專利名稱：基于架后充填的松軟易冒特厚煤層巷道支護方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層巷道支護技術(shù)，尤其涉及一種基于架后充填的松軟易冒特厚 煤層巷道支護方法及其裝置。
背景技術(shù)：
煤層巷道(簡稱煤巷)支護經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的發(fā)展 過程。國內(nèi)外采取的煤巷的支護形式主要有1、U型鋼可縮性支架U型鋼本身具有比較合理的截面幾何形狀和較高的強度，因此U型鋼可縮性支架 支撐能力大，可縮量大，穩(wěn)定性好。它的特性基本符合巷道圍巖的活動規(guī)律。但是，U型鋼支 護也有不利方面，例如，在拱形斷面的煤巷中，上部角煤不易維護，往往造成支架集中受力， 變形量大。2、礦用工字鋼梯形可縮性支架礦用工字鋼梯形可縮性支架在我國中、小型煤礦和地方煤礦以及機械化程度較低 煤礦的煤巷中有著發(fā)展前途。但是礦用工字鋼梯形可縮性支架存在著抗彎性能不足、巷道 易變形和維護費用高的弱點，尤其在軟弱易冒地層不宜使用。3、錨桿支護由于煤層巷道圍巖的多變性和支護質(zhì)量的隱蔽性，錨桿支護存在一系列的問題， 特別是對于地質(zhì)條件惡劣、煤體強度很低和受多次采動高應力作用的煤巷來說，錨桿支護 是一把雙刃劍，在具備經(jīng)濟性和快捷性的同時，存在相當大的安全隱患。4、組合錨桿支架所謂組合錨桿，就是用拉桿、梁，或梁、網(wǎng)等構(gòu)件將單個錨桿連成一個對頂板起支 護作用的整體結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外實踐表明，在受回采影響的動壓巷道內(nèi)(包括大斷面巷道)，可以有條件的 推廣采用組合錨桿，至于組合錨桿的結(jié)構(gòu)、支護參數(shù)、適用范圍和配套機具等，都是需要進 一步研究和解決。5、聯(lián)合支護提高棚式支架支護強度，支護形式向多樣化發(fā)展。但這種聯(lián)合支護方式存在施工 程序較為復雜、支護效率低和支護成本居高不下等問題。以上支護形式在地質(zhì)條件復雜、斷裂發(fā)育、煤層埋深大、煤層松軟易冒的條件下很 難適用，易發(fā)生冒頂?shù)坠摹蓭鸵平兔合锍霈F(xiàn)不同程度的變形、破壞、支架損毀等問題，使 煤巷很難滿足正常使用要求，也無法確保煤巷的掘進速度；因此，煤巷的掘進和支護已成為 困擾煤礦正常生產(chǎn)的瓶頸之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，提供一種基于架后充填的 松軟易冒特厚煤層巷道支護方法及其裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的1、煤層巷道支護方法本煤層巷道支護方法是考慮封閉和接頂?shù)闹ёo原則，擬定順槽支護方案；包括下 列步驟①在巷道采用一種由頂拱、邊墻和仰拱三部分組成的封閉可縮性U型鋼支架進行 支護；②在邊墻內(nèi)壁設(shè)置腰梁；③在頂拱和邊墻外壁掛金屬網(wǎng)；④在金屬網(wǎng)外面鋪設(shè)雙抗布；⑤架后在雙抗布外面注射高膨脹化學漿液。2、煤層巷道支護裝置本裝置包括封閉可縮性U型鋼支架、腰梁、金屬網(wǎng)、雙抗布、高膨脹化學充填材料； 從內(nèi)向外，腰梁、封閉可縮性U型鋼支架、金屬網(wǎng)、雙抗布和高膨脹化學充填材料依次連接。其工作原理是該裝置各部分共同作用，缺一不可。①U型鋼支架是受力主體，頂拱、邊墻、底拱形成完整封閉的受力體系，將煤巖圍 壓轉(zhuǎn)化為支架軸向受力，可有效控制巷道的變形。②腰梁將各個可縮性U型鋼支架連成棚式結(jié)構(gòu)，使支護形成一個完整的整體。③金屬網(wǎng)架設(shè)在U型鋼支架上，防止碎煤塌落，并將煤巖壓力傳遞給U型鋼支架。④雙抗布鋪設(shè)在金屬網(wǎng)之上，主要防止充填漏漿和松散煤塊的掉落。⑤高膨脹化學充填材料能有效填充U型鋼支架和煤體間的空間，根治“接頂”問 題。膠結(jié)壁后破碎煤體，防止拱頂煤層的掉落，使拱頂?shù)拿簩硬恢劣谝蛑ёo不到位而繼續(xù)掉 落，遏制松動圈的擴大，減小因拱頂煤層掉落而施加在U型棚上的壓力。本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果①“接頂”化學注漿充填能夠根本解決支架和圍巖不密貼的問題。②為一完整的支護體系，能減小巷道的收斂變形，使巷道變形快速穩(wěn)定，確保巷道 的正常使用；③U型鋼支架后注射高膨脹化學充填材料的支護方式具有較好的抗動壓性能；封 閉的可縮性U型鋼支架是個完整的封閉性受力體系，可承受較大動載；化學充填物極具彈 性，可起到緩沖作用。④與其它棚式支護相比，可減小U型鋼支架的截面尺寸和型號，增大U型鋼支架間 距，從而節(jié)約大量的鋼材，降低支護的成本。⑤由于增大了 U型鋼的間距，可縮短耗費在巷道支護上的施工時間，提高了支護 效率和巷道的掘進效率。⑥降低煤巷的返修率。 ⑦能有效抵抗巷道底鼓變形。
⑧適用于松軟易冒特厚煤層巷道的支護，也可用于滑坡體段、松軟土體或有偏壓 的隧道支護。


圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中10-封閉可縮性U型鋼支架，11-頂拱，12-邊墻，13-仰拱；20-腰梁；30-金屬網(wǎng)；40-雙抗布；50-高膨脹化學充填材料。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明一、方法1、封閉可縮U型鋼支架安裝如圖1所示，其施工步驟及工藝為掘進初步成巷，超前臨時支護，利用前探梁預放棚梁，在護幫板的掩護下挖腿窩， 栽棚腿，上卡纜，腰幫過頂，安裝頂拱，上緊卡纜至設(shè)計要求，上網(wǎng)，背板，形成永久支護；安 裝腰梁；巷道清底至設(shè)計要求，安裝仰拱和底梁，封閉U型棚。U型棚架設(shè)注意事項U型棚必須架設(shè)在實底上，支架應垂直巷道中心線，支架間用腰梁連接，螺帽扭矩 要符合要求。2、架后注射高膨脹化學充填材料采用多功能泵來進行架后充填工作。多功能泵使用壓縮空氣作為動力源，壓風壓力要求在0. 4 0. 7MPa，壓風流量不 小于3m3/分鐘；面向壓力表，從左向右，三個注漿缸的體積比分別為A(2) B⑴C⑵。施工要點1)下井前詳細檢查注液槍的完好狀況，備用控制閥、單向閥、直通、混合器的完好 狀態(tài)，并且連接組裝一遍，以免組裝不順利，影響井下施工；2)如果做煤壁裂隙充填需要清點注漿管、封堵器、連接頭等配件的數(shù)量，應比當天 實際使用數(shù)量略有富裕；3)查看混合器與注漿管的連接是否配套；4)本方法施工使用一只混合器；5)施工前應準備好兩桶洗泵用的清水和堿粉；6) A料系統(tǒng)必須用堿水清洗；7)施工前應準備好棉紗和木塊；8)嚴格執(zhí)行多功能泵的操作步驟施工；9)嚴密監(jiān)視料的比例情況，稍有誤差，馬上解決；
10)沉著應對突發(fā)事故，盡可能保證設(shè)備安全?，F(xiàn)場質(zhì)量評價1)配比準確；2)發(fā)泡顏色均勻，發(fā)泡體成型快，里面硬實不發(fā)軟；3)表干時間(不粘手時間)(井下10 15°C ) :5 10分鐘左右；4) 一段時間后，生成物的表面呈乳白色，內(nèi)部呈粉紅色，并逐漸加深；5)有一定的韌性，受壓時不易開裂。二、裝置1、總體如圖1，本裝置包括封閉可縮性U型鋼支架10、腰梁20、金屬網(wǎng)30、雙抗布40、高膨 脹化學充填材料50 ；從內(nèi)向外，腰梁20、封閉可縮性U型鋼支架10、金屬網(wǎng)30、雙抗布40和高膨脹化學 充填材料50依次連接。2、功能塊1)封閉可縮性U型鋼支架10封閉可縮性U型鋼支架10是一種由上頂拱11、左右邊墻12和下仰拱13組成的封 閉結(jié)構(gòu)。上頂拱11和左右邊墻12組成U型鋼支架，采用我國自產(chǎn)的礦用U型鋼系列支架 29U、36U，用標準卡纜連接。采用U型鋼仰拱13封底，旨在支撐左右邊墻12，抵抗底鼓變形，限制兩幫的變形， 使封閉可縮性U型鋼支架10形成封閉的受力體系，使整個裝置受力更穩(wěn)定，使巷道變形量更小。2)腰梁 20腰梁20由厚度12mm的鋼板加工而成，用螺栓鎖住封閉可縮性U型鋼支架10，沿巷 道縱向形成U型棚支護整體。3)金屬網(wǎng) 30金屬網(wǎng)30采用①10圓鋼制成500X600_、網(wǎng)格為50謹?shù)匿摻罹W(wǎng)。4)雙抗布 40雙抗布40采用塑料編織布。5)高膨脹化學充填材料50高膨脹化學充填材料50采用瑞米充填I(lǐng)號；瑞米充填I(lǐng)號是由北京瑞琪米諾樺合 成材料有限公司生產(chǎn)的雙組分有機樹脂類材料，A組分和B組分按4 1的體積比混合，能 快速膨脹發(fā)泡成型，發(fā)泡倍數(shù)能達到20倍以上，固化后具有較大韌性和一定強度。
權(quán)利要求
一種基于架后充填的松軟易冒特厚煤層巷道支護方法，其特征在于包括下列步驟①在巷道采用一種由頂拱、邊墻和仰拱三部分組成的封閉可縮性U型鋼支架進行支護；②在邊墻內(nèi)壁設(shè)置腰梁；③在頂拱和邊墻外壁掛金屬網(wǎng)；④在金屬網(wǎng)外面鋪設(shè)雙抗布；⑤架后在雙抗布外面注射高膨脹化學漿液。
2.按權(quán)利要求1所述方法的煤層巷道支護裝置，其特征在于包括封閉可縮性U型鋼支架(10)、腰梁(20)、金屬網(wǎng)(30)、雙抗布(40)、高膨脹化學充 填材料(50)；從內(nèi)向外，腰梁(20)、U型鋼支架(10)、金屬網(wǎng)(30)、雙抗布(40)和高膨脹化 學充填材料(50)依次連接。
3.按權(quán)利要求2所述的煤層巷道支護裝置，其特征在于所述的封閉可縮性U型鋼支架(10)是一種由上頂拱(11)、左右邊墻(12)和下仰拱 (13)組成的封閉結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于架后充填的松軟易冒特厚煤層巷道支護方法及其裝置，涉及一種煤層巷道支護技術(shù)。本方法包括①在巷道采用一種由頂拱、邊墻和仰拱三部分組成的封閉可縮性U型鋼支架進行支護；②在邊墻內(nèi)壁設(shè)置腰梁；③在頂拱和邊墻外壁掛金屬網(wǎng)；④在金屬網(wǎng)外面鋪設(shè)雙抗布；⑤架后在雙抗布外面注射高膨脹化學充填材料。本裝置的結(jié)構(gòu)是從內(nèi)向外，腰梁(20)、封閉可縮性U型鋼支架(10)、金屬網(wǎng)(30)、雙抗布(40)和高膨脹化學充填材料(50)依次連接。本發(fā)明適用于特厚松軟易冒煤層巷道支護，也可用于滑坡體段、松軟土體的隧道支護。
文檔編號E21D15/15GK101864970SQ20101010458
公開日2010年10月20日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者宋亮, 張秀麗, 焦玉勇, 王新志, 王浩 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所