專利名稱：一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于采礦工程井巷支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法。
背景技術(shù)：
隨著全球?qū)δ茉吹男枨蟛粩嘣黾?，煤炭開(kāi)采也逐漸向縱、深部延伸，由于地應(yīng)力作用愈加明顯，對(duì)軟巖巷道的破壞日益加劇，軟巖礦井中的一些主要生產(chǎn)巷道頂板下沉，底鼓和兩幫蠕進(jìn)的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。有的礦井在采用木材、工字鋼、噴、碹和錨網(wǎng)等高強(qiáng)度支護(hù)的情況下，嚴(yán)重者仍然會(huì)在一周內(nèi)就發(fā)生明顯變形，數(shù)十天內(nèi)就會(huì)發(fā)明局部坍塌或兩幫對(duì)接的情況，嚴(yán)重影響礦井的生產(chǎn)安全。由于軟巖變形具有持續(xù)性和流變性的特點(diǎn)，當(dāng)開(kāi)拓巷道打破了原有的應(yīng)力平衡， 則此時(shí)軟巖便表現(xiàn)其流變性的一面，不但在徑向上盈利驟然增加，橫向力也同樣變大，由此引發(fā)的變形一般難以控制。通常所用的傳統(tǒng)方式為采用一種U型鋼強(qiáng)力支護(hù)，錨、網(wǎng)和噴聯(lián)合支護(hù)或者卸壓式砌碹等，其要點(diǎn)是增強(qiáng)支護(hù)力度，支護(hù)強(qiáng)度大，應(yīng)力集中，在支護(hù)前期巷道變形不大，但受力較為集中，人們?cè)谙锏乐行凶?，?？陕?tīng)到圍巖破壞的悶響聲，有時(shí)還會(huì)有碎石受力崩出，在應(yīng)力集中后期，則表現(xiàn)為巷道變形嚴(yán)重，維護(hù)困難，其存在的最大問(wèn)題就是支護(hù)時(shí)間短。另一種方法是采用U型鋼加木材，采用矸石充填的卸壓支護(hù)方式，這種方式由于在支護(hù)過(guò)程留有謝亞空間，應(yīng)力集中較差，但來(lái)壓后，木材易折斷，會(huì)出現(xiàn)空頂現(xiàn)象， 已發(fā)生矸石崩出傷人事件。開(kāi)拓軟巖后，根據(jù)其流變特性，必然發(fā)生塑性膨脹形變，從理論上講當(dāng)其發(fā)展到最大塑性膨脹程度時(shí)支護(hù)盈利最小，所以，要想達(dá)到最優(yōu)支護(hù)效果，要求支護(hù)方式必然具有卸壓功能。同時(shí)結(jié)合以往軟巖巷道破壞特征可知，應(yīng)力破壞主要集中在頂板、底板和兩幫，只要有一方出現(xiàn)了大變形，巷道盈利重新集中，將導(dǎo)致整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)失衡。所以，對(duì)軟巖巷道的支護(hù)必須具備承載、卸壓和穩(wěn)定三種功效，承載是具有很強(qiáng)的支承強(qiáng)度，緩減周圍變形； 卸壓是支架具有伸縮功能，以緩減應(yīng)力集中；穩(wěn)定是保護(hù)支架穩(wěn)定，以防受力不均，發(fā)生側(cè)傾。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法，通過(guò)一種圓形伸縮卸壓圈達(dá)到承載、卸壓和穩(wěn)定軟巖巷道的目的，解決了目前在軟巖巷道支護(hù)中存在的巷道變形快和維護(hù)困難的問(wèn)題，構(gòu)成了卸壓與支護(hù)一體化。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行
(1)首先在礦井的軟巖巷道施工區(qū)域確定中線和腰線，根據(jù)中線及所選用的作為支架的U型鋼棚距找出底窩位置，再按照中線和腰線在底窩位置進(jìn)行挖深，直至挖到實(shí)底，從實(shí)底開(kāi)挖180-220mm深的底窩，在底窩內(nèi)先鋪設(shè)一塊U型鋼作為底梁，在底梁的中間位置用兩個(gè)卡箍固定搭接一塊橫向受力U型鋼，在底梁兩側(cè)彎曲位置分別用兩個(gè)卡箍固定，搭接一塊U型鋼向兩幫延伸，在每條搭接的U型鋼的中間位置用兩個(gè)卡箍固定搭接一塊橫向受力 U型鋼，搭接長(zhǎng)度為470-550mm，使用施工用拉桿將其臨時(shí)支穩(wěn)；
(2)在相鄰兩底梁和兩幫的U型鋼支架間掛卸壓鋼筋網(wǎng)，卸壓鋼筋網(wǎng)的兩側(cè)網(wǎng)邊勻分布在U型鋼外線，超越U型鋼外邊緣70-90mm，卸壓鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)邊以倒鉤形式卡在U型鋼支架兩側(cè)，然后將草簾鋪設(shè)在卸壓鋼筋網(wǎng)外部，采用噴漿機(jī)噴淋水泥砂混合填充物，填充草簾與圍巖之間的空間，形成水泥砂混合填充層，在水泥砂混合填充物凝固后，向底窩填充矸石充填物，并在矸石充填物上鋪設(shè)充填巷道底板，使底梁和兩幫穩(wěn)固；
(3)而后重復(fù)搭接作為支架的U型鋼和橫向受力U型鋼，鋪設(shè)卸壓鋼筋網(wǎng)、草簾，噴淋水泥砂填充層，依次施工，直至整個(gè)支架封閉，形成一個(gè)由8塊U型鋼作為支架的圓形伸縮卸壓圈。其中所述的卸壓鋼筋網(wǎng)由直徑8mm，間距為50mm的鋼筋縱橫交錯(cuò)焊接而成； 所述的草簾厚度為6-10mm ；
所述的水泥砂混合物為普通42. 5級(jí)硅酸鹽水泥、中砂、直徑5-10mm的碎石、水和速凝劑混合而成，其中按質(zhì)量比，水泥中砂碎石=1:2:2，速凝劑的加入量為水泥質(zhì)量的3%，且必須噴漿機(jī)上料口均勻加入；所述的中砂為含水量4-6%的河沙；
所述的卡箍包括1個(gè)卡纜螺桿和1塊U型墊板，4個(gè)螺母和4個(gè)安全防護(hù)膠帽，其中卡纜螺栓扭矩允許偏差< 5% ；
所述的安全防護(hù)膠帽是在每個(gè)裸露在外的螺栓端頭外加一個(gè)內(nèi)嵌鋼線的膠質(zhì)卸壓螺帽，并通過(guò)內(nèi)嵌鋼絲的膠線與另一側(cè)螺栓端頭的卸壓螺帽相連； 所述的U型鋼所選用的鋼材為36#鋼；
本發(fā)明所述的圓形伸縮卸壓圈的基本結(jié)構(gòu)是8塊U型鋼，其中每?jī)蓧K通過(guò)兩個(gè)卡箍相互搭接固定，形成U型鋼圓形卸壓支護(hù)結(jié)構(gòu)，每塊U型鋼中間通過(guò)兩個(gè)卡箍搭接固定一塊橫向受力U型鋼，在U型鋼外側(cè)掛設(shè)有卸壓鋼筋網(wǎng)，在卸壓鋼筋網(wǎng)上鋪設(shè)有草簾，草簾與巷道裸露圍巖之間是水泥砂充填層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
本發(fā)明的U型鋼圓形卸壓支護(hù)結(jié)構(gòu)由8塊高強(qiáng)度U型鋼、16個(gè)卡箍和32根組合卸壓螺栓組成，它是巷道支護(hù)的關(guān)鍵承載與卸壓骨架，在軟巖支護(hù)過(guò)程，當(dāng)圍巖初期來(lái)壓時(shí)，由 U型鋼圓形卸壓支護(hù)結(jié)構(gòu)承壓，以保持巷道斷面形狀；當(dāng)圍巖應(yīng)力力進(jìn)一步加大時(shí)，U型鋼重疊部分間會(huì)發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮卸壓，此時(shí)螺栓受切向應(yīng)力的作用下，也發(fā)生相對(duì)偏移，緩減圍巖集中應(yīng)力；在卡箍與卸壓螺栓的綜合作用下反過(guò)來(lái)又制約著U型鋼的進(jìn)一步相對(duì)滑移，以加強(qiáng)支架的承載應(yīng)力，整個(gè)圓形支護(hù)結(jié)構(gòu)在“承載一卸壓一承載”循環(huán)中延續(xù)軟巖巷道的服務(wù)年限；
本發(fā)明的卸壓鋼筋網(wǎng)由Φ=8πιπι，間距為50mm鋼筋縱橫交錯(cuò)焊接而成，為支護(hù)骨架間隔處卸壓裝置；圍巖來(lái)壓初期時(shí)，圍巖應(yīng)力由U型鋼圓形卸壓支護(hù)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)面與鋼支架和其它裝置的摩擦力共同承載；當(dāng)圍巖應(yīng)力進(jìn)一步加大時(shí)，網(wǎng)面與支架將發(fā)生相對(duì)滑移，網(wǎng)面對(duì)于支架外鼓卸壓；直至網(wǎng)面相對(duì)滑移到最大位置，即網(wǎng)面邊緣的倒鉤釣住支架，使其形成一體；
本發(fā)明所用的草簾主要功能是防止上層的充填物在圍巖變形應(yīng)力作用下崩出傷人； 本發(fā)明的水泥砂充填層是由水泥與砂石混合充填支護(hù)結(jié)構(gòu)與裸露圍巖間的空隙；本發(fā)明的8塊橫向受力U型鋼形成了橫向受力帶，主要目的是防止在圓形支架在橫向受力時(shí)發(fā)生偏移，維持支架穩(wěn)定；
本發(fā)明的安全防護(hù)膠帽裝置在每個(gè)裸露在外的螺栓端頭外一個(gè)內(nèi)嵌鋼線的膠質(zhì)螺帽9 并通過(guò)內(nèi)嵌鋼絲的膠線12與另一側(cè)螺栓端頭的螺帽9相連，以防螺栓在受力作用下，將螺帽崩出傷人；
綜上所述，本發(fā)明的一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三位卸壓支護(hù)方法，對(duì)軟巖巷道的支護(hù)同時(shí)具備了承載、卸壓和穩(wěn)定三種功效，成功解決了目前在軟巖巷道支護(hù)中存在的巷道變形快和維護(hù)困難的問(wèn)題，構(gòu)成了卸壓與支護(hù)一體化。說(shuō)明書(shū)附圖


圖1是本發(fā)明的巷道支護(hù)切面圖； 圖2是本發(fā)明圖1的A-A剖面圖； 圖3是本發(fā)明圖IWB-B剖面圖； 圖4是本發(fā)明圖2的C-C剖面其中1 充填巷道底板；2 矸石充填物；3 草簾；4 水泥砂混合充填層；5 =U型鋼；6 橫向受力U型鋼；7 卸壓螺栓；8 卸壓鋼筋網(wǎng)；9 安全防護(hù)膠帽；10 膠質(zhì)卸壓螺帽；11 卡箍；12:內(nèi)嵌鋼絲的膠線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所選用的U型鋼為36#鋼材制成，施工前檢查U型鋼，確保其無(wú)裂紋，弧線段無(wú)飛邊、氧化物、溶渣等阻礙物，無(wú)硬過(guò)渡現(xiàn)象，在施工材料、機(jī)具準(zhǔn)備充分的情況下，以下述方式依次施工。在礦井的軟巖巷道施工區(qū)域確定中線和腰線，根據(jù)中線及所選用的作為支架的U 型鋼1棚距找出底窩位置，再按照中線和腰線在底窩位置進(jìn)行挖深，直至挖到實(shí)底，從實(shí)底開(kāi)挖180-220mm深的底窩，在底窩內(nèi)先鋪設(shè)一塊U型鋼5作為底梁，在底梁的中間位置用兩個(gè)卡箍11固定搭接一塊橫向受力U型鋼6，在底梁兩側(cè)彎曲位置分別用兩個(gè)卡箍11固定， 搭接一塊U型鋼5向兩幫延伸，在每條搭接的U型鋼5的中間位置用兩個(gè)卡箍固11定搭接一塊橫向受力U型鋼6，搭接長(zhǎng)度為470-550mm，使用施工用拉桿將其臨時(shí)支穩(wěn)；
在相鄰兩底梁和兩幫的U型鋼支架間掛設(shè)由直徑8mm，間距為50mm的鋼筋縱橫交錯(cuò)焊接而成的卸壓鋼筋網(wǎng)8，卸壓鋼筋網(wǎng)8的兩側(cè)網(wǎng)邊勻分布在U型鋼5外線，超越U型鋼5外邊緣70-90mm，卸壓鋼筋網(wǎng)8的網(wǎng)邊以倒鉤形式卡在U型鋼支架兩側(cè)，然后將6_10mm厚的草簾3鋪設(shè)在卸壓鋼筋網(wǎng)8外部，采用噴漿機(jī)噴淋水泥砂混合物，填充草簾與圍巖之間的空間，形成水泥砂混合充填層4，在水泥砂混合充填層4凝固后，向底窩填充矸石充填物2，并在矸石充填物2上鋪設(shè)充填巷道底板1，使底梁和兩幫穩(wěn)固；
而后重復(fù)搭接作為支架的U型鋼5和橫向受力U型鋼6，鋪設(shè)卸壓鋼筋網(wǎng)8、草簾3，噴淋水泥砂混合充填物，依次施工，直至整個(gè)支架封閉，形成一個(gè)由8塊U型鋼作為支架的圓形伸縮卸壓圈。其中水泥砂混合充填物為普通42. 5級(jí)硅酸鹽水泥、中砂、直徑5-10mm的碎石、水和速凝劑混合而成，其中按質(zhì)量比，水泥中砂碎石=1:2:2，速凝劑的加入量為水泥質(zhì)量的3%，且必須噴漿機(jī)上料口均勻加入；中砂為含水量4-6%的河沙；其中的卡箍11包括1個(gè)卸壓螺栓7和1塊U型墊板，4個(gè)螺母和4個(gè)安全防護(hù)膠帽9， 其中卡纜螺栓扭矩允許偏差< 5% ；
其中的安全防護(hù)膠帽9是在每個(gè)裸露在外的卸壓螺栓7端頭外加一個(gè)內(nèi)嵌鋼線的膠質(zhì)卸壓螺帽10，并通過(guò)內(nèi)嵌鋼絲的膠線12與另一側(cè)螺栓端頭的膠質(zhì)卸壓螺帽10相連。
權(quán)利要求
1.一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行(1)首先在礦井的軟巖巷道施工區(qū)域確定中線和腰線，根據(jù)中線及所選用的作為支架的U型鋼棚距找出底窩位置，再按照中線和腰線在底窩位置進(jìn)行挖深，直至挖到實(shí)底，從實(shí)底開(kāi)挖180-220mm深的底窩，在底窩內(nèi)先鋪設(shè)一塊U型鋼作為底梁，在底梁的中間位置用兩個(gè)卡箍固定搭接一塊橫向受力U型鋼，在底梁兩側(cè)彎曲位置分別用兩個(gè)卡箍固定，搭接一塊U型鋼向兩幫延伸，在每條搭接的U型鋼的中間位置用兩個(gè)卡箍固定搭接一塊橫向受力 U型鋼，搭接長(zhǎng)度為470-550mm，使用施工用拉桿將其臨時(shí)支穩(wěn)；(2)在相鄰兩底梁和兩幫的U型鋼支架間掛卸壓鋼筋網(wǎng)，卸壓鋼筋網(wǎng)的兩側(cè)網(wǎng)邊勻分布在U型鋼外線，超越U型鋼外邊緣70-90mm，卸壓鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)邊以倒鉤形式卡在U型鋼支架兩側(cè)，然后將草簾鋪設(shè)在卸壓鋼筋網(wǎng)外部，采用噴漿機(jī)噴淋水泥砂混合充填物，填充草簾與圍巖之間的空間，形成水泥砂混合充填層，在水泥砂混合充填物凝固后，向底窩填充矸石充填物，并在矸石充填物上鋪設(shè)充填巷道底板，使底梁和兩幫穩(wěn)固；(3)而后重復(fù)搭接作為支架的U型鋼和橫向受力U型鋼，鋪設(shè)卸壓鋼筋網(wǎng)、草簾，噴淋水泥砂混合充填物，依次施工，直至整個(gè)支架封閉，形成一個(gè)由8塊U型鋼作為支架的圓形伸縮卸壓圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法， 其特征在于所述的卸壓鋼筋網(wǎng)由直徑8mm，間距為50mm的鋼筋縱橫交錯(cuò)焊接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法， 其特征在于所述的草簾厚度為6-10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法， 其特征在于所述的水泥砂混合充填物為普通42. 5級(jí)硅酸鹽水泥、中砂、直徑5-10mm的碎石、水和速凝劑混合而成，其中按質(zhì)量比，水泥中砂碎石=1 2 2，速凝劑的加入量為水泥質(zhì)量的3%，且必須噴漿機(jī)上料口均勻加入；所述的中砂為含水量4-6%的河沙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法，其特征在于所述的卡箍包括1個(gè)卡纜螺桿和1塊U型墊板，4個(gè)螺母和4個(gè)安全防護(hù)膠帽，其中卡纜螺栓扭矩允許偏差< 5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法，其特征在于所述的安全防護(hù)膠帽是在每個(gè)裸露在外的螺栓端頭外加一個(gè)內(nèi)嵌鋼線的膠質(zhì)卸壓螺帽，并通過(guò)內(nèi)嵌鋼絲的膠線與另一側(cè)螺栓端頭的膠質(zhì)卸壓螺帽相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法， 其特征在于所述的U型鋼所選用的鋼材為36#鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法， 其特征在于所述的圓形伸縮卸壓圈的基本結(jié)構(gòu)是8塊U型鋼，其中每?jī)蓧K通過(guò)兩個(gè)卡箍相互搭接固定，形成U型鋼圓形卸壓支護(hù)結(jié)構(gòu)，每塊U型鋼中間通過(guò)兩個(gè)卡箍搭接固定一塊橫向受力U型鋼，在U型鋼外側(cè)掛設(shè)有卸壓鋼筋網(wǎng)，在卸壓鋼筋網(wǎng)上鋪設(shè)有草簾，草簾與巷道裸露圍巖之間是水泥砂混合充填層。
全文摘要
本發(fā)明屬于采礦工程井巷支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種延長(zhǎng)深部軟巖支護(hù)服務(wù)年限的三維卸壓支護(hù)方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案的基本步驟是在礦井的軟巖巷道施工區(qū)域找出底窩位置，開(kāi)挖180-220mm深的底窩，在底窩內(nèi)鋪設(shè)作為支架的U型鋼和橫向受力U型鋼，在作為支架的U型鋼掛設(shè)卸壓鋼筋網(wǎng)，卸壓鋼筋網(wǎng)外部鋪設(shè)草簾，在草簾外部噴淋水泥砂混合充填物，依次施工，直至整個(gè)支架封閉，形成一個(gè)由8塊U型鋼作為支架的圓形伸縮卸壓圈，起到支持防護(hù)作用。本發(fā)明的技術(shù)方案對(duì)軟巖巷道的支護(hù)同時(shí)具備了承載、卸壓和穩(wěn)定三種功效，成功解決了目前在軟巖巷道支護(hù)中存在的巷道變形快和維護(hù)困難的問(wèn)題，構(gòu)成了卸壓與支護(hù)一體化。
文檔編號(hào)E21D19/00GK102392660SQ201110292520
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者曲國(guó)娜, 賈廷貴 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)