CN112392507B - 一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备与方法，包括半中空圆钢锚杆、水泥充填体、记忆钢丝和普通圆钢锚杆；其中半中空圆钢锚杆起到对浅层复合顶板的控制，记忆钢丝充填体用于在复合顶板中形成控制关键层、作为为深层锚杆加固系统的“锚杆托盘”层以及传递深层锚杆对半中空锚杆支护系统的“提拉作用”。通过本发明，可以从复合顶板内部进行二次或多次支护，形成结合巷道表面控制与顶板深部岩层控制的“梯次支护”效果，有效控制巷道表面位移与巷道围岩稳定性，加强复合顶板巷道的安全性，保障煤矿的安全高效生产。
Description
技术领域
本发明属于矿山安全研究领域，具体涉及一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备及方法。
背景技术
当顶板为复合多层软岩岩层时，受巷道掘进与工作面回采的影响，巷道顶板离层现象明显，表面位移较大，围岩控制难度较高，支护难度大，严重影响了巷道的安全使用。现有的复合顶板巷道支护方法主要为“锚索网联合支护”，即通过增加锚杆、锚索长度与密度以增加支护强度；“顶板注浆改性”，即将马丽散等有机或无机材料注入顶板，对顶板进行改性加固。现有的围岩控制方法虽然能控制巷道顶板下沉，但难以控制深层复合顶板的变形与应力集中，巷道支护施工强度大、成本高、需反复补强。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备及方法，能够从复合顶板内部进行二次或多次支护，形成结合巷道表面控制与顶板深部岩层控制的“梯次支护”效果，有效控制巷道表面位移与巷道围岩稳定性，加强复合顶板巷道的安全性，保障煤矿的安全高效生产。
为实现上述目的，提出一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备，包括：半中空圆钢锚杆、记忆钢丝混凝土充填体、记忆钢丝和普通圆钢锚杆；
所述记忆钢丝混凝土充填体填充所述离层空间，所述半中空圆钢锚杆的中空段穿过所述极软岩层，以使实心段全部插入所述较软岩层，实心段和中空段之间的分界位于离层空间；半中空圆钢锚杆上中空段内部设置记忆钢丝导槽，实心段和中空段分界的位置接记忆钢丝导槽设置记忆钢丝孔，所述记忆钢丝沿记忆钢丝导槽延伸至记忆钢丝孔，并通过记忆钢丝孔伸出至半中空圆钢锚杆外部，并与记忆钢丝混凝土充填体结合形成半中空圆钢锚杆与较软岩层固定时的第一锚杆托盘；所述半中空圆钢锚杆伸出极软岩层外部的部分设置锚杆托盘，并通过锚杆螺母与半中空圆钢锚杆固定连接，实现对锚杆托盘的固定；
所述普通圆钢锚杆从较软岩层插入至极硬岩层内，在离层空间设置锚杆托盘与普通圆钢锚杆连接，且通过一锚杆螺母进行固定。
其中，半中空圆钢锚杆中空段一端的端部开口设置注浆防漏塞；所述半中空圆钢锚杆的记忆钢丝孔同时作为离层空间的注浆孔，在开启半中空圆钢锚杆中空段一端的端部开口设置的注浆防漏塞后，通过端部开口进行注浆，注浆浆液沿半中空圆钢锚杆中空段流动，并从记忆钢丝孔流出，完成对离层空间的注浆。
其中，记忆钢丝材质为镍钛合金线，记忆钢丝混凝土充填体为水泥材料。
此外，本发明提供了一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护方法，采用如前述技术方案所述的复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备进行支护，包括：
a.确定复合顶板离层最大位置：巷道开掘与临时支护后，采用原位钻孔窥视的方法，对巷道顶板进行窥视，确定复合顶板最大离层的层位，并以该层位高度设定为半中空圆钢锚杆的中空段长度；
b.制作半中空圆钢锚杆：根据步骤(a)所测得的半中空长度，制作半中空圆钢锚杆，在中空段顶端锚杆壁上，设置记忆钢丝孔，并从各个记忆钢丝孔开始刻制记忆钢丝导槽；
c.半中空圆钢锚杆安装：按照设计支护参数钻打锚杆孔，塞入锚固剂后，置入半中空圆钢锚杆，待半中空圆钢锚杆固定后，将记忆钢丝弯曲沿着相对的两个记忆钢丝导槽送入半中空圆钢锚杆中，记忆钢丝通过记忆钢丝孔进入复合顶板离层空间，安装锚杆托盘与螺母，并施加初步预应力；
d.复合顶板记忆钢丝混凝土充填体充填：在两个半中空圆钢锚杆之间，钻打注浆孔，钻打深度为复合顶板最大离层的层位高度，并将若干跟记忆钢丝置入离层空间中，向中空锚杆与注浆孔中注入水泥浆液，待充满离层空间后，使用注浆防漏塞封堵半中空圆钢锚杆与注浆孔；
e.安装深层锚杆加固：在两个半中空圆钢锚杆正中，钻打直径与锚杆螺母直径相近的螺母孔，钻至充填层时，钻打锚杆孔，塞入锚固剂后，置入普通圆钢锚杆，待普通锚杆固定后，安装锚杆螺母，使其与充填体紧密连接；
f.施加预应力：向半中空圆钢锚杆与普通圆钢锚杆施加预应力；
g.封堵深层锚杆与巷道表面相差部分。
区别于现有技术，本发明的复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备及方法可以有效实现深层与浅层复合顶板的协同控制，其中半中空圆钢锚杆与记忆钢丝充填体构成对浅层顶板的双重保护，记忆钢丝充填体增加充填体的抗拉特性，在复合顶板层中形成控制顶板位移的关键保护层，半中空圆钢锚杆通过锚杆托盘对浅层顶板进行控制；施加预应力的深层锚杆通过记忆钢丝充填体对深层顶板进行保护，充当深层锚杆的“锚杆托盘”；记忆钢丝充填又与中空锚杆相连，对中空锚杆形成“提拉效应”共同形成阶梯锚杆组，协同控制复合顶板。
附图说明
图1是本发明提供的一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备的结构示意图。
图2是本发明提供的一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备的半中空圆钢锚杆的结构示意图。
图3是本发明提供的一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备的半中空圆钢锚杆的截面示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参阅图1，本发明提供了一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备，复合离层顶板1自上而下分为极硬岩层、较软岩层和极软岩层，其中，较软岩层和极软岩层之间形成离层空间3；该设备包括：
半中空圆钢锚杆6、记忆钢丝混凝土充填体4、记忆钢丝5和普通圆钢锚杆7；
记忆钢丝混凝土充填体4填充离层空间3，半中空圆钢锚杆6的中空段13穿过极软岩层，以使实心段12全部插入较软岩层，实心段12和中空段13之间的分界位于离层空间3；半中空圆钢锚杆6上中空段13内部设置记忆钢丝导槽10，实心段12和中空段13分界的位置接记忆钢丝导槽10设置记忆钢丝孔11，记忆钢丝5沿记忆钢丝导槽10延伸至记忆钢丝孔11，并通过记忆钢丝孔11伸出至半中空圆钢锚杆6外部，并与记忆钢丝混凝土充填体4结合形成半中空圆钢锚杆6与较软岩层固定时的第一锚杆托盘14；半中空圆钢锚杆6伸出极软岩层外部的部分设置锚杆托盘8，并通过锚杆螺母9与半中空圆钢锚杆6固定连接，实现对锚杆托盘8的固定；
普通圆钢锚杆7从较软岩层插入至极硬岩层内，在离层空间3设置锚杆托盘8与普通圆钢锚杆7连接，且通过一锚杆螺母9进行固定。
其中，半中空圆钢锚杆6中空段13一端的端部开口设置注浆防漏塞；半中空圆钢锚杆6的记忆钢丝孔11同时作为离层空间3的注浆孔，在开启半中空圆钢锚杆中空段13一端的端部开口设置的注浆防漏塞后，通过端部开口进行注浆，注浆浆液沿半中空圆钢锚杆中空段13流动，并从记忆钢丝孔11流出，完成对离层空间3的注浆。
其中，记忆钢丝5材质为镍钛合金线，记忆钢丝混凝土充填体4为水泥材料。
此外，本发明提供一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护方法，使用如前述技术方案所述的复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备进行支护，包括以下步骤：
a.确定复合顶板离层最大位置：巷道2开掘与临时支护后，采用原位钻孔窥视的方法，对巷道顶板进行窥视，确定复合顶板1最大离层的层位，并以该层位高度为半中空圆钢锚杆的中空段13长度；
b.制作半中空圆钢锚杆：根据步骤(a)所测得的半中空圆钢锚杆6中空段长度，制作半中空圆钢锚杆6，在中空段顶端锚杆壁上，设置记忆钢丝孔11，并从各个孔开始刻制记忆钢丝导槽10；半中空圆钢锚杆6的结构如图2所示，其截面如图3所示。
c.半中空圆钢锚杆安装：按照设计支护参数钻打锚杆孔，塞入锚固剂后，置入半中空圆钢锚杆6，待锚杆固定后，将记忆钢丝5弯曲沿着相对的两个记忆钢丝导槽送10入半中空圆钢锚杆6中，记忆钢丝5通过记忆钢丝孔11进入复合顶板离层空间3，安装锚杆托盘8与螺母9，并施加初步预应力；
d.复合顶板记忆钢丝充填体充填：在两个半中空圆钢锚杆6之间，钻打注浆孔，钻打深度为复合顶板最大离层的层位高度，并将若干跟记忆钢丝5置入离层空间3中，向半中空圆钢锚杆与注浆孔中注入水泥浆液，待充满离层空间3后，使用注浆防漏塞封堵中空锚杆与注浆孔；
e.安装深层锚杆加固系统：在两个中空锚杆正中，钻打直径与锚杆螺母直径相近的螺母孔，钻至充填层时，钻打锚杆孔，塞入锚固剂后，置入深层锚杆，待锚杆固定后，安装锚杆螺母9，使其与充填体紧密连接；
f.施加预应力：向半中空圆钢锚杆与圆钢锚杆施加预应力；
g.封堵深层锚杆与巷道表面相差部分。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备，所述复合离层顶板自上而下分为极硬岩层、较软岩层和极软岩层，其中，较软岩层和极软岩层之间形成离层空间；其特征在于，包括：半中空圆钢锚杆、记忆钢丝混凝土充填体、记忆钢丝和普通圆钢锚杆；
所述记忆钢丝混凝土充填体填充所述离层空间，所述半中空圆钢锚杆的中空段穿过所述极软岩层，以使实心段全部插入所述较软岩层，实心段和中空段之间的分界位于离层空间；半中空圆钢锚杆上中空段内部设置记忆钢丝导槽，实心段和中空段分界的位置接记忆钢丝导槽设置记忆钢丝孔，所述记忆钢丝沿记忆钢丝导槽延伸至记忆钢丝孔，并通过记忆钢丝孔伸出至半中空圆钢锚杆外部，并与记忆钢丝混凝土充填体结合形成半中空圆钢锚杆与较软岩层固定时的第一锚杆托盘；所述半中空圆钢锚杆伸出极软岩层外部的部分设置锚杆托盘，并通过锚杆螺母与半中空圆钢锚杆固定连接，实现对锚杆托盘的固定；
所述普通圆钢锚杆从较软岩层插入至极硬岩层内，在离层空间设置锚杆托盘与普通圆钢锚杆连接，且通过一锚杆螺母进行固定。
2.如权利要求1所述的复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备，其特征在于，所述半中空圆钢锚杆中空段一端的端部开口设置注浆防漏塞；所述半中空圆钢锚杆的记忆钢丝孔同时作为离层空间的注浆孔，在开启半中空圆钢锚杆中空段一端的端部开口设置的注浆防漏塞后，通过端部开口进行注浆，注浆浆液沿半中空圆钢锚杆中空段流动，并从记忆钢丝孔流出，完成对离层空间的注浆。
3.如权利要求1所述的复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备，其特征在于，所述记忆钢丝材质为镍钛合金线，记忆钢丝混凝土充填体为水泥材料。
4.一种复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护方法，使用如权利要求1-3任一所述的复合离层顶板巷道阶梯锚杆组支护设备进行支护，其特征在于，包括以下步骤：
a.确定复合顶板离层最大位置：巷道开掘与临时支护后，采用原位钻孔窥视的方法，对巷道顶板进行窥视，确定复合顶板最大离层的层位，并以该层位高度设定为半中空圆钢锚杆的中空段长度；
b.制作半中空圆钢锚杆：根据步骤（a）所测得的半中空长度，制作半中空圆钢锚杆，在中空段顶端锚杆壁上，设置记忆钢丝孔，并从各个记忆钢丝孔开始刻制记忆钢丝导槽；
c.半中空圆钢锚杆安装：按照设计支护参数钻打锚杆孔，塞入锚固剂后，置入半中空圆钢锚杆，待半中空圆钢锚杆固定后，将记忆钢丝弯曲沿着相对的两个记忆钢丝导槽送入半中空圆钢锚杆中，记忆钢丝通过记忆钢丝孔进入复合顶板离层空间，安装锚杆托盘与螺母，并施加初步预应力；
d.复合顶板记忆钢丝混凝土充填体充填：在两个半中空圆钢锚杆之间，钻打注浆孔，钻打深度为复合顶板最大离层的层位高度，并将若干跟记忆钢丝置入离层空间中，向中空锚杆与注浆孔中注入水泥浆液，待充满离层空间后，使用注浆防漏塞封堵半中空圆钢锚杆与注浆孔；
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f.施加预应力：向半中空圆钢锚杆与普通圆钢锚杆施加预应力；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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