CN107939419A - 一种巷道u型钢套棚支护结构 - Google Patents

一种巷道u型钢套棚支护结构 Download PDF

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刘镐
马振乾
席仕军
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    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting

Abstract

本发明公开了一种巷道U型钢套棚支护结构，采用锚索+金属网+喷浆+U型钢套棚+灌浆的支护方法，首先形成锚网喷层，其具有防止围岩进一步风化和潮解，使巷道两帮及顶板载荷均匀作用在支架上以避免出现应力集中，从而能有效控制巷道开挖初期围岩破碎的快速来压变形和顶板垮落，最后形成巷道表面锚网喷组合隔离拱；其次在两层U型钢之间形成了一层支护刚性层，该结构既能高强度抗压，又能适度让压，形成了“刚柔相济”的双层支护结构，大大提升了破碎软岩巷道围岩的稳定性和支护强度，为煤矿的安全生产提供了一定保障，同时也为企业减少了一定量的巷道维护费用，对煤炭企业的发展大有裨益，可进行大范围推广使用。

Description

一种巷道U型钢套棚支护结构
技术领域
本发明属于采矿工程巷道围岩支护技术领域，涉及一种巷道套棚支护结构。
背景技术
研究表明，煤炭作为我国主体能源的地位在未来相当长一段时间内不会发生根本改变。随着浅部煤炭资源日益枯竭，煤矿开采深度及开采强度不断提高，随着煤矿开采深度的增加、地质条件恶化、破碎岩体增多、地应力增大、水头压力增加、地温升高等加剧了软岩巷道矿压显现的剧烈程度，软岩巷道变形破坏严重。深部岩体处在“三高一扰动”的复杂力学环境，使得煤矿深部软岩巷道围岩稳定受多因素综合作用，围岩控制问题日益突出。软岩巷道支护仍是当今世界采矿及地下工程中的一项重要而复杂的技术问题，深部高应力软岩巷道支护是一个重要的研究方向，它是旧矿井向深部拓展及进行深部资源开采的关键技术。
在公开的文献中可以检索到的专利有：申请号为201710147579.8的“深部动压软岩巷道U型钢复合支护结构及其施工方法”，以及申请号为201510637612.6的“破碎软岩巷道全断面封闭式深浅耦合让压锚注支护方法”。以上两个专利均提供了控制深部较破碎及软岩巷道围岩的方法，但前者在掘巷后没有进行锚网喷，而是直接打锚杆钻孔进行锚杆支护，这样做首先是没有形成一个锚索挤压加固拱，这样会导致支护强度较弱及护表能力较弱，其次是这样会使围岩进一步风化和潮解，使巷道两帮及顶板载荷不能均匀作用在支架上以至于出现应力集中的现象，从而不能有效控制巷道开挖初期围岩破碎的快速来压变形和顶板垮落，最后加快巷道的破坏而达不到理想的效果；后者所不足的是没有采用U型钢进行加固支护，这样会导致巷道维持时间不长从而增加巷道维护费用，产生不必要的经济开支。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种巷道U型钢套棚支护结构，可有效解决现有深部软岩破碎巷道围岩支护技术存在的问题。具体技术方案如下：
一种巷道U型钢套棚支护结构，包括挂设于巷道围岩面的金属网，以及以直角交叉的方式布设的钢筋梯，钢筋梯设置于金属网的内侧，且金属网和钢筋梯通过锚索固定于巷道围岩面上，金属网和钢筋梯的内侧通过与巷道1横截面相匹配的倒置的外层U型钢8套棚支护，外层U型钢的内侧还设置有倒置的内层U型钢，内层U型钢的外侧挂设有钢筋网，钢筋网外铺设有油布，油布与外层U型钢之间灌注有混凝土以形成支护刚性层，且支护刚性层内浇筑有加固钢筋，加固钢筋沿巷道的长度方向设置，且加固钢筋在支护刚性层内等间距均匀分布设置，所述内侧为面向巷道的一面，所述外侧为面向围岩面的一面。
前述支护结构中，所述外层U型钢和内层U型钢均沿巷道的长度方向依次等间距分布，且外层U型钢和内层U型钢一一对应设置，相邻外层U型钢和内层U型钢各部位之间的距离相同，相邻两外层U型钢和相邻两内层U型钢均通过卡缆固定连接。
前述支护结构中，巷道的顶板及围岩设置有锚索孔，锚索的一端固定于锚索孔内，另一端通过托盘卡设固定于金属网或钢筋梯的内侧。
本发明的有益效果是：采用锚索+金属网+喷浆+U型钢套棚+灌浆的支护结构，首先形成锚网喷层，其具有防止围岩进一步风化和潮解，使巷道两帮及顶板载荷均匀作用在支架上以避免出现应力集中，从而能有效控制巷道开挖初期围岩破碎的快速来压变形和顶板垮落，最后形成巷道表面锚网喷组合隔离拱；其次在两层U型钢之间形成了一层支护刚性层，该结构既能高强度抗压，又能适度让压，形成了“刚柔相济”的双层支护结构，大大提升了破碎软岩巷道围岩的稳定性和支护强度，为煤矿的安全生产提供了一定保障，同时也为企业减少了一定量的巷道维护费用，对煤炭企业的发展大有裨益，可进行大范围推广使用。
附图说明
图1是本发明的巷道围岩支护结构示意图。
图2是本发明U型钢套棚支架结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供一种巷道U型钢套棚支护结构，包括挂设于巷道1围岩面的金属网15，以及以直角交叉的方式布设的钢筋梯16，钢筋梯16设置于金属网15的内侧，且金属网15和钢筋梯16通过锚索2固定于巷道1围岩面上，具体为：巷道1的顶板及围岩设置有锚索孔，锚索2的一端固定于锚索孔内，另一端通过托盘3卡设固定于金属网15或钢筋梯16的内侧。金属网15和钢筋梯16的内侧通过与巷道1横截面相匹配的倒置的外层U型钢8套棚支护，外层U型钢8的内侧还设置有倒置的内层U型钢9，内层U型钢9的外侧挂设有钢筋网10，钢筋网10外铺设有油布11，油布11与外层U型钢8之间灌注有混凝土以形成支护刚性层14，且支护刚性层14内浇筑有加固钢筋13，加固钢筋13沿巷道1的长度方向设置，且加固钢筋13在支护刚性层14内等间距均匀分布设置，所述内侧为面向巷道1的一面，所述外侧为面向围岩面的一面。
外层U型钢8和内层U型钢9均沿巷道1的长度方向依次等间距分布，且外层U型钢8和内层U型钢9一一对应设置，相邻外层U型钢8和内层U型钢9各部位之间的距离相同，相邻两外层U型钢8和相邻两内层U型钢9均通过卡缆7固定连接。
其具体施工步骤如下：
步骤一：巷道1掘进后，随即进行敲帮问顶，在巷道1顶板及围岩打锚索孔，安装锚索2，高强预应力锚索2长度为6m，间排距1200×1200mm，预紧力55～80KN；围岩面挂金属网15并以直角交叉的方式布设钢筋梯16，钢筋梯16采用焊接加工，其规格为直径12～14mm，宽度为80～100mm，安装锚索托盘3，使其穿过锚索2以压紧钢筋梯16，并使其达到设定的预紧力，快速形成浅部支护强度高和护表能力强的锚索挤压加固拱。
步骤二：围岩面高强预应力锚索2安装完成后，在巷道1顶板、两帮喷射混凝土，形成锚网喷层，水泥砂浆配合比为水泥：砂子＝1:2.5，速凝剂比例为水泥用量的3～5％，喷射灌浆用的工作压风控制在0.15～0.18Mpa。混凝土12的喷射厚度要满足封闭巷道1表面围岩、充填钢筋梯16与表面围岩之间空隙的目的，锚网喷层厚度为200mm，这样可防止围岩进一步风化和潮解，使巷道1两帮及顶板载荷均匀作用在支架上以达到避免出现应力集中的现象，从而能有效控制巷道1开挖初期围岩破碎的快速来压变形和顶板垮落，最后形成巷道表面锚网喷组合隔离拱；
步骤三：形成巷道表面锚网喷组合隔离拱后，采用外层U型钢8套棚支护，所述外层U型钢8支架为直墙半圆拱型，由多个外层U型钢8通过卡缆7连接而成；套棚规格为采用下净宽×中净高为4279×3000mm的29号U型钢套棚进行架设，棚距为500mm，腿窝深度为300mm；套棚后棚子边缘距离原巷道支护断面之间设有200mm间距，即锚网喷层厚度为200mm；套棚要求为棚距偏差不能大于50mm，扭转偏差不能超过50mm,棚梁腿左右高低水平偏差不能超过40mm，迎山角度符合要求，棚腿腿脚均架设在实底上；
步骤四：待架设好外层U型钢8套棚时，继续以同样方式架设内层U型钢9套棚，内层U型钢9支架同样为直墙半圆拱型，由多个内层U型钢9通过卡缆7连接而成，每两件所述内层U型钢9支架通过连接钢杆5和螺栓6连接加固；
步骤五：待两层U型钢套棚均架设好之后，在内层U型钢9套棚上挂钢筋网10铺设油布11；
步骤六：待内层U型钢9套棚上钢筋网10挂好及油布11铺设好之后，便可向架设好的两层U型钢之间的空间加设加固钢筋13和50cm厚的灌浆，50cm厚的灌浆硬化形成的混凝土支架形成支护刚性层14。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种巷道U型钢套棚支护结构，其特征在于：包括挂设于巷道（1）围岩面的金属网（15），以及以直角交叉的方式布设的钢筋梯（16），钢筋梯（16）设置于金属网（15）的内侧，且金属网（15）和钢筋梯（16）通过锚索（2）固定于巷道（1）围岩面上，金属网（15）和钢筋梯（16）的内侧通过与巷道（1）横截面相匹配的倒置的外层U型钢（8）套棚支护，外层U型钢（8）的内侧还设置有倒置的内层U型钢（9），内层U型钢（9）的外侧挂设有钢筋网（10），钢筋网（10）外铺设有油布（11），油布（11）与外层U型钢（8）之间灌注有混凝土以形成支护刚性层（14），且支护刚性层（14）内浇筑有加固钢筋（13），加固钢筋（13）沿巷道（1）的长度方向设置，且加固钢筋（13）在支护刚性层（14）内等间距均匀分布设置，所述内侧为面向巷道（1）的一面，所述外侧为面向围岩面的一面。
2.根据权利要求1所述的一种巷道U型钢套棚支护结构，其特征在于：所述外层U型钢（8）和内层U型钢（9）均沿巷道（1）的长度方向依次等间距分布，且外层U型钢（8）和内层U型钢（9）一一对应设置，相邻外层U型钢（8）和内层U型钢（9）各部位之间的距离相同，相邻两外层U型钢（8）和相邻两内层U型钢（9）均通过卡缆（7）固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种巷道U型钢套棚支护结构，其特征在于：巷道（1）的顶板及围岩设置有锚索孔，锚索（2）的一端固定于锚索孔内，另一端通过托盘（3）卡设固定于金属网（15）或钢筋梯（16）的内侧。
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