CN112360504B - 利用大气压力支护巷道围岩的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矿巷道掘进与支护技术领域，提供了一种利用大气压力支护巷道围岩的方法及装置，所述方法包括如下步骤：挖掘巷道后，清理所述巷道内围岩的表面；在所述围岩的表面喷涂密封涂层，并留有至少一块抽气口；自所述抽气口，对所述围岩的裂隙进行抽气处理，使所述围岩的裂隙内形成负压，在所述密封涂层内外形成压差。本发明通过采用对围岩喷涂密封材料形成密封涂层，利用负压抽气实现大气压力对涂层及围岩主动支护的方法，只需操作喷涂管路、抽气系统，即可完成主动的、支护力强度大的临时支护，避免了人工搬运重型的支护材料及调动掘进机的繁琐工作，能够快速地为掘进工作面提供强力的临时支护。

Description

利用大气压力支护巷道围岩的方法及装置
技术领域
本发明涉及煤矿巷道掘进与支护技术领域，特别是涉及一种利用大气压力支护巷道围岩的方法及装置。
背景技术
煤矿巷道临时支护是在巷道开挖后，为了防止顶板冒落与离层，采取措施临时支住顶板，使后续施工在顶板稳定的条件下安全开展。巷道临时支护过去采用金属探梁、单体液压支柱等方式，需要人工搬运进行支护，施工速度慢、支护强度不足、支护质量差、人工劳动强度大。巷道临时支护还可采用掘进机机载式顶棚或自移棚式支架进行临时支护，通过液压系统控制掘进机机载顶棚或棚式支架进行临时支护，但操作繁琐、耗时长、支护作用力小且容易损坏。难以保证掘进工作面的安全及煤矿巷道快速掘进的需求。目前尚没有一种快速有效的临时支护方式。
申请号为CN201610137893.3的中国专利申请，公开了一种煤矿含水巷道的围岩支护施工方法，属于地下工程围岩支护领域，包括以下步骤，1)掘巷后初喷作业；2)根据含水巷道地质条件，进行可控注浆锚杆结构设计，及可控注浆锚杆—锚索支护参数设计；3)采用可控注浆锚杆+锚索+金属网+喷浆支护，形成注浆加固隔水圈，并对巷道表面围岩喷浆；4)通过数值模拟等现场观测技术手段，确定需要加强支护、隔水的关键部位；5)调整优化含水巷道支护参数，对关键部位进行注浆加固支护；6)对巷道底板进行合理支护；还提供了一种围岩支护结构。
虽然上述现有技术提出了关于巷道围岩的支护方法，主要用于解决含水巷道围岩支护的问题，但其在施工过程中，存在支护结构复杂，安装工序繁琐，难以解决煤矿巷道围岩掘后快速施工支护的需求。
有鉴于此提出本发明。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种利用大气压力支护巷道围岩的方法。
本发明还提出一种利用大气压力支护巷道围岩的装置。
根据本发明第一方面实施例的一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，包括如下步骤：
挖掘巷道后，清理所述巷道内围岩的表面；
在所述围岩的表面喷涂密封涂层，并留有至少一块抽气口；
自所述抽气口对所述围岩的裂隙进行抽气处理，使所述围岩的裂隙内形成负压，在所述密封涂层的内外形成压差。
根据本发明的一个实施例，所述自所述抽气口，对所述围岩的裂隙进行抽气处理，使所述围岩的裂隙内形成负压，在所述密封涂层内外形成压差之前，还包括如下步骤：
对所述围岩的表面进行裂隙的综合测评；
若测评结果满足所述围岩表面直接抽气条件，则通过所述抽气口对所述围岩的裂隙进行抽气处理；
若测评结果不满足所述围岩表面直接抽气条件，则在所述抽气口钻设抽气孔，并从所述抽气孔处，对所述围岩的裂隙进行抽气处理。
具体来说，通过对所述围岩的表面进行裂隙的综合测评，可以掌握所述围岩表面裂隙是否满足直接抽气支护的需求，并根据测评结果，对所述围岩进行处理，以满足抽气处理的需要，即，通过在所述围岩上的所述密封涂层的内外形成压差，满足所述围岩的支护。
根据本发明的一个实施例，所述对所述围岩的表面进行裂隙的综合测评指标包括：对所述围岩裂隙的范围、裂隙的密度、裂隙的开度、裂隙的长度、裂隙的间距以及裂隙网密度中任意一项或几项指标的组合。
具体来说，通过多项指标的组合，实现对所述围岩裂隙的综合评测，评测结果也更准确和科学。
根据本发明的一个实施例，所述若测评结果满足所述围岩表面直接抽气条件，则通过所述抽气口对所述围岩的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过所述抽气口对所述围岩的裂隙进行持续的抽气处理直至，所述密封涂层内外形成大于0MPa，小于等于0.1MPa的压差。
具体来说，通过持续抽气，满足了所述围岩所述表面的裂隙内压力稳定，在所述密封涂层的内外形成压差。
根据本发明的一个实施例，所述若测评结果满足所述围岩表面直接抽气条件，则通过所述抽气口对所述围岩的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过所述抽气口对所述围岩的裂隙进行持续的抽气处理直至所述密封涂层的内外形成压差；
其中，所述密封涂层的内外形成稳定的压差后，停止对所述围岩的裂隙抽气处理，并通过止回单元维持所述密封涂层的内外压差。
具体来说，通过持续抽气，满足了所述围岩的裂隙内压力稳定，在所述密封涂层的内外形成压差，实现对所述围岩的支护，达到预设压差时停止抽气，同时利用抽气口内设置的止回单元，避免了所述围岩裂隙内压力的变化，实现了对所述密封涂层内外压差的保持，实现对所述围岩的支护。
根据本发明的一个实施例，所述若测评结果不满足所述围岩表面直接抽气条件，则对所述抽气口进行钻孔，并从所述钻孔处，对所述围岩的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过所述抽气口内的所述抽气孔，对所述围岩的裂隙进行持续的抽气处理，直至所述密封涂层内外形成大于0MPa，小于等于0.1MPa的压差。
具体来说，通过持续抽气，满足了所述围岩所述表面的裂隙内压力稳定，在所述密封涂层的内外形成压差。
根据本发明的一个实施例，所述若测评结果不满足所述围岩表面直接抽气条件，则对所述抽气口进行钻孔，并从所述钻孔处，对所述围岩的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过所述抽气口内的所述抽气孔，对所述围岩的裂隙进行的抽气处理，直至所述密封涂层内外形成压差；
其中，所述密封涂层的内外形成稳定的压差后，停止对所述围岩的裂隙抽气处理，并通过止回单元维持所述密封涂层的内外压差。
具体来说，通过持续抽气，将所述围岩所述表面的裂隙内压力调整到满足需求时，可以通过断开抽气的方式实现对所述围岩的支护，断开后通过在抽气口处设置的止回单元，避免了所述围岩的裂隙内负压力的变化，实现了对所述密封涂层内外压差的保持，实现对所述围岩的支护。
根据本发明第二方面实施例的一种利用大气压力支护巷道围岩的装置，包括：
行进机构、喷涂系统、抽气系统和钻孔系统；
所述行进机构包括架体，以及设置于所述架体底部的履带；
所述喷涂系统包括设置于所述架体上的喷涂机械臂、喷涂泵站、料箱，以及连接所述喷涂机械臂和所述料箱的喷涂管路；
所述抽气系统包括设置于所述架体上的负压抽气泵、密封机构、连接所述负压抽气泵和所述密封机构的抽气管路，以及移动所述密封机构和所述抽气管路的移动机械臂；
所述钻孔系统包括设置于所述架体上的钻孔机械臂，以及设置于所述钻孔机械臂前端钻机的钻机和钻杆；
其中，所述支护装置工作时，使用上述所述的一种利用大气压力支护巷道围岩方法的步骤。
根据本发明的一个实施例，还包括压风系统；所述压风系统包括设置于所述架体上的压风管路，所述压风管路向挖掘后的所述巷道内压风，用于对所述围岩的表面进行清理。
具体来说，通过在所述架体上设置压风管路，实现了支护装置对所述围岩的清理，保证喷涂时巷道表面的清洁，使得密封涂层能有效地粘结在围岩上，实现支护施工的便捷有效。
根据本发明的一个实施例，还包括供水系统；所述供水系统包括设置于所述架体上的供水管路，所述供水管路向挖掘后的所述巷道内送水，用于对所述围岩的表面进行清理。
具体来说，通过在所述架体上设置供水管路，实现了支护装置对所述围岩的清理，保证喷涂时巷道表面的清洁、使得密封涂层能有效地粘结在围岩上，实现支护施工的便捷有效。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明通过采用对围岩喷涂密封材料形成密封涂层，利用负压抽气实现大气压力主动支护的方法，只需操作喷涂管路、抽气系统，即可完成主动的、支护力强度大的临时支护，避免了人工搬运重型的支护材料及调动掘进机的繁琐工作，能够快速地为掘进工作面提供强力的临时支护。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩方法的工艺流程第一示意图；
图2是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩方法的工艺流程第二示意图；
图3是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道内的俯视示意图；
图4是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道内的断面布置第一示意图；
图5是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道内的断面布置第二示意图；
图6是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道内的断面布置第三示意图；
图7是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道内的断面布置第四示意图；
图8是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道内的断面布置第五示意图。
附图标记：
1：巷道；
2：围岩；
3：密封涂层；
4：抽气口；
5：行进机构；501：架体；502：履带；
6：喷涂系统；601：喷涂机械臂；602：喷涂泵站；603：料箱；604：喷涂管路；
7：抽气系统；701：负压抽气泵；702：密封机构；703：抽气管路；704：移动机械臂；
8：钻孔系统；801：钻孔机械臂；802：钻机；
9：掘进机构；
10：抽气孔。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1和图2是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩方法的工艺流程第一和第二示意图，主要用来展示本发明巷道围岩支护方法的工艺流程，从图1中可以看出，本发明的支护方法包括将巷道1挖掘好后，先对巷道1内围岩2的表面进行清理，清理的对象包括围岩2表面附着的煤尘、水及其混合物等，清理之后对围岩2的表面喷涂密封涂层3，密封涂层3为高强度力学、高强密封效果的密封材料；高强度的密封材料喷涂在围岩2表面后，形成高强度的密封涂层3，满足气密性需要求；喷涂时，预留至少一块抽气口4，抽气口4的具体数量和位置可以根据设计需求来选择；对围岩2表面喷涂好密封涂层3后，自抽气口4对围岩2的裂隙进行抽气，使得围岩2表面裂隙内形成负压，密封涂层3的内外形成压差，实现利用大气压对围岩2的支护。
进一步地，从图2中可以看出，从抽气口4进行抽气之前，还对围岩2的表面进行了裂隙的综合测评，根据测评结果来判断是否需要打孔，还是直接从抽气口4上进行对围岩2表面裂隙的抽气，对围岩2表面裂隙的综合测评可以根据仪器或者相应的测评标准进行，对抽气口4的抽气是通过在抽气口4上设置密封机构702，并通过与密封机构702连接的抽气管路703，以及与抽气管路703连接的负压抽气泵701，经由密封机构702对应的抽气口4负压抽取围岩2裂隙中的空气，实现围岩2裂隙内负压的形成，密封机构702通过负压抽气或自吸附固定在在抽气口4之上，实现密封涂层3与抽气口4之间的密封及抽气管路703的快速安装。
图3是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道1内的俯视示意图，主要从支护装置在巷道1内的俯视视图的角度进行了展示，从图3中可以看出，本发明支护装置包括能够在巷道1内移动的架体501，以及设置于架体501底部的履带502，根据需要还可以在架体501前部设置掘进机构9，其中，为了节约篇幅起见，对掘进机构9的使用方式不做具体限定，可以参考本领域中的常规设计方法，本发明主要是将掘进机构9与支护装置合为一体，在满足掘进的同时，实现对围岩2的支护。
进一步地，至少在架体501的两侧设置有喷涂机械臂601，喷涂机械臂601与设置于架体501上的喷涂泵站602、料箱603通过喷涂管路604连接，料箱603内盛放有密封材料，喷涂机械臂601根据巷道1内需要喷涂的具体位置来调整喷涂角度，通过喷涂管路604和喷涂泵站602将料箱603内的喷涂材料喷射至围岩2的表面，形成密封涂层3。
进一步地，架体501上还设置有抽气系统7，具体来说抽气系统7包括设置于架体501上的负压抽气泵701、密封机构702以及连接负压抽气泵701和密封机构702的抽气管路703，其中密封机构702可以通过抓取机械臂进行抓取，进而放置到对应的抽气口4上，负压抽气泵701可以是机械真空泵、水蒸气喷射泵或真空发生器，通过密封机构702和抽气管路703，实现连接抽气口4并对围岩2表面裂隙内空气的抽取，进而在围岩2的裂隙内形成负压。
进一步地，还包括压风系统；压风系统包括设置于架体501上的压风管路，压风管路向挖掘后的巷道1内压风，用于对围岩2的表面进行清理。
进一步地，还包括供水系统；供水系统包括设置于架体501上的供水管路，供水管路向挖掘后的巷道1内送水，用于对围岩2的表面进行清理。
图4是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道1内的断面布置第一示意图，从图4中可以看出，移动机械臂704抓取密封机构702，并准备放置到密封涂层3上的抽气口4内，以及负压抽气泵701通过抽气管路703与已经安装到抽气口4上的密封机构702连接，实现对围岩2表面裂隙内空气的抽取。
图5是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道1内的断面布置第二示意图，图5为本发明评测结果满足抽气条件下的断面布置图的一种实施方案，从图5中可以看出，负压抽气泵701通过抽气管路703与密封机构702连接，密封机构702对应抽气口4设置，负压抽气泵701持续工作，经过密封机构702将围岩2的裂隙内空气持续抽出，在密封涂层3处形成内外压差，实现对围岩2的支护。
需要说明的是，对于本实施方案来说，对围岩2表面裂隙内空气的抽取是持续的，可以用过延长抽气管路703来实现，即，支护装置持续行进，抽气管路703持续伸长，以满足抽气的需求，此种设置为快速掘进和临时支护的方案，可以通过与其他设备配合，其他设备进行后续的支护处理，至少对顶部、两侧的围岩2提供主动支护作用力，直至围岩2完成锚杆打设，而本发明的支护装置则快速施工并行进，随掘进过程中实现快速的临时支护。
图6是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道1内的断面布置第三示意图，图6为本发明评测结果满足抽气条件下的断面布置图的另一种实施方案，从图6中可以看出，其中一个密封机构702没有与抽气管路703连接，此种设置是因为密封机构702内设置有止回单元，当密封机构702与抽气管路703断开连接时，止回单元作用，将密封机构702的空气通路关闭，保持围岩2表面裂隙内的压力，本发明的支护装置在掘进过程中，便可实现边掘进，边支护的工作。
需要说明的是，对于本实施方案来说，还可以通过与其他设备配合，其他设备进行后续的支护处理，由于采用的是密封涂层3的内外压差达到标准值后，便通过密封机构702内的止回单元进行密封，并将密封机构702与抽气管路703断开连接，此种设置使得支护装置能够实现临时支护，并减少长距离采用多管路持续抽气方式临时支护管路系统复杂的问题，在掘进中至少对顶部、两侧的围岩2提供主动支护作用力，直至围岩2完成锚杆打设。
还需要说明的是，止回单元可以看作是设置于密封机构702内的单向阀，密封机构702与抽气管路703连接时，止回单元导通，密封机构702与抽气管路703断开连接时，止回单元封闭密封机构702的通风通道，在通路上设置单向阀或者类似的单向导通元件，在本领域中较为常见，为了节约篇幅起见，本发明没有对止回单元进行详细的描述，但不应认为本发明的止回单元描述不清或不是一个完整的技术方案，对于此处的理解，本领域技术人员结合本领域内的常规设置即可。
图7是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道1内的断面布置第四示意图，图7为本发明评测结果不满足围岩2表面直接抽气条件下的断面布置图的一种实施方案，从图7中可以看出，钻孔机械臂801的前端设置有钻机802和钻杆，钻机802通过钻杆在围岩2上的抽气口4内钻设出抽气孔10，密封机构702通过与钻杆集成化的设计或单独的移动机械臂704安置抽气口4后，通过抽气孔10将围岩2裂隙内的空气抽出。
需要说明的是，对于本实施方案来说，负压抽气泵701通过抽气管路703与密封机构702连接，密封机构702对应抽气口4设置，负压抽气泵701持续工作，密封机构702将围岩2裂隙内的空气持续抽出，密封涂层3形成内外压差，实现对围岩2的支护，作为本实施方案，对围岩2表面裂隙内空气的抽取是持续的，可以用过延长抽气管路703来实现，即，支护装置持续行进，抽气管路703持续伸长，以满足抽气的需求，此种设置为快速掘进和临时支护的方案，可以通过与其他设备配合，其他设备进行后续的支护处理，至少对顶部、两侧的围岩2提供主动支护作用力，直至围岩2完成锚杆打设，而本发明的支护装置则快速施工及行进，在施工及行进过程中实现快速的临时支护。
图8是本发明实施例提供的利用大气压力支护巷道围岩的装置在巷道1内的断面布置第五示意图，图8为本发明评测结果不满足抽气条件下的断面布置图的一种实施方案，从图8中可以看出，钻孔机械臂801的前端设置有钻机802和钻杆，钻机802通过钻杆在围岩2上的抽气口4内钻设出抽气孔10，密封机构702通过与钻杆集成化的设计或单独的移动机械臂704安置抽气口4后，通过抽气孔10将围岩2裂隙内的空气抽出。
需要说明的是，对于本实施方案来说，还可以通过与其他设备配合，其他设备进行后续的支护处理，通过对测评结果不满足抽气的区域内进行钻设抽气孔10，并从抽气孔10内抽取围岩2裂隙内的气体，直至形成负压，通过密封机构702内的止回单元进行密封，将密封机构702与抽气管路703断开连接，此种结构设置能够实现临时支护，在掘进中至少对顶部、两侧的围岩2提供主动支护作用力，直至围岩2完成锚杆打设。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明通过采用对围岩2表面喷涂密封材料形成密封涂层3，利用负压抽气实现大气压力主动支护的方法，只需操作喷涂管路604、抽气系统7，即可完成主动的、支护力强度大的临时支护，避免了人工搬运重型的支护材料及调动掘进机的繁琐工作，能够快速地为掘进工作面提供强力的临时支护，在具体应用中，如下所述。
在一个具体实施方案中，如图1所示，本发明提供一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，包括如下步骤：
挖掘巷道1后，清理巷道1内围岩2的表面；
在围岩2的表面喷涂密封涂层3，并留有至少一块抽气口4；
自抽气口4对围岩2的裂隙进行抽气处理，使围岩2的裂隙内形成负压，在密封涂层3的内外形成压差。
在一个具体实施方案中，如图2所示，本发明提供一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，自抽气口4对围岩2的裂隙进行抽气处理，使围岩2的裂隙内形成负压，在密封涂层3内外形成压差之前，还包括如下步骤：
对围岩2的表面进行裂隙的综合测评；
若测评结果满足围岩2表面直接抽气条件，则通过抽气口4对围岩2的裂隙进行抽气处理；
若测评结果不满足围岩2表面直接抽气条件，则在抽气口4钻设抽气孔10，并从抽气孔10处，对围岩2的裂隙进行抽气处理。
具体来说，通过对围岩2的表面进行裂隙的综合测评，可以掌握围岩2的裂隙是否满足直接抽气支护的需求，并根据测评结果，对围岩2表面进行处理，以满足抽气处理的需要，即，通过在围岩2上的密封涂层3的内外形成压差，满足围岩2的支护，形成对密封涂层3及围岩的大气压力作用，实现密封涂层3与围岩2的紧密贴合。
在一个具体实施方案中，如图2所示，本发明提供一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，对围岩2表面裂隙的综合测评指标包括：对围岩2裂隙的范围、裂隙的密度、裂隙的开度、裂隙的长度、裂隙的间距以及裂隙网密度中任意一项或几项指标的组合。
具体来说，通过多项指标的组合，实现对围岩2表面裂隙的综合评测，评测结果也更准确和科学。
在一个具体实施方案中，如图1和图2所示，本发明提供一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，若测评结果满足围岩2表面直接抽气条件，则通过抽气口4对围岩2的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过抽气口4对围岩2的裂隙进行持续的抽气处理直至，密封涂层3内外形成大于0MPa，小于等于0.1MPa的压差。
具体来说，通过持续抽气，满足了围岩2的裂隙内压力稳定，在密封涂层3的内外形成压差，形成对密封涂层3及围岩的大气压力作用，实现密封涂层3与围岩2的紧密贴合。
在一个具体实施方案中，如图1和图2所示，本发明提供一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，若测评结果满足围岩2表面直接抽气条件，则通过抽气口4对围岩2的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过抽气口4对围岩2的裂隙进行持续的抽气处理直至密封涂层3的内外形成压差；其中，密封涂层3的内外形成稳定的压差后，停止对围岩2的裂隙抽气处理，并通过止回单元维持密封涂层3的内外压差。
需要说明的是，密封涂层3的内外形成的稳定压差是指密封涂层3的内外形成的压差达到最大值且不再上升。
还需要说明的是，密封涂层3的内外形成的压差大于0MPa，小于等于0.1Mpa。
具体来说，通过持续抽气，满足了围岩2的裂隙内压力稳定，在密封涂层3的内外形成压差，实现对围岩2的支护，达到预设压差时停止抽气，同时利用抽气口内设置的止回单元，避免了围岩2裂隙内压力的变化，实现了对密封涂层3内外压差的保持，实现对围岩2的支护，形成对密封涂层3及围岩的大气压力作用，实现密封涂层3与围岩2的紧密贴合。
在一个具体实施方案中，如图1和图2所示，本发明提供一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，若测评结果不满足围岩2表面直接抽气条件，则对抽气口4进行钻孔，并从钻孔处，对围岩2的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过抽气口4内的抽气孔10，对围岩2的裂隙进行持续的抽气处理，直至密封涂层3内外形成大于0MPa，小于等于0.1MPa的压差。
具体来说，通过持续抽气，满足了围岩2的裂隙内压力稳定，在密封涂层3的内外形成压差，形成对密封涂层3及围岩的大气压力作用，实现密封涂层3与围岩2的紧密贴合。
在一个具体实施方案中，如图1和图2所示，本发明提供一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，若测评结果不满足围岩2表面直接抽气条件，则对抽气口4进行钻孔，并从钻孔处，对围岩2的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过抽气口4内的抽气孔10，对围岩2的裂隙进行的抽气处理，直至密封涂层3内外形成压差；其中，密封涂层3的内外形成稳定的压差后，停止对围岩2的裂隙抽气处理，并通过止回单元维持密封涂层3的内外压差。
需要说明的是，密封涂层3的内外形成的稳定压差是指密封涂层3的内外形成的压差达到最大值且不再上升。
还需要说明的是，密封涂层3的内外形成的压差大于0MPa，小于等于0.1Mpa。
具体来说，通过持续抽气，将围岩2的裂隙内压力调整到满足需求时，可以通过断开抽气的方式实现对围岩2的支护，断开后通过在抽气口4内设置的止回单元，避免了围岩2的裂隙内压力变化，实现了对密封涂层3内外压差的保持，实现对围岩2的支护，形成对密封涂层3及围岩的大气压力作用，实现密封涂层3与围岩2的紧密贴合。
在一个具体实施方案中，如图3至图8所示，本发明提供利用大气压力支护巷道围岩的装置，包括：行进机构5、喷涂系统6、抽气系统7和钻孔系统8；行进机构5包括架体501，以及设置于架体501底部的履带502；喷涂系统6包括设置于架体501上的喷涂机械臂601、喷涂泵站602、料箱603，以及连接喷涂机械臂601和料箱603的喷涂管路604；抽气系统7包括设置于架体501上的负压抽气泵701、密封机构702，连接负压抽气泵701和密封机构702的抽气管路703，以及移动密封机构702和抽气管路703的移动机械臂704；钻孔系统8包括设置于架体501上的钻孔机械臂801，以及设置于钻孔机械臂801前端钻机802和钻杆；其中，装置工作时，使用上述的一种利用大气压力支护巷道围岩方法的步骤。
在一个具体实施方案中，如图3至图8所示，本发明提供利用大气压力支护巷道围岩的装置，还包括压风系统；压风系统包括设置于架体501上的压风管路，压风管路向挖掘后的巷道1内压风，用于对围岩2的表面进行清理。
具体来说，通过在架体501上设置压风管路，实现了支护装置对围岩2表面的清理，保证喷涂时巷道1表面的清洁，使得密封涂层3能有效地粘结在围岩2上，实现支护施工的便捷有效。
在一个具体实施方案中，如图3至图8所示，本发明提供利用大气压力支护巷道围岩的装置，还包括供水系统；供水系统包括设置于架体501上的供水管路，供水管路向挖掘后的巷道1内送水，用于对围岩2的表面进行清理。
具体来说，通过在架体501上设置供水管路，实现了支护装置对围岩2表面的清理，保证喷涂时巷道1表面的清洁，使得密封涂层3能有效地粘结在围岩2上，实现支护施工的便捷有效。
在一个具体实施方案中，如图3至图8所示，本发明提供利用大气压力支护巷道围岩的装置，还可以与架体501前端的掘进机构9集成设置；具体来说，通过与架体501前端设置掘进机构9集成设置，实现了对巷道1的掘进，无需其他设备的辅助，为了节约篇幅起见，对掘进机构9的使用方式不做具体限定，可以参考本领域中的常规设计方法，本发明主要是将掘进机构9与支护装置集成设置为一体结构，在满足掘进的同时，实现对围岩2的支护。
在一个应用场景中，负压抽气泵701的吸气口气压为p1；围岩2的裂隙区气压为p2；大气压力为p0；根据伯努利方程：
Figure BDA0002707858160000161
由于负压抽气泵701吸气口气压p1小于围岩2的裂隙气压p2，且围岩2的裂隙中气体与负压抽气泵701中气体高度h1＝h2基本相近，则υ1＞υ2，即围岩2的裂隙中气体向负压抽气泵701中流动，围岩2的裂隙中气压p2降低，直至围岩2的裂隙中气压与负压抽气泵701抽气口的压差p2-p1恒定，密封涂层3的内外大气压差为Δp＝p0-p2，即为大气压力对围岩2表面提供的支护作用力。
在此后掘进机构9继续掘进过程中，负压抽气泵701有两种工作方式：持续抽气或者抽气一段时间后利用安装在密封机构702中的止回单元保持负压，利用密封涂层3的内外大气压差Δp，至少对顶部、两侧围岩2提供主动支护作用力，直至围岩2完成锚杆打设。
重复上述步骤直至完成一个巷道1掘进与支护循环。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，其特征在于，包括如下步骤：
挖掘巷道后，清理所述巷道内围岩的表面；
在所述围岩的表面喷涂密封涂层，并留有至少一块抽气口；
对所述围岩的表面进行裂隙的综合测评；
若测评结果满足所述围岩表面直接抽气条件，则通过所述抽气口对所述围岩的裂隙进行抽气处理；
若测评结果不满足所述围岩表面直接抽气条件，则在所述抽气口钻设抽气孔，并从所述抽气孔处，对所述围岩的裂隙进行抽气处理；
自所述抽气口对所述围岩的裂隙进行抽气处理，使所述围岩的裂隙内形成负压，在所述密封涂层的内外形成压差；
所述密封涂层的内外形成稳定的压差后，停止对所述围岩的裂隙抽气处理，并通过止回单元维持所述密封涂层的内外压差。
2.根据权利要求1所述的一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，其特征在于，所述对所述围岩的表面进行裂隙的综合测评指标包括：对所述围岩裂隙的范围、裂隙的密度、裂隙的开度、裂隙的长度、裂隙的间距以及裂隙网密度中任意一项或几项指标的组合。
3.根据权利要求1所述的一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，其特征在于，所述若测评结果满足所述围岩表面直接抽气条件，则通过所述抽气口对所述围岩的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过所述抽气口对所述围岩的裂隙进行持续的抽气处理直至，所述密封涂层内外形成大于0MPa，小于等于0.1MPa的压差。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，其特征在于，所述若测评结果不满足所述围岩直接抽气条件，则对所述抽气口进行钻孔，并从所述钻孔处，对所述围岩的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过所述抽气口内的所述抽气孔，对所述围岩的裂隙进行持续的抽气处理，直至所述密封涂层内外形成大于0MPa，小于等于0.1MPa的压差。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种利用大气压力支护巷道围岩的方法，其特征在于，所述若测评结果不满足所述围岩直接抽气条件，则对所述抽气口进行钻孔，并从所述钻孔处，对所述围岩的裂隙进行抽气处理中，还包括如下步骤：
通过所述抽气口内的所述抽气孔，对所述围岩的裂隙进行的抽气处理，直至所述密封涂层内外形成压差；
其中，所述密封涂层的内外形成稳定的压差后，停止对所述围岩的裂隙抽气处理，并通过止回单元维持所述密封涂层的内外压差。
6.一种利用大气压力支护巷道围岩的装置，其特征在于，包括：
行进机构、喷涂系统、抽气系统和钻孔系统；
所述行进机构包括架体，以及设置于所述架体底部的履带；
所述喷涂系统包括设置于所述架体上的喷涂机械臂、喷涂泵站、料箱，以及连接所述喷涂机械臂和所述料箱的喷涂管路；
所述抽气系统包括设置于所述架体上的负压抽气泵、密封机构、连接所述负压抽气泵和所述密封机构的抽气管路，以及移动所述密封机构和所述抽气管路的移动机械臂；
所述钻孔系统包括设置于所述架体上的钻孔机械臂，以及设置于所述钻孔机械臂前端钻机的钻机和钻杆；
其中，所述支护装置工作时，使用上述权利要求1-5任一所述的一种利用大气压力支护巷道围岩方法的步骤。
7.根据权利要求6所述的一种利用大气压力支护巷道围岩的装置，其特征在于，还包括压风系统；所述压风系统包括设置于所述架体上的压风管路，所述压风管路向挖掘后的所述巷道内压风，用于对所述围岩的表面进行清理。
8.根据权利要求6所述的一种利用大气压力支护巷道围岩的装置，其特征在于，还包括供水系统；所述供水系统包括设置于所述架体上的供水管路，所述供水管路向挖掘后的所述巷道内送水，用于对所述围岩的表面进行清理。
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