CN201953384U - 一种对高地应力软岩巷道进行支护的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种对高地应力软岩巷道进行支护的装置。该装置包括刚性支护体，所述刚性支护体顶板上开有一个或多个辅助卸压孔，顶板用多条卸压带分割，所述刚性支护体的顶板上铺设有预留刚隙柔垫层，所述预留刚隙柔垫层另一面与围岩相接触，所述围岩分别由多根锚杆锚固，所述刚性支护体的墙面上开有一个或多个辅助卸压孔，所述预留刚隙柔垫层由沙子、卵石等具有一定流动性材料充填形成，这种预留刚隙柔垫层能够大幅度地吸收高应力软岩的大变形。结构简单，安装方便，使得对于高应力软岩巷道支护释放一部分储存于围岩中的压力，最终达到控制围岩稳定的优点，适应具有大变形、大地压、高应力软岩巷道，广泛用于地下工程。

Description

一种对高地应力软岩巷道进行支护的装置

技术领域

本实用新型涉及地下工程支护装置，具体涉及一种对高应力软岩巷道进行支护的装置。

背景技术

近年来随着我国矿山地下开采水平不断向深部延伸，其深部的高地应力问题越来越突出，进而使高应力软岩巷道支护成为一个巷道支护难题。而高应力软岩巷道自身具有地压大、变形大、持续流变等的特征，现有的支护体由于与围岩是直接接触，当软岩巷道开挖后，由于地压、变形和持续流变的产生，存在支护体很难适应地压突然增大和持续流变，往往造成支护体破坏，进而使巷道支护不够安全的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单，安装方便，成本适宜，使得对于高应力软岩巷道支护释放一部分储存于围岩中的压力，通过联合支护，最终达到控制围岩稳定的一种对高地应力软岩巷道进行支护的装置。

为了克服现有技术的不足，本实用新型的技术方案是这样解决的：一种对高地应力软岩巷道进行支护装置的特殊之处在于该装置包括刚性支护体，所述刚性支护体顶板上开有一个或多个辅助卸压孔，顶板与墙面由多条卸压带分割，所述刚性支护体的顶板上铺设有预留柔垫层，所述预留柔垫层另一面与围岩相接触，所述围岩分别由多根锚杆锚固，所述刚性支护体的墙面上开有一个或多个辅助卸压孔，所述预留柔垫层由包装袋、沙子、卵石构成流动性材料充填层。

所述刚性支护体为钢筋混凝土材料或金属材料或竹木材料或工程塑料。

本实用新型与现有技术相比，具有结构简单，安装方便，成本适宜，使得对于高应力软岩巷道支护释放一部分储存于围岩的中的压力，通过联合支护，最终达到控制围岩稳定的优点，预留柔垫层支护适应具有大变形、大地压、流变的高应力软岩巷道，它能够大幅度地吸收高应力软岩的大变形。这样就形成了所谓的刚隙柔层，它具有充分的柔度和间隙适应高应力软岩的大变形，同时又在一定的时刻(间隙压密，刚柔层相接时)具有充分的刚度限制围岩的有害变形，从而使之成为高应力转化最多、围岩强度保护最好的一种支护装置，该装置还具有以下特点：

①、适用于高应力软岩和高应力强膨胀复合型软岩巷道支护；

②、巷道断面由大变小，一次开拓；

③、以工程材料形成柔性层；

④、利用刚柔层限制巷道围岩的差异性变形；

⑤、具有充分的变形空间适应高应力软岩的大变形；

⑥、具有足够强度和刚度限制围岩产生有害变形；

⑦、充分发挥设计承载围岩的自撑强度。

附图说明

图1为本实用新型断面结构示意图；

图2为图1的A-A剖面结构示意图；

图3为开挖设计断面结构示意图。

具体实施方式

附图为本实用新型的实施例。

下面结合附图对发明内容作进一步详细说明：

参照图1、图2所示，一种对高地应力软岩巷道进行支护的装置包括刚性支护体3，所述刚性支护体3顶板上开有一个或多个辅助卸压孔5，顶板与墙面由多条卸压带6分割，所述刚性支护体3的顶板及墙面上铺设有预留柔垫层2，所述预留柔垫层2另一面与围岩4相接触，所述围岩4分别与多根锚(索)杆1锚固连接，所述刚性支护体3的墙面上开有一个或多个辅助卸压孔7，所述预留柔垫层2由包装袋、沙子、卵石构成流动性材料充填层。

所述刚性支护体为钢筋混凝土材料或金属材料或竹木材料或工程塑料。

综上所述，预留柔垫层支护是针对具有大变形、大地压等特点的高应力软岩巷道所采取的复合支护手段。

1)、预留刚隙柔层支护的定义

预留刚隙柔层支护，从力学概念上讲，是在支护体内设置刚性层和柔性层，在刚性层和柔性层之间预留一定量的间隙，使其能够大幅度地吸收高应力软岩的大变形。这样就形成了所谓的刚隙柔层，它具有充分的柔度和间隙适应高应力软岩的大变形，同时又在一定的时刻(间隙压密，刚柔层相接时)具有充分的刚度限制围岩的有害变形，从而使之成为高应力转化最多、围岩强度保护最好的一种支护技术。

2)、预留刚隙柔层支护力学原理

预留刚隙柔层支护技术的力学原理如图1所示。在柔性喷层和钢架之间预留一定量的空隙，在刚隙柔垫层的控制下，围岩有限制的充分变形，释放变形能量，从而形成比较均匀的外部塑性工作状态区和内部弹性工作状态区，以达到把高应力能量转化为变形、高应力转移到围岩内部的目的，带柔性喷层与钢架接触时，再喷混凝土永久支护。

3)预留刚隙柔层支护设计

(1)预留间隙尺寸

为保证在充分释放高应力变形能的同时又不损害围岩自身的支撑能力，预

C_p＝k_pa    (1)

留间隙尺寸为：

式中：——预留柔层厚度，mm；

——柔层预留系数(一般取0.05～0.1)；

a——巷道设计毛断面宽度，mm；

(2)巷道掘进毛断面尺寸

a_e＝a+2C_p    (2)

根据预留间隙尺寸，可以确定巷道掘进毛断面尺寸为

式中：——巷道掘进毛断面宽度，mm；

——预留柔层厚度，mm；

a——巷道设计毛断面宽度，mm。

b_e＝b+2C_P    (3)

式中：b_e——巷道掘进毛断面高度，mm；

b——巷道设计毛断面高度，mm。

留设柔垫层让压联合支护技术

留设柔垫层让压联合支护技术是对预留刚隙柔层支护技术的一种新的发展，将预留的刚隙柔层采用特殊的柔性材料充填，同时在刚性支护体中留设压力释放孔与释放带。留设柔垫层让压支护具备预留刚隙柔层支护特性的同时，使得压力释放更均匀、更平缓。

(1)留设柔垫层让压联合支护技术概念

留设柔垫层让压联合支护技术是将联合支护体分为一次柔性支护体与二次刚性支护体，所述的一次柔性支护体是指围岩4开挖成工程要求断面后，对围岩4为临时支护，刚性和柔性支护体之间预留一定量的间隙，即留设的刚隙柔层，在适当的时间对刚隙柔层进行充填。这样就形成了柔垫层，它具有柔度和一定的流动性适应高应力软岩的大变形。随着围岩压力的变形释放，柔垫层使得围岩应力在一、二次支护体上重新分布承担的过程更平缓，分布更均匀，在一定的时刻(一二次支护体之间压力分布均匀，柔垫层流动趋于稳定)具有充分的刚度限制围岩的继续变形，从而使高应力得到转化、围岩强度得到保护一种新的支护技术。

(2)留设柔垫层让压联合支护原理

留设柔垫层2让压支护技术的力学原理如图2所示。在柔性支护体与刚性支护体3间留设一定厚度的柔垫层2，在柔垫层2的控制下，围岩4有限制的充分变形，变形释放能量，从而形成比较均匀的外部塑性工作状态区和内部弹性工作状态区，以达到把高应力能量转化为变形、高应力转移到围岩内部的目的。

柔垫层2是具有低的承载能力，在高的应力作用下产生变形的同时具有流动性的特殊材料。如：拌合少量水泥的砂子、级配合理的卵石等材料可作为柔垫层。

留设柔垫层让压卸压原理：随着围岩的变形，作用在柔垫层上的应力不断增大，当应力超过柔垫层的低承载力后，受内部二次刚性支护体限制，柔垫层2产生变形的同时产生流动，从留设的卸压带6和辅助卸压孔5、7流出，从而达到使围岩压力缓慢均匀释放的目的。辅助卸压孔5、7主要用于观察一二支护的协调变形，辅助作为卸压孔。

(3)留设柔垫层让压支护技术特点

①改善了传统预留刚隙层支护后，作用在刚性支护体上应力不均匀的不足；

②使得围岩压力释放过程平缓而均匀；

③预留的卸压带将整个刚性支护体截断为若干个小区段，在预设柔垫层支护技术中，定义为榀。对于存在底鼓、变形不均匀的巷道，分榀留设卸压带6一方面作为卸压处，二方面成为“伸缩变形缝”，从而缩小了局部变形破坏的影响范围。

留设柔垫层让压支护技术创新点

留设柔垫层让压支护技术较预留刚隙柔层支护技术具有以下三点创新：

(1)将原留设的空隙用低强度的材料充填；

(2)充填材料考虑流动性；

(3)使得预留的让压空间，压力释放更缓慢，二次刚性支护体受力均匀；

(4)分区段留设，具有保护巷道整体稳定性的特点。

Claims (2)

1.一种对高地应力软岩巷道进行支护的装置，其特征在于该装置包括刚性支护体(3)，所述刚性支护体(3)顶板上开有一个或多个辅助卸压孔(5)，顶板与墙面由多条卸压带(6)分割，所述刚性支护体(3)的顶板上铺设有预留柔垫层(2)，所述预留柔垫层(2)另一面与围岩(4)相接触，所述围岩(4)分别由多根锚杆(1)锚固，所述刚性支护体(3)的墙面上开有一个或多个辅助卸压孔(7)，所述预留柔垫层(2)由包装袋、沙子、卵石构成流动性材料充填层。

2.根据权利要求1所述的一种对高地应力软岩巷道进行支护的装置，其特征在于所述刚性支护体为钢筋混凝土材料或金属材料或竹木材料或工程塑料。

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