CN108049898A - 一种用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统及其支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统及其支护方法，支撑棚架包括两个上部棚腿、两个下部棚腿、顶横梁和拱形支撑梁，两个上部棚腿的上端分别与顶横梁的两端叠合固定，两个上部棚腿的下端分别与两个下部棚腿的上端叠合后通过卡缆紧固连接，拱形支撑梁设置在顶横梁正下方，拱形支撑梁的中部与顶横梁的中部叠合，拱形支撑梁的两端与两个上部棚腿叠合后通过卡缆紧固连接；金属支撑网放置在多个支撑棚架的顶横梁上部，多个支撑棚架的下部棚腿之间通过帮部连接器紧固连接，多个支撑棚架的顶横梁之间通过顶部连接器紧固连接。其具有较好的初撑力，并可持续提供高阻抗力，使巷道围岩均匀变形并能够与围岩协同变形，从而达到对煤巷的支护作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤巷支护系统及其方法，具体是一种用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统及其支护方法。
背景技术
随着煤炭资源的广泛开采，各种困难条件下的巷道围岩控制是制约煤炭资源安全、高效开采的主要因素之一。尤其在我国南方地区，煤巷顶板围岩软弱、破碎且厚度较大，如构造带影响下的复合型煤巷顶板、弱胶结条件下的煤巷再生顶板等。该类巷道自稳能力差、破坏时间短，普通锚杆、锚索支护难以形成稳定的锚固端，只能采用棚架等被动支护结构。传统的棚架支护又缺乏足够的承载能力和初撑力很难形成承载力强、整体性好的主动支护结构系统，难以维持巷道在回采过程中的稳定。为了解决该类巷道的支护问题，需要一种具有足够承载能力和初撑力并且具有整体支撑作用的围岩整体控制系统。
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煤巷软弱破碎顶板的支护系统及其支护方法，具有较好的初撑力，并可持续提供高阻抗力，使巷道围岩均匀变形并能够与围岩协同变形，从而达到对煤巷的支护作用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，包括多个相互平行设置的支撑棚架和金属支撑网，所述支撑棚架包括两个上部棚腿、两个下部棚腿、顶横梁和拱形支撑梁，两个上部棚腿的上端分别与顶横梁的两端叠合固定，两个上部棚腿的下端分别与两个下部棚腿的上端叠合后通过卡缆紧固连接，拱形支撑梁设置在顶横梁正下方，拱形支撑梁的中部与顶横梁的中部叠合，拱形支撑梁的两端分别与两个上部棚腿叠合后通过卡缆紧固连接；所述金属支撑网放置在多个支撑棚架的顶横梁上部，所述多个支撑棚架的下部棚腿之间通过帮部连接器紧固连接，所述多个支撑棚架的顶横梁之间通过顶部连接器紧固连接。
进一步，所述金属支撑网为交叠布置的双层金属网。
进一步，所述上部棚腿由升架垫板Ⅰ、支撑梁Ⅰ和上部托板组成，上部托板固定在支撑梁Ⅰ的上端，升架垫板Ⅰ固定在支撑梁Ⅰ的凹槽内。
进一步，所述下部棚腿由升架垫板Ⅱ、支撑梁Ⅱ和下部托板组成，下部托板固定在支撑梁Ⅱ的下端，升架垫板Ⅱ固定在支撑梁Ⅱ的凹槽内。
进一步，所述拱形支撑梁的两端设有升架垫板Ⅲ。
进一步，所述顶部连接器包括连架直板Ⅰ和多个U型卡箍Ⅰ，所述连架直板Ⅰ开设多个椭圆形孔，多个U型卡箍Ⅰ通过螺栓及螺母与连架直板Ⅰ的椭圆形孔紧固连接。
进一步，所述帮部连接器包括连架直板Ⅱ和多个U型卡箍Ⅱ，所述连架直板Ⅱ开设多个椭圆形孔，多个U型卡箍Ⅱ通过螺栓及螺母与连架直板Ⅱ的椭圆形孔紧固连接。
进一步，还包括锚杆，所述连架直板Ⅱ设有椭圆形锚杆孔，锚杆一端通过椭圆形锚杆孔与连架直板Ⅱ紧固连接。
一种用于煤巷软弱破碎顶板支护系统的支护方法，具体步骤为：
A、待掘出巷道后在巷道两帮分别将下部棚腿和上部棚腿搭接，并采用卡缆进行初步紧固，然后放置帮部连接器的U型卡箍Ⅱ，使下部棚腿和上部棚腿紧固连接后形成棚腿支撑结构；
B、将顶横梁置于上部托板上，并在顶横梁上部铺设双层金属网，在顶横梁中部放置顶部连接器的U型卡箍Ⅰ；
C、将升架器置于下部棚腿的升架垫板Ⅱ和上部棚腿的升架垫板Ⅰ之间，通过升架器将上部棚腿往上推，给顶横梁两端提供初撑力使顶横梁紧贴巷道顶板，并产生一定的主动支护力，然后再次拧紧连接下部棚腿与上部棚腿的卡缆后，取出升架器；
D、将拱形支撑梁置于上部棚腿和顶横梁之间，拱形支撑梁拱顶与顶横梁中点叠合，拱形支撑梁两端与上部棚腿搭接，并采用卡缆初步紧固；
E、将升架器置于上部棚腿的升架垫板Ⅰ和拱形支撑梁的升架垫板Ⅲ之间，通过升架器将拱形支撑梁往上推，给顶横梁中部提供初撑力，再次提高顶横梁的主动支护作用，并再次拧紧连接拱形支撑梁两端与上部棚腿的卡缆，取出升架器；
F、重复步骤A～E，间隔一定距离安装下一个支撑棚架，并在巷道帮部两棚架之间钻取锚杆孔；
G、将顶部连接器的连架直板Ⅰ和帮部连接器的连接直板Ⅱ分别与预先放置的U型卡箍Ⅰ和U型卡箍Ⅱ紧固，使相邻两个棚架紧固连接，并在连接直板Ⅱ的椭圆形锚杆孔中固定安装锚杆；
H、重复步骤A～G，直到形成煤巷软弱破碎顶板的支护系统，完成支护工作。
与现有技术相比，本发明采用支撑棚架和金属支撑网相结合方式，具有以下优点：
1、本发明设置了拱形支撑梁，增加顶横梁的支撑点，相当于减小了顶横梁跨度，增加了棚架支护顶梁的承载能力，克服单一横梁抗弯能力不足的缺点；
2、本发明多次采用了升架器进行支架安装，使棚架接顶具有一定的初撑力，将棚架支护由被动支护变为主动支护；
3、本发明在下部棚腿、上部棚腿和拱形支撑梁两端均设置了升架垫板，一方面为升架器提供作用面，另一方面可控制顶底板的最大移近量和顶横梁的最大弯曲挠度，使其具有一定的形变能力。即当上部棚腿和下部棚腿受压错动使得两者的升架垫板接触时达到棚架的最大可缩梁，此时顶底板的最大移近量达到最大，当顶横梁弯曲下沉使拱形支撑梁与上部棚腿的升架垫板接触时，顶梁不再具有下沉变形能力，此时顶横梁的弯曲挠度达到最大；
4、本发明在下部棚腿下端采用了下部垫板，在一定程度上防止棚腿嵌入软弱底板；并且在支架可缩性达到最大时，使支架在垂直方向上仍具有一定的协同变形能力；
5、本发明使用了双层金属网，减小了破碎顶板漏顶造成支架受力不均的风险，同时很好地保证了对破碎顶板支护的整体性；
6、帮部连接器上设置有锚杆，可提高棚腿的稳定性，克服棚架横向支撑力不足的缺点，同时增加了整个支护系统的稳定性；
7、连架直板Ⅰ和连架直板Ⅱ上的孔均设置为椭圆孔，一方面减小棚架安装时间距误差带来的装配应力，另一方面使棚架在沿巷道方向具有一定的协同变形能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明中下部棚腿的结构示意图；
图5为本发明中上部棚腿的结构示意图；
图6为本发明中顶部连接器的结构示意图；
图7为本发明中帮部连接器的结构示意图；
图8为本发明中升架器结构示意图。
图中：1、顶横梁，2、上部棚腿，2.1、上部托板，2.2、支撑梁Ⅰ，2.3、升架垫板Ⅰ，3、顶部连接器，3.1、U型卡箍Ⅰ，3.2、连架直板Ⅰ，4、拱形支撑梁，5、卡缆，6、帮部连接器，6.1、U型卡箍Ⅱ，6.2、连架直板Ⅱ，7、锚杆，8、下部棚腿，8.1、支撑梁Ⅱ，8.2、升架垫板Ⅱ，8.3、下部托板，9、金属支撑网，10、升架器。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图8所示，一种用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，包括多个相互平行设置的支撑棚架和金属支撑网9，所述支撑棚架包括两个上部棚腿2、两个下部棚腿8、顶横梁1和拱形支撑梁4，两个上部棚腿2的上端分别与顶横梁1的两端叠合固定，两个上部棚腿2的下端分别与两个下部棚腿8的上端叠合后通过卡缆5紧固连接，拱形支撑梁4设置在顶横梁1正下方，拱形支撑梁4的中部与顶横梁1的中部叠合，拱形支撑梁4的两端分别与两个上部棚腿2叠合后通过卡缆5紧固连接；所述金属支撑网9放置在多个支撑棚架的顶横梁1上部，所述多个支撑棚架的下部棚腿8之间通过帮部连接器6紧固连接，所述多个支撑棚架的顶横梁1之间通过顶部连接器3紧固连接。
进一步，所述金属支撑网9为交叠布置的双层金属网。该结构能减小破碎顶板漏顶造成支架受力不均的风险，同时很好地保证了对破碎顶板支护的整体性。
进一步，所述上部棚腿2由升架垫板Ⅰ2.3、支撑梁Ⅰ2.2和上部托板2.1组成，上部托板2.1固定在支撑梁Ⅰ2.2的上端，升架垫板Ⅰ2.3固定在支撑梁Ⅰ2.2的凹槽内。这种结构不仅便于对上部棚腿2进行支护，而且支护后更稳定。
进一步，所述下部棚腿8由升架垫板Ⅱ8.2、支撑梁Ⅱ8.1和下部托板8.3组成，下部托板8.3固定在支撑梁Ⅱ8.1的下端，升架垫板Ⅱ8.2固定在支撑梁Ⅱ8.1的凹槽内。这种结构不仅便于对下部棚腿8进行支护，而且支护后更稳定。
进一步，所述拱形支撑梁4的两端设有升架垫板Ⅲ。这种结构便于对拱形支撑梁4进行支护。
进一步，所述顶部连接器3包括连架直板Ⅰ3.2和多个U型卡箍Ⅰ3.1，所述连架直板Ⅰ3.2开设多个椭圆形孔，多个U型卡箍Ⅰ3.1通过螺栓及螺母与连架直板Ⅰ3.2的椭圆形孔紧固连接。这种结构便于支护系统具有一定的形变能力，从而提高支护作用。
进一步，所述帮部连接器6包括连架直板Ⅱ6.2和多个U型卡箍Ⅱ6.1，所述连架直板Ⅱ6.2开设多个椭圆形孔，多个U型卡箍Ⅱ6.1通过螺栓及螺母与连架直板Ⅱ6.2的椭圆形孔紧固连接。这种结构便于支护系统具有一定的形变能力，从而提高支护作用。
进一步，还包括锚杆7，所述连架直板Ⅱ6.2设有椭圆形锚杆孔，锚杆7一端通过椭圆形锚杆孔与连架直板Ⅱ6.2紧固连接。增设锚杆7可提高棚腿的稳定性，克服棚架横向支撑力不足的缺点，同时增加了整个支护系统的稳定性。
一种用于煤巷软弱破碎顶板支护系统的支护方法，具体步骤为：
A、待掘出巷道后在巷道两帮分别将下部棚腿8和上部棚腿2搭接，并采用卡缆5进行初步紧固，然后放置帮部连接器6的U型卡箍Ⅱ6.1，使下部棚腿8和上部棚腿2紧固连接后形成棚腿支撑结构；
B、将顶横梁1置于上部托板2.1上，并在顶横梁1上部铺设双层金属网，在顶横梁1中部放置顶部连接器3的U型卡箍Ⅰ3.1；
C、将升架器10(即为行程满足升架需求的千斤顶)置于下部棚腿8的升架垫板Ⅱ8.2和上部棚腿2的升架垫板Ⅰ2.3之间，通过升架器10将上部棚腿2往上推，给顶横梁1两端提供初撑力使顶横梁1紧贴巷道顶板，并产生一定的主动支护力，然后再次拧紧连接下部棚腿8与上部棚腿2的卡缆5后，取出升架器10；
D、将拱形支撑梁4置于上部棚腿2和顶横梁1之间，拱形支撑梁4的拱顶与顶横梁1的中点叠合，拱形支撑梁4两端与上部棚腿2搭接，并采用卡缆5初步紧固；
E、将升架器10置于上部棚腿2的升架垫板Ⅰ2.3和拱形支撑梁4的升架垫板Ⅲ之间，通过升架器10将拱形支撑梁4往上推，给顶横梁1中部提供初撑力，再次提高顶横梁1的主动支护作用，并再次拧紧连接拱形支撑梁4两端与上部棚腿2的卡缆5，取出升架器10；
F、重复步骤A～E，间隔一定距离安装下一个支撑棚架，并在巷道帮部两棚架之间钻取锚杆孔；
G、将顶部连接器3的连架直板Ⅰ3.2和帮部连接器6的连接直板Ⅱ6.2分别与预先放置的U型卡箍Ⅰ3.1和U型卡箍Ⅱ3.2紧固，使相邻两个棚架紧固连接，并在连接直板Ⅱ6.2的椭圆形锚杆孔中固定安装锚杆7；
H、重复步骤A～G，直到形成煤巷软弱破碎顶板的支护系统，完成支护工作。
Claims (9)
1.一种用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，其特征在于，包括多个相互平行设置的支撑棚架和金属支撑网(9)，所述支撑棚架包括两个上部棚腿(2)、两个下部棚腿(8)、顶横梁(1)和拱形支撑梁(4)，两个上部棚腿(2)的上端分别与顶横梁(1)的两端叠合固定，两个上部棚腿(2)的下端分别与两个下部棚腿(8)的上端叠合后通过卡缆(5)紧固连接，拱形支撑梁(4)设置在顶横梁(1)正下方，拱形支撑梁(4)的中部与顶横梁(1)的中部叠合，拱形支撑梁(4)的两端分别与两个上部棚腿(2)叠合后通过卡缆(5)紧固连接；所述金属支撑网(9)放置在多个支撑棚架的顶横梁(1)上部，所述多个支撑棚架的下部棚腿(8)之间通过帮部连接器(6)紧固连接，所述多个支撑棚架的顶横梁(1)之间通过顶部连接器(3)紧固连接。
2.根据权利要求1所述的用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，其特征在于，所述金属支撑网(9)为交叠布置的双层金属网。
3.根据权利要求1所述的用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，其特征在于，所述上部棚腿(2)由升架垫板Ⅰ(2.3)、支撑梁Ⅰ(2.2)和上部托板(2.1)组成，上部托板(2.1)固定在支撑梁Ⅰ(2.2)的上端，升架垫板Ⅰ(2.3)固定在支撑梁Ⅰ(2.2)的凹槽内。
4.根据权利要求1所述的用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，其特征在于，所述下部棚腿(8)由升架垫板Ⅱ(8.2)、支撑梁Ⅱ(8.1)和下部托板(8.3)组成，下部托板(8.3)固定在支撑梁Ⅱ(8.1)的下端，升架垫板Ⅱ(8.2)固定在支撑梁Ⅱ(8.1)的凹槽内。
5.根据权利要求1所述的用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，其特征在于，所述拱形支撑梁(4)的两端设有升架垫板Ⅲ。
6.根据权利要求1所述的用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，其特征在于，所述顶部连接器(3)包括连架直板Ⅰ(3.2)和多个U型卡箍Ⅰ(3.1)，所述连架直板Ⅰ(3.2)开设多个椭圆形孔，多个U型卡箍Ⅰ(3.1)通过螺栓及螺母与连架直板Ⅰ(3.2)的椭圆形孔紧固连接。
7.根据权利要求1所述的用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，其特征在于，所述帮部连接器(6)包括连架直板Ⅱ(6.2)和多个U型卡箍Ⅱ(6.1)，所述连架直板Ⅱ(6.2)开设多个椭圆形孔，多个U型卡箍Ⅱ(6.1)通过螺栓及螺母与连架直板Ⅱ(6.2)的椭圆形孔紧固连接。
8.根据权利要求7所述的用于煤巷软弱破碎顶板的支护系统，其特征在于，还包括锚杆(7)，所述连架直板Ⅱ(6.2)设有椭圆形锚杆孔，锚杆(7)一端通过椭圆形锚杆孔与连架直板Ⅱ(6.2)紧固连接。
9.一种利用权利要求1所述的用于煤巷软弱破碎顶板支护系统的支护方法，其特征在于，具体步骤为：
A、待巷道掘出后在巷道两帮分别将下部棚腿(8)和上部棚腿(2)搭接，并采用卡缆(5)进行初步紧固，然后放置帮部连接器(6)的U型卡箍Ⅱ(6.1)，使下部棚腿(8)和上部棚腿(2)紧固连接后形成棚腿支撑结构；
B、将顶横梁(1)置于上部托板(2.1)上，并在顶横梁(1)上部铺设双层金属网，在顶横梁(1)中部放置顶部连接器(3)的U型卡箍Ⅰ(3.1)；
C、将升架器(10)置于下部棚腿(8)的升架垫板Ⅱ(8.2)和上部棚腿(2)的升架垫板Ⅰ(2.3)之间，通过升架器(10)将上部棚腿(2)往上推，给顶横梁(1)两端提供初撑力使顶横梁(1)紧贴巷道顶板，并产生一定的主动支护力，然后再次拧紧连接下部棚腿(8)与上部棚腿(2)的卡缆(5)后，取出升架器(10)；
D、将拱形支撑梁(4)置于上部棚腿(2)和顶横梁(1)之间，拱形支撑梁(4)的拱顶与顶横梁(1)的中点叠合，拱形支撑梁(4)两端与上部棚腿(2)搭接，并采用卡缆(5)初步紧固；
E、将升架器(10)置于上部棚腿(2)的升架垫板Ⅰ(2.3)和拱形支撑梁(4)的升架垫板Ⅲ之间，通过升架器(10)将拱形支撑梁(4)往上推，给顶横梁(1)中部提供初撑力，再次提高顶横梁(1)的主动支护作用，并再次拧紧连接拱形支撑梁(4)两端与上部棚腿(2)的卡缆(5)，取出升架器(10)；
F、重复步骤A～E，间隔一定距离安装下一个支撑棚架，并在巷道帮部两棚架之间钻取锚杆孔；
G、将顶部连接器(3)的连架直板Ⅰ(3.2)和帮部连接器(6)的连接直板Ⅱ(6.2)分别与预先放置的U型卡箍Ⅰ(3.1)和U型卡箍Ⅱ(3.2)紧固，使相邻两个棚架紧固连接，并在连接直板Ⅱ(6.2)的椭圆形锚杆孔中固定安装锚杆(7)；
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