CN112943294A - 装配式巷道加固支护结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及岩土工程技术领域，公开一种装配式巷道加固支护结构，包括贴合巷道顶壁设置的多个竖向吸能单元和设置在巷道两侧的支撑柱，还包括在相邻竖向吸能单元之间、竖向吸能单元和支撑柱之间起柔性连接作用的横向缓冲单元；竖向吸能单元内置弹性部件用于消耗冲击地压产生的能量。对支护结构进行单元体设计，采用模数化思路，将支护结构由竖向吸能单元、横向缓冲单元和支撑柱三者联合组成，三者均可在工厂预制加工完成，便于施工作业，有效地提高工作效率，降低生产成本，且组合好的竖向吸能单元、和横向缓冲单元沿巷道内壁贴合布置，形成稳定的整体，最后再与支撑柱相连接，将荷载传递于地面，实现稳定加固效果。

Description

装配式巷道加固支护结构
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体地，涉及一种尤其适用于岩爆多发区域的装配式巷道加固支护结构。
背景技术
由于深部岩体应力场的复杂性，深井矿巷道首先面临的是岩爆灾害，使得已有巷道面临塌落等安全隐患。随着开采深度的增加，岩爆发生的频率也明显增加，并且在深部条件下，高应力岩爆型岩体破坏具有剧烈的冲击破坏特征，破坏过程往往是突发的。
目前常用的巷道支护方式是利用锚杆或者锚索并结合支护顶板对巷道进行支护，这种支护方式要求锚杆和锚索与支护顶板以及巷帮板成为一个整体，对岩壁或者岩壁的脱落提供支护力。但是在产生冲击地压时，这种支护结构容易发生不可恢复的破坏，导致支护板无法提供原有的支护力并且还会出现断裂等问题，这是由于支护板以及锚杆支护方式几乎全部采用刚性连接，长期使用无法根据岩层的沉积等现象进行自我纠正，无法保证受力的均匀性，无法减少受力集中。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种可有效降低冲击地压对巷道破坏程度的装配式巷道加固支护结构。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种装配式巷道加固支护结构，包括贴合巷道顶壁设置的多个竖向吸能单元和设置在巷道两侧的支撑柱，还包括在相邻竖向吸能单元之间、竖向吸能单元和支撑柱之间起柔性连接作用的横向缓冲单元；竖向吸能单元内置弹性部件用于消耗冲击地压产生的能量。
进一步地，竖向吸能单元包括自巷道顶壁开始依次设置的固定层、消耗层和加固层，固定层和消耗层之间、消耗层和加固层之间还分别设有上传导层和下传导层，上传导层对冲击地压产生的能量进行传递，下传导层用于承载竖向吸能单元的重量，固定层包括用于将竖向吸能单元锚固至巷道顶壁的锚杆和锚索，弹性部件设置在消耗层内，加固层包括将竖向吸能单元连接成整体的连接件，通过调节连接件的松紧度可使加固层发生位移变化。
更进一步地，传导层为高强度钢板层。
更进一步地，消耗层包括两块将弹性部件夹设在中间形成三明治结构的缓冲板。
再进一步地，缓冲板由垫板和泡沫金属板贴合组成，垫板贴合传导层布置。
还进一步地，弹性部件为弹簧。
进一步地，横向缓冲单元包括弹性缓冲件及设置在弹性缓冲件两端的连接层，横向缓冲单元通过连接层分别与竖向吸能单元侧壁及支撑柱相接。
更进一步地，横向缓冲单元还包括设于两个连接层之间的高强连杆。
再进一步地，弹性缓冲件为缓冲弹簧，高强连杆为位于缓冲弹簧中心。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)对支护结构进行单元体设计，采用模数化思路，将支护结构由竖向吸能单元、横向缓冲单元和支撑柱三者联合组成，三者均可在工厂预制加工完成，便于施工作业，有效地提高工作效率，降低生产成本，且组合好的竖向吸能单元、和横向缓冲单元沿巷道内壁贴合布置，形成稳定的整体，最后再与支撑柱相连接，将荷载传递于地面，实现稳定支护效果；
2)竖向吸能单元内设置弹性部件，在发生瞬时冲击时，其能够有效地通过自身产生形变吸收冲击地压产生的能量，从而保护巷道结构；竖向吸能单元的加固层可通过调节连接件来调节上升整个加固层位置，且在其产生竖向位移的同时能够及时调节支护结构，使支护结构达到最优化状态；横向缓冲单元内置的弹性缓冲件可在冲击地压发生时产生形变，对巷道结构进行有效保护；
3)支护结构使巷道受力均匀，可减少冲击地压对巷道结构产生的不可逆破坏。
附图说明
图1为实施例1所述的装配式巷道加固支护结构示意图；
图2为实施例1所述的竖向吸能单元的结构示意图；
图3为实施例1所述的横向缓冲单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1所示，一种装配式巷道加固支护结构，应用在顶壁呈拱形的巷道A上，支护结构包括贴合巷道顶壁设置的多个竖向吸能单元1和设置在巷道两侧的支撑柱2，还包括在相邻竖向吸能单元之间1、竖向吸能单元1和支撑柱2之间起柔性连接作用的横向缓冲单元3；其中竖向吸能单元1内置弹性部件121用于消耗冲击地压产生的能量。支护结构整体与巷道相适应，固定于巷道内形成稳定结构。
如图2所示，竖向吸能单元1包括自巷道顶壁开始依次设置的固定层11、消耗层12和加固层13，固定层11和消耗层12之间、消耗层12和加固层13之间还分别设有上传导层14和下传导层15，上传导层13对冲击地压产生的能量进行传递，下传导层15用于在无冲击地压的平时状态下承载自身竖向吸能单元的重量，维护稳定结构；上传导层14和下传导层15均采用高强度钢板制成。
固定层11包括用于将竖向吸能单元锚固至巷道顶壁的锚杆111、锚索和垫块112，锚固时垫块112贴合巷道内壁；消耗层12包括两块将弹性部件121夹设在中间形成三明治结构的缓冲板122，缓冲板122由垫板和泡沫金属板贴合通过连接螺栓连接合二为一，其中垫板贴合上传导层/下传导层布置，弹性部件121优选为弹簧，沿巷道宽度方向看去，消耗层12沿该方向设有两个弹性部件且为均匀布置；加固层13包括将竖向吸能单元连接成整体的加固板131和螺栓132，通过调节该螺栓的松紧度可使加固层发生位移变化，且在加固层产生位移的同时也相当于调节了竖向吸能单元的整体位置，使支护结构达到最优化状态。
如图3所示，横向缓冲单元3包括缓冲弹簧31及设置在缓冲弹簧两端的连接层32，参见图1，横向缓冲单元通过连接层32分别与竖向吸能单元1侧壁、支撑柱2相接；横向缓冲单元还包括设于两个连接层之间的高强连杆(图中未示出)，高强连杆位于缓冲弹簧31中心，高强连杆选用高强钢筋制成。横向缓冲单元的缓冲弹簧和高强连杆用于在冲击地压发生时产生形变，有效保护巷道结构。
支撑柱2顶部通过固定板21与横向缓冲单元的连接层32通过连接锚杆固定，以防止发生位移滑动，支撑柱2底部依次设有底板22和固定板25，装配时将支撑柱柱体23插入底板22，之后使用连接锚杆固定在固定板25上，支撑柱柱体23和顶部固定板21、底部底板22之间分别设有三角斜撑24，以增加支撑柱的稳固性。
采用本申请的支护结构进行巷道加固时，仅需测量巷道顶部尺寸和两侧的高度尺寸，计算出需要的竖向吸能单元和横向缓冲单元的数量，并确定所需支撑柱的高度尺寸，相应的数量和尺寸确定好后，在工厂即可将三者全部预制完毕后再在现场进行安装，大大提高了工程效率。通过这种单元体构件设计，可使施工规范化，极大地简化了施工流程，且安装工艺简便，生产成本得以降低，具有广泛的适应性。
竖向吸能单元、横向缓冲单元和支撑柱各单元体最终构成一个整体布满整个巷道内壁进行支撑，将荷载传递至下方地面，能够有效降低岩爆多发区的冲击地压对深井矿已有巷道的破坏，并保证受力的均匀性，减少冲击地压对已有巷道结构产生不可逆破坏的风险。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种装配式巷道加固支护结构，其特征在于，包括贴合巷道顶壁设置的多个竖向吸能单元和设置在巷道两侧的支撑柱，还包括在相邻竖向吸能单元之间、竖向吸能单元和支撑柱之间起柔性连接作用的横向缓冲单元；竖向吸能单元内置弹性部件用于消耗冲击地压产生的能量。
2.根据权利要求1所述的装配式巷道加固支护结构，其特征在于，竖向吸能单元包括自巷道顶壁开始依次设置的固定层、消耗层和加固层，固定层和消耗层之间、消耗层和加固层之间还分别设有上传导层和下传导层，上传导层对冲击地压产生的能量进行传递，下传导层用于承载竖向吸能单元的重量，固定层包括用于将竖向吸能单元锚固至巷道顶壁的锚杆和锚索，弹性部件设置在消耗层内，加固层包括将竖向吸能单元连接成整体的连接件，通过调节连接件的松紧度可使加固层发生位移变化。
3.根据权利要求2所述的装配式巷道加固支护结构，其特征在于，传导层为高强度钢板层。
4.根据权利要求2所述的装配式巷道加固支护结构，其特征在于，消耗层包括两块将弹性部件夹设在中间形成三明治结构的缓冲板。
5.根据权利要求4所述的装配式巷道加固支护结构，其特征在于，缓冲板由垫板和泡沫金属板贴合组成，垫板贴合传导层布置。
6.根据权利要求1所述的装配式巷道加固支护结构，其特征在于，横向缓冲单元包括弹性缓冲件及设置在弹性缓冲件两端的连接层，横向缓冲单元通过连接层分别与竖向吸能单元侧壁及支撑柱相接。
7.根据权利要求6所述的装配式巷道加固支护结构，其特征在于，横向缓冲单元还包括设于两个连接层之间的高强连杆。
8.根据权利要求7所述的装配式巷道加固支护结构，其特征在于，弹性缓冲件为缓冲弹簧，高强连杆位于缓冲弹簧中心。
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