CN207673349U - 一种棋盘分布式锚索与混凝土板的装配式支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种棋盘分布式锚索与混凝土板的装配式支护结构，多个混凝土弧板和让压块沿环向拼接为单环混凝土弧板支架，所述混凝土弧板的一侧内嵌有插筋，另一侧开设有插孔，单环混凝土弧板支架沿纵向与另一单环混凝土弧板支架通过插筋和插孔连接为一体；支护结构的内部多段所述钢丝绳分别沿环向和纵向连接形成棋盘式钢丝绳内网；所述锚索穿过四通托盘的锚索孔和混凝土弧板的预应力锚索安装孔将混凝土弧板和钢丝绳固定在围岩上。该新型大大增强预应力锚索的整体支护效果，可有力控制深井巷道支护变形，保证巷道稳定。

Description

一种棋盘分布式锚索与混凝土板的装配式支护结构

技术领域

本实用新型涉及地下工程支护领域，具体涉及一种棋盘分布式锚索与混凝土板的装配式支护结构。

背景技术

随着煤矿开采深度进一步增大，深井巷道支护越来越困难，已成为影响煤矿安全高效生产的的重要问题。单纯的锚网喷或U型钢支架已不能满足支护稳定要求，预应力锚索支护技术在难支护矿区推广使用，有的矿井支护效果良好，也有部分矿井效果不佳；混凝土碹体支护在重点硐室使用较多，但现场绑扎钢筋并浇筑混凝土导致施工速度慢，混凝土强度增长慢，龄期内受力极易出现裂缝从而降低碹体整体承载力。

经分析，预应力锚索支护中锚索受力不均匀，多数情况下锚索是单根受力或2-3根连成一排受力，往往不能发挥整体支护效果，受力过大的锚索将提前破坏，受力小的锚索几乎没有变化，但巷道支护一旦局部出现破坏则整体支护效果大打折扣，因此，如何使锚索支护形成全断面整体支护系统，一点受力过大时可以分配给整个系统承担，这是保证锚索支护稳定的一个重要因素。在深部高应力地下工程中，仅靠锚索支护往往承载力不足，借助混凝土质优价廉优势，将现浇混凝土改为预制装配式混凝土弧板，将锚索与弧板两者优势组合，形成高强复合支护体。同时应当保证这种整体支护系统施工简易、成本合理，与其他支护结构联系支护效果好，这对解决深井巷道支护难题具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种预制装配式混凝土弧板与全空间棋盘式预应力锚索组合而成高强复合支护结构，解决深井巷道支护难题，特别是受采动影响的巷道。锚索属于主动支护，能充分调动深部围岩自承载力，符合新奥法原理，但全空间协同性差支护力有限；装配式弧板属于被动支护，径向支护力高，但刚性大不可缩且抗动压扰动性能差；主被动组合可以形成刚柔复合的高强可缩支护结构，适合解决深井高地压和强扰动等支护困难。

具体本实用新型的支护结构包括混凝土弧板，四通托盘，让压块，钢丝绳和预应力锚索；所述混凝土弧板的两端设置有环向连接孔，让压块两侧开设有连接孔，所述混凝土弧板与让压块通过销固定连接，多个混凝土弧板和让压块沿环向拼接为单环混凝土弧板支架，所述混凝土弧板的一侧内嵌有插筋，另一侧开设有插孔，单环混凝土弧板支架沿纵向与另一单环混凝土弧板支架通过插筋和插孔连接为一体；支护结构的内部多段所述钢丝绳分别沿环向和纵向连接形成棋盘式钢丝绳内网；

所述混凝土弧板上开设有1个以上的预应力锚索安装孔，所述锚索穿过四通托盘的锚索孔和混凝土弧板的预应力锚索安装孔将混凝土弧板和钢丝绳固定在围岩上。

进一步地，所述让压块为木块，橡胶块或可压缩的金属块。

进一步地，环向连接的两段钢丝绳连接处与纵向连接的两段钢丝绳连接处均位于所述四通托盘的位置，通过四通托盘和锚索将环向钢丝绳连接处和纵向钢丝绳连接处固定于混凝土弧板的内壁上。

进一步地，所述四通托盘包括钢丝绳卡扣和四销托盘，所述四销托盘中间开设有锚索孔，四周焊接固定四个销钉；环向连接的两段钢丝绳端头相互错开一定的距离，两段钢丝绳分别在各自端头位置通过钢丝绳卡扣与另一钢丝绳锁固；纵向连接的两段钢丝绳端头相互错开一定的距离，两段钢丝绳分别在各自端头位置通过钢丝绳卡扣与另一钢丝绳锁固。

进一步地，两个环向连接的钢丝绳与两个纵向连接的钢丝绳两两搭接，并在搭接位置通过细铁丝绑定构成环节，所述环节位于四个销钉内和锚索孔之外的区域。

进一步地，所述四通托盘处的四段钢丝绳的伸出的另一端头处均加工有螺纹丝扣，并通过内部带有螺纹的钢丝绳接驳器与另一四通托盘处伸出的钢丝绳连接。

进一步地，所述四销托盘为方形结构，在中心位置具有内凹区，所述内凹区的方向与所述销钉伸出方向相反。

进一步地，所述混凝土弧板为4～6块构成断面形状为浅底拱圆形、扁椭圆形、立椭圆形或直墙半圆拱形的单环混凝土弧板支架。

进一步地，每块所述混凝土弧板上预留有2个锚索孔，锚索通过该锚索孔打入围岩，锚索尾部锚固在四通托盘上。

进一步地，所述混凝土弧板内嵌有两层钢筋，均布置3根直径不低于18mm的钢筋做环向受力筋，3根直径不大于12mm的钢筋做纵向分布筋。

本实用新型至少具有以下有益效果：

(1)弧板采用模具预制，规格统一，质量可控；

(2)每块弧板上预留有2个锚索孔，锚索通过该孔打入围岩，锚索尾部锚固在四通托盘上。施工过程中弧板安装后可立即用锚索将其锚固在围岩上，保证了弧板闭合成环前的稳定性；

(3)棋盘式的预应力锚索结构使全断面锚索分担荷载，达到全空间锚索协同支护效果。并增大弧板环向箍紧作用，充分发挥弧板抗压性能；

(4)本实用新型可以大大增强预应力锚索的整体支护效果，防止单根锚索独立受力而破坏，达到每根锚索都可以分担其他锚索荷载并将自身荷载有效传递给其他锚索的效果；

(5)与预制装配式混凝土弧板的复合支护中，将柔性支护结构——锚索和大刚度支护结构——预制装配式混凝土弧板良好匹配，形成刚柔复合支护技术，可有力控制深井巷道支护变形，保证巷道稳定。

附图说明

图1是单环复合支护结构示意图；

图2是单环复合支护结构体平面图；

图3是复合支护结构体整体示意图；

图4是预制混凝土弧板示意图；

图5是棋盘式预应力锚索支护布置示意图；

图6是棋盘式预应力锚索细部示意图；

图7是钢丝绳编织扣节示意图；

图8是四通托盘结构示意图。

主要附图标记说明：

1-让压木块，2-混凝土弧板，3-弧板吊装环，4-弧板纵向插筋，5-弧板环向连接孔，6-四通托盘，7-钢丝绳，8-钢丝绳接驳器，9-扎丝，10-钢丝绳卡扣，11-四通销盘，12-锚索孔，13-限位销，14-锚具，15-预应力锚索，16-预应力锚索安装孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图所示，本实用新型包括混凝土弧板2，四通托盘6，钢丝绳7和预应力锚索15；混凝土弧板2沿环向拼接为单环混凝土弧板支架，参见图1,2；单环混凝土弧板支架沿纵向与另一单环混凝土弧板支架连接为一体构成支护结构体，参见图3；支护结构的内部多段钢丝绳分别沿环向和纵向连接形成棋盘式钢丝绳内网，参见图3；

混凝土弧板2上开设有1个以上的预应力锚索安装孔16，锚索穿过四通托盘6的锚索孔12和预应力锚索安装孔16将混凝土弧板2和钢丝绳7固定在围岩上。

混凝土弧板2沿环向通过让压木块1拼接；让压木块1两侧开设有销孔，混凝土弧板2两侧开设环向连接孔，混凝土弧板2与让压木块1通过销固定连接；混凝土弧板2还开设有纵向连接孔，其通过纵向连接孔和销与另一混凝土弧板纵向连接。

环向连接的两段钢丝绳连接处与纵向连接的两段钢丝绳连接处均位于所述四通托盘6的位置，通过四通托盘6和锚索15将环向钢丝绳连接处和纵向钢丝绳连接处固定于混凝土弧板的2内壁上。

四通托盘包括钢丝绳卡扣10和四销托盘11，四销托盘11中间开设有锚索孔12，四周焊接固定四个销钉13；环向连接的两段钢丝绳端头相互错开一定的距离，参见图7，两段钢丝绳分别在各自端头位置通过钢丝绳卡扣10与另一钢丝绳锁固；纵向连接的两段钢丝绳端头相互错开一定的距离，两段钢丝绳分别在各自端头位置通过钢丝绳卡扣10与另一钢丝绳锁固。

两个环向连接的钢丝绳与两个纵向连接的钢丝绳两两搭接，参见图7，并在搭接位置通过细铁丝9绑定构成环节，环节位于四个销钉13内和锚索孔12之外的区域。

四通托盘6处的四段钢丝绳的伸出的另一端头处均加工有螺纹丝扣，参见图7，并通过内部带有螺纹的钢丝绳接驳器8与另一四通托盘处伸出的钢丝绳连接。

四销托盘为方形结构，在中心位置具有内凹区，所述内凹区的方向与所述销钉伸出方向相反，参见图8。

所述混凝土弧板包括内部穿插的多根弧板纵向插筋4。

具体而言，本实用新型包括4～6块预制装配式混凝土弧板2与让压木块1组成封闭结构，预应力锚索15穿过弧板锚索孔16进入围岩，锚固在弧板内侧，并通过钢丝绳7编织的四通托盘6将全断面锚索连接在一起，最后通过后注浆孔填充围岩与弧板孔隙，形成全断面预制装配式弧板和棋盘式预应力锚索刚柔复合高强可缩支护结构。其中，封闭结构断面可以是圆形、马蹄形或椭圆形，依据围岩应力状态选择；单根锚索受力过大时可以通过钢丝绳将荷载传递给周围锚索，荷载像水中涟漪一样依次向外传播，使全断面锚索分担荷载，达到全空间锚索协同支护效果。混凝土强度等级一般为C40，厚度200～400mm，宽度1000mm，长度依据巷道周长确定。弧板在地面预制，运至井下装配，通常采用机械臂安装弧板纵向采用螺栓连接，环向使用软体钢丝连接，预留连接孔；每块弧板上预留有2个锚索孔16，锚索通过该孔打入围岩，锚索尾部锚固在四通托盘6上。弧板2上预留有机械臂安装孔，用来将弧板固定在安装设备上，以完成弧板升降、旋转和前后移动等动作。

具体而言，参见图7，四通托盘具体结构如下：

预应力锚索采用废旧钢丝绳编织的四通托盘结构，钢丝绳两端加工成半环形，一大一小，采用钢丝缠绕，形成拉扣，与锚索托盘组成四通托盘；当单根锚索受力过大时可以通过钢丝绳将荷载传递给周围4根锚索，周围4根锚索受力过大，可以继续向外传递给另外12根锚索，依次向外，使全断面锚索分担荷载，达到全空间锚索协同支护效果。并增大弧板环向箍紧作用，充分发挥弧板抗压性能。其中编织扣节由气动压制机加工废旧钢丝绳，依据弧板相关尺寸确定钢丝绳长度，钢丝绳一端做成环节，分大环节和小环节，另一端做成类似螺纹丝扣，四根压制好环节的钢丝绳放在一起，用扎丝9固定成一个结，然后再用钢丝绳卡扣10将大-大环节和小-环节固定连接，配上四销托盘11，即形成一个四通托盘。

具体而言，参见图1和图2，刚柔复合支护体详细结构如下：

单环装配式弧板结构一般由6块标准弧板块组成，在相邻弧板之间安装着让压木块，弧板块环向采用曲形螺栓连接；纵向采用插筋方式连接，弧板块外露一侧预埋插筋，已安装另一侧为插筋孔，后安装弧板的插筋孔对准已安装弧板的插筋连接，连接前向插筋孔内注植筋胶，环纵向连接形成整体装配式弧板环，可承受较大的围岩径向荷载。

弧板环属于被动支护，与主动支护的预应力锚索联合使用，通过弧板上预留锚索孔打钻，预留孔径不低于42mm，锚索长度6～8m，一个弧板环使用10～12根锚索，为实现锚索协同支护，锚索尾部采用四通托盘，托盘间通过废旧钢丝绳连接成棋盘式，形成全空间棋盘式预应力锚索支护系统。

支护结构的可缩性通过让压木块压缩实现，当弧板环承受较大荷载时，在环向轴力作用下木块会压缩变形，弧板环会整体缩小，表现为弧板环直径减小；与木块相同位置的钢丝绳在中部为接驳器，随木块压缩可相应拧紧接驳器实现减短钢丝绳目的。

具体而言，参见图4，预制装配式弧板具体结构如下：

预制装配式弧板分为6个标准块，规格尺寸相同，弧板厚度一般200～400mm，宽度1000～1200mm，配筋形成钢筋混凝土结构，弧板加工时可采用相同的机械化模具，减小模具加工制作难度和备用数量。为增强弧板内侧抗拉能力并使弧板内面与四通托盘用钢丝绳紧密接触，将弧板内侧做成一段平面。弧板配有内外两层钢筋，均布置3根直径不低于18mm的三级钢筋做环向受力筋，3根直径不大于12mm的三级钢筋做纵向分布筋。

弧板上设三种连接孔：锚索孔、环向连接孔和纵向连接孔。每块弧板设2个锚索孔，布置在弧板弧长1/4和3/4处，位于弧板宽度一半截面，孔径不低于42mm；环向连接孔是为增加单环弧板整体作用的，纵向连接孔是为增加单环弧板相互间整体性的。此外，顶部弧板中间位置还需设置后注浆孔，通过注浆使围岩和弧板全面接触。为方便弧板运输和吊装，在每块弧板中心位置预埋吊装环。

弧板接头处增加100～150mm高度的让压木块，使弧板组成的支护环具有可缩让压的功能；为预防此处成为支护环薄弱点，做以下技术措施：①木块高度不超过弧板厚度1/3，利用木块和弧板端面的摩擦力限制木块位移；②木块预留连接孔，便于弧板环向连接钢丝绳扣穿过，并利用钢丝绳加强连接强度；③棋盘式分布的钢丝绳限制木块向巷道内位移，预防连接点破坏。

具体而言，将全断面的锚索全部连接在一起，当单根锚索受力过大时可以通过钢丝绳将荷载传递给周围4根锚索，周围4根锚索受力过大，可以继续向外传递给另外12根锚索，依次向外，使全断面锚索分担荷载，达到全空间锚索协同支护效果。

还包括复合支护结构施工工艺和安装过程：

弧板安装采用步进式单轨吊旋转安装设备完成，具体工艺如下：弧板运输到位，安装设备抓取底弧板并安装到位，粘贴让压木块；然后安装左右下弧板，环向连接，再粘贴让压木块；此后再安装左右中弧板，最后安装顶弧板，安装到位后插入让压木块，环向连接，完成安装形成封闭环；安装过程中注意每一块弧板的纵向插筋连接，与安装到位同步完成。

棋盘式预应力锚索采用普通锚杆钻机钻孔，先安装锚索，然后安装四通托盘，随后将相近锚索的四通托盘用钢丝绳接驳器连接，最终形成全空间棋盘式预应力锚索系统。

根据巷道埋深、地质条件、地应力和岩性等条件的不同，需要设计不同的支护结构体尺寸、不同的棋盘式锚索支护参数和两者间的有效复合方式。根据现场实际情况需要确定的主要参数有：弧板的厚度、强度和曲率、让压木块的厚度、锚索型号和间排距。

本实用新型的实施例弧板接头处的让压方式，不限于木材压缩让压，也可以是其他材料(比如橡胶)，也可以是可缩式的金属结构等，实现在巷道圆周方向的压缩变形，达到让压的目的；各段弧板的安装也可使用挖机、手动葫芦或综掘机摇臂等。预应力锚索组合排列方式除棋盘式外，也做成倾斜排列式或蛛网形式等。

以上所述，仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种棋盘分布式锚索与混凝土板的装配式支护结构，其特征在于，包括混凝土弧板，四通托盘，让压块，钢丝绳和预应力锚索；所述混凝土弧板的两端设置有环向连接孔，让压块两侧开设有连接孔，所述混凝土弧板与让压块通过销固定连接，多个混凝土弧板和让压块沿环向拼接为单环混凝土弧板支架，所述混凝土弧板的一侧内嵌有插筋，另一侧开设有插孔，单环混凝土弧板支架沿纵向与另一单环混凝土弧板支架通过插筋和插孔连接为一体；支护结构的内部多段所述钢丝绳分别沿环向和纵向连接形成棋盘式钢丝绳内网；

所述混凝土弧板上开设有1个以上的预应力锚索安装孔，所述锚索穿过四通托盘的锚索孔和混凝土弧板的预应力锚索安装孔将混凝土弧板和钢丝绳固定在围岩上。

2.如权利要求1所述的支护结构，其特征在于，所述让压块为木块，橡胶块或可压缩的金属块。

3.如权利要求1所述的支护结构，其特征在于，环向连接的两段钢丝绳连接处与纵向连接的两段钢丝绳连接处均位于所述四通托盘的位置，通过四通托盘和锚索将环向钢丝绳连接处和纵向钢丝绳连接处固定于混凝土弧板的内壁上。

4.如权利要求3所述的支护结构，其特征在于，所述四通托盘包括钢丝绳卡扣和四销托盘，所述四销托盘中间开设有锚索孔，四周焊接固定四个销钉；环向连接的两段钢丝绳端头相互错开一定的距离，两段钢丝绳分别在各自端头位置通过钢丝绳卡扣与另一钢丝绳锁固；纵向连接的两段钢丝绳端头相互错开一定的距离，两段钢丝绳分别在各自端头位置通过钢丝绳卡扣与另一钢丝绳锁固。

5.如权利要求4所述的支护结构，其特征在于，两个环向连接的钢丝绳与两个纵向连接的钢丝绳两两搭接，并在搭接位置通过细铁丝绑定构成环节，所述环节位于四个销钉内和锚索孔之外的区域。

6.如权利要求5所述的支护结构，其特征在于，所述四通托盘处的四段钢丝绳的伸出的另一端头处均加工有螺纹丝扣，并通过内部带有螺纹的钢丝绳接驳器与另一四通托盘处伸出的钢丝绳连接。

7.如权利要求4所述的支护结构，其特征在于，所述四销托盘为方形结构，在中心位置具有内凹区，所述内凹区的方向与所述销钉伸出方向相反。

8.如权利要求1所述的支护结构，其特征在于，所述混凝土弧板为4～6块构成断面形状为浅底拱圆形、扁椭圆形、立椭圆形或直墙半圆拱形的单环混凝土弧板支架。

9.如权利要求1所述的支护结构，其特征在于，每块所述混凝土弧板上预留有2个锚索孔，锚索通过该锚索孔打入围岩，锚索尾部锚固在四通托盘上。

10.如权利要求1所述的支护结构，其特征在于，所述混凝土弧板内嵌有两层钢筋，均布置3根直径不低于18mm的钢筋做环向受力筋，3根直径不大于12mm的钢筋做纵向分布筋。