CN205117366U - 一种大断面松软破碎煤巷双承压拱支护装置 - Google Patents

Abstract

一种大断面松软破碎煤巷双承压拱支护装置，属于矿业工程巷道支护领域，主要解决大断面松软破碎煤巷大变形及支护问题，该方法通过在巷道顶板按顺序施工以形成锚杆-锚索-锚杆-工字钢梯形棚支架支护体系对巷道进行支护，该方法以锚杆为主，通过使用钢带连接锚杆并配合钢丝网和工字钢梯形棚支架在巷道围岩形成浅层承压拱，防止浅层破碎围岩垮落、冒顶等；锚索和拉杆配合并形成锚索桁架，通过施加强大预紧力在深层围岩形成挤压加密区，形成深层承压拱，减轻深部围岩变形对浅部顶板围岩的破坏；该方法充分利用了锚杆施工方便、安全经济的优点，既有主动支护又有被动支护，可以充分适应松软破碎围岩变形较大的特点，相比其他方法更具有独特优势。

Description

一种大断面松软破碎煤巷双承压拱支护装置

技术领域

本实用新型属于煤矿巷道支护领域，涉及一种大断面松软破碎煤巷支护装置及其布置工艺，是一种根据巷道实际破碎情况并通过组合使用锚杆、锚索、菱形钢丝网、钢带并配合使用工字钢梯形棚等装置以在煤巷顶板岩层中形成一个双承压拱的新型巷道支护装置及其布置工艺。

背景技术

目前随着我国经济社会持续快速发展，为满足经济发展需要，我国兴建了一大批矿井，而紧邻能源消费市场的东部矿区普遍进入了深部开采，带来了各种各样的巷道支护问题，尤其是在深部高地应力条件下的松软破碎煤层开挖大断面巷道时，巷道的支护问题尤为突出。我国煤矿巷道支护经历了从早期的木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆(索)及锚索桁架支护的历史性变革，由于锚杆具有改善顶板围岩强度及使顶板处于三向受压应力状态的独特作用，因此我国煤矿普遍使用锚杆(索)应用于巷道支护，而大量工程实践也证明锚杆能有效控制一定范围的巷道变形，但是锚杆不是万能的，也有其局限性，尤其是在大断面松软破碎煤巷的支护中，现实工程中锚杆支护失效的例子并不少见。因此必须配合使用其他的支护装置才能获得更好的支护效果。锚索是由具有一定弯曲柔性能力的钢绞线、锁具及锚固剂等组成的，通常钢绞线长度较长，可以锚入到顶板深部稳定岩层中，且钢绞线具有高强度、高韧性及低松弛等特性，能受剪力及拉力，当巷道开挖后各岩层发生各不相同的变形及位移，或发生岩层错动，在发生离层的岩层处锚索受到剪力或者拉压力，同时锚索反作用于岩层，阻止岩层的错动或离层，顶部锚索普遍具有悬吊浅部离层破碎顶板的作用，由于锚索预紧力的存在，使得各岩层层理、裂隙等减少，增强了各岩层强度及造成各岩层相互挤压，形成一个在深部岩层中的挤压加密区，而高预应力锚索桁架是一种通过使用能施加一定预紧力的拉杆连接两根独立锚索而组成的，通过桁架结构可以在深部岩层中也形成一个挤压加固承压拱，并对浅部顶板围岩施加一个压应力，进一步改善浅部顶板围岩的受力状态，能有效减少顶板位移。工字钢梯形棚支架是煤矿常用的一种巷道支护方式，具有较好的抗变形能力及较高的抗力等特点，可以有效减少冒顶、片帮等事故的发生，尤其是可以保持巷道断面的完整性，适合采区巷道随掘随支及二次加固的特点，对维持巷道断面的形状具有重要作用。菱形钢丝网用于煤矿支护可以防止松动岩块的下坠，并对顶板下沉具有一定的限制作用，而钢带作为一种受拉构件用于连接锚杆或锚索，锚杆或锚索因为顶板下沉而间距变大，钢带此时受拉，配合锚杆(索)，对所围护的岩层施加压应力，由此起到支护作用。

发明内容

为克服常规锚杆支护方法支护大断面松软破碎煤巷效力不足的问题，本发明提供了一种针对大断面松软破碎煤巷的双承压拱支护新方法及其布置方式。该方法不仅适用于支护围岩状况较好的巷道，而且尤其适用于大断面松软破碎煤巷的支护。

为解决上述大断面松软破碎煤巷的支护问题，我们采用以下技术方案：采用光面爆破法或煤矿专用掘进机掘进巷道，并尽量保持巷道断面光整，铺网并进行临时支护，施工锚杆钻孔，处理钻孔安装锚固剂，与此同时安装第一排锚杆A1，锚杆之间用钢带连接；间隔一定距离后安装第一排锚索M1，并安装拉杆形成锚索桁架，再往前掘进，安装第二排锚杆A2，再掘进一定距离，安装第一排工字钢梯形棚支架G1，依此类推，锚索桁架间距两排锚杆安设，工字钢梯形棚支架也是间隔两排锚杆布置，形成锚杆-锚索-锚杆-工字钢梯形棚支架的支护体系。

本发明的有益效果是：1，左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆能有效提高破碎围岩的强度，充分发挥了锚杆支护及时性和主动性，并在工字钢梯形棚支架的配合下形成浅层承压拱；2，锚索锚固力大，影响范围广，间隔一定距离施工一锚索桁架有利于岩层的整体挤压，能有效控制顶板离层，并相互挤压形成深层承压拱，提高了围岩的整体稳定性和抗压能力；3，钢丝网及钢带增加了支护接触面积，形成了柔性支护，减少了软岩局部剥落，减轻了围岩破碎程度，并有利于消除单纯铺网所产生的网兜现象，保证了顶板岩层的完整性，有利于形成顶板围岩的组合梁作用，有效提高了其自身稳定性；4，工字钢梯形棚支架作为对巷道支护的补强措施，可以辅助配合锚杆对浅部巷道围岩施加压应力，限制浅层顶板围岩的下沉变形；5，锚杆-锚索-锚杆-工字钢梯形棚支架外加钢带的支护体系，锚固范围大，支护密集，可使绝大部分顶板围岩处于三向受压应力状态，施工工艺简单，可以有效维护大断面松软破碎煤巷，收到良好的经济效益。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明做详细说明

图1大断面松软破碎煤巷双承压拱支护方法支护机理示意图

图2锚杆-锚索-锚杆-工字钢梯形棚支架支护体系平面布置示意图

图3锚杆-锚索-锚杆-工字钢梯形棚支架支护体系剖面示意图

图中1.左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，2.拉杆，3.锚索，4.托盘，5.钢丝网，6.钢带，7.工字钢梯形棚支架，8.单体液压支柱，9.巷道，10.钻孔，11.锚固剂。

具体实施方式

下面结合实施例对本双承压拱支护新方法做详细说明。

(一)在图1中，在掘进好的巷道9中铺上钢丝网5，再以800-1000mm的横间距布置横排锚杆1，靠近巷道两帮装设的锚杆1与水平线成60°夹角，并以钢带6连接各锚杆1，由此锚杆1与围岩互相作用，强化了围岩强度，形成了浅部承压拱，巷道9两帮也按800mm的间距打设足够数量的锚杆1，底角锚杆1按向下倾45°安设；两根锚索3以45°的倾角锚入巷道肩窝深部稳定岩层中，并以拉杆2相互连接，形成锚索桁架结构，由于锚索3在岩层中产生了一定的预紧力，此力分解为水平方向及垂直向下的压力，两根锚索3之间的水平预紧力互相叠加，在深部岩层中又形成一个承压拱，此承压拱可以有效抵抗深部围岩的变形，由于顶板下沉变形，拉杆2受拉，对顶板围岩产生向上的挤压应力，此挤压应力有助于保持浅层围岩的稳定；而工字钢梯形棚支架7作为被动支护，在顶板向下移动时，可以产生很大的阻力，并限制其位移，工字钢梯形棚支架与锚杆1共同作用，保证浅层围岩不失稳，不冒落，并使保持巷道断面不发生过大变形。

(二)在图2中，锚杆排A1、A2、A3等的纵向间距为800mm～1000mm，其中左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆1的主要技术参数为：直径Φ20mm～Φ22mm，长度L2200mm～L2400mm；在两排锚杆A1、A2中间布置一锚索桁架，其中锚索3的主要技术参数为：直径Φ20mm～Φ22mm，长度L7200mm，拉杆直径Φ20mm；在锚杆排A2、A3之间布置一架工字钢梯形棚支架；如此布置使锚杆排纵间距为800mm～1000mm，锚索桁架排间距为1600mm～2000mm，工字钢梯形棚支架排距也为1600mm～2000mm，除去巷道底板外其余地方均铺设钢丝网，钢丝网5的孔网规格为100mm×100mm，钢带6规格为宽30mm、厚10mm。形成锚杆排之间间隔布置锚索桁架及工字钢梯形棚支架的支护体系，此支护体系既有主动支护，又有被动支护，对大断面松软破碎巷道具有良好的支护效果。

(三)在图3中，巷道9掘进一定距离后及时铺上钢丝网5，托上钢筋托梁并打上单体液压支柱8，单体液压支柱排距500mm，形成临时支护，滞后两排单体液压支柱8，使用锚杆钻机钻出锚杆钻孔10并清孔，锚杆1安上托盘4和螺母，安装锚固剂11和锚杆1，搅拌到规定时间后等待大约1min拧紧螺母，依此安装好各排锚杆A1、A2、A3等，其中靠近巷道顶角的那根锚杆与竖直方向夹角为30°，安设好排锚杆后用钢带6连接各锚杆；紧随第一排锚杆A1，定位好两个锚索钻孔，钻出符合要求的锚索钻孔并清孔，向孔内装入锚固剂11(锚索用)，用锚索头顶住锚固剂11直达孔底，使用钻机及搅拌器连接锚索尾，搅拌至规定时间并等待规定时间，撤下钻机及搅拌器，等待10-15min，套上托盘4及其他附属装置，用张拉设备张拉锚索，以达到设计预紧力，两根锚索均安装好后用拉杆2连接，形成锚索桁架；接着按照上述工艺流程，安好第二排锚杆A2，接着安装第一排工字钢梯形棚支架G1，形成如图3所示的支护结构。

经过施工铺网、安设锚杆及锚索桁架及支设工字钢梯形棚支架等，形成锚杆-锚索桁架-工字钢梯形棚支架的支护体系，其中锚索桁架主要起到在深层围岩中形成深部承压拱的作用，锚杆及工字钢梯形棚支架主要对浅层离层破碎围岩其支撑作用，既施加有主动支护，又辅助以被动支护，两种支护相辅相成，共同维护巷道稳定。

Claims (7)

1.一种大断面松软破碎煤巷双承压拱支护装置，包括锚杆(1)拉杆(2)锚索(3)托盘(4)钢丝网(5)钢带(6)工字钢梯形棚支架(7)单体液压支柱(8)构成的锚杆-锚索-锚杆-工字钢梯形棚支架支护结构，其特征是锚杆、锚索、梯形棚支架依次间隔布置，锚杆(1)和工字钢梯形棚支架(7)相辅相成形成浅层承压拱，锚索(3)和拉杆(2)配合形成锚索桁架，形成深层承压拱。

2.如权利要求书1所述的双承压拱支护装置，其特征是先铺设钢丝网(5)，随后安设两排单体液压支柱(8)进行临时支护，单体液压支柱(8)排距500mm。

3.如权利要求书2所述的双承压拱支护装置，其特征是所述的锚杆(1)和钢带(6)相互连接，形成锚杆排A1、A2、A3、A4等，锚杆排的间距为800mm～1000mm。

4.如权利要求书3所述的双承压拱支护装置，其特征是所述的工字钢梯形棚支架(7)G1、G2、G3、G4滞后锚索桁架的安装，平行布置在锚杆排A2、A3之间，距锚杆排A2和A3之间距离为400mm～500mm。

5.如权利要求书4所述的双承压拱支护装置，其特征是浅层承压拱由锚杆(1)为主，结合工字钢梯形棚支架(7)形成的。

6.如权利要求书5所述的双承压拱支护装置，其特征是所述的锚索(3)和拉杆(2)通过张拉形成锚索桁架M1、M2、M3、M4等，平行布置在锚杆排A1、A2中间位置，锚索桁架M1距锚杆排A1和A2距离均为400mm～500mm。

7.如权利要求书6所述的双承压拱支护装置，其特征是深层承压拱由锚索(3)和拉杆(2)通过施加预紧力形成的。