CN107060809A - 用于治理巷道底臌的组合结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于治理巷道底臌的组合结构，第一支架包括两槽钢垂直交叉构成的十字槽钢架，十字槽钢架的两槽钢的两端设置有第一拱形槽钢，第一拱形槽钢的两端与十字槽钢架的槽钢两端结合处设置有第一锚杆；第二支架包括工字槽钢架，工字槽钢架的两平行槽钢两端设置有第二拱形槽钢，第二拱形槽钢的两端与工字槽钢架的两平行槽钢两端结合处设置有第二锚杆，第一、第二支架沿着巷道长度方向交替布置，将巷道底板垂直方向的应力向空间中其他方向转移，并且形成一个整体，共同受力；交替布置的第一、第二支架之间没有刚性连接可以保证不会出现整体破坏，且第一、第二支架结构可在井上预制，施工便捷快速，底臌治理效果好。

Description

用于治理巷道底臌的组合结构及施工方法

技术领域

本发明涉及巷道施工技术领域，具体涉及一种用于治理巷道底臌的组合结构及施工方法。

背景技术

随着我国的大多数煤矿进入深部开采，随着巷道的埋深逐年增加和地质条件日趋复杂，稳定性问题逐渐成为了巷道围岩和施工安全控制的主要问题，并带来了十分严峻的挑战。而底臌问题是煤矿巷道围岩稳定性控制的关键问题之一。为了有效抑制底臌问题，现有技术中存在一系列的防治底臌的措施。

常用的防治措施有混凝土反拱地坪、深浅孔注浆、高地应力组合锚索、超挖锚注回填技术以及切槽卸压和加固帮角等一系列技术。底臌问题的出现主要是因为软弱围岩在高地应力的情况下，流变变形过大造成的。上述的混凝土反拱地坪一类的被动支护方案中，强度能够达到支护的要求，但支护与围岩间不能协调变形，使得围岩不能有效的释放应力而发生开裂，且发生破坏时往往呈现大段的破坏；切槽卸压和超挖锚注回填一类的主动支护方案中，虽然从提高围岩的力学性能和将应力向深部转移两个方面解决了支护的问题，但是其成本较刚性支护高且可能会因为外力作用破坏围岩的应力状态而再次遭受破坏。

发明内容

本发明首要的目的是提供一种用于治理巷道底臌的组合结构，能够提供足够的支护强度，并且与围岩变形相协调，减少围岩在受应力作用出现应力集中的情况。

为实现上述目的，本组合结构发明采用的技术方案是：

用于治理巷道底臌的组合结构，包括设置在巷道底部的第一、第二支架，所述第一支架包括两槽钢垂直交叉构成的十字槽钢架，所述十字槽钢架的两槽钢的两端分别交叉设置有开口朝上的第一拱形槽钢，所述第一拱形槽钢的两端与十字槽钢架的槽钢两端结合处分别设置有第一锚杆插置在巷道底部，所述十字槽钢架的两槽钢分别与巷道的长度方向和宽度方向平行；

所述第二支架包括工字槽钢架，所述工字槽钢架的两平行槽钢两端分别设置有开口朝上的第二拱形槽钢，所述第二拱形槽钢的两端与工字槽钢架的两平行槽钢两端结合处分别设置有第二锚杆插置在巷道底部，所述工字槽钢架的两平行槽钢与巷道的长度方向平行；

所述第一、第二支架沿着巷道长度方向交替布置且第一支架的十字槽钢架伸入第二支架的工字槽钢架的两平行槽钢之间的区域。

本发明还存在的附加特征在于：

所述十字槽钢架的两槽钢两端分别设置有第一槽钢，所述第一槽钢的底板面水平且第一锚杆的上端分别固定在底板面上，所述工字槽钢架的两平行槽钢两端分别设置有第二槽钢，所述第二槽钢的底板面水平且第二锚杆的上端分别固定在底板面上。

所述十字槽钢架中与巷道宽度方向平行的槽钢的两端的第一锚杆向外侧倾斜延伸，所述第二锚杆还位于工字槽钢架的两平行槽钢中间位置处布置且该位置处的第二锚杆向外侧倾斜延伸。

所述十字槽钢架中与巷道宽度方向平行的槽钢上的第一锚杆上端设置成螺纹段且伸出十字槽钢架的槽钢上板面，第一锚杆的螺纹连接段套设有第一垫片，所述第一垫片整体呈柱管状且一端切削有斜口面，所述第一垫片的斜口面贴合在槽钢的上板面，所述工字槽钢架的两平行槽钢中间位置的第二锚杆的上端螺纹连接段套设有第二垫片，所述第二垫片整体呈柱管状且一端切削有斜口面，所述第二垫片的斜口面贴合在槽钢的上板面。

所述第一槽钢及第二槽钢的外侧槽壁上分别设置有缓冲橡胶垫。

所述巷道的底部布置有泡沫混凝土垫层，所述第一、第二支架依次固定在泡沫混凝土垫层上。

本发明另外的目的是提供一种用于治理巷道底臌的组合结构的施工方法，能够提高施工效率，减少施工成本。

为实现上述目的，本施工方法采用的技术方案是：

用于治理巷道底臌的组合结构的施工方法，所述的用于治理巷道底臌的组合结构为上述的用于治理巷道底臌的组合结构，该施工方法包括如下步骤：

A、在巷道底板上且沿巷道长度方向等间距清挖底板，使底板的形状呈弧形；

B、在弧形底板之间的分别沿纵深方向开挖两条弧形底槽，沿垂直方向开挖一条横向底槽；

C、在挖掘好的底板和底槽上铺一层10cm-20cm的泡沫混凝土并形成泡沫混凝土垫层，将第一、第二支架将支架依次布置；

D、将第一、第二支架的侧部所在位置整平，形成一块平整的平台，并在平台上预钻设锚杆孔洞；

E、将预制好的第一支架的一根槽钢沿巷道延伸方向放置在底板的上，将第一锚杆穿过另一根与巷道宽度方向平行的槽钢，安装在上述预留锚杆孔洞内并固定；

F、将预制好的第二支架的两平行槽钢的沿巷道延伸方向放置在底槽内，将第二锚杆穿过横第二支架的两平行槽钢中部，安装在上述预留锚杆孔洞内并固定；

G、将所述的缓冲橡胶垫分别紧贴第一、第二支架的第一槽钢及第二槽钢外侧槽壁布置；

H、在整个组合结构全部安装到位后浇筑混凝土，使所有的结构被混凝土所覆盖，同时混凝土超出原来底板位置10-20cm。

本发明还存在的附加特征在于：

所述步骤A中，沿着巷道长度方向下挖深度为80-120cm，底板沿巷道的布置间距为4-8m；

所述步骤B中，弧形底槽和横向底槽宽度为40-60cm，深度分别为80-120cm和30-40cm；

所述步骤C中，挖掘好的底板和底槽上铺一层10-20cm厚的泡沫混凝土；

所述步骤D中，所述在底板中心预留的锚杆孔洞均为垂直于底板，在两侧预留的锚杆孔洞均为向外侧倾斜于底板法线15-30度；

所述步骤D中，所述平台宽度为20-30cm；

所述步骤H中，混凝土超出原来底板位置10-20cm。

与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：

通过交替布置的第一、第二支架的结构，将巷道底板垂直方向的应力向空间中其他方向转移，并且形成一个整体，共同受力；交替布置的第一、第二支架之间没有刚性连接可以保证不会出现整体破坏，且第一、第二支架结构全部可以在井上预制，同时施工便捷快速，底臌治理效果也好，上述的第一、第二支架在实际施工时，在巷道外界预先焊接安装好后，并且整体移至巷道内，这样可以显著减少施工时间，减少施工成本。

附图说明

图1是用于治理巷道底臌的组合结构位于巷道底板布置的结构示意图；

图2是用于治理巷道底臌的组合结构中的第一支架结构示意图；

图3是用于治理巷道底臌的组合结构中的第二支架结构示意图；

图4是图1中的II放大图；

图5是图1中的I放大图。

具体实施方式

结合图1至图5，对本发明作进一步地说明：

用于治理巷道底臌的组合结构，包括设置在巷道底部的第一、第二支架10、20，所述第一支架10包括两槽钢垂直交叉构成的十字槽钢架11，所述十字槽钢架11的两槽钢的两端分别设置有开口朝上的第一拱形槽钢12，所述第一拱形槽钢12的两端与十字槽钢架11的槽钢两端结合处分别设置有第一锚杆(锚索)13插置在巷道底部，所述十字槽钢架11的两槽钢分别与巷道的长度方向和宽度方向平行；

所述第二支架20包括工字槽钢架21，所述工字槽钢架21的两平行槽钢两端分别设置有开口朝上的第二拱形槽钢22，所述第二拱形槽钢22的两端与工字槽钢架21的两平行槽钢两端结合处分别设置有第二锚杆(锚索)23插置在巷道底部，所述工字槽钢架21的两平行槽钢与巷道的长度方向平行；

所述第一、第二支架10、20沿着巷道长度方向交替布置且第一支架10的十字槽钢架11伸入第二支架20的工字槽钢架21的两平行槽钢之间的区域；

结合图1所示，上述的第一支架10的第一拱形槽钢12十字槽钢架11连接的方式中，能够将巷道底板的施加的压力位于巷道的长度方向及宽度方向分解，从而减少巷道底板应力集中的情况，并且上述结构的第二支架20与上述结构的第一支架10分别沿着巷道的长度方向交替布置，并且交替布置的第一、第二支架10、20之间没有刚性连接，可以确保巷道底板不会出现整体破坏，将巷道底板垂直方向的应力向空间中其他方向转移，并且形成一个整体，共同受力，从而能够给巷道底板提供足够的支护强度，减少围岩在受应力作用出现应力集中的情况；

上述的第一、第二支架10、20均为分体式结构，并且各个结构之间相互独立，因此可在巷道外预先将各个之间的零部件焊接好，并且将焊接好的支架整体转移至巷道内部，因此在巷道外施工，效率极高，并且能够显著减少施工成本。

作为本发明的优选方案，结合图2和图3所示，所述十字槽钢架11的两槽钢两端分别设置有第一槽钢14，所述第一槽钢14的底板面水平且第一锚杆(锚索)13的上端分别固定在底板面上，所述工字槽钢架21的两平行槽钢两端分别设置有第二槽钢24，所述第二槽钢24的底板面水平且第二锚杆(锚索)23的上端分别固定在底板面上；

上述的第一、第二锚杆(锚索)13、23分别固定在上述的第一、第二槽钢14、24的槽底板面上，第一、第二锚杆(锚索)13、23的承受的应力全部释放在第一、第二槽钢14、24的槽底平面上，从而可显著较少锚杆施加至第一、第二支架10、20的应力过于集中的情况。

进一步地优选方案，所述十字槽钢架11中与巷道宽度方向平行的槽钢的两端的第一锚杆13向外侧倾斜延伸，所述第二锚杆(锚索)23还位于工字槽钢架21的两平行槽钢中间位置处布置且该位置处的第二锚杆(锚索)23向外侧倾斜延伸；

上述固定在巷道两脚位置处的第一、第二锚杆(锚索)13、23分别向外侧倾斜布置，从而可有效缓解巷道两脚位置处的应力集中情况。

具体地，结合图2和图3所示，以及图4和图5所示，所述十字槽钢架11中与巷道宽度方向平行的槽钢上的第一锚杆(锚索)13上端设置成螺纹段且伸出十字槽钢架11的槽钢上板面，第一锚杆(锚索)13的螺纹连接段套设有第一垫片131，所述第一垫片131整体呈柱管状且一端切削有斜口面，所述第一垫片131的斜口面贴合在槽钢的上板面，所述工字槽钢架21的两平行槽钢中间位置的第二锚杆(锚索)23的上端螺纹连接段套设有第二垫片231，所述第二垫片231整体呈柱管状且一端切削有斜口面，所述第二垫片231的斜口面贴合在槽钢的上板面；

上述的第一、第二垫片131、231的结构形式，使得倾斜布置的第一、第二锚杆(锚索)13、23与槽钢第一、第二槽钢14、24的连接始终呈现面与面的接触，从而进一步消除应力集中的情况；

上述的第一、第二锚杆(锚索)13、23分别穿过第一、第二槽钢14、24的槽底板面上设置的通孔均大于第一、第二锚杆(锚索)13、23的直径，方便第一、第二锚杆(锚索)13、23的穿过操作。

上述的锚杆也可以是锚索，利用锚索与巷道的底部及侧部的地面的锚孔连接，也能达到上述的效果。

为进一步提高组合结构对底板的支撑牢靠度，所述第一槽钢14及第二槽钢24的外侧槽壁上分别设置有缓冲橡胶垫；

上述的缓冲橡胶垫可充分保证地坪的柔性让压能力。

同理，在实际施工时，所述巷道的底部布置有泡沫混凝土垫层，所述第一、第二支架10、20依次固定在泡沫混凝土垫层上；

泡沫混凝土垫层使围岩能够有效释放应力，第一、第二支架10、20使得混凝土的抗压能力得到了充分发挥，并且与围岩变形相协调，减少应力集中造成的整体崩裂；上述的泡沫混凝土垫层使得巷道地平能够承受更大的作用力，减少围岩整体崩裂，该处的泡沫混凝土垫层可以理解为设置在巷道底板的真整体的缓冲吸能垫块，由于现有技术中的缓凝土底板几乎不具备缓冲作用，导致巷道底板在出现应力集中时，很容易出现整体崩裂的现象，而正是本发明的泡沫混凝土垫层可以充分扩散、吸收巷道底板承受的各种的应力集中而产生的能量。

下面简单介绍一下应用上述的用于治理巷道底臌的组合结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：

A、在巷道底板上且沿巷道长度方向等间距清挖底板，使底板的形状呈弧形；

B、在弧形底板之间的分别沿纵深方向开挖两条弧形底槽，沿垂直方向开挖一条横向底槽；

C、在挖掘好的底板和底槽上铺一层10cm-20cm的泡沫混凝土并形成泡沫混凝土垫层，将第一、第二支架10、20将支架依次布置；

D、将第一、第二支架10、20的侧部所在位置整平，形成一块平整的平台，并在平台上预钻设锚杆孔洞；

E、将预制好的第一支架10的一根槽钢沿巷道延伸方向放置在底板的上，将第一锚杆13穿过另一根与巷道宽度方向平行的槽钢，安装在上述预留锚杆孔洞内并固定；

F、将预制好的第二支架20的两平行槽钢的沿巷道延伸方向放置在底槽内，将第二锚杆23穿过横第二支架20的两平行槽钢中部，安装在上述预留锚杆孔洞内并固定；

G、将所述的缓冲橡胶垫分别紧贴第一、第二支架10、20的第一槽钢14及第二槽钢24外侧槽壁布置；

H、在整个组合结构全部安装到位后浇筑混凝土，使所有的结构被混凝土所覆盖，同时混凝土超出原来底板位置10-20cm。

另外，所述步骤A中，沿着巷道长度方向下挖深度为80-120cm，底板沿巷道的布置间距为4-8m；

所述步骤B中，弧形底槽和横向底槽宽度为40-60cm，深度分别为80-120cm和30-40cm；

所述步骤C中，挖掘好的底板和底槽上铺一层10-20cm厚的泡沫混凝土；

所述步骤D中，所述在底板中心预留的锚杆孔洞均为垂直于底板，在两侧预留的锚杆孔洞均为向外侧倾斜于底板法线15-30度；

所述步骤D中，所述平台宽度为20-30cm；

所述步骤H中，混凝土超出原来底板位置10-20cm。

上述的施工方法中，第一、第二支架10、20在进入巷道之前可提前预制好，这样可极大的节省了施工时间，提高施工效率。

总之利用上述的组合结构，不仅整体的施工效率高，而且治理巷道底臌的效果极好，具有极高的推广价值。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.用于治理巷道底臌的组合结构，其特征在于：包括设置在巷道底部的第一、第二支架(10、20)，所述第一支架(10)包括两槽钢垂直交叉构成的十字槽钢架(11)，所述十字槽钢架(11)的两槽钢的两端分别交叉设置有开口朝上的第一拱形槽钢(12)，所述第一拱形槽钢(12)的两端与十字槽钢架(11)的槽钢两端结合处分别设置有第一锚杆(13)插置在巷道底部，所述十字槽钢架(11)的两槽钢分别与巷道的长度方向和宽度方向平行；

所述第二支架(20)包括工字槽钢架(21)，所述工字槽钢架(21)的两平行槽钢两端分别设置有开口朝上的第二拱形槽钢(22)，所述第二拱形槽钢(22)的两端与工字槽钢架(21)的两平行槽钢两端结合处分别设置有第二锚杆(23)插置在巷道底部，所述工字槽钢架(21)的两平行槽钢与巷道的长度方向平行；

所述第一、第二支架(10、20)沿着巷道长度方向交替布置且第一支架(10)的十字槽钢架(11)伸入第二支架(20)的工字槽钢架(21)的两平行槽钢之间的区域。

2.根据权利要求1所述的用于治理巷道底臌的组合结构，其特征在于：所述十字槽钢架(11)的两槽钢两端分别设置有第一槽钢(14)，所述第一槽钢(14)的底板面水平且第一锚杆(13)的上端分别固定在底板面上，所述工字槽钢架(21)的两平行槽钢两端分别设置有第二槽钢(24)，所述第二槽钢(24)的底板面水平且第二锚杆(23)的上端分别固定在底板面上。

3.根据权利要求2所述的用于治理巷道底臌的组合结构，其特征在于：所述十字槽钢架(11)中与巷道宽度方向平行的槽钢的两端的第一锚杆(13)向外侧倾斜延伸，所述第二锚杆(23)还位于工字槽钢架(21)的两平行槽钢中间位置处布置且该位置处的第二锚杆(23)向外侧倾斜延伸。

4.根据权利要求3所述的用于治理巷道底臌的组合结构，其特征在于：所述十字槽钢架(11)中与巷道宽度方向平行的槽钢上的第一锚杆(13)上端设置成螺纹段且伸出十字槽钢架(11)的槽钢上板面，第一锚杆(13)的螺纹连接段套设有第一垫片(131)，所述第一垫片(131)整体呈柱管状且一端切削有斜口面，所述第一垫片(131)的斜口面贴合在槽钢的上板面，所述工字槽钢架(21)的两平行槽钢中间位置的第二锚杆(23)的上端螺纹连接段套设有第二垫片(231)，所述第二垫片(231)整体呈柱管状且一端切削有斜口面，所述第二垫片(231)的斜口面贴合在槽钢的上板面。

5.根据权利要求4所述的用于治理巷道底臌的组合结构，其特征在于：所述第一槽钢(14)及第二槽钢(24)的外侧槽壁上分别设置有缓冲橡胶垫。

6.根据权利要求5所述的用于治理巷道底臌的组合结构，其特征在于：所述巷道的底部布置有泡沫混凝土垫层，所述第一、第二支架(10、20)依次固定在泡沫混凝土垫层上。

7.用于治理巷道底臌的组合结构的施工方法，其特征在于：所述的用于治理巷道底臌的组合结构为上述权利要求1至6任意一项所述的用于治理巷道底臌的组合结构，该施工方法包括如下步骤：

A、在巷道底板上且沿巷道长度方向等间距清挖底板，使底板的形状呈弧形；

B、在弧形底板之间的分别沿纵深方向开挖两条弧形底槽，沿垂直方向开挖一条横向底槽；

C、在挖掘好的底板和底槽上铺一层10cm-20cm的泡沫混凝土并形成泡沫混凝土垫层，将第一、第二支架(10、20)将支架依次布置；

D、将第一、第二支架(10、20)的侧部所在位置整平，形成一块平整的平台，并在平台上预钻设锚杆孔洞；

E、将预制好的第一支架(10)的一根槽钢沿巷道延伸方向放置在底板的上，将第一锚杆(13)穿过另一根与巷道宽度方向平行的槽钢，安装在上述预留锚杆孔洞内并固定；

F、将预制好的第二支架(20)的两平行槽钢的沿巷道延伸方向放置在底槽内，将第二锚杆(23)穿过横第二支架(20)的两平行槽钢中部，安装在上述预留锚杆孔洞内并固定；

G、将所述的缓冲橡胶垫分别紧贴第一、第二支架(10、20)的第一槽钢(14)及第二槽钢(24)外侧槽壁布置；

H、在整个组合结构全部安装到位后浇筑混凝土，使所有的结构被混凝土所覆盖，同时混凝土超出原来底板位置10-20cm。

8.根据权利要求7所述的用于治理巷道底臌的组合结构的施工方法，其特征在于：

所述步骤A中，沿着巷道长度方向下挖深度为80-120cm，底板沿巷道的布置间距为4-8m；

所述步骤B中，弧形底槽和横向底槽宽度为40-60cm，深度分别为80-120cm和30-40cm；

所述步骤C中，挖掘好的底板和底槽上铺一层10-20cm厚的泡沫混凝土；

所述步骤D中，所述在底板中心预留的锚杆孔洞均为垂直于底板，在两侧预留的锚杆孔洞均为向外侧倾斜于底板法线15-30度；

所述步骤D中，所述平台宽度为20-30cm；

所述步骤H中，混凝土超出原来底板位置10-20cm。