一種巷道充填式復合支護及其構建方法
【專利摘要】本發明屬于機械制造技術領域，提供一種煤礦井下巷道高強充填式復合支護及該支護的構建方法。該支護包括外層錨網索噴支護(17)、中層充填支護(18)、里層套棚支護(19)。先構建外層錨網索噴支護(17)再構建套棚支護(19)最后充填乳狀填料(16)形成充填式復合支護。提供的錨網索噴支護圍巖形成適量變形，以此來卸掉部分壓力，減少后期U型棚的壓力。以充填支護層與支護體形成整體結構，通過充填支護壓力釋放，圍巖壓力比較均勻的施加在巷道支護體上，避免了巷道支護受力不均致使支護體變形破壞，充分強化承壓環的承載能力。
【專利說明】
一種巷道充填式復合支護及其構建方法
技術領域
[0001]本發明屬于機械制造技術領域，涉及一種煤礦井下巷道高強充填式復合支護及其構建方法。
【背景技術】
[0002]深井軟巖巷道支護是我國煤礦生產中的一大技術難題。隨著采掘活動區域的不斷加深，近年來專家學者對深井支護問題越來越關注，提出了諸如高強預應力錨桿、錨索、圍巖注漿加固、型鋼支架及桁架等多種支護技術，并取得了一定的支護效果。但是隨著開采深度的不斷加大到千米后，地壓大幅度增加，常規的支護技術已不能滿足解決極軟巖層巷道和千米深井巷道的支護難題，難以有效控制巷道圍巖穩定性。
[0003]煤層埋藏深，井下巷道處于高地應力、高地溫環境下，加上巨厚表土層及薄基巖等諸多復雜地質因素的影響，致使圍巖呈現出明顯的軟巖特性，巷道圍巖變形、破壞已成為影響礦井安全生產的關鍵因素之一。發明人經過了一系列的試驗、改革及創新，先后試驗了一次錨網索噴聯合36U型鋼支架、深淺孔注漿加固、密集錨索等多種支護方式，也取得了一定的成果。但隨著井下巷道的不斷延伸和增多，巷道間的擾動影響也在逐漸擴大，形成應力疊加，從而造成巷道的進一步變形，“前掘后修”、“邊掘邊修”、“多次返修”等問題加劇，嚴重制約和影響礦井的安全生產。據統計，井下90 %巷道至少經過一次修護，部分巷道經過多次修護。因此，研究更合理、更大支護能力的巷道支護技術就顯得尤為重要。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是解決目前井下巷道支護需要多次修護，難以應對軟巖性質的圍巖，提供一種更加安全、合理、支護能力強的巷道支護。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現
[0006]1.本發明提供一種巷道充填式復合支護，該支護包括外層錨網索噴支護17、中層充填支護18、里層套棚支護19;其中，外層錨網索噴支護17由錨網2-1和C20砼7組成，C20砼7分散于錨網2-1內部與錨網2-1形成錨網索噴支護17的骨架，錨網2-1通過錨桿I連接于巷道內部，錨桿托盤3壓住錨網2-1連接錨桿I;中層充填支護18連接外層錨網索噴支護17和里層套棚支護19;里層套棚支護19從與中層充填支護18接觸面開始依次為塑料布15、錨網2-2、套棚20;充填支護18是乳狀填料16形成的支護層。
[0007]2.上述I提供的巷道充填式復合支護，其中，錨網2-1與巷道之間連接通過頂部錨索4加固；頂部錨索4深入中層充填支護18，與錨網2-1之間連接錨索托板5相連接;套棚20為五節棚，從頂層開始依次為I個頂梁8、左右2個側梁9、左右2個棚腿12，其中，頂梁8與側梁9之間、側梁9與棚腿12之間通過卡纜10和螺栓11固定;錨網2-1與巷道腰部以下通過幫部錨索6加固；幫部錨索6深入中層充填支護18，與錨網2-1之間連接通過錨索托板5相連接;拉條13連接相鄰3組套棚20，并通過U型卡14固定拉條13與套棚20的連接部位。
[0008]3.上述2提供的巷道充填式復合支護，其中，卡纜10為兩塊卡纜組合，連接頂梁8與側梁9、側梁9與棚腿12，并通過螺栓11固定;連接部位有3組卡纜1組合，卡纜間距為200-250mm;棚套20與棚套20之間距離為600-650mm;拉條13連接相鄰三組棚套20，拉條13長度為1580-1600_;頂梁8與側梁9之間、側梁9與棚腿12之間連接部分長度為700-750_;錨桿I規格為Φ 22mmX 2.5m，間排距800 X 800mm;頂部錨索4規格為Φ 21.8mmX 6.2m，間排距1200 X1600mm;幫部錨索6規格為Φ 21.8mmX 4.1m，間排距1200 X 1600mm;錨索托板5為2塊疊加放置，直徑大小不同，大直徑托板5位于外層錨網索噴支護17—側，小直徑托板5位于中層充填支護18—側，兩塊托板5規格分別為300 X 300 X 14mm和150 X 150 X 14mm。
[0009]4.本發明還提供一種巷道充填式復合支護的構建方法，該方法包括如下步驟:
[0010](I)錨網索噴支護構建
[0011]按設計尺寸對巷道進行掘進或刷擴，按先頂后幫的順序施工錨桿I，打眼，放入錨固劑，同時放入錨桿I，攪拌，鋪上錨網2-1;加碟形錨桿托盤3壓住錨網2-1，錨固；然后施工頂部錨索4，打眼，放入錨固劑，同時放入錨索4，攪拌;在錨網2-1外加錨索托板5，錨索托板5為兩塊疊加放置，直徑大小不同，大直徑托板5位于外層錨網索噴支護17—側，小直徑托板5位于中層充填支護18—側;施工幫部錨索6;噴射C20砼7，C20砼7分散于錨網2-1內部與錨網2-1形成錨網索噴支護17的骨架；
[0012](2)套棚支護構建
[0013]與外層錨網索噴支護17間隔250-350mm空間進行套棚支護19的構建，套棚20采用36U型鋼加工而成的五節棚;先架設頂梁8，在頂梁8下面架設側梁9，在搭接處用側梁9托起8;在側梁9下面架設棚腿12;頂梁8與側梁9、側梁9與棚腿12之間采用兩塊卡纜10配合螺栓11固定;套棚20與套棚20之間采用拉條13配合U型卡14固定；
[0014](3)充填支護構建
[0015]先在頂梁8、側梁9、棚腿12外緣鋪設錨網2-2;再在錨網2-2外側鋪塑料布15，施工時塑料布15卷成卷從棚頂向兩邊鋪開;鋪隔斷管21，隔斷管21與套棚20截面平行，每架設30組套棚20放一隔斷管21;施工時先將隔斷管充滿，然后再對此30組套棚20進行充填;直至整個中層充填空間填滿，獲得中層充填支護(18)，巷道充填式支護構建完成。
[0016]5.上述4提供的巷道充填式復合支護的構建方法，其中，頂梁8與側梁9之間，側梁9與棚腿12之間搭接長度為700-750mm，每處搭接均設三道卡纜10，每道卡纜10間距為250mm。
[0017]6.上述4提供的巷道充填式復合支護的構建方法，其中，套棚20間距650mm，設七道拉條，頂梁8正中、側梁9正中各一道、棚腿12上兩道，棚腿12上的兩道拉條高度分別位于巷道腰線之上700mm、腰線之下300mm的位置。
[0018]7.上述4提供的巷道充填式復合支護的構建方法，其中，塑料布15需阻燃、抗靜電、滲水、抗壓，塑料布15之間搭接不小于500mm。
[0019]8.上述4提供的巷道充填式復合支護的構建方法，其中，乳狀充填料來自于物料輸送系統，采用壓風將粉裝充填干料由地面、經管路輸送到各井下中轉站，隨后輸送至工作面站，利用末端移動式工作面設備將充填干料加水攪拌形成乳狀充填料，然后通過栗送到施工迎頭進行棚后充填。
[0020]9.上述8提供的巷道充填式復合支護的構建方法，其中，乳狀充填料粒徑<4mm。
[0021]錨固劑為本領域任意一種，成分為高強度錨固劑專用不飽和聚酯樹脂與大理石粉，促進劑和輔料，按一定比例配制而成的膠泥狀粘接材料。構造時將錨固劑放入鉆孔，然后通過錨桿的旋轉將錨固劑外面的塑料薄膜攪破，致使錨固劑流出，充填鉆孔與錨桿之間的間隙，然后迅速凝固把錨桿與鉆孔粘在一塊，從而將錨桿與鉆孔周圍巖體連接成一個整體。乳狀充填材料主要由水泥、粉煤灰、石英砂、助劑與水混合而成乳狀物，本領域普通技術人員根據具體操作環境可以任意選擇配比調換，沒有具體要求。
[0022]有益效果:
[0023]本發明通過錨網索噴支護圍巖形成適量變形，以此來卸掉部分壓力，減少后期U型棚的壓力。以充填乳料形成的充填支護層與支護體形成整體結構，通過充填支護壓力釋放，圍巖壓力比較均勻的施加在巷道支護體上，避免了巷道支護受力不均致使支護體變形破壞，充分強化承壓環的承載能力。同時充分發揮深部圍巖的自承能力，達到持續控制巷道圍巖穩定性的目的，有效杜絕“前掘后修”、“邊掘邊修”、“多次返修”等現象發生，減少了巷道的維修成本。
[0024]根據觀測數據分析，各測點變化速度有一個從小到大、再逐漸趨于穩定的過程，其中頂板下沉量、兩幫移近量及底鼓量最大為16mm、80mm和166mm。觀測數據表明，巷道處于穩定狀態，即這種充填式高強復合支護效果完全達到預期目標。本發明適用巷道變形較快、巖性較差、需多次修護的巖石巷道。尤其是深井軟巖巷道
【附圖說明】
[0025]圖1是充填式復合支護圖；
[0026]其中，A圖為充填式復合支護斷面圖；1:錨桿;6:幫部錨索；；8:頂梁;9:側梁；10:卡纜；11:螺栓；12:棚腿；17:錨網索噴支護；18:充填支護；19:套棚支護;A表示支護界面局部放大部位;21:隔斷管
[0027]B圖為A圖中A部局部放大圖；2_1:銷網；2_2:銷網；3:銷桿托盤;4:頂部銷索；5:銷索托板;7: C20砼;13:拉條;14: U型卡;15:塑料布;16:乳狀填料;21:隔斷管
[0028]圖2是充填式復合支護棚梁搭接圖；8:頂梁;9:側梁；10:卡纜；11:螺栓；13:拉條；14:U型卡
[0029]圖3是充填式復合支護棚梁位置圖；8:頂梁;9:側梁;12:棚腿;20:套棚
[0030]圖4是充填式復合支護銷桿和銷索布置展開圖；1:銷桿;3:銷桿托盤;4:銷索;5:銷索托板;6:幫扶錨索
【具體實施方式】
[0031]下面結合實施例對本發明做進一步說明，下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照本領域的公知手段。
[0032]實施例1
[0033](I)錨網索噴支護構建
[0034]按設計尺寸對巷道進行掘進或刷擴，按先頂后幫的順序施工錨桿I，打眼，放入錨固劑，同時放入錨桿I，攪拌，鋪上錨網2-1;加碟形錨桿托盤3壓住錨網2-1，錨固；然后施工頂部錨索4，打眼，放入錨固劑，同時放入錨索4，攪拌;在錨網2-1外加錨索托板5，錨索托板5為兩塊疊加放置，直徑大小不同，大直徑托板5位于外層錨網索噴支護17—側，小直徑托板5位于中層充填支護18—側;施工幫部錨索6;噴射C20砼7，C20砼7分散于錨網2-1內部與錨網2-1形成錨網索噴支護17的骨架；
[0035](2)套棚支護構建
[0036]與外層錨網索噴支護17間隔250-350mm空間進行套棚支護19的構建，套棚20采用36U型鋼加工而成的五節棚;先架設頂梁8，在頂梁8下面架設側梁9，在搭接處用側梁9托起頂梁8;在側梁9下面架設棚腿12;頂梁8與側梁9、側梁9與棚腿12之間采用兩塊卡纜10配合螺栓11固定;套棚20與套棚20之間采用拉條13配合U型卡14固定;頂梁8與側梁9之間，側梁9與棚腿12之間搭接長度為700-750mm，每處搭接均設三道卡纜10，每道卡纜10間距為250mm。套棚20間距650mm，設七道拉條，頂梁8正中、側梁9正中各一道、棚腿12上兩道，棚腿12上的兩道拉條高度分別位于巷道腰線之上700mm、腰線之下300mm的位置。
[0037](3)充填支護構建
[0038]先在頂梁8、側梁9、棚腿12外緣鋪設錨網2-2;再在錨網2-2外側鋪塑料布15，施工時卷成卷從棚頂向兩邊鋪開，塑料布15需阻燃、抗靜電、滲水、抗壓，塑料布15之間搭接不小于500mm;鋪隔斷管(21)，每架設30組套棚20放一隔斷管;施工時先將隔斷管充滿，然后再對此30組套棚20進行充填;直至整個中層充填空間填滿，獲得中層充填支護(18)，巷道充填式支護構建完成。乳狀充填料(粒徑<4mm)來自于物料輸送系統，采用壓風將粉裝充填干料由地面、經管路輸送到各井下中轉站，隨后輸送至工作面站，利用末端移動式工作面設備將充填干料加水攪拌形成乳狀充填料，然后通過栗送到施工迎頭進行棚后充填。
[0039]實施例2
[0040]如圖所示，該支護包括外層錨網索噴支護17、中層充填支護18、里層套棚支護19;其中，外層錨網索噴支護17由錨網2和C20砼7組成，C20砼7分散于錨網2-1內部與錨網2-1形成錨網索噴支護I的骨架，錨網2通過錨桿I連接于巷道內部，錨桿托盤3壓住錨網2連接錨桿I;同時，錨網2-1與巷道之間通過頂部錨索4加固，錨索4深入中層充填支護18，與錨網2-1之間連接通過錨索托板5相連接;錨網2-1與巷道腰部以下通過幫扶錨索6加固；錨索6深入中層充填支護18，與錨網2-1之間連接通過錨索托板5相連接。錨桿I規格為Φ 22mmX 2.5m，間排距800 X800mm，錨固力不小于120kN;錨桿托盤3規格為100 X 100X 12mm;錨網2-1采用Φ6mm鋼筋焊制，網片規格I X 2m，網孔規格100 X 100mm，循環內搭接長度不小于10mm；頂部錨索4規格為Φ21.8mmX6.2m，間排距1200 X 1600mm，預緊力不小于160kN;幫部錨索6規格為Φ 21.8mmX 4.lm，間排距1200 X 1600mm。錨索托板5大小2塊疊加，大在上，小在下，規格分別為300 X 300 X 14mm和150 X 150 X 14mm。每根錨桿1、頂部錨索4和幫部錨索6使用I卷MSK2850型和3卷MSM2850型錨固劑，噴射混凝土厚度50mm，強度等級C20。
[0041]中層充填支護18連接外層錨網索噴支護17和里層套棚支護19。
[0042]里層套棚支護19從與中層充填支護18接觸面開始依次為塑料布15、錨網2-2、套棚20，套棚20為五節棚，從頂層開始依次為I個頂梁8、左右2個側梁9、左右2個棚腿12，以五節棚為一組套棚20，以每組套棚20的中軸計算，每組套棚20之間的間距為650mm;其中，頂梁8與偵墚9之間、側梁9與棚腿12之間通過卡纜10和螺栓11固定;頂梁8與側梁9之間、側梁9與棚腿12之間連接部分長度為700mm，允許偏差O?-30mm，梁、腿搭接端頭外露10?20mm;兩塊卡纜10為一個組合，連接頂梁8與側梁9、側梁9與棚腿12，并通過螺栓11固定;連接部位有3組卡纜10，卡纜間距為200-250mm，允許偏差± 20mm;螺栓11為Φ 30 X 160mm，螺栓扭距為300N.m，允許偏差彡5% ;每3組套棚20由拉條13連接，并通過U型卡14固定拉條13與套棚20的連接部位;拉條13長度為1580mm，由10#槽鋼加工，設置為頂梁8正中，側梁9正中，棚腿腰線上700mm，腰線下300m。拉條U卡采用Φ 16mm圓鋼加工。錨網2_2采用Φ6 X 1000 X 2000mm錨網，網格規格60 X 100mm，每塊錨網2-2連接處每隔300mm用雙股12#鐵絲綁扎。塑料布15寬
1.7m，長15m，且阻燃、抗靜電、滲水、抗壓，搭接不小于500mm。
[0043]在充填施工的近1000m掘進巷道和400m修護巷道中，共安設礦壓觀測點32個，其觀測時間為171-345天。根據觀測數據分析，各測點變化速度有一個從小到大、再逐漸趨于穩定的過程，其中頂板下沉量、兩幫移近量及底鼓量最大為16mm、80mm和166mm。觀測數據表明，巷道處于穩定狀態，即這種充填式高強復合支護效果完全達到預期目標。
[0044]可以知道，上述實施例僅為了說明發明原理而采用的示例性實施方式，然而本發明不僅限于此，本領域技術人員在不脫離本發明實質情況下，可以做出各種改進和變更，這些改進和變更也屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種巷道充填式復合支護，其特征在于:該支護包括外層錨網索噴支護(17)、中層充填支護(18)、里層套棚支護(19);其中，外層錨網索噴支護(17)由錨網(2-1)和C20砼(7)組成，C20砼(7)分散于錨網(2-1)內部與錨網(2-1)形成錨網索噴支護(17)的骨架，錨網(2-1)通過錨桿(I)連接于巷道內部，錨桿托盤(3)壓住錨網(2-1)連接錨桿(I);中層充填支護(18)連接外層錨網索噴支護(17)和里層套棚支護(19);里層套棚支護(19)從與中層充填支護(18)接觸面開始依次為塑料布(15)、錨網(2-2)、套棚(20);充填支護(18)是乳狀填料(16)形成的支護層。2.權利要求1所述的巷道充填式復合支護，其特征在于:錨網(2-1)與巷道之間連接通過頂部錨索(4)加固；頂部錨索(4)深入中層充填支護(18)，與錨網(2-1)之間連接錨索托板(5)相連接;套棚(20)為五節棚，從頂層開始依次為I個頂梁(8)、左右2個側梁(9)、左右2個棚腿(12)，其中，頂梁(8)與側梁(9)之間、側梁(9)與棚腿(12)之間通過卡纜(10)和螺栓(11)固定;錨網(2-1)與巷道腰部以下通過幫部錨索(6)加固；幫部錨索(6)深入中層充填支護(18)，與錨網(2-1)之間連接通過錨索托板(5)相連接;拉條(13)連接相鄰3組套棚(20)，并通過U型卡(14)固定拉條(13)與套棚(20)的連接部位。3.權利要求2所述的巷道充填式復合支護，其特征在于:卡纜(10)為兩塊卡纜組合，連接頂梁(8)與側梁(9)、側梁(9)與棚腿(12)，并通過螺栓(11)固定;連接部位有3組卡纜(10)組合，卡纜間距為200-250mm;棚套(20)與棚套(20)之間距離為600-650mm;拉條(13)連接相鄰三組棚套(20)，拉條(13)長度為1580-1600mm;頂梁(8)與側梁(9)之間、側梁(9)與棚腿(12)之間連接部分長度為700-750mm；錨桿(I)規格為Φ22mm X 2.5m，間排距800 X 800mm；頂部錨索(4)規格為Φ 21.8mmX 6.2m，間排距1200 X 1600mm;幫部錨索(6)規格為Φ 21.8mmX4.1m，間排距1200 X 1600mm;銷索托板(5)為2塊疊加放置，直徑大小不同，大直徑托板(5)位于外層錨網索噴支護(17)—側，小直徑托板(5)位于中層充填支護(18)—側，兩塊托板(5)規格分別為300 X 300 X 14mm和150 X 150 X 14mm。4.一種巷道充填式復合支護的構建方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)錨網索噴支護構建 按設計尺寸對巷道進行掘進或刷擴，按先頂后幫的順序施工錨桿(I)，打眼，放入錨固劑，同時放入錨桿(I)，攪拌，鋪上錨網(2-1);加碟形錨桿托盤(3)壓住錨網(2-1)，錨固；然后施工頂部錨索(4)，打眼，放入錨固劑，同時放入幫部錨索(4)，攪拌;在錨網(2-1)外加錨索托板(5)，錨索托板(5)為兩塊疊加放置，直徑大小不同，大直徑托板(5)位于外層錨網索噴支護(17)—側，小直徑托板(5)位于中層充填支護(18)—側;施工幫部錨索(6);噴射C20砼(7)，C20砼(7)分散于錨網(2-1)內部與錨網(2-1)形成錨網索噴支護(17)的骨架； (2)套棚支護構建 與外層錨網索噴支護(17)間隔250-350mm空間進行套棚支護(19)的構建，套棚(20)采用36U型鋼加工而成的五節棚;先架設頂梁(8)，在頂梁(8)下面架設側梁(9)，在搭接處用側梁(9)托起(8);在側梁(9)下面架設棚腿(12);頂梁(8)與側梁(9)、側梁(9)與棚腿(12)之間采用兩塊卡纜(10)配合螺栓(11)固定;套棚(20)與套棚(20)之間采用拉條(13)配合U型卡(14)固定； (3)充填支護構建 先在頂梁(8)、側梁(9)、棚腿(12)外緣鋪設錨網(2-2);再在錨網(2-2)外側鋪塑料布(15)，施工時塑料布(15)卷成卷從棚頂向兩邊鋪開;鋪隔斷管(21)，隔斷管(21)與套棚(20)截面平行，每架設30組套棚(20)放一隔斷管;施工時先將隔斷管充滿乳狀填料(16)，然后再對此30組套棚(20)進行充填，直至整個中層充填空間填滿，獲得中層充填支護(18)，巷道充填式支護構建完成。5.權利要求4所述的巷道充填式復合支護的構建方法，其特征在于:頂梁(8)與側梁(9)之間，側梁(9)與棚腿(12)之間搭接長度為700-750_，每處搭接均設三道卡纜(10)，每道卡纜(10)間距為250mm。6.權利要求4所述的巷道充填式復合支護的構建方法，其特征在于:套棚(20)間距650mm，設七道拉條，頂梁(8)正中、側梁(9)正中各一道、棚腿(12)上兩道，棚腿(12)上的兩道拉條高度分別位于巷道腰線之上700mm、腰線之下300mm的位置。7.權利4所述的巷道充填式復合支護的構建方法，其特征在于:，塑料布(15)需阻燃、抗靜電、滲水、抗壓，塑料布(15)之間搭接不小于500_。8.權利要求4所述的巷道充填式復合支護的構建方法，其特征在于:乳狀充填料(16)來自于物料輸送系統，采用壓風將粉裝充填干料由地面、經管路輸送到各井下中轉站，隨后輸送至工作面站，利用末端移動式工作面設備將充填干料加水攪拌形成乳狀充填料(16)，然后通過栗送到施工迎頭進行棚后充填。9.權利要求8所述的巷道充填式復合支護的構建方法，其特征在于:乳狀充填料(16)粒徑 <4mm0
【文檔編號】E21D11/10GK106089271SQ201610682986
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月17日 公開號201610682986.4, CN 106089271 A, CN 106089271A, CN 201610682986, CN-A-106089271, CN106089271 A, CN106089271A, CN201610682986, CN201610682986.4
【發明人】王志根, 丁家貴, 劉慶波, 杜庫實, 汪向明, 丁鋒, 李冰冰, 王素軍
【申請人】國投新集能源股份有限公司