CN111852512B - 一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置及使用方法，包括刚性受载基面、钢条夹板和高强度左锚桩，所述刚性受载基面的内部贯穿有圆通孔，且刚性受载基面的下端面贴合有吸能体，所述吸能体的下端面贴合有多分段钢板，所述钢条夹板贴合于多分段钢板的外表面，且多分段钢板的内部贯穿有安装孔，所述高强度左锚桩套接于安装孔的内部，且高强度左锚桩的内壁贴合有混凝土块，所述混凝土块中心留设有让压吸能作用的缓冲圆孔。该煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，在冲击地压发生时，吸能体瞬间变形，吸收冲击动能，有效保护底梁结构，防冲吸能让位锚杆索采用全长注浆锚固，再造底板煤岩稳定结构，有效保障底板岩体整体性，提高稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿动力灾害防治技术领域，具体为一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置及使用方法。
背景技术
随着煤炭资源开采深度的不断增加，冲击地压发生频率不断升高，破坏程度更加严重。研究表明，86％以上的冲击地压事件发生在巷道中，当底板留有底煤或为软弱岩层时，底板作为冲击破坏主体致灾尤为严重。底板型冲击地压的发生，严重影响冲击地压矿井的安全生产，严重威胁冲击地压矿井工作人员的生命安全与井下设备的财产安全。
目前，现有的防冲击地压结构未能通过主动钻孔降低底板周边应力、发挥卸压锚固的主动防冲作用、不能对冲击能量进行衰减的技术问题，冲击能量较大时，吸能块吸收冲击能量有限而过载破坏，没有对底板做到有效的吸能防护，冲击地压一旦发生，底板煤体或者岩层破碎，剩余冲击能量易引起底板煤岩的破碎弹射，造成底板冲击显现，为此，我们提出一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置及使用方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置及使用方法，解决了传统的现有的防冲击地压结构未能通过主动钻孔降低底板周边应力、发挥卸压锚固的主动防冲作用、不能对冲击能量进行衰减的技术问题，冲击能量较大时，吸能块吸收冲击能量有限而过载破坏，没有对底板做到有效的吸能防护，冲击地压一旦发生，底板煤体或者岩层破碎，剩余冲击能量易引起底板煤岩的破碎弹射，造成底板冲击显现的问题。
为实现上述目的，本发明第一方面提供如下技术方案：一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，包括刚性受载基面、钢条夹板和高强度左锚桩，所述刚性受载基面的内部贯穿有圆通孔，且刚性受载基面的下端面贴合有吸能体，所述吸能体的下端面贴合有多分段钢板，所述钢条夹板贴合于多分段钢板的外表面，且多分段钢板的内部贯穿有安装孔，所述高强度左锚桩套接于安装孔的内部，且高强度左锚桩的内壁贴合有混凝土块，所述混凝土块中心留设有让压吸能作用的缓冲圆孔。
优选的，所述刚性受载基面的侧端面贴合有控位U型销板，且圆通孔的内部安装有防冲吸能让位锚杆索。
优选的，所述控位U型销板与刚性受载基面的侧端面相互扣合，且圆通孔贯穿于刚性受载基面的内壁等间距分布。
优选的，所述钢条夹板的内部贯穿有紧固螺纹槽，且紧固螺纹槽的内壁安装有紧固螺栓。
优选的，所述多分段钢板采用多分段叠压式组合方式，且钢条夹板与多分段钢板的叠压接触点构成半包围结构。
优选的，所述安装孔的侧表面贯穿有预紧通孔，且吸能体的内部贯穿有内圆孔，所述高强度左锚桩的右侧设置有高强度右锚桩。
优选的，所述吸能体位于刚性受载基面的下端面等间距分布，且预紧通孔与预紧穿孔位于同一水平方向上。
优选的，所述缓冲圆孔的右侧设置有连接钢板，且连接钢板的末端连接有锚桩内层，所述锚桩内层的内部安装有钢绞线，且连接钢板位于锚桩内层的中心点圆周分布设置有4组。
本发明第二方面提供如下技术方案：一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置的使用方法，包括以下步骤；
S1、对巷道底板超挖，安装多分段叠压式组合的多分段钢板，多分段叠压式组合的多分段钢板的各段弧形钢条夹板之间采用卷曲钢条连接，通过多分段叠压式组合的多分段钢板两侧锚桩安装孔，对底板打大直径钻孔，安装高强度左锚桩和高强度右锚桩，锚桩内外圆筒之间安装腔安装浇筑成型的玄武岩改性混凝土块，对锚桩顶部进行锚固，锚桩尾部固定在多分段钢板上，对锚桩利用预紧穿孔施加预紧力；
S2、在多分段钢板之上安装吸能体，吸能体直径与长度可以根据需要选取，在吸能体上方安装刚性受载基面，吸能体顶底面与刚性受载基面和多分段钢板紧密贴合；
S3、防冲吸能让位锚杆索穿过刚性受载基面、吸能体、多分段钢板内部的内圆孔，锚杆索顶部锚固在底板下方坚硬岩层中，锚杆索尾部通过托盘固定在刚性受载基面上方，施加预紧力固定；
S4、在刚性受载基面、多分段钢板两侧安装控位U型销板，控位U型销板两端与刚性受载基面、多分段钢板外侧紧密贴合，起到固定整体底梁的作用，在反拱吸能锚梁上方铺片石，整平巷道底板。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明锚桩内层圆筒中心为钢绞线，能有效提高锚桩整体抗拉强度，冲击地压发生时，锚桩内部浇筑成型的玄武岩改性混凝土块通过变形，能够吸收剪切能量，使锚桩继续发挥作用；
2.底梁结构中均匀分布有若干吸能体，冲击地压发生时，吸能体瞬间变形，吸收冲击动能，有效保护底梁结构，防冲吸能让位锚杆索采用全长注浆锚固，再造底板煤岩稳定结构，有效保障底板岩体整体性；
3.本发明多分段钢板每段弧形钢板连接处由钢条夹板卷曲连接，冲击发生时，相邻弧形钢板之间通过摩擦释放剪切能量，有效保护多分段钢板整体性；
4.本发明底梁结构上部与巷道底板水平面之间采用片石充填，同样能够起到吸收弹性能的作用，有效保证巷道底板不发生大的变形，保证轨道正常使用；
5.本发明冲击地压发生后，冲击能量经过高强度左锚桩、高强度右锚桩、防冲吸能让位锚杆索、吸能体三重变形吸能，能有效吸收大部分冲击能量，降低冲击地压事故等级，降低冲击地压事件对安全生产的威胁。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明高强度左锚桩处俯视结构示意图；
图3为本发明多分段钢板处俯视结构示意图；
图4为本发明安装孔处俯视结构示意图；
图5为本发明钢条夹板处侧视结构示意图。
图中：1、刚性受载基面；2、圆通孔；3、控位U型销板；4、防冲吸能让位锚杆索；5、吸能体；6、内圆孔；7、多分段钢板；8、紧固螺纹槽；9、钢条夹板；10、紧固螺栓；11、安装孔；12、预紧穿孔；13、预紧通孔；14、高强度左锚桩；15、混凝土块；16、缓冲圆孔；17、连接钢板；18、锚桩内层；19、钢绞线；20、高强度右锚桩。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置及使用方法，包括刚性受载基面1、钢条夹板9和高强度左锚桩14，刚性受载基面1的内部贯穿有圆通孔2，且刚性受载基面1的下端面贴合有吸能体5，吸能体5的下端面贴合有多分段钢板7，钢条夹板9贴合于多分段钢板7的外表面，且多分段钢板7的内部贯穿有安装孔11，高强度左锚桩14套接于安装孔11的内部，且高强度左锚桩14的内壁贴合有混凝土块15，混凝土块15中心留设有让压吸能作用的缓冲圆孔16，本发明冲击地压发生后，冲击能量经过高强度左锚桩14、高强度右锚桩20、防冲吸能让位锚杆索4、吸能体5三重变形吸能，能有效吸收大部分冲击能量，降低冲击地压事故等级，降低冲击地压事件对安全生产的威胁；
刚性受载基面1的侧端面贴合有控位U型销板3，且圆通孔2的内部安装有防冲吸能让位锚杆索4，控位U型销板3与刚性受载基面1的侧端面相互扣合，且圆通孔2贯穿于刚性受载基面1的内壁等间距分布，本发明在巷道两底角按俯角α为37-53°钻大直径钻孔，能够使底板应力得到有效释放，锚桩内层18圆筒中心为钢绞线19，能有效提高锚桩整体抗拉强度，冲击地压发生时，锚桩内部浇筑成型的玄武岩改性混凝土块15通过变形，能够吸收剪切能量，使锚桩继续发挥作用；
钢条夹板9的内部贯穿有紧固螺纹槽8，且紧固螺纹槽8的内壁安装有紧固螺栓10，多分段钢板7采用多分段叠压式组合方式，且钢条夹板9与多分段钢板7的叠压接触点构成半包围结构，底梁结构中均匀分布有若干吸能体5，冲击地压发生时，吸能体5瞬间变形，吸收冲击动能，有效保护底梁结构，防冲吸能让位锚杆索4采用全长注浆锚固，再造底板煤岩稳定结构，有效保障底板岩体整体性；
安装孔11的侧表面贯穿有预紧通孔13，且吸能体5的内部贯穿有内圆孔6，高强度左锚桩14的右侧设置有高强度右锚桩20，吸能体5位于刚性受载基面1的下端面等间距分布，且预紧通孔13与预紧穿孔12位于同一水平方向上，本发明多分段钢板7每段弧形钢板连接处由钢条夹板9卷曲连接，冲击发生时，相邻弧形钢板之间通过摩擦释放剪切能量，有效保护多分段钢板7整体性；
缓冲圆孔16的右侧设置有连接钢板17，且连接钢板17的末端连接有锚桩内层18，锚桩内层18的内部安装有钢绞线19，且连接钢板17位于锚桩内层18的中心点圆周分布设置有4组，本发明底梁结构上部与巷道底板水平面之间采用片石充填，同样能够起到吸收弹性能的作用，有效保证巷道底板不发生大的变形，保证轨道正常使用；
参照图1所示，本申请实例提供了一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置的使用方法：
执行主体为一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，该装置如上述实施例所示。
一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置的使用方法包括以下步骤；
S1、对巷道底板超挖，安装多分段叠压式组合的多分段钢板7，多分段叠压式组合的多分段钢板7的各段弧形钢条夹板9之间采用卷曲钢条连接，通过多分段叠压式组合的多分段钢板7两侧锚桩安装孔11，对底板打大直径钻孔，安装高强度左锚桩14和高强度右锚桩20，锚桩内外圆筒之间安装腔安装浇筑成型的玄武岩改性混凝土块15，对锚桩顶部进行锚固，锚桩尾部固定在多分段钢板7上，对锚桩利用预紧穿孔12施加预紧力；
S2、在多分段钢板7之上安装吸能体5，吸能体5直径与长度可以根据需要选取，在吸能体5上方安装刚性受载基面1，吸能体5顶底面与刚性受载基面1和多分段钢板7紧密贴合；
S3、防冲吸能让位锚杆索4穿过刚性受载基面1、吸能体5、多分段钢板7内部的内圆孔6，锚杆索顶部锚固在底板下方坚硬岩层中，锚杆索尾部通过托盘固定在刚性受载基面1上方，施加预紧力固定；
S4、在刚性受载基面1、多分段钢板7两侧安装控位U型销板3，控位U型销板3两端与刚性受载基面1、多分段钢板7外侧紧密贴合，起到固定整体底梁的作用，在反拱吸能锚梁上方铺片石，整平巷道底板。
工作原理：对于这类的煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，该装置通过将多组多分段钢板7进行叠压组合的安装方式实现安装，同时在叠压接触点位置安装半包围结构设计的钢条夹板9对两组多分段钢板7进行固定，然后利用紧固螺栓10贯穿在紧固螺纹槽8的内部即可将钢条夹板9与多分段钢板7进行相对位置的固定，安装同样操作方式实现多组多分段钢板7的安装，并在多分段钢板7的上端面等间距固定多组吸能体5，同时在等间距分布的吸能体5的上方固定刚性受载基面1；
这样当冲压发生时，通过吸能体5的压缩变形可以有效的吸收大量的冲击，保护底板，而且为了避免在吸能体5压缩形变过程中刚性受载基面1和多分段钢板7的位置发生变化，利用两侧的控位U型销板3的卡合作用可以将刚性受载基面1和多分段钢板7固定在内侧，在刚性受载基面1和多分段钢板7发生相对位置的收缩变化时避免脱落，由于高强度右锚桩1的内壁和多分段钢板7的内部均贯穿了多组圆通孔2和内圆孔6，用于等间距插入多组防冲吸能让位锚杆索4，防冲吸能让位锚杆索4采用采用全长注浆锚固，并贯穿在岩层中，有效保障底板岩体整体性；
将左右两侧的高强度左锚桩14和高强度右锚桩20逐一插入安装孔11的内壁，并使得高强度左锚桩14尾部两端开孔与预紧通孔13和预紧穿孔12相互对应，然后将高强度左锚桩14和高强度右锚桩20预紧在多分段钢板7的内部，高强度左锚桩14和高强度右锚桩20结构相同，均采用双层圆柱设计，内外层之间采用浇筑成型的玄武岩改性混凝土块15，玄武岩改性混凝土块15内部有长度方向贯穿的圆形缓冲圆孔16，当受到冲击时，通过缓冲圆孔16和混凝土块15的形变可以吸收侧向的压力，而锚桩内层18内壁安装钢绞线19，能有效提高锚桩整体抗拉强度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，包括刚性受载基面(1)、钢条夹板(9)和高强度左锚桩(14)，其特征在于：所述刚性受载基面(1)的内部贯穿有圆通孔(2)，在圆通孔(2)的内部安装有防冲吸能让位锚杆索(4)，在刚性受载基面(1)的下端面贴合有吸能体(5)，所述吸能体(5)的下端面贴合有多分段钢板(7)，在多分段钢板(7)的内部贯穿有安装孔(11)，所述高强度左锚桩(14)套接于安装孔(11)的内部；
所述钢条夹板(9)贴合于多分段钢板(7)的外表面，所述多分段钢板(7)采用多分段叠压式组合方式，且钢条夹板(9)与多分段钢板(7)的叠压接触点构成半包围结构；
在所述高强度左锚桩(14)的内壁贴合有混凝土块(15)，所述混凝土块(15)中心留设有让压吸能作用的缓冲圆孔(16)，所述缓冲圆孔(16)的右侧设置有连接钢板(17)，且连接钢板(17)的末端连接有锚桩内层(18)，所述锚桩内层(18)的内部安装有钢绞线(19)，且连接钢板(17)位于锚桩内层(18)的中心点圆周分布设置有4组。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，其特征在于：所述刚性受载基面(1)的侧端面贴合有控位U型销板(3)。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，其特征在于：所述控位U型销板(3)与刚性受载基面(1)的侧端面相互扣合，且圆通孔(2)贯穿于刚性受载基面(1)的内壁等间距分布。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，其特征在于：所述钢条夹板(9)的内部贯穿有紧固螺纹槽(8)，且紧固螺纹槽(8)的内壁安装有紧固螺栓(10)。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，其特征在于：所述安装孔(11)的侧表面贯穿有预紧通孔(13)，且吸能体(5)的内部贯穿有内圆孔(6)，所述高强度左锚桩(14)的右侧设置有高强度右锚桩(20)。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，其特征在于：所述吸能体(5)位于刚性受载基面(1)的下端面等间距分布，且预紧通孔(13)与预紧穿孔(12)位于同一水平方向上。
7.一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置的使用方法，其特征在于：应用于权利要求1-6中任意一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置，包括以下步骤：
S1、对巷道底板超挖，安装多分段叠压式组合的多分段钢板(7)，多分段叠压式组合的多分段钢板(7)的各段弧形钢条夹板(9)之间采用卷曲钢条连接，通过多分段叠压式组合的多分段钢板(7)两侧锚桩安装孔(11)，对底板打大直径钻孔，安装高强度左锚桩(14)和高强度右锚桩(20)，锚桩内外圆筒之间安装腔安装浇筑成型的玄武岩改性混凝土块(15)，对锚桩顶部进行锚固，锚桩尾部固定在多分段钢板(7)上，对锚桩利用预紧穿孔(12)施加预紧力；
S2、在多分段钢板(7)之上安装吸能体(5)，吸能体(5)直径与长度可以根据需要选取，在吸能体(5)上方安装刚性受载基面(1)，吸能体(5)顶底面与刚性受载基面(1)和多分段钢板(7)紧密贴合；
S3、防冲吸能让位锚杆索（4）穿过刚性受载基面(1)、吸能体(5)、多分段钢板(7)内部的内圆孔(6)，锚杆索顶部锚固在底板下方坚硬岩层中，锚杆索尾部通过托盘固定在刚性受载基面（1）上方，施加预紧力固定；
S4、在刚性受载基面(1)、多分段钢板(7)两侧安装控位U型销板(3)，控位U型销板(3)两端与刚性受载基面(1)、多分段钢板(7)外侧紧密贴合，起到固定整体底梁的作用，在反拱吸能锚梁上方铺片石，整平巷道底板。
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2020
- 2020-07-24 CN CN202010724954.2A patent/CN111852512B/zh active Active
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