CN113914873A - 一种预空软岩巷道支护结构及施工方法 - Google Patents

一种预空软岩巷道支护结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于巷道支护技术领域，尤其为一种预空软岩巷道支护结构及施工方法，包括巷道和支护结构，所述巷道包括有预空层和预设层，所述预设层为巷道设计的断面规格，所述预空层为在预设层的基础上进行合理扩大的断面规格，所述支护结构包括有临时支护结构和永久支护结构，所述临时支护结构包括有临时支护车，所述永久支护结构为三喷层、二次锚杆和二次钢丝绳构建成的强韧封层，所述巷道底角开设有泄压槽，所述泄压槽内浇筑有混凝土，通过上述方式，对巷道内预空的区域进行临时支护，随着应力的释放，临时支护结构跟随巷道的变形而变化，直至达到预先设计的巷道断面规格后进行永久支护，提高了预空支护的强度和护表能力，同时便于使用。

Description

一种预空软岩巷道支护结构及施工方法
技术领域
本发明属于巷道支护技术领域，具体涉及一种预空软岩巷道支护结构及施工方法。
背景技术
随着煤矿开采范围的扩展，开采深度不断增加，开采条件越来越困难，尤其是大埋深、复杂构造和采动应力下软弱岩煤体自身膨胀给巷道支护带来的叠加压力，一直是困扰煤矿巷道支护的难题。因为这些压力有时间快慢的差异，力的大小和方向差异，因此是不等时、不均匀的叠加压力组合。巷道支护在这种不均匀的叠加压力作用下，会遭到反复破坏，常规的支护技术难以保证巷道的稳定。巷道支护不稳定，影响矿井建设期间的安全生产，也会给以后的正常使用带来安全隐患。因此，现有一般使用预空技术。
预空技术是指在新掘或修复硐室及巷道时，根据巷道设计断面规格，合理扩大断面开挖范围，提前留出围岩扩展变形的空间称为预空技术，其力学原理是针对深部矿井复杂高应力状态下，既给高应力留有释放空间，同时这个空间又不能大于各支护单元有效工作阻力控制范围，为后期各支护单元的容错提供相对空间和时间。因为在围岩初步形成二次应力场平衡状态期间，必然会发生大量的收敛变形，如提前预留一定空间，使围岩压力在实施支护措施之前就得以释放，就可为下道工序提供坚实的处理基础。
现有的预空（去掉）支护结构在掘巷后没有进行锚网喷，而是直接打锚杆钻孔进行锚杆支护，没有形成一个锚索挤压加固拱，这样会导致支护强度较弱及护表能力较弱，巷道两帮及顶板载荷不能均匀作用在支架上以至于出现应力集中的现象，从而不能有效控制巷道开挖初期围岩破碎的快速来压变形和顶板垮落，最后加快巷道的破坏而达不到理想的效果；如果没有采用U型钢进行加固支护，这样（删掉）会导致巷道维持时间不长从而增加巷道维护费用，产生不必要的经济开支。
因此，需要提供一种预空软岩巷道支护结构及其施工方法，旨在解决上述问题。
发明内容
但是现有的预空支护是直接打锚杆钻孔进行锚杆支护，支护强度较弱及护表能力较弱，本发明提供了一种预空软岩巷道支护结构及施工方法，对巷道内预空的区域进行临时支护，随着应力的释放，临时支护结构跟随巷道的变形而变化，直至达到预先设计的巷道断面规格后进行永久支护，提高了预空支护的强度和护表能力，同时便于使用。
本发明提供如下技术方案：
一种预空软岩巷道支护结构，包括巷道和支护结构，所述巷道包括有预空层和预设层，所述预设层为巷道设计的断面规格，所述预空层为在预设层的基础上进行合理扩大的断面规格，所述支护结构包括有临时支护结构和永久支护结构，所述临时支护结构包括有临时支护车，所述永久支护结构为三喷层、二次锚杆和二次钢丝绳构建成的强韧封层，所述巷道底角开设有泄压槽，所述泄压槽内浇筑有混凝土。
其中，所述巷道在预空层位置的内壁呈阶梯式变化至预设层位置的内壁。
其中，所述永久支护结构中的三喷层包括有第一喷层、第二喷层和第三喷层，所述第一喷层为支护保护层且平均厚度为80mm，所述第二喷层平均厚度为80mm，所述第三喷层平均厚度厚度为60mm，所述三喷层采用425号喷浆水泥，所述二次锚杆为高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆，所述二次锚杆的规格为22mm*2400mm。
一种预空软岩巷道支护结构中的永久支护结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、第一喷层施工：在预空层变形至预设层时，对预设层内壁进行第一次喷浆；
步骤二、第二次锚杆布设：第一次喷浆完成后，对巷道内壁进行第一次锚杆布设；
步骤三、第一次钢丝绳挂设：在第一次锚杆布设完成后，进行第一次钢丝绳挂设；
步骤四、第二次喷层施工：在第一次钢丝绳挂设完成后，进行第二次喷浆；
步骤五、第二次锚杆布设：在第二次喷浆完成后，进行第二次锚杆布设；
步骤六、第三次喷浆：在第二次锚杆布设完成后，进行第三次喷浆；
步骤七、置换施工：在巷道预设层的底角位置开挖泄压槽并浇筑混凝土。
一种预空软岩巷道支护结构的临时支护车，所述临时支护车包括有两组底板、移动轮、连接杆、支撑板、液压箱、侧液压杆、顶液压杆、侧支护板和顶支护板，所述移动轮设置在底板底端，所述连接杆两端固定在两组底板顶端，所述支撑板固定在连接杆上，所述液压箱安装在支撑板顶端，所述侧液压杆和顶液压杆分别固定在连接杆侧壁和顶壁，所述侧支护板安装在侧液压杆上，所述顶支护板安装在顶液压杆上。
其中，所述巷道在预空层位置的内壁呈阶梯式递减变化至预设层位置的内壁。
其中，所述连接杆的竖直截面形状和巷道断面形状相似，所述顶液压杆圆周均匀设置在连接杆顶端。
其中，所述侧支护板与巷道两侧竖直壁配合竖直设置，所述顶支护板与巷道顶壁弧形吻合配合设置，所述侧支护板和顶支护板上排布有锚杆孔，所述侧支护板和顶支护板为拼接而成。
其中，所述底板底端安装有定位液压杆，所述定位液压杆上设置有定位板。
一种预空软岩巷道支护结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、巷道开挖：巷道开挖，开挖一个单元长度，在预设层设计的断面规格的基础上，合理扩大断面开挖范围，进行预空层的挖设；
步骤二、临时支护：预空层挖设完成后，临时支护车进入进行临时支护，利用侧液压杆和顶液压杆推动侧支护板和顶支护板向着预空层内壁靠近进行临时支护，侧液压杆和顶液压杆在工作时其内部的活塞杆配合预空层内壁的变形阶梯式递减变化；
步骤三、重复施工：重复步骤一和步骤二；
步骤四、永久支护：当预空层变化至预设层时，进行永久支护结构的施工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用主动支护理念，为新掘巷道和修复巷道的围岩二次应力释放过程中，而提前预留的一定变形空间预空层，利用临时支护结构对预空层进行临时支护，利用侧液压杆和顶液压杆推动侧支护板和顶支护板向着预空层内壁靠近进行临时支护，侧液压杆和顶液压杆在工作时其内部的活塞杆配合预空层内壁的变形阶梯式递减变化，当预空层变化至预设层时，进行永久支护结构的施工，逐个拆除相互拼接的侧支护板和顶支护板，每拆除一块，便对其位置进行永久支护结构的施工，包括有对内壁进行第一次喷浆，第一次喷浆完成后，对内壁进行第一次锚杆布设，在第一次锚杆布设完成后，进行第一次钢丝绳挂设，在第一次钢丝绳挂设完成后，进行第二次喷浆，在第二次喷浆完成后，进行第二次锚杆布设，在第二次锚杆布设完成后，进行第三次喷浆，最后一个单元的开挖长度的巷道支护完成后，在巷道预设层的底角位置开挖泄压槽并浇筑混凝土，提高了预空支护的强度和护表能力，同时便于使用。
该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
附图说明
图1为本发明支护结构施工方法示意图；
图2为本发明巷道预空层结构示意图；
图3为本发明临时支护车结构示意图；
图4为本发明临时支护车使用示意图；
图5为本发明预空层变形后结构示意图；
图6为本发明永久支护结构施工方法示意图。
图中：1、巷道；2、预空层；3、预设层；4、泄压槽；5、底板；6、移动轮；7、连接杆；8、支撑板；9、液压箱；10、侧液压杆；11、顶液压杆；12、侧支护板；13、顶支护板；14、定位液压杆；15、定位板。
具体实施方式
请参阅图1-图6，本发明提供以下技术方案：
一种预空软岩巷道支护结构，包括巷道（1）和支护结构，所述巷道（1）包括有预空层（2）和预设层（3），所述巷道（1）在预空层（2）位置的内壁呈阶梯式递减变化至预设层（3）位置的内壁，所述预设层（3）为巷道（1）设计的断面规格，所述预空层（2）为在预设层（3）的基础上进行合理扩大的断面规格，所述支护结构包括有临时支护结构和永久支护结构，所述临时支护结构包括有临时支护车，所述永久支护结构为三喷层、二次锚杆和二次钢丝绳构建成的强韧封层，所述永久支护结构中的三喷层包括有第一喷层、第二喷层和第三喷层，所述第一喷层为支护保护层且平均厚度为80mm，所述第二喷层平均厚度为80mm，所述第三喷层平均厚度厚度为60mm，所述三喷层采用425号喷浆水泥，所述二次锚杆为高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆，所述二次锚杆的规格为22mm*2400mm，所述巷道（1）底角开设有泄压槽（4），所述泄压槽（4）内浇筑有混凝土；采用临时支护结构和永久支护结构相配合的方式，在进行巷道（1）断面预空层（2）开挖时，利用可移动的临时支护车进行临时支护，变形完成后进行永久支护，提高了支护强度，便于使用；
一种预空软岩巷道支护结构中的永久支护结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、第一喷层施工：在预空层（2）变形至预设层（3）时，对预设层（3）内壁进行第一次喷浆；
步骤二、第二次锚杆布设：第一次喷浆完成后，对巷道（1）内壁进行第一次锚杆布设；
步骤三、第一次钢丝绳挂设：在第一次锚杆布设完成后，进行第一次钢丝绳挂设；
步骤四、第二次喷层施工：在第一次钢丝绳挂设完成后，进行第二次喷浆；
步骤五、第二次锚杆布设：在第二次喷浆完成后，进行第二次锚杆布设；
步骤六、第三次喷浆：在第二次锚杆布设完成后，进行第三次喷浆；
步骤七、置换施工：在巷道（1）预设层（3）的底角位置开挖泄压槽（4）并浇筑混凝土；
通过上述施工方法，在巷道（1）的预设层（3）面上形成永久支护机构，进行永久支护；
一种预空软岩巷道支护结构的临时支护车，所述临时支护车包括有两组底板（5）、移动轮（6）、连接杆（7）、支撑板（8）、液压箱（9）、侧液压杆（10）、顶液压杆（11）、侧支护板（12）和顶支护板（13），所述移动轮（6）设置在底板（5）底端，所述连接杆（7）两端固定在两组底板（5）顶端，所述连接杆（7）的竖直截面形状和巷道（1）断面形状相似，所述顶液压杆（11）圆周均匀设置在连接杆（7）顶端，所述支撑板（8）固定在连接杆（7）上，所述液压箱（9）安装在支撑板（8）顶端，所述侧液压杆（10）和顶液压杆（11）分别固定在连接杆（7）侧壁和顶壁，所述侧支护板（12）安装在侧液压杆（10）上，所述顶支护板（13）安装在顶液压杆（11）上；所述侧支护板（12）与巷道（1）两侧竖直壁配合竖直设置，所述顶支护板（13）与巷道（1）顶壁弧形吻合配合设置，所述侧支护板（12）和顶支护板（13）上排布有锚杆孔，所述侧支护板（12）和顶支护板（13）为拼接而成；利用临时支护车进行临时支护，利用侧液压杆（10）和顶液压杆（11）推动侧支护板（12）和顶支护板（13）向着预空层（2）内壁靠近进行临时支护，侧液压杆（10）和顶液压杆（11）在工作时其内部的活塞杆配合预空层（2）内壁的变形阶梯式递减变化；
所述底板（5）底端安装有定位液压杆（14），所述定位液压杆（14）上设置有定位板（15）；在利用临时支护车进行支护时，定位液压杆（14）推动定位板（15）下移，对临时支护车整体进行固定；
一种预空软岩巷道支护结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、巷道开挖：巷道（1）开挖，开挖一个单元长度，在预设层（3）设计的断面规格的基础上，合理扩大断面开挖范围，进行预空层（2）的挖设；
步骤二、临时支护：预空层（2）挖设完成后，临时支护车进入进行临时支护，利用侧液压杆（10）和顶液压杆（11）推动侧支护板（12）和顶支护板（13）向着预空层（2）内壁靠近进行临时支护，侧液压杆（10）和顶液压杆（11）在工作时其内部的活塞杆配合预空层（2）内壁的变形阶梯式递减变化；
步骤三、重复施工：重复步骤一和步骤二；
步骤四、永久支护：当预空层（2）变化至预设层（3）时，进行永久支护结构的施工；
通过上述步骤，实现本发明提出的支护结构的施工。
本发明的工作原理及使用流程：
使用时，首先进行巷道（1）的开挖，开挖一个单元长度，在预设层（3）设计的断面规格的基础上，合理扩大断面开挖范围，进行预空层（2）的挖设，预空层（2）挖设完成后，临时支护车进入进行临时支护，利用侧液压杆（10）和顶液压杆（11）推动侧支护板（12）和顶支护板（13）向着预空层（2）内壁靠近进行临时支护，侧液压杆（10）和顶液压杆（11）在工作时其内部的活塞杆配合预空层（2）内壁的变形阶梯式递减变化，在支护时，定位液压杆（14）推动定位板（15）下移，对临时支护车整体进行固定，当临时支护车需要移动时，利用定位液压杆（14）将定位板（15）收起，重复上述施工，当预空层（2）变化至预设层（3）时，进行永久支护结构的施工，逐个拆除相互拼接的侧支护板（12）和顶支护板（13），每拆除一块，便对其位置进行永久支护结构的施工，包括有对内壁进行第一次喷浆，第一次喷浆完成后，对内壁进行第一次锚杆布设，在第一次锚杆布设完成后，进行第一次钢丝绳挂设，在第一次钢丝绳挂设完成后，进行第二次喷浆，在第二次喷浆完成后，进行第二次锚杆布设，在第二次锚杆布设完成后，进行第三次喷浆，最后一个单元的开挖长度的巷道支护完成后，在巷道（1）预设层（3）的底角位置开挖泄压槽（4）并浇筑混凝土。

Claims (10)

1.一种预空软岩巷道支护结构，包括巷道（1）和支护结构，其特征在于：所述巷道（1）包括有预空层（2）和预设层（3），所述预设层（3）为巷道（1）设计的断面规格，所述预空层（2）为在预设层（3）的基础上进行合理扩大的断面规格，所述支护结构包括有临时支护结构和永久支护结构，所述临时支护结构包括有临时支护车，所述永久支护结构为三喷层、二次锚杆和二次钢丝绳构建成的强韧封层，所述巷道（1）底角开设有泄压槽（4），所述泄压槽（4）内浇筑有混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种预空软岩巷道支护结构，其特征在于：所述巷道（1）在预空层（2）位置的内壁呈阶梯式变化至预设层（3）位置的内壁。
3.根据权利要求2所述的一种预空软岩巷道支护结构，其特征在于：所述永久支护结构中的三喷层包括有第一喷层、第二喷层和第三喷层，所述第一喷层为支护保护层且平均厚度为80mm，所述第二喷层平均厚度为80mm，所述第三喷层平均厚度厚度为60mm，所述三喷层采用425号喷浆水泥，所述二次锚杆为高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆，所述二次锚杆的规格为22mm*2400mm。
4.如权利要求3所述的一种预空软岩巷道支护结构中的永久支护结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、第一喷层施工：在预空层（2）变形至预设层（3）时，对预设层（3）内壁进行第一次喷浆；
步骤二、第二次锚杆布设：第一次喷浆完成后，对巷道（1）内壁进行第一次锚杆布设；
步骤三、第一次钢丝绳挂设：在第一次锚杆布设完成后，进行第一次钢丝绳挂设；
步骤四、第二次喷层施工：在第一次钢丝绳挂设完成后，进行第二次喷浆；
步骤五、第二次锚杆布设：在第二次喷浆完成后，进行第二次锚杆布设；
步骤六、第三次喷浆：在第二次锚杆布设完成后，进行第三次喷浆；
步骤七、置换施工：在巷道（1）预设层（3）的底角位置开挖泄压槽（4）并浇筑混凝土。
5.如权利要求1所述的一种预空软岩巷道支护结构的临时支护车，其特征在于：所述临时支护车包括有两组底板（5）、移动轮（6）、连接杆（7）、支撑板（8）、液压箱（9）、侧液压杆（10）、顶液压杆（11）、侧支护板（12）和顶支护板（13），所述移动轮（6）设置在底板（5）底端，所述连接杆（7）两端固定在两组底板（5）顶端，所述支撑板（8）固定在连接杆（7）上，所述液压箱（9）安装在支撑板（8）顶端，所述侧液压杆（10）和顶液压杆（11）分别固定在连接杆（7）侧壁和顶壁，所述侧支护板（12）安装在侧液压杆（10）上，所述顶支护板（13）安装在顶液压杆（11）上。
6.根据权利要求2所述的一种预空软岩巷道支护结构，其特征在于：所述巷道（1）在预空层（2）位置的内壁呈阶梯式递减变化至预设层（3）位置的内壁。
7.根据权利要求5所述的一种预空软岩巷道支护结构的临时支护车，其特征在于：所述连接杆（7）的竖直截面形状和巷道（1）断面形状相似，所述顶液压杆（11）圆周均匀设置在连接杆（7）顶端。
8.根据权利要求7所述的一种预空软岩巷道支护结构的临时支护车，其特征在于：所述侧支护板（12）与巷道（1）两侧竖直壁配合竖直设置，所述顶支护板（13）与巷道（1）顶壁弧形吻合配合设置，所述侧支护板（12）和顶支护板（13）上排布有锚杆孔，所述侧支护板（12）和顶支护板（13）为拼接而成。
9.根据权利要求8所述的一种预空软岩巷道支护结构的临时支护车，其特征在于：所述底板（5）底端安装有定位液压杆（14），所述定位液压杆（14）上设置有定位板（15）。
10.根据权利要求4或9所述的一种预空软岩巷道支护结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、巷道开挖：巷道（1）开挖，开挖一个单元长度，在预设层（3）设计的断面规格的基础上，合理扩大断面开挖范围，进行预空层（2）的挖设；
步骤二、临时支护：预空层（2）挖设完成后，临时支护车进入进行临时支护，利用侧液压杆（10）和顶液压杆（11）推动侧支护板（12）和顶支护板（13）向着预空层（2）内壁靠近进行临时支护，侧液压杆（10）和顶液压杆（11）在工作时其内部的活塞杆配合预空层（2）内壁的变形阶梯式递减变化；
步骤三、重复施工：重复步骤一和步骤二；
步骤四、永久支护：当预空层（2）变化至预设层（3）时，进行永久支护结构的施工。
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DE4412880A1 (de) * 1994-04-14 1995-10-19 Friedrich Wassermann Bauuntern Verfahren zum Auffahren eines unterirdischen Hohlraumes
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