CN108301850B - 一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构及方法 - Google Patents
一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构，它解决了现有技术中动压巷道易受采掘扰动而破坏的问题，在保证原有支护结构不破坏的基础上，利用两帮卸压转移动压扰动，最终达到巷道持续稳定的有益效果，其方案如下：一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构，以钢管混凝土支架与锚网喷复合支护为基础，辅以高强抗拉网与混凝土底拱等支护措施，分步应对动压。动压显现前加强巷道顶底板支护，在支架顶弧段与围岩之间铺设高强抗拉钢，并用穿背钢丝绳将支架顶部连成整体；在支架反底拱与围岩间铺设高强抗拉钢，并浇筑混凝土底拱。动压显现时开挖两帮卸压，保证顶底板稳定，巷道继续使用。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程支护领域，特别是涉及一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构及方法。
背景技术
煤炭资源开采后采煤工作面将形成采空区，采空区顶板冒落，顶板上方将形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带，采区原岩应力场的静压状态被打破，围岩进入应力重新分布，并经历多次重分布，在这个过程中采空区附近会形成了应力集中带，集中应力远大于原岩应力，并向附近巷道扩散，导致附近巷道围岩应力重分布。如果巷道支护力不足，无法适应动压导致的应力增量，则巷道会在短时间内产生剧烈变形破坏，如支护结构或巷道断面大变形。动压巷道围岩应力变化显著，时间短暂，导致巷道围岩压力显现很大，巷道变形严重，变形周期短，维护十分困难。现有支护手段多注重支护强度增加，对围岩卸压降低围岩应力方面考虑不周。
因此，需要对一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构进行新的研究设计。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构，在动压显现前对巷道进行强顶固底处理，加强顶底板稳定；动压显现后挖除两帮岩体进行两帮卸压处理，以此来释放动压引起的围岩应力增量，并适当强化原有支护，保证原有支护结构不破坏。
一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构的具体方案如下：
一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构，包括：
高承载力支架，按一定间距成排布置于巷道内，相邻支架用拉杆连接，支架与围岩间预留喷浆层；
设于动压巷道顶部的强顶高强抗拉网和穿背钢丝绳，钢筋网设于支架外侧，钢丝绳缠绕在支架上；
设于动压巷道底部的固底高强抗拉网和混凝土底拱，钢筋网设于支架外侧，混凝土底拱包裹支架并固结钢筋网与支架反底拱；
混凝土喷层填补支架与围岩孔隙并固结高强抗拉钢与支架。
上述支护结构，通过强顶高强抗拉网和固底高强抗拉网对巷道顶部的加强，对底部进行支护稳定，强顶固底保证支护结构稳定，两帮外侧使用塑料网，以方便动压来临时两帮结构的拆除。
进一步地，为了提高顶部结构支护的稳定性，所述强顶高强抗拉网整体呈矩形形状布置，布置于支架纵向方向，且强顶高强抗拉网包括多组网片，相邻网片交错设置。
进一步地，所述强顶高强抗拉网整体呈矩形结构，环向布置于混凝土支架外侧，且强顶高强抗拉网包括多组网片，相邻网片交错设置，且相邻的两组网片之间通过绑扎带进行连接。
进一步地，每组网片包括多根纵筋一端为环形结构，另一端为弯钩结构，相邻网片中纵筋相互之间通过环形结构与弯钩结构连接，同组网片中纵筋通过横筋进行连接。纵筋直径不小于18mm，横筋直径不大于10mm
进一步地，所述固底高强抗拉网结构与所述强顶高强抗拉网的结构相同，都是高强抗拉钢筋网。
进一步地，为了实现整体支护，将所有的钢管混凝土支架纵向拉杆连接，同时使用穿背钢丝绳，将多个支架顶弧段进行串联连接；
进一步地，相邻两排所述支架之间设置多组穿背钢丝绳。
进一步地，混凝土层包括浇筑于支架底部的反底拱混凝土层、和喷射于支架与巷道锚网支架的顶层混凝土层。
进一步地，为了方便对钢管混凝土支架的拼装，所述支架为钢管混凝土支架，分为顶弧段、右帮段、左帮段和反底拱，钢管混凝土支架各段之间通过接头套管进行连接。
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压分步复合支护方法，具体步骤如下：
A、动压显现前的施工
A-1)巷道掘进或返修扩帮挑顶后先进行锚杆与外侧钢筋网形成的锚网支护的设置；
A-2)开挖底板，铺设固底高强抗拉网，架设钢管混凝土支架反底拱，浇筑反底拱混凝土层；
A-3)在反底拱混凝土层两侧分别布设两帮外侧钢筋网和两帮内侧钢筋网，架设钢管混凝土支架两帮段和顶弧段，并通过拉杆从纵向方向连接相邻支架；
A-4)支架顶弧段设置穿背钢丝绳，顶弧段顶部铺设高强抗拉网；
A-5)向支架与锚网支护间喷射混凝土，混凝土支架内灌注混凝土，形成以钢管混凝土支架和锚网喷支护为基础的强顶固底支护；
B、动压显现中的施工
B-1)对巷道的围岩应力进行监测，当围岩应力增加到原岩应力1.5～2倍时，巷道处于破坏危险期；监测钢管混凝土支架对围岩的支护反力，当支护反力达到设计值0.85倍时，钢管混凝土支架处于变形危险期；
B-2)当步骤1)中两个参数同时达到危险期后，进行两帮开窗卸压；
B-3)破除顶部危险源，去除两帮钢筋网，清理表层破碎岩体，设定卸压边界并开挖两帮围岩；
B-4)对卸压空间进行锚网喷支护，并在相邻钢管混凝土支架之间架设液压支柱；
B-5)对钢管混凝土支架顶部进行卸压处理。
还包括如下步骤：
C、动压影响后的处理措施
C-1)动压影响后两帮卸压空间将逐渐闭合，两帮围岩恢复到与钢管混凝土支架接触状态，
C-2)在钢管混凝土支架外侧喷射混凝土，恢复巷道支护原貌，巷道继续服务。
两帮混凝土层外侧为两帮外侧塑料网；两帮混凝土层内侧为两帮内侧钢筋网，为普通交错设置的钢筋网，不使用高强抗拉网将有利于两帮开窗，动压时作为巷道卸压空间，保证原有支护结构整体不破坏，巷道仍可继续服务。
上述方法，根据动压扰动变化及时调整支护结构与围岩，分动压前支护、动压中支护和动压后支护，动压前在整体支护稳定的基础上强顶固底，适当弱化两帮，动压中在保证顶底板稳定的基础上实施两帮卸压，确保整体支护结构稳定，如此动压后巷道不修或小修免去大修或返修。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在现有的巷道支护思路中单独针对动压巷道支护提出一种全新的两帮定向开窗卸压支护方法，提供了一种建立在钢管混凝土支架与锚喷支护基础上强顶固底与两帮卸压支护方法。
2、本发明提供的强顶固底与两帮卸压支护方法可以解决动压巷道支护难题，实现小动压条件下巷道支护稳定；大动压条件下巷道两帮卸压，整体支护结构稳定不变形，动压后巷道可继续安全使用，节省大量返修成本。
3、本发明提出的施工工艺简单合理，通过这种合理技术，在人工费及材料费少量增加的条件下可实现动压巷道长期稳定。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1钢管混凝土支架示意图；
图2强顶固底支护断面图；
图3强顶固底支护A-A剖面图；
图4单片高强抗拉钢；
图5顶部高强抗拉钢连接示意图；
图6钢管混凝土支架壁后卸压示意图；
图7钢管混凝土支架壁后卸压A-A剖面图；
图8直墙圆拱形动压巷道壁后卸压示意图；
其中：1—钢管混凝土支架、2—底板回填碎石、3—穿背钢丝绳、4—高强抗拉网、5—外侧钢筋网、6—混凝土喷层、7—两帮内侧钢筋网、8—两帮外侧塑料网、9—锚杆、10—反底拱混凝土层、11—液压支柱、1-1顶弧段、1-2右帮段、1-3反底拱、1-4左帮段、1-5接头套管、4-1—环形结构、4-2—横筋、4-3—纵筋、4-4—弯钩结构。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构，包括钢管混凝土支架1，由多个分段组成，按照一定间距成排布置于巷道中，支架与围岩之间预留空隙以施做混凝土喷层；动压巷道顶部的强顶高强钢筋网，设于支架外侧；动压巷道底部的固底高强钢筋网，也设于支架外侧；混凝土层6，喷射于支架与围岩之间并固结强顶高强抗拉网与支架，或者固结固底高强抗拉网与支架，混凝土层6包括浇筑于支架底部的反底拱混凝土层10和喷射于支架与锚网支护间的混凝土层，在反底拱混凝土层10表面铺设底板回填碎石2。
为了提高顶部结构支护的稳定性，强顶高强抗拉网为高强抗拉网4，整体呈矩形结构，环向布置于混凝土支架外侧，且高强抗拉网4包括多组网片，相邻网片交错设置，且相邻的两组网片之间通过绑扎带进行连接，如图5所示。
每组网片如图4所示，包括纵筋4-3，一端为环形结构4-1，另一端为弯钩结构4-4，相邻网片中纵筋相互之间通过环形结构4-1与弯钩结构4-4连接，同组网片中纵筋4-3通过横筋4-2进行连接，纵筋直径不小于18mm，横筋直径不大于10mm。
固底高强抗拉网为底部高强抗拉网，该高强抗拉网4的结构与强顶高强抗拉网的结构相同。
为了实现整体支护，将所有的钢管混凝土支架用拉杆连接为一个整体，穿背钢丝绳3穿过钢管混凝土支架1将多个支架进行串联连接；钢管混凝土支架1之间设置多组穿背钢丝绳，各组穿背钢丝绳相互平行设置。
两帮混凝土层外侧为两帮外侧塑料网8；两帮混凝土层内侧为两帮内侧钢筋网7，为普通交错设置的钢筋网，不使用高强抗拉网将有利于两帮开窗，动压时作为巷道卸压空间，保证原有支护结构整体不破坏，巷道仍可继续服务。
为了方便对钢管混凝土支架的拼装，钢管混凝土支架分为顶弧段1-1、右帮段1-2、左帮段1-4和反底拱1-3，钢管混凝土支架1各段之间通过接头套管1-5进行连接，钢管混凝土支架1也可以是U型钢支架、工字钢支架或其他支架形式。
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构的施工方法，具体步骤如下：
A、动压显现前的施工
A-1)巷道掘进或返修扩帮挑顶后先进行锚杆9与外侧钢筋网5形成的锚网支护的设置；
A-2)开挖底板，铺设固底高强抗拉网，架设钢管混凝土支架反底拱，浇筑反底拱混凝土层10；
A-3)在反底拱混凝土层10两侧分别布设两帮外侧钢筋网和两帮内侧钢筋网7，架设钢管混凝土支架两帮段和顶弧段1-1，并通过拉杆从纵向方法连接相邻支架；
A-4)钢管混凝土支架顶弧段设置穿背钢丝绳3，顶弧段1-1外侧铺设高强抗拉网；
A-5)向支架与锚网支护间喷射混凝土，支架内灌注混凝土，形成以钢管混凝土支架和锚网喷支护为基础的强顶固底支护；
B、动压显现中的施工
B-1)对巷道的围岩应力进行监测，当围岩应力增加到原岩应力1.5～2倍时，巷道处于破坏危险期；监测钢管混凝土支架对围岩的支护反力，当支护反力达到设计值0.85倍时，钢管混凝土支架处于变形危险期；
B-2)当步骤2)中两个参数同时达到危险期后，进行两帮开窗卸压；
B-3)破除顶部危险源，去除两帮钢筋网，清理表层破碎岩体，设定卸压边界；
B-4)对卸压空间进行锚网喷支护，并在相邻钢管混凝土支架之间架设液压支柱11；
B-5)对钢管混凝土支架顶部进行卸压处理。
C、动压影响后的处理措施
C-1)动压影响后两帮卸压空间将逐渐闭合，两帮围岩恢复到与钢管混凝土支架接触状态，
C-2)在钢管混凝土支架外侧喷射混凝土，恢复巷道支护原貌，巷道继续服务。
本发明所提供的支护结构及方法，不仅适用于圆形巷道，对其他断面形式的巷道同样适用，没有反底拱的巷道也可以不进行固底施工，例如直墙圆拱形动压巷道，如图8所示。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护方法，其特征在于，具体步骤如下：
A、动压显现前的施工
A-1）巷道掘进或返修扩帮挑顶后先进行锚杆与外侧钢筋网形成的锚网支护的设置；
A-2）开挖底板，铺设固底高强抗拉网，架设钢管混凝土支架反底拱，浇筑反底拱混凝土层；
A-3）在反底拱混凝土层两侧分别布设两帮外侧钢筋网和两帮内侧钢筋网，架设支架两帮段和顶弧段，并通过拉杆从纵向方向连接相邻支架；
A-4）支架顶弧段设置穿背钢丝绳，顶弧段顶部铺设高强抗拉网；
A-5）向支架与锚网支护间喷射混凝土，支架内灌注混凝土，形成以钢管混凝土支架和锚网喷支护为基础的强顶固底支护；
B、动压显现中的施工
B -1）对巷道的围岩应力进行监测，当围岩应力增加到原岩应力1.5~2倍时，巷道处于破坏危险期；监测钢管混凝土支架对围岩的支护反力，当支护反力达到设计值0.85倍时，钢管混凝土支架处于变形危险期；
B -2）当步骤B -1）中两个参数同时达到危险期后，进行两帮开窗卸压；
B -3）破除顶部危险源，去除两帮钢筋网，清理表层破碎岩体，设定卸压边界并开挖两帮围岩；
B -4）对卸压空间进行锚网喷支护，并在相邻支架之间架设液压支柱；
B -5）对钢管混凝土支架顶部进行卸压处理。
2.根据权利要求1所述的一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护方法，其特征在于，还包括如下步骤：
C、动压影响后的处理措施
C-1）动压影响后两帮卸压空间将逐渐闭合，两帮围岩恢复到与钢管混凝土支架接触状态，
C-2）在钢管混凝土支架外侧喷射混凝土，恢复巷道支护原貌，巷道继续服务。
3.根据权利要求1所述的一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护方法，其特征在于，采用一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构，包括：
高承载力支架，按设定间距成排布置于巷道内，相邻支架用拉杆连接，支架与围岩间预留喷浆层；
设于动压巷道顶部的强顶高强抗拉网和穿背钢丝绳，强顶高强抗拉网设于支架外侧，钢丝绳缠绕在支架上；
设于动压巷道底部的固底高强抗拉网和混凝土反底拱，固底高强抗拉网设于支架外侧，混凝土反底拱包裹支架并固结钢筋网与支架反底拱；
混凝土喷层填补支架与围岩孔隙并固结强顶高强抗拉网和固底高强抗拉网与支架；
所述强顶高强抗拉网整体呈矩形形状布置，布置于支架纵向方向，且强顶高强抗拉网包括多组网片，相邻网片交错设置；
混凝土层包括浇筑于支架底部的反底拱混凝土层和喷射于支架与锚网支护间的混凝土层。
4.根据权利要求3所述的一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护方法，其特征在于，所述网片包括多根纵筋，纵筋一端为环形结构，另一端为弯钩结构，相邻网片中纵筋相互之间通过环形结构与弯钩结构连接，同组网片中纵筋通过横筋进行连接，所述纵筋直径不小于18mm，横筋直径不大于10mm。
5.根据权利要求3所述的一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护方法，其特征在于，所述固底高强抗拉网结构与所述强顶高强抗拉网的结构相同。
6.根据权利要求3所述的一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护方法，其特征在于，相邻两排所述支架之间设置多组穿背钢丝绳。
7.根据权利要求3所述的一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护方法，其特征在于，所述支架为钢管混凝土支架，包括顶弧段、左帮段、右帮段和反底拱，支架各段通过接头套管进行连接。
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| CN101725362A (zh) * | 2009-12-09 | 2010-06-09 | 中国矿业大学(北京) | 动压软岩巷道基于钢管混凝土支架的复合支护装置 |
| CN205370580U (zh) * | 2016-02-16 | 2016-07-06 | 安徽理工大学 | 深部强动载巷道防冲抗压支护结构 |
| CN208040404U (zh) * | 2018-02-12 | 2018-11-02 | 山东建筑大学 | 一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构 |
-
2018
- 2018-02-12 CN CN201810146525.4A patent/CN108301850B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN208040404U (zh) * | 2018-02-12 | 2018-11-02 | 山东建筑大学 | 一种适用于动压巷道的强顶固底两帮卸压支护结构 |
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