CN107420120A - 一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置及其支护方法，包括两个承托机构和蜂窝工字钢梁组成，承托机构由三根侧壁开孔钢管和承托箱组成，承托箱由四个侧板和箱体底板组成，四个侧板两两相对设置相互焊接形成承托箱的侧壁，箱体底板焊接在四个侧板的一端形成承托箱底面；所述承托箱底面开设三个呈品字形分布的连接孔，三根侧壁开孔钢管的一端分别与承托箱底面的三个连接孔对应焊接且相互平行，蜂窝工字钢梁的两端分别插入在两个承托机构的承托箱内且蜂窝工字钢梁的端部与承托箱底面之间留有间隙。本发明具有较大的形变缓冲能力，能有效吸收围岩冲击能量，从而维护冲击倾向性巷道顶板的支护稳定性。

Description

一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置及方法
技术领域
本发明涉及一种巷道顶板的支护装置及其支护方法，具体是一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置及方法。
背景技术
煤矿及金属矿山开采深度逐年增加，尤其是煤矿开采，许多矿井已进入千米以深。随着采深增加，高地温、高地应力、高渗透压、强动力扰动等“三高一扰动”现象加剧，巷道围岩动力冲击灾害愈发严重，全国有100余座矿井陆续发生了冲击地压现象，而如何更好地维护深部开采中具有冲击倾向性巷道顶板的稳定性，成为了亟待解决的重要工程问题。
工字钢梁和基于工字钢梁的复合支护是较常见的巷道顶板支护结构，具有来源广、造价低、加工简单、支护稳固等优点，由于工字钢梁是一种刚性支护形式，其形变能力较差；虽然开发了一些可缩性连接件等，但对于冲击倾向性巷道，尤其是大震级的动力冲击灾害，适应性较差，由于其柔性部件能量吸收能力不足，无法有效缓冲围岩冲击所带来的大量能量，容易出现工字钢支架歪倒、工字钢梁变形严重等失效情况，从而对煤矿的正常开采造成影响。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置及方法，具有较大的形变缓冲能力，能有效吸收围岩冲击能量，从而维护冲击倾向性巷道顶板的支护稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置，包括两个承托机构和蜂窝工字钢梁组成，承托机构由三根侧壁开孔钢管和承托箱组成，承托箱由四个侧板和箱体底板组成，四个侧板两两相对设置且相互焊接形成承托箱的侧壁，箱体底板焊接在四个侧板的一端形成承托箱底面；所述承托箱底面开设三个呈品字形分布的连接孔，三根侧壁开孔钢管的一端分别与承托箱底面的三个连接孔对应焊接且相互平行，两个承托机构相对固定在巷道两帮的围岩上，所述承托机构的侧壁开孔钢管插入围岩内并通过注浆与围岩固定连接；蜂窝工字钢梁的两端分别插入在两个承托机构的承托箱内且蜂窝工字钢梁的端部与承托箱底面之间留有间隙；所述蜂窝工字钢梁由空腹工字钢和蜂窝缓冲层复合固定组成。
进一步，所述空腹工字钢中腹板的开孔为六边形孔、圆形孔或矩形孔。
进一步，所述蜂窝缓冲层由多孔塑料板和蜂窝材料层复合固定组成，所述多孔塑料板的材质为已知的多孔塑料，蜂窝材料层的材质为已知的蜂窝材料。
一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1：预先在巷道两帮的围岩顶部挖槽、打孔，根据两帮围岩松动圈尺寸，确定侧壁开孔钢管的长度；将与承托箱连接的侧壁开孔钢管插入巷道两帮的围岩，放平后固定；
步骤2：通过侧壁开孔钢管进行注浆固定，从而使承托机构形成稳固的箱式承载结构；
步骤3：根据冲击地压强度和释能等级，选择不同材质、不同蜂窝形状、不同厚度的蜂窝材料，构成蜂窝材料层；
步骤4：将空腹工字钢、蜂窝材料层、多孔塑料板的两端依次居中放入两个承托箱内，并相互固定连接，并使多孔塑料板直接与顶板面面接触，构造出整个支护结构。
与现有技术相比，本发明采用承托机构和蜂窝工字钢梁相结合的方式，具有如下优点：
1、本发明中蜂窝工字钢梁的两端与承托箱底面之间留有间隙，从而为蜂窝工字钢梁的支护预留移动空间，可适应由地应力引起的巷道两帮围岩之间的距离变化，当两帮围岩受挤压相对距离变小时，蜂窝工字钢梁的两端与承托箱底面之间相对距离减小，由于留有间隙因此不会对蜂窝工字钢梁造成影响，从而保护自身结构完整性，有效降低蜂窝工字钢梁的轴向挤压大变形风险。
2、本发明的蜂窝工字钢梁在进行支护时蜂窝工字钢梁承受的顶板压力并不是直接将顶板压力传递至巷道底板，而是通过承托箱转移到巷道两帮围岩的深处，且与承托箱连接的侧壁开孔钢管呈品字形分布，并可注浆加固两帮围岩，从而有效增强巷道顶板和两帮围岩的自身协同稳定能力，提高支护稳定性。
3、本发明中空腹工字钢结构不仅减轻了自身重量，节省钢材，而且增加了截面高度，提高了抗弯承载力，并且可在其腹板开孔中穿行井下电缆等，便于线路的布设。
4、本发明采用的多孔塑料板质量轻，与顶板围岩接触面大，可有效地将地应力冲击能量传递给蜂窝材料层，充分发挥蜂窝材料的吸能作用，减弱冲击强度，保护空腹工字钢支护结构，提高支护稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中承载机构的结构示意图；
图3是本发明中蜂窝工字钢梁的主视图；
图4是图3的左视图。
图中：1、承托箱，2、蜂窝工字钢梁，3、巷道，4、围岩，5、顶板，6、侧壁开孔钢管，7、侧板，8、箱体底板，9、空腹工字钢，10、蜂窝缓冲层，11、多孔塑料板，12、蜂窝材料层。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明包括两个承托机构和蜂窝工字钢梁2组成，承托机构由三根侧壁开孔钢管6和承托箱1组成，承托箱1由四个侧板7和箱体底板8组成，四个侧板7 两两相对设置且相互焊接形成承托箱1的侧壁，箱体底板8焊接在四个侧板7的一端形成承托箱1底面；所述承托箱1底面开设三个呈品字形分布的连接孔，三根侧壁开孔钢管6 的一端分别与承托箱1底面的三个连接孔对应焊接且相互平行，两个承托机构相对固定在巷道3两帮的围岩4上，所述承托机构的侧壁开孔钢管6插入围岩4内并通过注浆与围岩4 固定连接；蜂窝工字钢梁2的两端分别插入在两个承托机构的承托箱1内且蜂窝工字钢梁2 的端部与承托箱1底面之间留有间隙；所述蜂窝工字钢梁2由空腹工字钢9和蜂窝缓冲层 10复合固定组成。
进一步，所述的空腹工字钢9是用矿用12号工字钢在腹板上按一定的折线切割后变换位置重新焊接组合形成，截面高度增加30％～60％之间，腹板上的开孔可以是六边形孔、圆形孔或矩形孔。
进一步，所述蜂窝缓冲层10由多孔塑料板11和蜂窝材料层12复合固定组成，所述多孔塑料板11的材质为已知的多孔塑料，蜂窝材料层12的材质为已知的蜂窝材料。根据冲击地压强度和释能等级，选择不同材质、不同蜂窝形状、不同厚度的蜂窝材料层12，多孔塑料板11直接与顶板5面面接触，以有效传递能量至蜂窝材料层12。
本发明的支护方法为：
步骤1：预先在巷道3两帮的围岩4顶部挖槽、打孔，根据两帮围岩4松动圈尺寸，确定侧壁开孔钢管6的长度，一般为3至5米；将与承托箱1连接的侧壁开孔钢管6插入巷道3两帮的围岩4，放平后固定；
步骤2：通过侧壁开孔钢管6进行注浆固定，从而使承托机构形成稳固的箱式承载结构；
步骤3：根据冲击地压强度和释能等级，选择不同材质、不同蜂窝形状、不同厚度的蜂窝材料，构成蜂窝材料层12；
步骤4：将空腹工字钢9、蜂窝材料层12、多孔塑料板11的两端依次居中放入两个承托箱1内，并相互固定连接，并使多孔塑料板11直接与顶板5面面接触，构造出整个支护结构。
在顶板5受到地应力作用施加压力时，多孔塑料板11可将冲击力传递给蜂窝材料层12，蜂窝材料层12进行能量的吸收及缓冲，然后将冲击力通过承托箱1转移到巷道3两帮的围岩4的深处，保证支护的稳定性；当巷道3两帮的围岩4受到地应力作用向巷道3施加压力时，此时巷道3两帮的围岩4受挤压后相对距离变小，蜂窝工字钢梁2的两端与承托箱1 底面之间相对距离减小，由于留有间隙因此不会对蜂窝工字钢梁2造成横向挤压的影响，从而保护自身结构完整性。

Claims (4)

1.一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置，其特征在于，包括两个承托机构和蜂窝工字钢梁(2)组成，承托机构由三根侧壁开孔钢管(6)和承托箱(1)组成，承托箱(1)由四个侧板(7)和箱体底板(8)组成，四个侧板(7)两两相对设置且相互焊接形成承托箱(1)的侧壁，箱体底板(8)焊接在四个侧板(7)的一端形成承托箱(1)底面；所述承托箱(1)底面开设三个呈品字形分布的连接孔，三根侧壁开孔钢管(6)的一端分别与承托箱(1)底面的三个连接孔对应焊接且相互平行，两个承托机构相对固定在巷道(3)两帮的围岩(4)上，所述承托机构的侧壁开孔钢管(6)插入围岩(4)内并通过注浆与围岩(4)固定连接；蜂窝工字钢梁(2)的两端分别插入在两个承托机构的承托箱(1)内且蜂窝工字钢梁(2)的端部与承托箱(1)底面之间留有间隙；所述蜂窝工字钢梁(2)由空腹工字钢(9)和蜂窝缓冲层(10)复合固定组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置，其特征在于，所述空腹工字钢(9)中腹板的开孔为六边形孔、圆形孔或矩形孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置，其特征在于，所述蜂窝缓冲层(10)由多孔塑料板(11)和蜂窝材料层(12)复合固定组成，所述多孔塑料板(11)的材质为已知的多孔塑料，蜂窝材料层(12)的材质为已知的蜂窝材料。
4.一种根据权利要求1所述的用于冲击倾向性巷道顶板的支护装置的支护方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1：预先在巷道(3)两帮的围岩(4)顶部挖槽、打孔，根据两帮围岩(4)松动圈尺寸，确定侧壁开孔钢管(6)的长度；将与承托箱(1)连接的侧壁开孔钢管(6)插入巷道(3)两帮的围岩(4)，放平后固定；
步骤2：通过侧壁开孔钢管(6)进行注浆固定，从而使承托机构形成稳固的箱式承载结构；
步骤3：根据冲击地压强度和释能等级，选择不同材质、不同蜂窝形状、不同厚度的蜂窝材料，构成蜂窝材料层(12)；
步骤4：将空腹工字钢(9)、蜂窝材料层(12)、多孔塑料板(11)的两端依次居中放入两个承托箱(1)内，并相互固定连接，并使多孔塑料板(11)直接与顶板(5)面面接触，构造出整个支护结构。
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