CN110566236B - 管棚与钢支架联合支护装置及支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管棚与钢支架联合支护装置及支护方法。支护装置包括第一钢支架、第二钢支架及管棚，第一钢支架、第二钢支架均包括拱形钢棚棚梁及固定设置于拱形钢棚棚梁下端的左钢棚支柱和右钢棚支柱，第一钢支架的左钢棚支柱与第二钢支架的左钢棚支柱之间、第一钢支架的右钢棚支柱与第二钢支架的右钢棚支柱之间均连接有侧连接钢梁及侧面防护网，管棚由多根前半段倾斜插入巷道顶面岩体内的斜插钢管构成，斜插钢管的中段压置于第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面，斜插钢管的后端挑置于第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面，管棚的下方固定设置有顶部防护网。本发明施工效率高，能有效抑制围岩松动和塌落，维持巷道的稳定性，能起到更好支护作用。

Description

管棚与钢支架联合支护装置及支护方法

技术领域

本发明涉及采矿装置及方法技术领域，具体涉及一种管棚与钢支架联合支护装置及支护方法。

背景技术

施工中主运输巷道要穿过断层构成的地质异常区。断层岩石为灰色，泥质胶结，松散易碎，极易风化。呈粉末状或碎块状，遇水呈泥状。由于地质构造带段岩体多具有松软、破碎、胶结差，遇水易崩解发生软化，遇水易崩解发生软化后体积急剧膨胀，产生较大的膨胀压力，使得巷道产生大变形，掘进时巷道变形量太大，还有“似泥石流”现象，给施工和支护工作造成了极大的困难并存在重大安全隐患。

矿山经历由浅入深的发展过程，随着由浅到深地压也越来越大，在该类围岩中掘进巷道时，频繁发生冒顶和片帮等现象，造成该类巷道支护困难。针对该类巷道的支护，采用传统的混凝土浇筑支护方式存在成本高，劳动强度大，作业流程复杂，作业周期长，安全隐患大等问题。另外，采矿生产过程中的爆破振动，会使得原本变形的岩体发生进一步的损伤变形，加剧巷道的变形破坏。

围岩从变形到破坏的时间效应包括围岩应力逐渐释放的时间效应和围岩介质固有的流变效应两方面。开挖速度决定时间效应，随着工作面的不断向前推进，岩体的流变效应也在不断发展。围岩荷载释放完毕，开挖面岩体的流变效应也随之消失，此时围岩的变形速度加快，标志着围岩进入粘塑性屈服阶段。此时工作面必须进行支护，否则将会导致围岩的整体破坏。

因此，支护是为保证地下工程开挖后围岩的稳定和施工的安全，防止发生围岩坍塌和石块下落等现象而采取的支撑、加强和防护等安全技术措施。现有技术中亟需一种能够有效抑制围岩松动和塌落、维持巷道的稳定性、能起到更好支护作用的用于破碎软岩巷道快速掘进过程的支护装置及支护方法。

发明内容

本发明的第一目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种能够有效抑制围岩松动和塌落、维持巷道的稳定性、能起到更好支护作用、适用于破碎软岩巷道快速掘进过程的管棚与钢支架联合支护装置。

本发明的第一目的是通过以下技术方案实现的：一种管棚与钢支架联合支护装置，包括第一钢支架、第二钢支架及管棚，所述第一钢支架、所述第二钢支架均包括拱形钢棚棚梁及固定设置于拱形钢棚棚梁下端的左钢棚支柱和右钢棚支柱，所述第一钢支架的左钢棚支柱与所述第二钢支架的左钢棚支柱之间连接有侧连接钢梁及侧面防护网，所述第一钢支架的右钢棚支柱与所述第二钢支架的右钢棚支柱之间连接有侧连接钢梁及侧面防护网，所述管棚由多根前半段倾斜插入巷道顶面岩体内的斜插钢管构成，所述斜插钢管的中段压置于所述第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面，所述斜插钢管的后端挑置于所述第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面，所述斜插钢管与所述第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面、所述第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面焊接，所述管棚的下方在所述第一钢支架的拱形钢棚棚梁与第二钢支架的拱形钢棚棚梁之间固定设置有顶部防护网。

所述左钢棚支柱的下端、所述右钢棚支柱的下端均设置有支板状的底脚。

所述管棚的下端于所述第一钢支架的前侧设置有拱形工字钢支架。

所述拱形工字钢支架的左右两侧面与所述第一钢支架的左右两侧面之间设置钢梁及防护网，所述拱形工字钢支架的顶部与所述第一钢支架的拱形钢棚棚梁之间设置钢梁及防护网。

本发明的第二目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种能够有效抑制围岩松动和塌落、维持巷道的稳定性、能起到更好支护作用、适用于破碎软岩巷道快速掘进过程、施工速度快、安全性高的管棚与钢支架联合支护方法。

本发明的第二目的是通过以下技术方案实现的：一种管棚与钢支架联合支护装置，包括以下步骤：

1)巷道掘进爆破之后，在开挖巷道轮廓线外的巷道顶面标定多个斜插钢管孔位，在标定的孔位上打眼，达到设计深度后进行清孔；

2)向孔眼内依次打入多根斜插钢管作为管棚，在斜插钢管与巷道顶面之间打发泡胶，并在斜插钢管下架设临时钢支架，以支撑斜插钢管，工程开挖时利用斜插钢管作为临时支护结构；

3)边开挖边在临时钢支架后侧施工制做第一钢支架和第二钢支架，第一钢支架与第二钢支架的间距为800mm-1200mm，斜插钢管的中段压置于第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面，斜插钢管的后端挑置于第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面，斜插钢管与第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面、第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面焊接；

4)在第一钢支架的左钢棚支柱与第二钢支架的左钢棚支柱之间设置侧连接钢梁及侧面防护网，在第一钢支架的右钢棚支柱与第二钢支架的右钢棚支柱之间设置侧连接钢梁及侧面防护网，在第一钢支架的拱形钢棚棚梁与第二钢支架的拱形钢棚棚梁之间的管棚下方固定设置有顶部防护网；

5)用拱形工字钢支架替换临时钢支架，在拱形工字钢支架的左右两侧面与第一钢支架的左右两侧面之间设置钢梁及防护网，在拱形工字钢支架的顶部与第一钢支架的拱形钢棚棚梁之间设置钢梁及防护网，拱形工字钢支架、第一钢支架、第二钢支架与管棚构成联合支护体系结构；

6)在联合支护体系结构的左右两侧面及顶面与巷道壁面之间注水泥砂浆。

本发明的有益效果是：本发明施工效率高，安全性好，能改善软弱破碎岩层的物理力学性质，同时支护体系的刚度较大，能够提前承受早期围岩压力，有效控制围岩变形，抑制围岩松动和塌落，维持巷道的稳定性，卸载围岩形变应力，对破碎软岩巷道起到更好支护作用。

附图说明

图1是本发明的管棚与钢支架联合支护装置的结构示意图。

在图中：1-第一钢支架；2-第二钢支架；3-拱形钢棚棚梁；4-左钢棚支柱；5-底脚；6-侧连接钢梁；7-侧面防护网；8-管棚；9-斜插钢管；10-顶部防护网；11-右钢棚支柱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细描述。

如图1所示，一种用于破碎软岩巷道快速掘进的管棚与钢支架联合支护装置，包括第一钢支架1、第二钢支架2及管棚8，第一钢支架1、第二钢支架2均包括拱形钢棚棚梁3及固定设置于拱形钢棚棚梁3下端的左钢棚支柱4和右钢棚支柱11，第一钢支架1的左钢棚支柱4与第二钢支架2的左钢棚支柱4之间连接有侧连接钢梁6及侧面防护网7，第一钢支架1的右钢棚支柱11与第二钢支架2的右钢棚支柱11之间连接有侧连接钢梁6及侧面防护网7，管棚8由多根前半段倾斜插入巷道顶面岩体内的斜插钢管9构成，斜插钢管9的中段压置于第一钢支架1的拱形钢棚棚梁3的上端面，斜插钢管9的后端挑置于第二钢支架2的拱形钢棚棚梁3的底面，斜插钢管9与第一钢支架1的拱形钢棚棚梁3的上端面、第二钢支架2的拱形钢棚棚梁3的底面焊接，管棚8的下方在第一钢支架1的拱形钢棚棚梁3与第二钢支架2的拱形钢棚棚梁3之间固定设置有顶部防护网10。

斜插钢管9以较小的仰角沿岩面打入，前段嵌入围岩中，第一钢支架1、第二钢支架2与管棚8联合形成梁结构来承担围岩的压力，可有效防止围岩发生松弛和坍塌。

左钢棚支柱4的下端、右钢棚支柱11的下端均设置有支板状的底脚5。

管棚8的下端于第一钢支架1的前侧设置有拱形工字钢支架。拱形工字钢支架的左右两侧面与第一钢支架1的左右两侧面之间设置钢梁及防护网，拱形工字钢支架的顶部与第一钢支架1的拱形钢棚棚梁3之间设置钢梁及防护网。拱形工字钢支架为形状与第一钢支架1相同的拱形架体，其主要起支撑管棚8作用。

参见图1，一种管棚与钢支架联合支护装置，包括以下步骤：

1)巷道掘进爆破之后，在开挖巷道轮廓线外的巷道顶面标定多个斜插钢管9孔位，在标定的孔位上打眼，达到设计深度后进行清孔；

2)向孔眼内依次打入多根斜插钢管9作为管棚8，在斜插钢管9与巷道顶面之间打发泡胶，并在斜插钢管9下架设临时钢支架，以支撑斜插钢管9，工程开挖时利用斜插钢管9、临时钢支架作为预支护结构；

3)边开挖边在临时钢支架后侧施工制做第一钢支架1和第二钢支架2，第一钢支架1与第二钢支架2的间距为800mm-1200mm，斜插钢管9的中段压置于第一钢支架1的拱形钢棚棚梁3的上端面，斜插钢管9的后端挑置于第二钢支架2的拱形钢棚棚梁3的底面，斜插钢管9与第一钢支架1的拱形钢棚棚梁3的上端面、第二钢支架2的拱形钢棚棚梁3的底面焊接；

4)在第一钢支架1的左钢棚支柱4与第二钢支架2的左钢棚支柱4之间设置侧连接钢梁6及侧面防护网7，在第一钢支架1的右钢棚支柱11与第二钢支架2的右钢棚支柱11之间设置侧连接钢梁6及侧面防护网7，在第一钢支架1的拱形钢棚棚梁3与第二钢支架2的拱形钢棚棚梁3之间的管棚8下方固定设置有顶部防护网10；

5)用拱形工字钢支架替换临时钢支架，在拱形工字钢支架的左右两侧面与第一钢支架1的左右两侧面之间设置钢梁及防护网，在拱形工字钢支架的顶部与第一钢支架1的拱形钢棚棚梁3之间设置钢梁及防护网，拱形工字钢支架、第一钢支架1、第二钢支架2与管棚8构成联合支护体系结构；

6)在联合支护体系结构的左右两侧面及顶面与巷道壁面之间注水泥砂浆。

通过预设管棚8手段，对地层进行加固，提高其承载能力，改变岩体的密实度和孔隙率，同时具有较好强度和刚度的壳状支护结构较好的维持了岩体结构的整体性，最大限度的发挥围岩的自承能力，能够有效的控制围岩的变形，起到更好的支护作用。采用超前预支护进行巷道开挖掘进，可以有效减少对围岩的扰动，及早控制地下水，防止凿孔后塌孔，并且施工速度快、安全性高、施工工期短、支护效果好，为后续的巷道掘进奠定了坚实的基础。

穿越断层掘进巷道时，上部岩体施加给巷道巨大的荷载，荷载通过管棚8和钢支架的变形卸去一部分，使得巷道上部传递给支护结构的荷载减小，即便不注浆，也能够达到超前控顶和临时支护的目的。同时，由于拱形工字钢支架、第一钢支架1、第二钢支架2在斜插钢管9的长度方向上布置，使支护结构形成一个整体，能够有效保障后期的掘进施工的安全性。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种管棚与钢支架联合支护装置，其特征在于：所述管棚与钢支架联合支护装置包括第一钢支架、第二钢支架及管棚，所述第一钢支架、所述第二钢支架均包括拱形钢棚棚梁及固定设置于拱形钢棚棚梁下端的左钢棚支柱和右钢棚支柱，所述第一钢支架的左钢棚支柱与所述第二钢支架的左钢棚支柱之间连接有侧连接钢梁及侧面防护网，所述第一钢支架的右钢棚支柱与所述第二钢支架的右钢棚支柱之间连接有侧连接钢梁及侧面防护网，所述管棚由多根前半段倾斜插入巷道顶面岩体内的斜插钢管构成，所述斜插钢管的中段压置于所述第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面，所述斜插钢管的后端挑置于所述第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面，所述斜插钢管与所述第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面、所述第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面焊接，所述管棚的下方在所述第一钢支架的拱形钢棚棚梁与第二钢支架的拱形钢棚棚梁之间固定设置有顶部防护网；所述管棚的下端于所述第一钢支架的前侧设置有拱形工字钢支架；所述拱形工字钢支架的左右两侧面与所述第一钢支架的左右两侧面之间设置钢梁及防护网，所述拱形工字钢支架的顶部与所述第一钢支架的拱形钢棚棚梁之间设置钢梁及防护网；第一钢支架与第二钢支架的间距为800mm-1200mm。

2.根据权利要求1所述的管棚与钢支架联合支护装置，其特征在于：所述左钢棚支柱的下端、所述右钢棚支柱的下端均设置有支板状的底脚。

3.一种管棚与钢支架联合支护方法，其特征在于包括以下步骤：

1)巷道掘进爆破之后，在开挖巷道轮廓线外的巷道顶面标定多个斜插钢管孔位，在标定的孔位上打眼，达到设计深度后进行清孔；

2)向孔眼内依次打入多根斜插钢管作为管棚，在斜插钢管与巷道顶面之间打发泡胶，并在斜插钢管下架设临时钢支架，以支撑斜插钢管，工程开挖时利用斜插钢管作为临时支护结构；

3)边开挖边在临时钢支架后侧施工制做第一钢支架和第二钢支架，第一钢支架与第二钢支架的间距为800mm-1200mm，斜插钢管的中段压置于第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面，斜插钢管的后端挑置于第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面，斜插钢管与第一钢支架的拱形钢棚棚梁的上端面、第二钢支架的拱形钢棚棚梁的底面焊接；

4)在第一钢支架的左钢棚支柱与第二钢支架的左钢棚支柱之间设置侧连接钢梁及侧面防护网，在第一钢支架的右钢棚支柱与第二钢支架的右钢棚支柱之间设置侧连接钢梁及侧面防护网，在第一钢支架的拱形钢棚棚梁与第二钢支架的拱形钢棚棚梁之间的管棚下方固定设置有顶部防护网；

5)用拱形工字钢支架替换临时钢支架，在拱形工字钢支架的左右两侧面与第一钢支架的左右两侧面之间设置钢梁及防护网，在拱形工字钢支架的顶部与第一钢支架的拱形钢棚棚梁之间设置钢梁及防护网，拱形工字钢支架、第一钢支架、第二钢支架与管棚构成联合支护体系结构；

6)在联合支护体系结构的左右两侧面及顶面与巷道壁面之间注水泥砂浆。