一種巷道全空間預應力桁架錨索錨桿協同支護方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利屬于礦山災害防治領域，具體涉及一種通過全空間預應力桁架錨索協同支護防治井下災害的方法。
【背景技術】
[0002]目前隨著錨桿錨索支護技術的快速發(fā)展，以及巷道地質與生產條件的復雜性和多樣化，尤其是在開采軟弱破碎煤巖時，圍巖大變形是較為常見并且危害較大的一種地質災害，常規(guī)的支護形式難以抑制這種變形，給開采帶來了極大的困難，若處理不當將造成井下冒頂和垮幫等事故，并可能造成人員傷亡，極大的增加了施工成本。所以錨桿錨索桁架支護技術引起了國內外的重視。在借鑒國外先進技術的基礎上，我國研制出的數種新型錨桿錨索桁架結構，都有良好的支護效果。但是目前設計的錨桿桁架不能同時作用于頂板和巷幫，因此具有一定的局限性，不能有效的防治軟弱破碎煤巖這種地質條件所帶來的災害，造成支護結構的不穩(wěn)定和材料的浪費，存在安全隱患。
[0003]因此，有必要設計一種全面的支護結構來防治軟弱破碎煤巖地質條件下井下冒頂和垮幫等造成的事故。本發(fā)明采用全空間預應力桁架錨索協同支護，通過兩幫的錨桿和頂板錨索的協同作用，形成全空間桁架支護結構，這種空間結構不僅可以通過主動作用改善頂板受力狀態(tài)，提尚破碎頂板的整體性；而且可以主動及時加固巷道圍巖，能夠及時有效地控制巷道圍巖的變形破壞，提高圍巖的穩(wěn)定性，支護效果可靠，安全狀態(tài)良好。并且采用錨索錨桿極大的減輕了工人的勞動量，因其構建單體質量輕，安裝工藝簡便，易施工，很大程度上提高了安全作業(yè)程度，節(jié)約鋼材，降低支護成本。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決巷道軟弱破碎頂板及兩幫滑移破壞等危害的問題，而設計了一種巷道全空間預應力桁架錨索錨桿協同支護的方法。
[0005]本發(fā)明提供了一種有效的、低成本、易實施，井下作業(yè)安全程度高的一種巷道全空間預應力桁架錨索錨桿協同支護方法。
[0006]為實現上述目的，而設計了一種巷道全空間預應力桁架錨索錨桿支護協同方法，其主要操作方法是:
[0007]A)根據工程的實際情況掘進煤巷；
[0008]B)對頂板進行錨索錨桿支護施工；
[0009]C)對煤巷進行錨桿支護施工；
[0010]D)對底角進行打注錨桿支護；
[0011]E)把錨桿、錨索、錨網及鋼帶等整體連接，形成一個空間錨索桁架支護體系。
[0012]所述的掘進煤巷應盡量保證其表面平整、光滑，避免凹凸不平，便于錨桿、錨索等支護構件作業(yè)。
[0013]所述的頂板錨索支護方式是指采用三花布置方式，增加錨索對圍巖整體控制范圍，調整肩角部位錨索布置方式，頂板錨固部位向幫部偏轉20°，使得肩角部位支護強度和范圍增加。
[0014]所述的頂板錨桿支護采用Φ20πιπι?Φ22πιπι左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿，長度L2200mm?L2400mm，間排距600 X 100mm?800 X 1000mm,采用高強錨桿螺母M24X 3，配合拱型高強度調心球墊和尼龍墊圈，承載能力不低于30t。
[0015]所述的頂板錨索支護采用Φ20X6300mm?Φ22X6300mm的IX 19股高強度低松弛預應力錨索，外露長度150?250mm，間排距1600 X 2000mm?1800 X 2000mm。
[0016]所述的巷幫錨桿支護采用Φ20πιπι?Φ22πιπι左旋無縱筋等強螺紋鋼，長度L2200mm?L2400mm，間排距600 X 100mm?800 X 1000mm,配合拱型高強度調心球墊和尼龍墊圈，承載能力不低于30t。
[0017]所述的底角錨桿支護是底腳采用管縫錨桿，沿45°?60°底腳滑移線打設2根底腳銷桿，間距500mm?600mm，配合拱型高強度調心球墊和尼龍墊圈，承載能力不低于30t。
[0018]本發(fā)明與以往的大采高工作面巷道支護方法相比，具有以下優(yōu)點:
[0019]第一，巷道全空間預應力桁架錨索錨桿支護中頂板桁架錨索可以深入煤巷頂板深部穩(wěn)定的巖層，形成很強的預應力，巷幫錨桿可以伸入巷幫深處，并使用鋼帶固定，形成很強的預應力，并且頂板錨索桁架與巷幫錨桿桁架通過鋼帶帶連接，這樣的結構起到協同作用，使荷載連續(xù)傳遞，有效的控制了巷道圍巖的變形破壞，提高了圍巖的穩(wěn)定性，這樣對巷道的加固和穩(wěn)定比其它方法更具有優(yōu)勢。第二，由于這種全空間桁架錨索錨桿相比U型鋼、鋼管混凝土等支護結構施工工藝簡便，架設的勞動強度大大減小，提高了作業(yè)的安全程度，并且節(jié)約鋼材，降低了成本。并且本方法采用鋼絲網對圍巖進行支護，鋼絲網整體性、強度和剛度大，控制圍巖變形的能力強。
【附圖說明】
[0020]圖1巷道全空間預應力錨索錨桿桁架協同支護立體空間布置示意圖
[0021]圖2巷道全空間預應力錨索錨桿桁架協同支護立面圖
[0022]圖3巷道全空間預應力錨索錨桿桁架協同支護側視圖
[0023]圖4巷道全空間預應力錨索錨桿桁架協同支護俯視圖
[0024]圖中:1.錨索；2.托架；3.拉桿；4.錨桿；5.鋼絲網；6.鋼帶；7.頂板；8.煤巷。.
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0026](一)掘進煤巷。按設計毛斷面尺寸掘進成形，井筒斷面形狀為矩形。掘進過程中，如遇圍巖或迎頭滲水，及時進行注漿加強支護。盡量使煤巷(8)表面平整、光滑，避免凹凸不平，為錨桿、錨索等支護構件的安裝創(chuàng)造良好的條件。同時也能使錨桿、錨索、鋼絲網和鋼帶等處于較好的受力狀態(tài)。
[0027](二)頂板支護。掘進出煤后，采用020X6300mm?022X6300mm的1X19股高強度低松弛預應力錨索(I)和?20mm?Φ22πιπι左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿(4)，長度L2200mm?L2400mm的錨桿(4)，其中錨索(I)外露長度150?250mm，采用“2-1”布置(即三花式)，間排距600X200(tom?800X200(tom，錨桿⑷的間排距600X 1000謹?800X1000mm。在頂板(7)定位錨索孔和錨桿孔后，分別安裝頂板錨索⑴和錨桿(4)。而肩角部位錨索(I)由頂板(7)錨固部位向幫部偏轉20°。錨索安裝采用錨索鉆機在頂板
(7)打孔，清孔，裝入樹脂錨固劑，插入索體，索體必須插入到頂板穩(wěn)定的巖層中Im?3m，裝上托架(2)，錨具，托架(2)采用300X300X16mm高強度可調心托板及配套鎖具，承載能力不低于40t。然后采用錨桿打鉆機從定好位的錨桿孔垂直打入頂板，清孔，注入錨固劑，安裝錨桿(4)，錨固錨桿(4);再采用菱形鋼絲網(5)鋪網護頂，網孔規(guī)格30 X 30mm，搭接長度100?200mm，要使錨桿將鋼帶(6)和鋼絲網(5)連接錨固。然后安裝拉桿(3)，并用張拉設備張拉錨索到設計的預緊力，形成整體結構。
[0028](三)巷幫支護。掘進出煤后，在巷幫采用菱形鋼絲網(5)，進行鋪網護幫；采用錨桿鉆機在兩幫中部垂直打孔，清孔，注入錨固劑，安裝錨桿(4)，錨桿(4)采用Φ 20mm?Φ 22mm左旋無縱筋等強螺紋鋼，長度L2200mm?L2400mm，間排距600 X 100mrn?800X 1000mm,配合拱型高強度調心球墊和尼龍墊圈，承載能力不低于30t，安裝鋼帶(6)，擰緊螺母達到錨桿設計預緊力，使錨桿(4)將鋼帶(6)錨固。其它錨桿(4)從中部向外部依次按上述流程安裝。靠近頂板(7)的錨桿(4)與水平線呈10度。再進行注漿錨固，采用水泥漿全長錨固。并且將巷幫兩側鋼帶(6)頂端與頂板鋼帶(6)兩端用錨桿錨固連接連接。形成空間桁架結構。
[0029](四)底角支護。底腳采用管縫錨桿(4)，沿45°?60°底腳滑移線打設2根底腳銷桿(4)，間距500mm?600mm，配合拱型高強度調心球墊和尼龍墊圈，承載能力不低于30t，擰緊螺母達到錨桿設計預緊力。最后進行水泥漿全長灌漿。
[0030]以上將頂板與煤巷兩幫的支護就連接起來，形成全空間錨索錨桿桁架，錨索與錨桿共同協調變形，桁架上的荷載連續(xù)傳遞，形成全空間式的協同支護方式，對煤巷圍巖進行整體支護。工作面即可開始開采作業(yè)。通常情況下，為了提高成巷速度，縮短支護時間，在巷道斷面尺寸允許的條件下，應配設多臺錨桿，錨索鉆機同時作業(yè)，盡量安排頂板錨索和幫錨桿同時作業(yè)。
【主權項】
1.巷道全空間預應力桁架錨索錨桿協同支護方法，其主要操作過程是: A)根據工程的實際情況掘進煤巷； B)對頂板進行錨索錨桿支護施工； C)對煤巷進行錨桿支護施工； D)對底角進行打注錨桿支護； E)把錨桿、錨索、錨網及鋼帶等整體連接，形成一個空間錨索桁架支護體系。
2.根據權利要求1所述的巷道全空間預應力桁架錨索錨桿協同支護方法，其中掘進的煤巷應盡量保證表面平整、光滑，避免凹凸不平，為錨桿、錨索等支護構件創(chuàng)造良好的條件。
3.根據權利要求1所述的巷道全空間預應力錨索錨桿桁架協同支護方法，其中頂板錨索支護中錨索采用Φ 20 X 6300mm?Φ 22 X 6300mm的I X 19股高強度低松弛預應力錨索，外露長度 150 ?250mm，間排距 1600 X 2000mm ?1800X2000mmo
4.根據權利要求1巷道全預應力桁架錨索錨桿支護方法，其中所述的頂板錨索支護方式是指采用三花布置方式，增加錨索對圍巖整體控制范圍；調整肩角部位錨索布置方式，頂板錨固部位向幫部偏轉20°，使得肩角部位支護強度和范圍增加。
5.根據權利要求1所述的巷道全空間預應力桁架錨索錨桿支護方法，其中巷幫錨桿支護采用Φ20ι?πι?Φ22ι?πι左旋無縱筋等強螺紋鋼，長度L2200mm?L2400mm，間排距600X 100mm?800X 1000mm，配合拱型高強度調心球墊和尼龍墊圈，承載能力不低于30t。
6.根據權利要求1所述的巷道全空間預應力桁架錨索錨桿支護方法，其中底角錨桿支護，底腳采用管縫錨桿，沿45°?60°底腳滑移線打設2根底腳錨桿，間距500mm?600mm，配合拱型高強度調心球墊和尼龍墊圈，承載能力不低于30t。
【專利摘要】本發(fā)明屬于礦山災害防治安全領域，具體涉及一種巷道全空間預應力桁架錨索錨桿協同支護的方法。巷道全空間預應力桁架錨索錨桿支護中頂板桁架錨索可以深入煤巷頂部深部穩(wěn)定巖層，形成很強的預應力，幫錨桿可以伸入巷幫深處，并使用鋼筋固定，形成很強的預應力，并且不同截面的頂板錨索桁架與巷幫錨桿桁架通過鋼筋帶連接，形成一個空間支護體系，這樣的空間結構可以協同作用，使錨桿、錨索和鋼帶承受荷載連續(xù)傳遞，有效的控制了巷道圍巖的變形破壞，提高了圍巖整體的自承能力和穩(wěn)定性，這樣對巷道的加固及其穩(wěn)定比其他方法更具有優(yōu)勢。并且這種全空間桁架錨索錨桿相比U型鋼、鋼管混凝土支護等施工工藝簡便，架設的勞動強度大大減小，提高了安全作業(yè)的程度，并且節(jié)約鋼材，降低了成本。
【IPC分類】E21D20-00
【公開號】CN104533483
【申請?zhí)枴緾N201410815859
【發(fā)明人】左建平, 吳迪, 張婷, 劉光文
【申請人】中國礦業(yè)大學(北京)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月24日