CN114483126A - 一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法及装置，包括以下步骤：S101:在成型后的半煤岩巷道中使用限位卡缆搭建U型棚；S102:U型棚搭建完毕后，利用泥浆泵将搅拌后的混凝土对U型棚支护的半煤岩巷道进行喷浆充填形成壁后充填体，形成的壁后充填体将U型棚与半煤岩巷道固定连接，随后在喷浆后的半煤岩巷道上对煤岩分界面位置定位标记；S103:对半煤岩巷道标记的煤岩分界位置处进行钻孔；S104:用穿层预应力锚索穿入煤岩分界位置处钻孔中，对半煤岩巷道煤岩分界面位置处进行锚固。第二下腹板与锚索组合用于锚固，形成锚索、U型棚的一体支护，能够提升锚固效果。
Description
技术领域
本发明属于半煤岩巷道支护领域，具体涉及一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法及装置。
背景技术
煤岩分界面剪切滑移错动变形以及掘采扰动煤柱屈服失稳过程中应力集中转移导致的上下帮煤体剪切滑移错动变形量及变形位置差异扩大化，是动压影响下倾斜煤层沿空半煤岩巷非对称大变形破坏的主要诱因。对于该类巷道，围岩松软破碎，传统单一支护或功能简单叠加的联合支护已不再适应此类巷道围岩变形。U型棚与锚杆、锚索联合支护被逐渐推广，但仍存在以下问题：
1、托梁采用废旧U型钢进行钻孔二次加工，搭接式锁腿卡缆也需要专门定制加工，增加了现场施工的人力和物力成本，限制了其推广应用；
2、锚索通过托梁或锁腿卡缆与U型钢间接发生作用，当托梁和搭接式锁腿卡缆发生变形扭曲时，锚索预应力与U型钢间的力学传递效应会大打折扣，可靠性不足，无法形成预应力的有效扩散；
3、托梁和锁腿卡缆一般都是根据设计棚距、锚索直径等预先设计加工，一旦井下巷道围岩条件(如煤岩分界面位置)发生变化，则无法根据工程需要及时调整棚距、锚索直径及结构补偿位置等，灵活性较差。
因此，本发明通过棚索协同锚护，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的问题：提供一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法及装置，以解决现有非对称大变形控制技术不够完善，控制效果不够明显等缺陷，优化支护体系，使得半煤岩巷道与支护体耦合化承载，最终实现对非对称大变形的有效控制，具体方案如下：
一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法，包括以下步骤：
S101:在成型后的半煤岩巷道中使用限位卡缆搭建U型棚；
S102:U型棚搭建完毕后，利用泥浆泵将搅拌后的混凝土对U型棚支护的半煤岩巷道进行喷浆充填形成壁后充填体，形成的壁后充填体将U型棚与半煤岩巷道固定连接，随后在喷浆后的半煤岩巷道上对煤岩分界面位置定位标记；
S103:对半煤岩巷道标记的煤岩分界位置处进行钻孔；
S104:用穿层预应力锚索穿入煤岩分界位置处钻孔中，对半煤岩巷道煤岩分界面位置处进行锚固。
进一步地，步骤S101具体为：
将一根顶梁和两根柱脚搭建成U型钢支架，随后在顶梁和两根柱脚的连接处上、中、下三个位置处分别安装第一限位卡缆、第二限位卡缆、第三限位卡缆，使得顶梁与两根柱脚固定连接形成U型钢支架，根据半煤岩巷道的长度安装多个U型钢支架，并用拉杆通过螺栓接头组件连接各U型钢支架并形成U型棚，同时在U型棚的顶部安装用于挡住煤矸石的钢筋网。
进一步地，所述第一限位卡缆、第二限位卡缆、第三限位卡缆的安装方法为：
将第一限位卡缆中的第一上腹板与柱脚贴合，第一下腹板与顶梁贴合，拧紧第一上腹板与第一下腹板之间的螺帽，直到第一下腹板上的第一凸起与顶梁紧密接触；将第二限位卡缆中的第二上腹板与柱脚贴合，第二下腹板与顶梁贴合，拧紧第二上腹板与第二下腹板之间的螺帽；将第三限位卡缆中的第三上腹板与柱脚贴合，第三下腹板与顶梁贴合，拧紧第三上腹板与第三下腹板之间的螺帽，直到第三上腹板上的第二凸起与柱脚紧密接触。
进一步地，步骤S103具体为：
当标记的半煤岩巷道煤岩分界面位置处的混凝土硬化成形后，对标记处巷道围岩进行钻孔，钻孔深度与穿层预应力锚索长度一致，孔距与第二限位卡缆中的第二下腹板螺孔对应。
进一步地，步骤S104具体为：
将两根穿层预应力锚索穿过第二限位卡缆中的第二下腹板上的两个螺孔，随后插入半煤岩巷道煤岩分界面位置处布置的钻孔中，固定穿层预应力锚索，使用扭矩扳手对穿层预应力锚索上的锚具进行预紧，直到第二下腹板与半煤岩巷道煤岩分界面位置处U型钢支架的柱脚或顶梁贴合，即锚固完成。
具体地，本发明提供一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护装置，包括第二下腹板、穿层预应力锚索，所述第二下腹板上开设有两个螺孔，所述穿层预应力锚索能穿过所述螺孔，当进行锚固时，所述穿层预应力锚索穿过所述螺孔进行锚固，随后使用穿层预应力锚索端部的锚具将穿层预应力锚索与所述第二下腹板固定。
本发明的有益效果是：
1.在安装U型棚时，通过在第一限位卡缆的第一下腹板和第三限位卡缆的第三上腹板上设置两凸起，使得第一限位卡缆的第一下腹板和第三限位卡缆的第三上腹板能对柱脚和顶梁施加向内的压力，进而增加柱脚与顶梁之间的摩擦力，让柱脚与顶梁的连接更加牢固；且柱腿和顶梁发生相对滑移时，第一限位卡缆和第三限位卡缆与柱腿和顶梁一起滑动，使第一限位卡缆和第三限位卡缆始终处于搭接段两端，以保持工作阻力的稳定，实现高阻让压；
2.当第二下腹板与穿层预应力锚索组合用于锚固时，能够形成双穿层预应力锚索锚固结构，且两穿层预应力锚索通过第二下腹板进行连接，第二下腹板贴合在U型棚上，形成穿层预应力锚索、U型棚的一体支护，能够提升锚固效果，为穿层预应力锚索预应力的传递及扩散创造了有利条件，进一步提升“棚—索”整体承载性能及其与半煤岩巷道的结构耦合效应，更有利于协同控制作用的发挥；
3.在进行锚固时，第二下腹板可根据煤岩分界面或其他类似煤岩分界面的不稳定结构面控制结构补偿需要，自由沿U型钢支架轮廓线滑动至相应位置，然后施工穿层预应力锚索，更具灵活性。
附图说明
图1动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法流程图；
图2为柱脚与顶梁连接结构示意图；
图3为限位卡缆结构示意图；
图4为第一限位卡缆的结构示意图；
图5为第二限位卡缆的结构示意图；
图6为第三限位卡缆的结构示意图；
图7为图2中A处局部放大示意图；
图8为图2中B处的局部放大示意图；
图9为锚护装置结构示意图；
图10为锚护方法支护断面图。
图中：1、柱脚；2、顶梁；3、煤层；4、限位卡缆；40、第一限位卡缆；401、第一上腹板；402、第一下腹板；403、第一凸起；41、第二限位卡缆；411、第二上腹板；412、第二下腹板；42、第三限位卡缆；421、第三上腹板；422、第三下腹板；423、第二凸起；5、螺栓接头组件；6、壁后充填体；7、穿层预应力锚索；8、水沟；9、钢筋网；10、拉杆。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图10所示，一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法，包括以下步骤：
S101:在成型后的半煤岩巷道中使用限位卡缆4搭建U型棚，具体为：将一根顶梁2和两根柱脚1搭建成U型钢支架，随后在顶梁2和两根柱脚1的连接处上、中、下三个位置处分别安装第一限位卡缆40、第二限位卡缆41、第三限位卡缆42，使得顶梁2与两根柱脚1固定连接形成U型钢支架，根据半煤岩巷道的长度安装多个U型钢支架，并用拉杆10通过螺栓接头组件5连接各U型钢支架并形成U型棚，同时在U型棚的顶部安装用于挡住煤矸石的钢筋网9。上述中第一限位卡缆40、第二限位卡缆41、第三限位卡缆42的安装方法为：
将第一限位卡缆40中的第一上腹板401与柱脚1贴合，第一下腹板402与顶梁2贴合，拧紧第一上腹板401与第一下腹板402之间的螺帽，直到第一下腹板402上的第一凸起403与顶梁2紧密接触；将第二限位卡缆41中的第二上腹板411与柱脚1贴合，第二下腹板412与顶梁2贴合，拧紧第二上腹板411与第二下腹板412之间的螺帽；将第三限位卡缆42中的第三上腹板421与柱脚1贴合，第三下腹板422与顶梁2贴合，拧紧第三上腹板421与第三下腹板422之间的螺帽，直到第三上腹板421上的第二凸起423与柱脚1紧密接触；
S102:U型棚搭建完毕后，利用泥浆泵将搅拌后的混凝土对U型棚支护的半煤岩巷道进行喷浆充填形成壁后充填体6，形成的壁后充填体6将U型棚与半煤岩巷道固定连接，随后在喷浆后的半煤岩巷道上对煤岩分界面位置定位标记；
S103:对半煤岩巷道标记的煤岩分界位置处硬化成型的混凝土进行钻孔，具体为：当标记的半煤岩巷道煤岩分界面位置处的混凝土硬化成形后，对标记处巷道围岩进行钻孔，钻孔深度与穿层预应力锚索7长度一致，孔距与第二限位卡缆41中的第二下腹板412螺孔对应；
S104用穿层预应力锚索7穿入煤岩分界位置处布置的钻孔中，对半煤岩巷道煤岩分界面位置进行锚固，具体为：将两根穿层预应力锚索7穿过第二限位卡缆41中的第二下腹板412上的两个螺孔，随后插入半煤岩巷道煤岩分界面位置处布置的钻孔中，固定穿层预应力锚索7，使用扭矩扳手对穿层预应力锚索7上的锚具进行预紧，直到第二下腹板412与半煤岩巷道煤岩分界面位置处U型钢支架的柱脚1或顶梁2贴合，即锚固完成。
在上述中，半煤岩巷道煤岩分界位置为煤层3与围岩的分界处，半煤岩巷道中设置有用于排水的水沟8，水沟8吸水以防止含黏土矿物底板岩石因吸水膨胀加速底臌变形，且利用钢筋网9挡矸。上述中采用对U型棚支架进行喷浆，能够保证U型棚支架与半煤岩巷道之间的贴合度，保证U型棚支架承载的均匀性。该U型棚支架采用的是U型钢支架。
此外，本发明还提供一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护装置，如图8、图9所示，包括第二下腹板412、穿层预应力锚索7，所述第二下腹板412上开设有两个螺孔，穿层预应力锚索7能穿过所述螺孔，当进行锚固时，穿层预应力锚索7穿过所述螺孔进行锚固，随后使用穿层预应力锚索7端部的锚具将穿层预应力锚索7与所述第二下腹板412固定。第二下腹板412的凹槽部位与柱脚1或顶梁2贴合。
在上述中，穿层预应力锚索7长度根据煤岩分界面位置进行确定，采用穿越煤岩分界面方式布置，其直径、间排距及预应力大小等支护参数根据巷道围岩载荷分布规律，进行非对称支护设计。
本发明的一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护装置工作原理为：安装上述方法搭建U型棚，当进行锚固时，穿层预应力锚索7穿过螺孔进行锚固，随后使用穿层预应力锚索7端部的锚具将穿层预应力锚索7与第二下腹板412固定，第二下腹板412与柱脚1或顶梁2贴合，形成棚索协同锚护。
本发明中，在安装U型棚时，通过在第一限位卡缆40的第一下腹板402和第三限位卡缆42的第三上腹板421上设置两凸起，使得第一限位卡缆40的第一下腹板402和第三限位卡缆42的第三上腹板421能对柱脚1和顶梁2施加向内的压力，进而增加柱脚1与顶梁2之间的摩擦力，让柱脚1与顶梁2的连接更加牢固；且柱腿1和顶梁2发生相对滑移时，第一限位卡缆40和第三限位卡缆42与柱腿1和顶梁2一起滑动，使第一限位卡缆40和第三限位卡缆42始终处于搭接段两端，以保持工作阻力的稳定，实现高阻让压；
当第二下腹板412与穿层预应力锚索7组合用于锚固时，能够形成双穿层预应力锚索7锚固结构，且两穿层预应力锚索7通过第二下腹板412进行连接，第二下腹板412贴合在U型棚上，形成穿层预应力锚索、U型棚的一体支护，能够提升锚固效果，为穿层预应力锚索7预应力的传递及扩散创造了有利条件，进一步提升“棚—索”整体承载性能及其与半煤岩巷道的结构耦合效应，更有利于协同控制作用的发挥；
3.在进行锚固时，第二下腹板412可根据煤岩分界面或其他类似煤岩分界面的不稳定结构面控制结构补偿需要，自由沿U型钢支架轮廓线滑动至相应位置，然后施工穿层预应力锚索7，更具灵活性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101:在成型后的半煤岩巷道中使用限位卡缆(4)搭建U型棚；
S102:U型棚搭建完毕后，利用泥浆泵将搅拌后的混凝土对U型棚支护的半煤岩巷道进行喷浆充填形成壁后充填体(6)，形成的壁后充填体(6)将U型棚与半煤岩巷道固定连接，随后在喷浆后的半煤岩巷道上对煤岩分界面位置定位标记；
S103:对半煤岩巷道标记的煤岩分界位置处进行钻孔；
S104:用穿层预应力锚索(7)穿入煤岩分界位置处钻孔中，对半煤岩巷道煤岩分界面位置处进行锚固。
2.根据权利要求1所述一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法，其特征在于，步骤S101具体为：
将一根顶梁(2)和两根柱脚(1)搭建成U型钢支架，随后在顶梁(2)和两根柱脚(1)的连接处上、中、下三个位置处分别安装第一限位卡缆(40)、第二限位卡缆(41)、第三限位卡缆(42)，使得顶梁(2)与两根柱脚(1)固定连接形成U型钢支架，根据半煤岩巷道的长度安装多个U型钢支架，并用拉杆(10)通过螺栓接头组件(5)连接各U型钢支架并形成U型棚，同时在U型棚的顶部安装用于挡住煤矸石的钢筋网(9)。
3.根据权利要求2所述一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法，其特征在于，所述第一限位卡缆(40)、第二限位卡缆(41)、第三限位卡缆(42)的安装方法为：
将第一限位卡缆(40)中的第一上腹板(401)与柱脚(1)贴合，第一下腹板(402)与顶梁(2)贴合，拧紧第一上腹板(401)与第一下腹板(402)之间的螺帽，直到第一下腹板(402)上的第一凸起(403)与顶梁(2)紧密接触；将第二限位卡缆(41)中的第二上腹板(411)与柱脚(1)贴合，第二下腹板(412)与顶梁(2)贴合，拧紧第二上腹板(411)与第二下腹板(412)之间的螺帽；将第三限位卡缆(42)中的第三上腹板(421)与柱脚(1)贴合，第三下腹板(422)与顶梁(2)贴合，拧紧第三上腹板(421)与第三下腹板(422)之间的螺帽，直到第三上腹板(421)上的第二凸起(423)与柱脚(1)紧密接触。
4.根据权利要求3所述一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法，其特征在于，步骤S103具体为：
当标记的半煤岩巷道煤岩分界面位置处的混凝土硬化成形后，对标记处巷道围岩进行钻孔，钻孔深度与穿层预应力锚索(7)长度一致，孔距与第二限位卡缆(41)中的第二下腹板(412)螺孔对应。
5.根据权利要求4所述一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护方法，其特征在于，步骤S104具体为：
将两根穿层预应力锚索(7)穿过第二限位卡缆(41)中的第二下腹板(412)上的两个螺孔，随后插入半煤岩巷道煤岩分界面位置处布置的钻孔中，固定穿层预应力锚索(7)，使用扭矩扳手对穿层预应力锚索(7)上的锚具进行预紧，直到第二下腹板(412)与半煤岩巷道煤岩分界面位置处U型钢支架的柱脚(1)或顶梁(2)贴合，即锚固完成。
6.一种动压半煤岩巷道非对称变形控制的棚索协同锚护装置，其特征在于：包括第二下腹板(412)、穿层预应力锚索(7)，所述第二下腹板(412)上开设有两个螺孔，所述穿层预应力锚索(7)能穿过所述螺孔，当进行锚固时，所述穿层预应力锚索(7)穿过所述螺孔进行锚固，随后使用穿层预应力锚索(7)端部的锚具将穿层预应力锚索(7)与所述第二下腹板(412)固定。
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