护19。
里层套棚支护19从与中层充填支护18接触面开始依次为塑料布15、锚网2-2、套棚20，套棚20为五节棚，从顶层开始依次为1个顶梁8、左右2个侧梁9、左右2个棚腿12，以五节棚为一组套棚20，以每组套棚20的中轴计算，每组套棚20之间的间距为650mm；其中，顶梁8与侧梁9之间、侧梁9与棚腿12之间通过卡缆10和螺栓11固定；顶梁8与侧梁9之间、侧梁9与棚腿12之间连接部分长度为700mm，允许偏差0～-30mm，梁、腿搭接端头外露10～20mm；两块卡缆10为一个组合，连接顶梁8与侧梁9、侧梁9与棚腿12，并通过螺栓11固定；连接部位有3组卡缆10，卡缆间距为200-250mm，允许偏差±20mm；螺栓11为Φ30×160mm，螺栓扭距为300N·m，允许偏差≤5％；每3组套棚20由拉条13连接，并通过U型卡14固定拉条13与套棚20的连接部位；拉条13长度为1580mm，由10#槽钢加工，设置为顶梁8正中，侧梁9正中，棚腿腰线上700mm，腰线下300m。拉条U卡采用Φ16mm圆钢加工。锚网2-2采用Φ6×1000×2000mm锚网，网格规格60×100mm，每块锚网2-2连接处每隔300mm用双股12#铁丝绑扎。塑料布15宽1.7m，长15m，且阻燃、抗静电、渗水、抗压，搭接不小于500mm。
在充填施工的近1000m掘进巷道和400m修护巷道中，共安设矿压观测点32个，其观测时间为171-345天。根据观测数据分析，各测点变化速度有一个从小到大、再逐渐趋于稳定的过程，其中顶板下沉量、两帮移近量及底鼓量最大为16mm、80mm和166mm。观测数据表明，巷道处于稳定状态，即这种充填式高强复合支护效果完全达到预期目标。
可以知道，上述实施例仅为了说明发明原理而采用的示例性实施方式，然而本发明不仅限于此，本领域技术人员在不脱离本发明实质情况下，可以做出各种改进和变更，这些改进和变更也属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种巷道充填式复合支护，其特征在于：该支护包括外层锚网索喷支护(17)、中层充填支护(18)、里层套棚支护(19)；其中，外层锚网索喷支护(17)由锚网(2-1)和C20砼(7)组成，C20砼(7)分散于锚网(2-1)内部与锚网(2-1)形成锚网索喷支护(17)的骨架，锚网(2-1)通过锚杆(1)连接于巷道内部，锚杆托盘(3)压住锚网(2-1)连接锚杆(1)；中层充填支护(18)连接外层锚网索喷支护(17)和里层套棚支护(19)；里层套棚支护(19)从与中层充填支护(18)接触面开始依次为塑料布(15)、锚网(2-2)、套棚(20)；充填支护(18)是乳状填料(16)形成的支护层。
2.权利要求1所述的巷道充填式复合支护，其特征在于：锚网(2-1)与巷道之间连接通过顶部锚索(4)加固；顶部锚索(4)深入中层充填支护(18)，与锚网(2-1)之间连接锚索托板(5)相连接；套棚(20)为五节棚，从顶层开始依次为1个顶梁(8)、左右2个侧梁(9)、左右2个棚腿(12)，其中，顶梁(8)与侧梁(9)之间、侧梁(9)与棚腿(12)之间通过卡缆(10)和螺栓(11)固定；锚网(2-1)与巷道腰部以下通过帮部锚索(6)加固；帮部锚索(6)深入中层充填支护(18)，与锚网(2-1)之间连接通过锚索托板(5)相连接；拉条(13)连接相邻3组套棚(20)，并通过U型卡(14)固定拉条(13)与套棚(20)的连接部位。
3.权利要求2所述的巷道充填式复合支护，其特征在于：卡缆(10)为两块卡缆组合，连接顶梁(8)与侧梁(9)、侧梁(9)与棚腿(12)，并通过螺栓(11)固定；连接部位有3组卡缆(10)组合，卡缆间距为200-250mm；棚套(20)与棚套(20)之间距离为600-650mm；拉条(13)连接相邻三组棚套(20)，拉条(13)长度为1580-1600mm；顶梁(8)与侧梁(9)之间、侧梁(9)与棚腿(12)之间连接部分长度为700-750mm；锚杆(1)规格为Φ22mm×2.5m，间排距800×800mm；顶部锚索(4)规格为Φ21.8mm×6.2m，间排距1200×1600mm；帮部锚索(6)规格为Φ21.8mm×4.1m，间排距1200×1600mm；锚索托板(5)为2块叠加放置，直径大小不同，大直径托板(5)位于外层锚网索喷支护(17)一侧，小直径托板(5)位于中层充填支护(18)一侧，两块托板(5)规格分别为300×300×14mm和150×150×14mm。
4.一种巷道充填式复合支护的构建方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)锚网索喷支护构建
按设计尺寸对巷道进行掘进或刷扩，按先顶后帮的顺序施工锚杆(1)，打眼，放入锚固剂，同时放入锚杆(1)，搅拌，铺上锚网(2-1)；加碟形锚杆托盘(3)压住锚网(2-1)，锚固；然后施工顶部锚索(4)，打眼，放入锚固剂，同时放入帮部锚索(4)，搅拌；在锚网(2-1)外加锚索托板(5)，锚索托板(5)为两块叠加放置，直径大小不同，大直径托板(5)位于外层锚网索喷支护(17)一侧，小直径托板(5)位于中层充填支护(18)一侧；施工帮部锚索(6)；喷射C20砼(7)，C20砼(7)分散于锚网(2-1)内部与锚网(2-1)形成锚网索喷支护(17)的骨架；
(2)套棚支护构建
与外层锚网索喷支护(17)间隔250-350mm空间进行套棚支护(19)的构建，套棚(20)采用36U型钢加工而成的五节棚；先架设顶梁(8)，在顶梁(8)下面架设侧梁(9)，在搭接处用侧梁(9)托起(8)；在侧梁(9)下面架设棚腿(12)；顶梁(8)与侧梁(9)、侧梁(9)与棚腿(12)之间采用两块卡缆(10)配合螺栓(11)固定；套棚(20)与套棚(20)之间采用拉条(13)配合U型卡(14)固定；
(3)充填支护构建
先在顶梁(8)、侧梁(9)、棚腿(12)外缘铺设锚网(2-2)；再在锚网(2-2)外侧铺塑料布(15)，施工时塑料布(15)卷成卷从棚顶向两边铺开；铺隔断管(21)，隔断管(21)与套棚(20)截面平行，每架设30组套棚(20)放一隔断管；施工时先将隔断管充满乳状填料(16)，然后再对此30组套棚(20)进行充填，直至整个中层充填空间填满，获得中层充填支护(18)，巷道充填式支护构建完成。
5.权利要求4所述的巷道充填式复合支护的构建方法，其特征在于：顶梁(8)与侧梁(9)之间，侧梁(9)与棚腿(12)之间搭接长度为700-750mm，每处搭接均设三道卡缆(10)，每道卡缆(10)间距为250mm。
6.权利要求4所述的巷道充填式复合支护的构建方法，其特征在于：套棚(20)间距650mm，设七道拉条，顶梁(8)正中、侧梁(9)正中各一道、棚腿(12)上两道，棚腿(12)上的两道拉条高度分别位于巷道腰线之上700mm、腰线之下300mm的位置。
7.权利4所述的巷道充填式复合支护的构建方法，其特征在于：，塑料布(15)需阻燃、抗静电、渗水、抗压，塑料布(15)之间搭接不小于500mm。
8.权利要求4所述的巷道充填式复合支护的构建方法，其特征在于：乳状充填料(16)来自于物料输送系统，采用压风将粉装充填干料由地面、经管路输送到各井下中转站，随后输送至工作面站，利用末端移动式工作面设备将充填干料加水搅拌形成乳状充填料(16)，然后通过泵送到施工迎头进行棚后充填。
9.权利要求8所述的巷道充填式复合支护的构建方法，其特征在于：乳状充填料(16)粒径≤4mm。
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