CN114658459B - 一种底鼓巷道用可移动式底板钢混支架及施工方法 - Google Patents

一种底鼓巷道用可移动式底板钢混支架及施工方法

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Abstract

本发明公开了一种底鼓巷道用可移动式底板钢混支架及施工方法，包括中空钢体、液压支柱、混凝土浆体、固定滑块和滑动钢轨，中空钢体设置在巷道的底部，中空钢体和巷道顶部之间设置有若干个液压支柱；若干个液压支柱的底部固定安装在中空钢体上，顶部设置有固定滑块；巷道的顶端设置有支撑板，支撑板的下端设置有与固定滑块相匹配的滑动钢轨；中空钢体的上端面的前端和尾端分别开设有注浆口和排气口，中空钢体的内部灌注有从注浆口进来的混凝土浆体。本发明通过底部钢混结构与中部液压支柱、上部滑动钢轨相结合，既强化底板支护的整体性、提高底板支护强度，又方便移动和装配，可以重复使用，从而解决矿山巷道底鼓控制问题。

Description

一种底鼓巷道用可移动式底板钢混支架及施工方法
技术领域
本发明涉及矿山支护工程技术领域，尤其涉及一种严重底鼓巷道采用的可移动式底板钢混支架支护结构及施工方法。
背景技术
煤炭是我国的基础能源和重要原料，煤炭占我国化石能源资源的90％以上。在相当长时期内，其主体能源地位不会变化。因而煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业。因此，煤炭资源的安全高效开采尤为重要。目前，我国中东部的很多煤矿已经进入深部开采阶段，西部地区的煤矿开采深度也越来越大，在深部高地应力、软弱围岩、强烈采动影响等复杂开采条件下，巷道围岩控制问题日益显现，其中巷道底鼓问题尤为突出，煤矿巷道中底板由于不支护或弱支护，使其成为巷道支护的薄弱环节，导致围岩应力释放和巷道变形首先在底板显现，形成严重底鼓现象，底鼓则进一步引发巷道整体变形破坏甚至冒顶失稳，给煤矿安全生产带来了极大隐患。
对此，当下巷道底鼓的主要治理手段包括：卧底、锚杆锚索支护、注浆加固、反底拱支护，但对于复杂条件下的严重底鼓巷道仍然存在以下问题：通过卧底清理底板破碎矸石，治标而不治本，多次卧底反而会加剧巷道两帮和顶板变形；锚杆锚索支护则存在底板钻孔施工难度大、锚固效果差、锚杆锚索之间的底板不能覆盖、整体控制效果差等问题；注浆加固虽能够提高底板围岩强度，但提高程度有限，底鼓也难以抑制；反底拱支护则存在刚性大、容易破碎的问题，后期修复难度极大。因此，如何创新底板支护结构、简化支护工艺、提高底板支护的整体性、实现底板支护结构的重复利用成为解决严重底鼓巷道底板控制的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种严重底鼓巷道采用的可移动式底板钢混支架及施工方法，解决上述提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种严重底鼓巷道采用的可移动式底板钢混支架，包括中空钢体、液压支柱、混凝土浆体、固定滑块和滑动钢轨，所述中空钢体设置在巷道的底部，所述中空钢体和巷道顶部之间设置有若干个液压支柱；若干个所述液压支柱的底部固定安装在所述中空钢体上，顶部设置有所述固定滑块；所述巷道的顶端设置有所述支撑板，所述支撑板的下端设置有与所述固定滑块相匹配的所述滑动钢轨；所述中空钢体的上端面的前端和尾端分别开设有所述注浆口和排气口，所述中空钢体的内部灌注有从所述注浆口进来的所述混凝土浆体。
所述滑动钢轨通过锚杆穿过所述支撑板后固定安装在所述巷道的顶端，所述支撑板与巷道的顶板围岩之间面接触。
若干个所述液压支柱的底部通过支撑底座设置在所述中空钢体上端面上。
所述支撑底座上中心对称设置有若干个支撑脚架；若干个所述支撑脚架截面为三角形结构，其一端设置在所述中空钢体上端面上，另一端设置在所述液压支柱外侧壁上。
所述排气口上配置有用于阻止混凝土浆体外溢的止浆塞。
所述液压支柱和滑动钢轨分别分布在所述巷道内靠近巷帮的两侧。
所述中空钢体的底部设置有巷道底板，所述巷道底板上开设有防止其变形的卸压槽。
一种底鼓巷道用可移动式底板钢混支架施工方法，其特征在于包括以下施工步骤：
步骤一，材料准备及加工；根据巷道底板岩层力学性质、底板矿山压力大小、巷道断面形状及尺寸，确定中空钢体的材质、厚度及钢体尺寸，液压支柱的型号及尺寸，以及灌注混凝土的材料及配比，滑动钢轨的型号及尺寸，并准备所有组成构件的材料并进行加工；
步骤二，底板钢混支架组成构件运输、铺设；清理、平整巷道底板使其高度并达到巷道设计高度与中空钢体厚度之和；将滑动钢轨通过锚杆安装在顶板上，并采用单轨吊车将中空钢体、液压支柱、混凝土材料、固定滑块等运输至底板治理施工地点；
步骤三，将底板钢混支架依次连续放置于巷道底板表面，使其沿巷道走向布置2～3排，并向中空钢体灌注混凝土浆体；依据中空钢体内部空间尺寸大小，确定灌注混凝土浆体质量，然后采用灌浆泵依次对每台支架的中空钢体通过注浆口灌注混凝土浆体；灌浆完成后，采用止浆塞将排气口封住，防止浆体外溢；待混凝土浆体凝固硬化后，与中空钢体一起形成底板钢混支架的底部支护结构；
步骤四，安装液压支柱；中空钢体灌注完成且混凝土硬化后，实施对液压支柱的安装，采用支撑底座将液压支柱固定在中空钢体上；将液压支柱顶端用固定滑块与滑动钢轨连接；
步骤五，升起液压支柱，通过对若干个液压支柱加压支撑于中空钢体和滑动钢轨上，进而作用于巷道底板和顶板，实现对底板的初撑支护；通过液压泵站、管路及注液枪实现对液压支柱的供液，升柱并达到设计初撑力后，停止供液，从而实现对底板的初撑支护，起到对底板施加主动预应力的作用；
步骤六，按照底板钢混支架支护布置要求，依次完成整条巷道底板支架的布置与安装，最终形成高强度、可移动式底板整体支护结构；
步骤七，当底板钢混支架出现破损时，底板钢混支架支护结构可采用单轨吊车提起并通过滑动钢轨整体拖动以实现支架的运输或更换维修。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
第一，本发明提供的可移动式底板钢混支架支护结构，采用中空钢体和混凝土相组合的一体式钢混结构，使得混凝土的强抗压特性与大厚度钢材结构的强抗拉特性与韧性实现有机互补，因此，本发明底板支护结构的抗压强度和抗拉强度均获得有效提升，大大提高了底板支护结构的整体性和承载能力，避免了传统的单纯混凝土结构的脆性破坏，能够有效控制巷道底板底鼓。
第二，本发明提供的可移动式底板钢混支架支护结构，采用液压支柱与底部钢混结构、顶部滑动钢轨连接，通过对液压支柱供液、升起支柱，从而实现对底板的初撑支护，起到对底板施加主动预应力的作用，有效改善底板围岩应力条件，提高底板围岩自身承载能力；在底板钢混支架工作过程中同样可以施加更大的支撑力，对底板变形提供更高的支护阻力；液压支柱还可以设定最大工作阻力，当巷道底板压力超过支架的最大工作阻力时，底板钢混支架可具有一定的可缩性，起到高阻让压的作用。
第三，本发明提供的可移动式底板钢混支架支护结构，液压支柱上部采用固定滑块连接于滑动钢轨上，固定滑块与滑动钢轨呈滑动连接；底板钢混支架支护结构可采用单轨吊车提起并通过滑动钢轨整体拖动。因此，本发明提供的底板钢混支架具有可移动性，方便运输和更换维修，简化了底板支护工艺，提高了底板作业效率，底板钢混支架同样可以重复使用，有效降低了底板支护成本。
总之，本发明采用了钢混结构与液压支柱、滑动钢轨相结合的底板，结构设计合理，既强化了底板支护的整体性、提高了底板支护强度，同时又具有一定的可缩性，又方便移动和装配，可以重复使用，现场实施简单、效率高、支护成本低，可以有效解决巷道底鼓问题。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明可移动式底板钢混支架的巷道断面布置示意图；
图2为本发明可移动式底板钢混支架的立体结构示意图；
图3为本发明底板钢混支架的底部承载结构俯视图；
图4为本发明底板钢混支架的滑动结构截面示意图；
图5为本发明底板钢混支架的滑动结构侧面示意图；
附图标记说明：1、中空钢体；2、液压支柱；3、混凝土浆体；4、固定滑块；5、滑动钢轨；6、注浆口；7、排气口；8、支撑底座；9、支撑脚架；10、支撑板；11、巷道；12、锚杆；13、卸压槽。
具体实施方式
如图1-5所示，一种严重底鼓巷道采用的可移动式底板钢混支架，中空钢体1、液压支柱2、混凝土浆体3、固定滑块4和滑动钢轨5，所述中空钢体(1)设置在巷道11的底部，，所述中空钢体1和巷道11顶部之间设置有若干个液压支柱2。中空钢体1为高强度、韧性好的钢材整体铸造成型的中空的长方体，棱角采用倒角处理，本次实施例中，中空钢体1采用Q460以上的高强度、韧性好的钢材整体铸造成型，钢材厚度为15～30mm，所述中空钢体1的长度为1～3m，宽度为0.5～1.5m，厚度为0.3～1m，中空钢体1的长度、宽度和厚度可以根据矿山压力大小、巷道断面尺寸等因素确定。
所述中空钢体1的上端面的前端和尾端分别开设有注浆口6和排气口7，所述中空钢体1的内部灌注有从所述注浆口6进来的混凝土浆体3。所述排气7口用于灌注混凝土浆体3时排除空气，且所述排气口7配置止浆塞，中空钢体完成混凝土灌注后，止浆塞用于阻止混凝土浆体3外溢。施工时，通过注浆口6灌注混凝土浆体3，待混凝土浆体3凝固硬化后，形成底板钢混支架的底部支护结构。
所述中空钢体1灌注的混凝土浆体3采用的是流动性好、泌水率低、硬化快的混凝土，所述混凝土强度等级为C30以上的混凝土。所述中空钢体1灌注的材料可以采用水泥基灌浆料、化学基灌浆料或复合灌浆料等硬化材料。
若干个所述液压支柱2的底部固定安装在所述中空钢体1上，顶部设置有固定滑块4。若干个所述液压支柱2的底部通过支撑底座8和螺栓安装在所述中空钢体1上端面上。所述支撑底座8上中心对称设置有若干个支撑脚架9，若干个所述支撑脚架9截面为三角形结构，其一端设置在所述中空钢体1上端面上，另一端设置在所述液压支柱2外侧壁上。所述支撑底座8、支撑脚架9与液压支柱2的底部为一体式结构。本次实施例中，连接液压支柱2的支撑底座8厚为10～20mm。
本次实施例中，所述液压支柱2采用的是外注式液压支柱，通过液压泵站、管路及注液枪实现对液压支柱2供液，升柱并达到设计初撑力后，停止供液；所述液压支柱2的初撑力应达到100kN以上，工作阻力应达到300kN以上；所述液压支柱2应在中空钢体1灌注的混凝土浆体3硬化以后进行供液、升柱。
所述巷道11的顶端设置有与其围岩呈“面接触”的支撑板10，以避免底鼓产生的压力通过液压支柱2将钢轨压入顶板或破坏顶板。所述支撑板10的下端安装有与所述固定滑块4相匹配的滑动钢轨5，所述滑动钢轨5通过锚杆12穿过所述支撑板10后固定安装在所述巷道11的顶端。所述底板钢混支架可采用单轨吊车提起并通过滑动钢轨5整体拖动，以实现支架的运输或更换维修。所述底板钢混支架通过单轨吊车、滑动钢轨拖运至底鼓治理处，成排、连续放置于巷道底板表面，沿巷道走向布置2～3排，通过对液压支柱2加压支撑于钢混支架的支撑底座8和顶部滑动钢轨5，从而对底板变形提供支护阻力。
在对巷道11的底板进行支护时，首先清理、平整巷道底板使其高度并达到巷道设计高度与中空钢体1的厚度之和，然后将所述底板钢混支架连续放置于巷道底板表面，再通过液压泵将液压支柱2升起并支撑于滑动钢轨5上，进而可以通过液压支柱2的支撑压力作用于底板，起到改善底板围岩应力状态并对底板变形提供支护阻力的作用。所述液压支柱2和滑动钢轨5分别分布在所述巷道11内靠近巷帮的两侧，避免影响正常的运输和行人。
在对巷道11的底板进行支护时，首先清理、平整巷道底板使其高度并达到巷道设计高度与中空钢体1的厚度之和，然后将所述底板钢混支架连续放置于巷道底板表面，再通过液压泵将液压支柱2升起并支撑于滑动钢轨5上，进而可以通过液压支柱2的支撑压力作用于底板，起到改善底板围岩应力状态并对底板变形提供支护阻力的作用。
中空钢体1的底部设置有巷道底板，所述巷道底板上开设有防止其变形的卸压槽13，卸压槽可以布置于巷道底板两侧，也可以布置于巷道底板中部。巷道矿山压力较大时，卸压槽可以释放部分底板变形压力。
巷道底鼓采用可移动式底板钢混支架施工过程如下：
步骤一，材料准备及加工；根据巷道底板岩层力学性质、底板矿山压力大小、巷道断面形状及尺寸，确定中空钢体的材质、厚度及钢体尺寸，液压支柱的型号及尺寸，以及灌注混凝土的材料及配比，滑动钢轨的型号及尺寸，并准备所有组成构件的材料并进行加工；
步骤二，底板钢混支架组成构件运输、铺设；清理、平整巷道底板使其高度并达到巷道设计高度与中空钢体厚度之和；将滑动钢轨通过锚杆安装在顶板上，并采用单轨吊车将中空钢体、液压支柱、混凝土材料、固定滑块等运输至底板治理施工地点；
步骤三，将底板钢混支架依次连续放置于巷道底板表面，使其沿巷道走向布置2～3排，并向中空钢体灌注混凝土浆体；依据中空钢体内部空间尺寸大小，确定灌注混凝土浆体质量，然后采用灌浆泵依次对每台支架的中空钢体通过注浆口灌注混凝土浆体；灌浆完成后，采用止浆塞将排气口封住，防止浆体外溢；待混凝土浆体凝固硬化后，与中空钢体一起形成底板钢混支架的底部支护结构；
步骤四，安装液压支柱；中空钢体灌注完成且混凝土硬化后，实施对液压支柱的安装，采用支撑底座将液压支柱固定在中空钢体上；将液压支柱顶端用固定滑块与滑动钢轨连接；
步骤五，升起液压支柱，通过对若干个液压支柱加压支撑于中空钢体和滑动钢轨上，进而作用于巷道底板和顶板，实现对底板的初撑支护；通过液压泵站、管路及注液枪实现对液压支柱的供液，升柱并达到设计初撑力后，停止供液，从而实现对底板的初撑支护，起到对底板施加主动预应力的作用；
步骤六，按照底板钢混支架支护布置要求，依次完成整条巷道底板支架的布置与安装，最终形成高强度、可移动式底板整体支护结构；
步骤七，当底板钢混支架出现破损时，底板钢混支架支护结构可采用单轨吊车提起并通过滑动钢轨整体拖动以实现支架的运输或更换维修。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种底鼓巷道用可移动式底板钢混支架施工方法，其特征在于：包括中空钢体(1)、液压支柱(2)、混凝土浆体(3)、固定滑块(4)和滑动钢轨(5)，所述中空钢体(1)设置在巷道(11)的底部，所述中空钢体(1)和巷道(11)顶部之间设置有若干个液压支柱(2)；若干个所述液压支柱(2)的底部固定安装在所述中空钢体(1)上，顶部设置有所述固定滑块(4)；所述巷道(11)的顶端设置有支撑板(10)，所述支撑板(10)的下端设置有与所述固定滑块(4)相匹配的所述滑动钢轨(5)；所述中空钢体(1)的上端面的前端和尾端分别开设有注浆口(6)和排气口(7)，所述中空钢体(1)的内部灌注有从所述注浆口(6)进来的所述混凝土浆体(3)；
包括以下施工步骤：
步骤一，材料准备及加工；根据巷道底板岩层力学性质、底板矿山压力大小、巷道断面形状及尺寸，确定中空钢体的材质、厚度及钢体尺寸，液压支柱的型号及尺寸，以及灌注混凝土的材料及配比，滑动钢轨的型号及尺寸，并准备所有组成构件的材料并进行加工；
步骤二，底板钢混支架组成构件运输、铺设；清理、平整巷道底板使其高度并达到巷道设计高度与中空钢体厚度之和；将滑动钢轨通过锚杆安装在顶板上，并采用单轨吊车将中空钢体、液压支柱、混凝土材料、固定滑块等运输至底板治理施工地点；
步骤三，将底板钢混支架的中空钢体依次连续放置于巷道底板表面，使其沿巷道走向布置2～3排，并向中空钢体灌注混凝土浆体；依据中空钢体内部空间尺寸大小，确定灌注混凝土浆体质量，然后采用灌浆泵依次对每台支架的中空钢体通过注浆口灌注混凝土浆体；灌浆完成后，采用止浆塞将排气口封住，防止浆体外溢；待混凝土浆体凝固硬化后，与中空钢体一起形成底板钢混支架的底部支护结构；
步骤四，安装液压支柱；中空钢体灌注完成且混凝土硬化后，实施对液压支柱的安装，采用支撑底座将液压支柱固定在中空钢体上；将液压支柱顶端用固定滑块与滑动钢轨连接；
步骤五，升起液压支柱，通过对若干个液压支柱加压支撑于中空钢体和滑动钢轨上，进而作用于巷道底板和顶板，实现对底板的初撑支护；通过液压泵站、管路及注液枪实现对液压支柱的供液，升柱并达到设计初撑力后，停止供液，从而实现对底板的初撑支护，起到对底板施加主动预应力的作用；
步骤六，按照底板钢混支架支护布置要求，依次完成整条巷道底板支架的布置与安装，最终形成高强度、可移动式底板整体支护结构；
步骤七，当底板钢混支架出现破损时，底板钢混支架支护结构可采用单轨吊车提起并通过滑动钢轨整体拖动以实现支架的运输或更换维修。
2.根据权利要求1所述的底鼓巷道用可移动式底板钢混支架施工方法，其特征在于：所述滑动钢轨(5)通过锚杆(12)穿过所述支撑板(10)后固定安装在所述巷道(11)的顶端，所述支撑板(10)与巷道(11)的顶板围岩之间面接触。
3.根据权利要求1所述的底鼓巷道用可移动式底板钢混支架施工方法，其特征在于：若干个所述液压支柱(2)的底部通过支撑底座(8)设置在所述中空钢体(1)上端面上。
4.根据权利要求3所述的底鼓巷道用可移动式底板钢混支架施工方法，其特征在于：所述支撑底座(8)上中心对称设置有若干个支撑脚架(9)；若干个所述支撑脚架(9)截面为三角形结构，其一端设置在所述中空钢体(1)上端面上，另一端设置在所述液压支柱(2)外侧壁上。
5.根据权利要求1所述的底鼓巷道用可移动式底板钢混支架施工方法，其特征在于：所述排气口(7)上配置有用于阻止混凝土浆体(3)外溢的止浆塞。
6.根据权利要求1所述的底鼓巷道用可移动式底板钢混支架施工方法，其特征在于：所述液压支柱(2)和滑动钢轨(5)分别分布在所述巷道(11)内靠近巷帮的两侧。
7.根据权利要求1所述的底鼓巷道用可移动式底板钢混支架施工方法，其特征在于：所述中空钢体(1)的底部设置有巷道底板，所述巷道底板上开设有防止其变形的卸压槽(13)。
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