CN113389565A - 一种不规则巷道吸能减震支护方法 - Google Patents
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Abstract
一种不规则巷道吸能减震支护方法，所属矿山安全生产技术领域，本发明从生活中常见的高强度弹簧和液压支架的吸能、缓冲、减震性能出发，结合掺入5D端部带弯钩型钢纤维的新型泡沫混凝土材料，形成泡沫混凝土+高强度弹簧+液压支架三级吸能减震支护体系，可有效吸收井下开采导致的大量冲击能量，缓冲荷载作用，保证巷道围岩稳定性，保障煤矿企业正常生产。本发明除应对一般冲击地压情况有较好的吸能减震效果外，针对破坏性的强冲击地压情况，在泡沫混凝土和高强度弹簧均已失去作用时，液压支架可在金属模板产生变形后进一步吸能和缓冲，推迟巷道变形的过程，为工人逃生提供宝贵，保障工人人身安全，能够带来很好的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及矿山安全技术领域，特别涉及一种吸能减震的巷道支护方法。
背景技术
随着基础建设和发展实体经济需求的快速提高，资源开采迅速，复杂地质及深部复杂地质条件下的资源开采迫在眉睫，不同恶劣环境下的巷道支护能力成为了保障煤矿企业安全生产的重中之重。冲击地压和周期性矿震是煤矿开采过程中常见的一种动力灾害，煤岩体及保安煤柱积聚的高地应力和高冲击地压瞬间释放，通常会瞬间造成掘进和开采工作面空间坍塌、冒落甚至是闭合堵塞，对工人的人身安全构成极大威胁，是煤矿安全生产过程中的重点研究问题。
泡沫混凝土主要由硅酸盐水泥、磨细矿渣微粉、添加剂，加入适量的引气剂，经机器搅拌、饶筑等过程形成的一种多孔超清材料。泡沫混凝土由于轻质多孔，可有效吸能减震，泡沫混凝土内分布着大量的孔隙，能量在泡沫混凝土孔隙中多次折射、反射、叠加等作用下进一步减弱。
弹簧作为一种常见的吸能减震装置，通常被用于汽车减震等领域，并产生很好的吸能减震效果。弹簧在受压状态时通过弹簧压缩吸收能量，在能量减弱时通过弹性势能释放，弹簧恢复原长，在弹性势能与其他能量(动能、压力产生的势能)转化的过程中，能量通过弹簧进行吸能和释放，产生显著的吸能减震效果。液压支架作为一种常见的吸能减震装置，作用机理与弹簧相似，将能量与液压产生的压力进行转化并达到吸能减震的效果。
现有技术中，对不规则巷道支护研究较少，一般通过增强巷道围岩自身强度和提高支架承载能力进行抗震，实践证明，抗震不能很好的解决冲击波造成的破坏问题，而减震装置是一种行之有效的方式。本发明从多孔介质材料(泡沫混凝土)、弹簧及液压支架的吸能减震特性出发，并在泡沫混凝土中加入一定比例的5D带弯钩型钢纤维进一步提高混凝土强度，将其一通应用到巷道支护结构中，构建多级吸能减震支护体系，可有效吸收大量冲击能量，提高巷道安全系数，保障工人安全及煤矿企业的安全生产。
发明内容
为解决现有技术中对于巷道吸能减震问题的不足，本发明提供一种不规则巷道吸能减震支护方法，可实现良好的不规则巷道吸能减震支护效果，包括如下步骤：
步骤1：首先进行掘进巷道，巷道掘进断面的宽度比巷道设计断面宽1～4m，巷道掘进断面高度比巷道设计断面高1～4，然后采用锚杆对巷道掘进断面顶板和两帮进行支护，锚杆长度为1.8～2.4m，锚杆的间距为800～1200mm，排距为 800～1200mm；
步骤2：在滞后掘进工作面30～50m进行铺设承压钢支架和防护钢板，金属模板断面视巷道形状而定，金属模板长度为3～5m，在金属模板上分段布置高强度弹簧；
步骤3：在承压钢支架左右两侧布置液压支架，液压支架一端与承压钢支架立柱通过承压钢支架与液压支架连接用限位孔和钢强度螺栓连接，液压支架另一端与承压钢支架顶梁通过承压钢支架与液压支架连接用限位孔和高强度螺栓连接；
步骤4：在预制泡沫混凝土中加入体积百分比为2～5％的钢纤维，采用煤矿用混凝土充填泵在金属模板与掘进巷道壁空间内由下至上泵送充填膏体泡沫混凝土，待混凝土达到设计强度后支护体系形成；
上述的一种不规则巷道吸能减震方法，其中：
所述的步骤2中，金属模板由表面布设螺栓孔洞的承压钢支架和防护钢板组成，通过高强螺栓将承压钢支架和防护钢板拼接而成，其形状和尺寸视巷道实际形状而定；
所述的步骤2中，承压钢支架布置间隔为3～5m，承压钢支架之间由防护钢板进行连接；
所述的步骤2中，高强度弹簧通过焊接的方式布置在承压钢支架上；
所述的步骤4中，钢纤维采用5D 65/60BG端部带弯钢纤维；
所述的步骤4中，泡沫混凝土的设计强度不小于C30；
本发明的一种不规则巷道吸能减震支护方法，与现有技术相比，有益效果为：
一、本发明共设置泡沫混凝土、高强度弹簧及液压支架联合支护体系，形成三级吸能减震装置，在支护过程中，利用泡沫混凝土和高强度弹簧的共同作用起到吸能和减震的效果，此时由于金属支架的存在，液压支架还不能作为吸能减震装置，两者的联合作用可大大减弱冲击载荷，足以应对绝大多数煤矿巷道实际情况，
二、该支护体系在遇到冲击特别巨大无法保证巷道稳定性的情况时，泡沫混凝土和弹簧起不到足够吸能减震作用且金属支架产生变形的情况下，液压支架开始工作，由液压支架起到吸能减震的作用，此时巷道变形情况已肉眼可见，可为工人逃生提供足够时间，保障工人人身安全。
三、本发明设计合理，工艺简单，可操作性强，具有很好的实用价值，能够保障煤矿企业的安全生产，保障工人的人身安全，符合以人为本的科学发展观的核心要义。
附图说明
图1是本发明的一种不规则四边形巷道吸能减震支护方法对应的巷道的断面布置示意图；
图2是本发明的一种不规则梯形巷道吸能减震支护方法对应的巷道的断面布置示意图；
图3是本发明的一种不规则巷道吸能减震支护方法中的金属模板示意图；
其中：1-承压钢支架；2-高强度弹簧；3-锚杆；4-承压钢支架与液压支架连接用限位孔；5-液压支架；6-承压钢支架连接用限位孔；7-泡沫混凝土；8-防护钢板。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的描述中，需要说明的事，术语“内”、“外”、“两端”、“一端”、“另一端”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的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“设置有”、“连接”等，应作广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。
下面结合具体实施案例和附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
一种不规则四边形巷道吸能减震支护方法，包括如下步骤：
步骤1：首先进行掘进巷道，结合设计巷道断面尺寸为：左边长3m，底边长5m，右边长4m，确定巷道掘进断面尺寸为：左边长4m，底边长6m，右边长5m；采用锚杆3对巷道掘进断面顶板和两帮进行支护，锚杆3的长度为1.8m，锚杆3的间距为1000m，排距为1000m；
步骤2：在滞后掘进工作面30m进行铺设承压钢支架1和防护钢板3，在承压钢支架上间隔500mm布置一个高强度弹簧2，承压钢支架1及防护钢板3 组成的金属模板断面与巷道断面形式一致，与掘进净空之间用普通硅酸盐混凝土垫块支撑；
步骤3：在承压钢支架1左右两侧布置液压支架5，液压支架5一端与承压钢支架1立柱通过承压钢支架1与液压支架5连接用限位孔4和钢强度螺栓连接，液压支架5另一端与承压钢支架1顶梁通过承压钢支架1与液压支架5连接用限位孔4和高强度螺栓连接；
步骤4：在预制泡沫混凝土7中加入体积百分比为3％的钢纤维，采用煤矿充填泵在承压钢支架1与防护钢板3组成的金属模板与掘进净空之间自下至上充填泡沫混凝土7，泡沫混凝土7厚度为500mm；
上述的一种不规则四边形巷道吸能减震支护方法，其中：
所述的步骤2中，金属模板由表面布设螺栓限位孔6的承压钢支架1和防护钢板8组成，通过高强螺栓将承压钢支架1和防护钢板8拼接而成，其形状视巷道实际形状而定，金属模板长度为3.5m；
所述的步骤2中，高强度弹簧2通过焊接的方式布置在承压钢支架上；
所述的步骤4中，钢纤维采用5D 65/60BG端部带弯钢纤维；
所述的步骤4中，泡沫混凝土的设计强度不小于C30；
实施例2
一种不规则梯形巷道吸能减震支护方法，包括如下步骤：
步骤1：首先进行掘进巷道，结合设计巷道断面尺寸为：顶边3m，底边长5m，左边长与底边夹角为78°，右边长与底板夹角为72°，确定巷道掘进断面尺寸为：顶边4m，底边长6m；采用锚杆3对巷道掘进断面顶板和两帮进行支护，锚杆3的长度为1.6m，锚杆3的间距为1000m，排距为1000m；
步骤2：在滞后掘进工作面50m处进行铺设承压钢支架1和防护钢板3，在承压钢支架上间隔500mm布置一个高强度弹簧2，承压钢支架1及防护钢板 3组成的金属模板断面与巷道断面形式一致，与掘进净空之间用普通硅酸盐混凝土垫块支撑；
步骤3：在承压钢支架1左右两侧布置液压支架5，液压支架5一端与承压钢支架立柱通过承压钢支架与液压支架连接用限位孔4和钢强度螺栓连接，液压支架5另一端与承压钢支架1顶梁通过承压钢支架1与液压支架5连接用限位孔4和高强度螺栓连接；
步骤4：在预制泡沫混凝土7中加入体积百分比为2％的钢纤维，采用煤矿充填泵在承压钢支架1与防护钢板3组成的金属模板与掘进净空之间自下至上充填泡沫混凝土7，泡沫混凝土厚度为500mm；
上述的一种不规则梯形巷道吸能减震支护方法，其中：
所述的步骤2中，金属模板由表面布设螺栓孔洞的承压钢支架1和防护钢板8组成，通过高强螺栓将承压钢支架1和防护钢板8拼接而成，其形状视巷道实际形状而定，金属模板长度为4m；
所述的步骤2中，高强度弹簧2通过焊接的方式布置在承压钢支架上；
所述的步骤4中，钢纤维采用5D 65/60BG端部带弯钢纤维；
所述的步骤4中，泡沫混凝土7的设计强度不小于C30。
Claims (7)
1.一种不规则巷道吸能减震支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：首先进行掘进巷道，巷道掘进断面的宽度比巷道设计断面宽1～4m，巷道掘进断面高度比巷道设计断面高1～4，然后采用锚杆对巷道掘进断面顶板和两帮进行支护，锚杆长度为1.8～2.4m，锚杆的间距为800～1200mm，排距为800～1200mm；
步骤2：在滞后掘进工作面30～50m进行铺设承压钢支架和防护钢板，金属模板断面视巷道形状而定，金属模板长度为3～5m，在金属模板上分段布置高强度弹簧；
步骤3：在承压钢支架左右两侧布置液压支架，液压支架一端与承压钢支架立柱通过承压钢支架与液压支架连接用限位孔和钢强度螺栓连接，液压支架另一端与承压钢支架顶梁通过承压钢支架与液压支架连接用限位孔和高强度螺栓连接；
步骤4：在预制泡沫混凝土中加入体积百分比为2～5％的钢纤维，采用煤矿用混凝土充填泵在金属模板与掘进巷道壁空间内由下至上泵送充填膏体泡沫混凝土，待混凝土达到设计强度后支护体系形成。
2.根据权利要求1所述的一种不规则巷道吸能减震支护方法，其特征在于，所述的步骤2中，金属模板由表面布设螺栓孔洞的承压钢支架和防护钢板组成，通过高强螺栓将承压钢支架和防护钢板拼接而成，其形状和尺寸视巷道实际形状而定。
3.根据权利要求1所述的一种不规则巷道吸能减震支护方法，其特征在于，所述的步骤2中，承压钢支架布置间隔为3～5m，承压钢支架之间由防护钢板进行连接。
4.根据权利要求1所述的一种不规则巷道吸能减震支护方法，其特征在于，所述的步骤2中，高强度弹簧通过焊接的方式布置在承压钢支架上。
5.根据权利要求1所述的一种不规则巷道吸能减震支护方法，其特征在于，所述的步骤2中，高强度弹簧通过焊接的方式布置在承压钢支架上。
6.根据权利要求1所述的一种不规则巷道吸能减震支护方法，其特征在于，所述的步骤4中，钢纤维采用端部带弯钢纤维。
7.根据权利要求1所述的一种不规则巷道吸能减震支护方法，其特征在于，所述的步骤4中，泡沫混凝土的设计强度不小于C30。
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