CN111441807A - 拱形巷道预应力锚索桁架与u型钢联合支护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统及方法，包括拱形巷道、U型钢支架以及与所述U型钢支架连接的锚杆索组件；所述锚杆索组件包括位于岩体的锚索件、锚索连接器和锁具，所述锚索连接器位于所述U型钢支架内，所述锚索件与所述U型钢支架连接；所述锚索件包括位于所述U型钢支架顶部的中锚索、位于所述中锚索右侧的右锚索以及位于所述中锚索左侧的左锚索，所述左锚索和所述右锚索通过所述锚索连接器分别与所述中锚索连接，所述中锚索通过所述锁具与所述U型钢支架顶部连接，并向U型钢内部空腔内注入水泥砂浆。本发明通过锚索连接器和带孔U型钢支架实现拱形巷道的锚索桁架协同承载支护，增强了支护强度。

Description

拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统及方法

技术领域

本发明涉及矿山巷道支护技术领域，尤其涉及拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统及方法。

背景技术

在矿山开采中，保障安全是生产的前提，尤其是井下巷道安全，巷道作为开采作业活动的通道，巷道支护是必需的重要工程，采矿工作面必须按作业规程规定及时支护，所有支架必须架设牢固。在支护工程中，对于巷道顶部的支护尤为重要，随着在巷道中的掘进，为巷道提供有效支护的巷道支护设备及支护方式也需要额外加强，如果不能得到及时支护，则极其容易造成顶板坍塌冒落，进而引发安全事故，锚索桁架支护技术在煤矿的矩形巷道已有大量的应用，该技术的关键在于采用锚索特制连接器将锚索连接成一体，以实现锚索之间的协同承载。

目前，拱形巷道锚索桁架的运用主要是配合U型刚形成联合支护结构，现有锚索桁架与U型刚支护方法的具体实现方式为将每根锚索与U型刚连接固定，组成锚索与U型刚桁架系统，但是其中并未用到锚索桁架支护技术中常用的锚索特制连接器。该方法中因为锚索之间的U型钢为刚性结构，锚索之间没有直接的相互作用，所以未实现锚索桁架支护技术中关键的锚索协同承载，另外也不能使锚固区岩体处于多向挤压状态，支护效果难以保证。

现有技术中(CN202544879U)公开了一种应用于井下破碎带、断层等破碎等级极高的地段以及地应力极易集中且服务时间较长地段的巷道支护装置。其目的是为了提供一种高强度巷道支护装置，能够提供稳定良好的支护效果，消除由于巷道支护不稳定而带来的安全隐患。本实用新型一种高强度巷道支护装置包括若干排树脂长锚索组、U型拱架、槽钢和圆木。每排树脂长锚索组均包括3根树脂长锚索，形成网度为12×2.0米树脂长锚索组合，两排相临的树脂长锚索组之间用3根槽钢连接，U型拱架为可缩性金属拱支架，每排树脂长锚索组的外端均设置有一个U型拱架，U型拱架与巷道岩壁之间的空隙内沿拉杆方向填充若干根圆木，U型拱架、巷道岩壁与圆木之间的间隙充填混凝土。

该装置设置有数排树脂长锚索组，排与排之间通过槽钢刚性连接，每排设置有U型拱架，而U型拱架与树脂长锚索组并无连接，使得树脂长锚索和U型钢架之间缺少协同承载，无法形成联合支护，两者只能作为独立个体分别进行支护，支护强度不能叠加，无法达到增强支护的效果，并且树脂长锚索之间也没有相互连接，不能使锚固区岩体处于多向挤压状态，支护效果难以保证。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统。

本发明为了解决锚索桁架与U型钢支架之间无法形成协同承载技术问题，采用锚索连接器将锚索桁架与U型钢支架之间形成联合支护技术手段，达到锚索桁架和U型钢支架协同承载的技术效果。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，包括拱形巷道、U型钢支架以及与所述U型钢支架连接的锚杆索组件，所述拱形巷道设置有安装孔，所述U型钢支架与所述拱形巷道相适应，所述锚杆索组件包括锚索件、锚索连接器、锁具，所述锚索件设置于所述安装孔内，所述锚索连接器位于所述U型钢支架内，所述锚索件通过所述锁具与所述U型钢支架连接，所述锚索件包括位于所述U型钢支架顶部的中锚索、位于所述中锚索右侧的右锚索以及位于所述中锚索左侧的左锚索，所述左锚索和所述右锚索通过所述锚索连接器分别与所述中锚索连接，所述中锚索通过所述锁具与所述U型钢支架顶部连接。

作为优选，所述锚索连接器为倒梯形设计，且其与所述U型钢支架截面相适应，所述锚索连接器设置有两个水平横向且相互平行的水平通孔，一个竖直方向的竖直通孔，两个所述水平通孔分别位于所述竖直通孔两侧，所述水平通孔和所述竖直通孔的孔径相同，且与所述锚索件相适应。

作为优选，所述中锚索穿过所述竖直通孔通过所述锁具与所述U型钢支架连接，所述左锚索和所述右锚索分别穿过两个所述水平通孔，且所述左锚索和所述右锚索分别通过所述锁具与所述锚索连接器连接。

作为优选，所述锚杆索组件还包括锚杆，所述锚杆位于拱形巷道两侧且通过锁紧件与所述U型钢支架连接。

作为优选，所述U型钢支架两侧设置有与所述锚杆相适应的连接孔，所述锚杆穿过所述连接孔与所述锁紧件连接，通过所述锁紧件将所述锚杆与所述U型钢支架锁紧。

作为优选，所述U型钢支架还设置有四个注浆孔，分别位于所述左锚索与所述中锚索之间、所述中锚索与所述右锚索之间以及所述U型钢支架两侧。

作为优选，所述拱形巷道的内部表面设置有防护网，所述防护网位于所述拱形巷道与所述U型钢支架之间。

作为优选，若干个所述锚杆对称分布在所述U型钢支架两侧，且所述锚杆呈等间距排列。

作为优选，所述锁具包括套设于所述锚索件上的锚环，与所述锚环外周螺纹连接的锁紧螺母以及弹性垫板，所述弹性垫板位于所述锚环与所述U型钢支架之间。

一种基于上述任意一项所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统的方法，具体步骤为：

步骤一、拱形巷道掘进之后敲帮问顶，清理浮石，在拱形巷道顶部钻凿三个安装孔，然后在拱形巷道两侧帮处钻凿锚杆孔，将防护网铺设在拱形巷道内，然后将中锚索安装在竖直朝上的安装孔内，随后将左锚索和右锚索分别安装在两侧的安装孔内，将锚索连接器的竖直通孔穿过中锚索的连接端，同时将左锚索和右锚索的连接端分别穿过锚索连接器的两个水平通孔；然后使用锚索张拉器将左锚索和右锚索拉紧后通过锁具固定；

步骤二、根据拱形巷道断面设计尺寸以及仰拱设计要求，事先预制好U型钢支架，并且在U型钢支架相对应的位置加工锚索件的通孔以及锚杆的连接孔；其次在U型钢支架上位于左锚索与中锚索之间、中锚索与右锚索之间以及U型钢支架两侧的位置开设注浆孔，然后架设U型钢支架，位于U型钢支架拱顶位置的中锚索通过锚索张拉器张拉后通过锁具与U型钢支架拱顶固定；然后安装固定两侧的锚杆；

步骤三、通过U型钢支架拱顶和两帮的注浆孔向U型钢支架与拱形巷道之间的空腔内注入水泥砂浆，注浆时采用自下而上、自左而右的顺序。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述中锚索、所述左锚索以及所述右锚索通过锚索连接器实现了锚索之间的协同承载，同时中锚索以及锚杆分别通过锁具和锁紧件与所述U型钢支架连接，使得锚索桁架与U型钢支架之间形成协同承载，联合支护系统，锚索桁架使得顶板围岩处于铅直和水平的挤压状态，锚索预紧力可有效的控制顶板的沉降。

所述锚索连接器为倒梯形设计，且其与所述U型钢支架截面相适应，保证了支护结构的协调性。

所述U型钢支架增加了支护结构的刚性，从而提高了支护结构的承载能力，所述U型钢支架壁后注浆使得支护结构与围岩形成面接触，作用范围大，松散破碎顶板受力状态好，同时所述U型钢支架与所述拱形巷道之间设置有防护网，防止顶部的碎石掉落，起到双重保护的效果。

所述锚杆锁定在所述U型钢支架上，避免所述锚杆因围岩变形而松动脱落，同时所述锚杆也起到固定所述U型钢的作用。

综上所述，该支护系统有效的改善了拱形巷道与围岩的应力分布，锚杆索组件以及锚杆不易失效、操作简单、支护效果好、成本低，保证了施工工程的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的拱形巷道截面图；

图2为图1中部分A的局部放大图；

图3为本发明锚杆索组件和部分U型钢支架的结构示意图；

图4为本发明锚杆索组件和部分U型钢支架的主视图；

图5为本发明锚杆索组件和部分U型钢支架的左视图；

图6为本发明锁具的结构示意图；

图7为本发明锁具的剖视图；

图8为本发明锚索连接器的结构示意图；

图中：1-拱形巷道；2-U型钢支架；21-注浆孔；3-锚杆索组件；31-锚索件；311-中锚索；312-右锚索；313-左锚索；32-锚索连接器；321-水平通孔；322-竖直通孔；33-锁具；331-锚环；332-锁紧螺母；333-弹性垫板；34-锚杆；341-锁紧件；4-防护网；5-水泥砂浆；

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

一种拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，包括拱形巷道1、U型钢支架2以及与所述U型钢支架2连接的锚杆索组件3。所述拱形巷道1顶部预先钻凿有安装孔，所述安装孔与所述锚杆索组件3相适应；所述U型钢支架2包括左右两侧竖直部分以及顶部的拱形部分，两侧竖直部分与顶部拱形部分为一体成型设计没有连接处，承压能力较好，并且所述U型钢支架2与所述拱形巷道1相贴合；所述U型钢支架1的开口侧朝向所述拱形巷道1的围岩，即所述U型钢支架2与所述拱形巷道1之间形成一个空腔，所述U型钢支架2还开设有与所述安装孔一一对应的通孔。

所述锚杆索组件3包括锚索件31、锚索连接器32、锁具33；所述锚索件31设置于所述安装孔内与所述拱形巷道1固定连接，并且所述锚索件31连接端位于所述拱形巷道1内；所述锚索连接器32位于所述U型钢支架2的空腔内且位于所述U型钢支架2顶部；所述锚索件31通过所述锁具33与所述U型钢支架2连接；所述锚索件31包括位于所述U型钢支架2顶部的中锚索311、位于所述中锚索311右侧的右锚索312以及位于所述中锚索311左侧的左锚索313，所述左锚索313、所述右锚索312以及所述中锚索311的直径一致，所述左锚索313和所述右锚索312通过所述锚索连接器32分别与所述中锚索311连接，所述中锚索311通过所述锁具33与所述U型钢支架2顶部连接。

所述锚索连接器32为倒梯形设计，且其与所述U型钢支架2截面相适应。所述锚索连接器32设置有两个水平横向且相互平行的水平通孔321，一个竖直方向的竖直通孔322，即所述水平通孔321与所述拱形巷道1截面水平方向平行，所述竖直通孔322与所述拱形巷道1截面竖直方向平行，两个所述水平通孔321分别位于所述竖直通孔322两侧；所述水平通孔321和所述竖直通孔322的孔径相同，且与所述左锚索313、右锚索312以及311中锚索相适应。

所述中锚索311的连接端穿过所述锚索连接器32的竖直通孔322以及U型钢支架2上的通孔通过所述锁具33与所述U型钢支架2锁紧，所述左锚索313的连接端从左侧穿过所述锚索连接器32的一个水平通孔321并且通过所述锁具33与所述锚索连接器32连接，所述右锚索312从右侧穿过所述锚索连接器32另一个水平通孔321且通过所述锁具33与所述锚索连接器32连接。

所述锚杆索组件3还包括锚杆34。所述锚杆34位于拱形巷道1两侧侧帮内部，且所述锚杆34的连接端同样位于所述拱形巷道1内；述U型钢支架2两侧设置有与所述锚杆34相对应的连接孔，所述锚杆34端部穿过所述连接孔与所述锁紧件341连接，并且通过所述锁紧件341将所述锚杆34与所述U型钢支架2锁紧；所述锚杆34有若干个，对称分布在所述U型钢支架2两侧，且单侧所述锚杆34呈等间距排列，使整个支护系统受力均匀。

所述U型钢支架2还设置有四个注浆孔21，分别位于所述左锚索313与所述中锚索311之间、所述中锚索311与所述右锚索312之间以及所述U型钢支架2两侧，所述注浆孔21用于向所述空腔内注入水泥砂浆5，使得U型钢支架2与围岩形成面接触，作用范围大，松散破碎顶板受力状态好。

所述拱形巷道1的内部表面设置有防护网4。所述防护网4位于所述拱形巷道1与所述U型钢支架2之间；所述防护网4为钢丝绳网，用于防护所述拱形巷道1，防止碎石掉落在拱形巷道1内。

所述锁具33包括套设于所述锚索件31上的锚环331，与所述锚环331外周螺纹连接的锁紧螺母332以及弹性垫板333；所述弹性垫板333位于所述锚环331与所述U型钢支架2之间，所述锚环331设置有容纳所述锚索件31的通孔，所述锚环331一端设置为锥形且位于锥形端开设有通槽，另一端设置有外螺纹；所述锁紧螺母332设置有容纳所述锚环331的通孔，所述锁紧螺母332通孔一端设置有与所述锚环331相适应的内螺纹，另一端为与所述锚环331锥形端相适应的锥形孔，通过所述锁紧螺母332与所述锚环331螺纹配合达到锁紧所述锚索件31的目的。

下面对本发明提供的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢支架联合支护系统的工作原理进行说明：

拱形巷道1掘进之后敲帮问顶，清理浮石，在拱形巷道1顶部钻凿三个安装孔，并且三个安装孔呈扇形分布，其中一个安装孔竖直朝上，另外两个安装孔位于其两侧，然后在在拱形巷道1两侧侧帮处钻凿数个锚杆孔。首先将防护网4铺设在拱形巷道1内，随后将中锚索311安装在竖直朝上的安装孔内，并且进行注浆固定；随后将左锚索313和右锚索312分别安装在两侧的安装孔内，分别进行注浆固定，将锚索连接器32的竖直通孔穿过中锚索311的连接端，同时将左锚索313和右锚索312的连接端分别穿过锚索连接器32的两个水平通孔321；然后使用锚索张拉器将左锚索313和右锚索312拉紧后通过锁具33固定，拱形巷道1拱顶部分安装完成后，将锚杆34安装在拱形巷道1两侧的锚杆孔内，并注浆固定。

根据拱形巷道1内表面布置U型钢支架2。U型钢支架2的形状与拱形巷道1的内表面相配合，根据拱形巷道1断面设计尺寸以及仰拱设计要求，事先预制好U型钢支架2，并且在U型钢支架2相对应的位置加工锚索件31的通孔以及锚杆34的连接孔；其次在U型钢支架2上位于左锚索313与中锚索311之间、中锚索311与右锚索312之间以及U型钢支架2两侧的位置开设注浆孔21。

接着架设U型钢支架2，U型钢支架2架设完成后即达到固定防护网4的目的。位于U型钢支架2拱顶位置的中锚索311通过锚索张拉器张拉后通过锁具33与U型钢支架拱2顶固定；然后安装固定两侧的锚杆34，即完成了整个U型钢支架2的固定。

通过U型钢支架2拱顶和两帮的注浆孔21向U型钢支架2与拱形巷道1之间的空腔内注入水泥砂浆5，注浆时采用自下而上、自左而右的顺序，待水泥沙浆完全凝固后完成一组支护系统的架设。

最后根据拱形巷道1的实际长度，架设若干组支护系统，并且相邻的支护系统之间的间距相同。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，包括拱形巷道(1)、U型钢支架(2)以及与所述U型钢支架(2)连接的锚杆索组件(3)，其特征在于，所述拱形巷道(1)设置有安装孔，所述U型钢支架(2)与所述拱形巷道(1)相适应，所述锚杆索组件(3)包括锚索件(31)、锚索连接器(32)、锁具(33)，所述锚索件(31)设置于所述安装孔内，所述锚索连接器(32)位于所述U型钢支架(2)内，所述锚索件(31)通过所述锁具(33)与所述U型钢支架(2)连接，所述锚索件(31)包括位于所述U型钢支架(2)顶部的中锚索(311)、位于所述中锚索(311)右侧的右锚索(312)以及位于所述中锚索(311)左侧的左锚索(313)，所述左锚索(313)和所述右锚索(312)通过所述锚索连接器(32)分别与所述中锚索(311)连接，所述中锚索(311)通过所述锁具(33)与所述U型钢支架(2)顶部连接。

2.根据权利要求1所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，其特征在于，所述锚索连接器(32)为倒梯形设计，且其与所述U型钢支架(2)截面相适应，所述锚索连接器(32)设置有两个水平横向且相互平行的水平通孔(321)，一个竖直方向的竖直通孔(322)，两个所述水平通孔(321)分别位于所述竖直通孔(322)两侧，所述水平通孔(321)和所述竖直通孔(322)的孔径相同，且与所述锚索件(31)相适应。

3.根据权利要求2所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，其特征在于，所述中锚索(311)穿过所述竖直通孔(322)通过所述锁具(33)与所述U型钢支架(2)连接，所述左锚索(313)和所述右锚索(312)分别穿过两个所述水平通孔(321)，且所述左锚索(313)和所述右锚索(312)分别通过所述锁具(33)与所述锚索连接器(32)连接。

4.根据权利要求1所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，其特征在于，所述锚杆索组件(3)还包括若干个锚杆(34)，所述锚杆(34)位于拱形巷道(1)两侧且通过锁紧件(341)与所述U型钢支架(2)连接。

5.根据权利要求4所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，其特征在于，所述U型钢支架(2)两侧设置有与所述锚杆(34)相适应的连接孔，所述锚杆(34)穿过所述连接孔与所述锁紧件(341)连接，通过所述锁紧件(341)将所述锚杆(34)与所述U型钢支架(2)锁紧。

6.根据权利要求1所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，其特征在于，所述U型钢支架(2)还设置有四个注浆孔(21)，分别位于所述左锚索(313)与所述中锚索(311)之间、所述中锚索(311)与所述右锚索(312)之间以及所述U型钢支架(2)两侧。

7.根据权利要求1所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，其特征在于，所述拱形巷道(1)的内部表面设置有防护网(4)，所述防护网(4)位于所述拱形巷道(1)与所述U型钢支架(2)之间。

8.根据权利要求4所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，其特征在于，若干个所述锚杆(34)对称分布在所述U型钢支架(2)两侧，且所述锚杆(34)呈等间距排列。

9.根据权利要求1所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统，其特征在于，所述锁具(33)包括套设于所述锚索件(31)上的锚环(331)，与所述锚环(331)外周螺纹连接的锁紧螺母(332)以及弹性垫板(333)，所述弹性垫板(333)位于所述锚环(331)与所述U型钢支架(2)之间。

10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的拱形巷道预应力锚索桁架与U型钢联合支护系统的方法，具体步骤为：

步骤一、拱形巷道(1)掘进之后敲帮问顶，清理浮石，在拱形巷道(1)顶部钻凿三个安装孔，然后在拱形巷道(1)两侧帮处钻凿锚杆孔，将防护网(4)铺设在拱形巷道(1)内，然后将中锚索(311)安装在竖直朝上的安装孔内，随后将左锚索(313)和右锚索(312)分别安装在两侧的安装孔内，将锚索连接器(32)的竖直通孔穿过中锚索(311)的连接端，同时将左锚索(313)和右锚索(312)的连接端分别穿过锚索连接器(32)的两个水平通孔(321)；然后使用锚索张拉器将左锚索(313)和右锚索(312)拉紧后通过锁具(33)固定；

步骤二、根据拱形巷道(1)断面设计尺寸以及仰拱设计要求，事先预制好U型钢支架(2)，并且在U型钢支架(2)相对应的位置加工锚索件(31)的通孔以及锚杆(34)的连接孔；其次在U型钢支架(2)上位于左锚索(313)与中锚索(311)之间、中锚索(311)与右锚索(312)之间以及U型钢支架(2)两侧的位置开设注浆孔(21)，然后架设U型钢支架(2)，位于U型钢支架(2)拱顶位置的中锚索(311)通过锚索张拉器张拉后通过锁具(33)与U型钢支架拱(2)顶固定；然后安装固定两侧的锚杆(34)；

步骤三、通过U型钢支架(2)拱顶和两帮的注浆孔(21)向U型钢支架(2)与拱形巷道(1)之间的空腔内注入水泥砂浆(5)，注浆时采用自下而上、自左而右的顺序。

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