專(zhuān)利名稱(chēng)：一種煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦業(yè)工程或土木工程領(lǐng)域，尤其適用于礦業(yè)工程煤巖煤巷支護(hù)或土木 工程中隧道支護(hù)所需的控制煤巖頂板冒頂和巷幫圍巖垮幫的支護(hù)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，煤巷的錨桿技術(shù)支護(hù)越來(lái)越成熟，雖然錨桿支護(hù)在前期煤 巷支護(hù)中起到很大的作用，但其靈活性差、成本高等問(wèn)題日益凸顯，所以現(xiàn)在有一些煤巷采 用錨桿和錨索組合支護(hù)，例如專(zhuān)利號(hào)為ZL200410041386. 7中所述，使用錨桿和錨索相結(jié)合 使用的方式來(lái)增加煤巷的桁架支護(hù)能力，但其桁架所采用的錨索鉆孔在煤巷頂板和巷幫夾 角處，孔口與巷幫距離為0，沒(méi)有穿過(guò)巷幫與煤巷頂板的最大剪應(yīng)力區(qū)域，而且通過(guò)雙孔連 接器的兩根錨索沒(méi)有在同一條軸線上，當(dāng)施加較大應(yīng)力或礦壓比較強(qiáng)烈時(shí)，對(duì)雙孔連接器 會(huì)產(chǎn)生非常大的剪切力，從而導(dǎo)致連接器具破壞。而且普通桁架結(jié)構(gòu)中的錨索都是通過(guò)鋼帶打入煤巷頂板內(nèi)，雖然通過(guò)鋼帶的支護(hù) 能夠起到很好的支護(hù)作用，但當(dāng)?shù)V山壓力強(qiáng)烈時(shí)，會(huì)破壞鋼帶，從而對(duì)鋼帶的整體性承載能 力產(chǎn)生破壞，大大減弱由鋼帶所產(chǎn)生承載力，而且還會(huì)對(duì)錨索或錨桿本身產(chǎn)生破壞，雖然現(xiàn) 有設(shè)計(jì)在解決煤巷圍巖冒頂垮幫上有很大改進(jìn)，但還不能從根本上解決這個(gè)長(zhǎng)期未能有效 解決的問(wèn)題。隨著錨桿支護(hù)所帶來(lái)的問(wèn)題日益明顯，人們發(fā)現(xiàn)錨索可以有效代替錨桿對(duì)煤巷進(jìn) 行桁架支護(hù)，與普通錨桿相比錨索的特點(diǎn)是一是長(zhǎng)度大，可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定，能夠錨 固到深部穩(wěn)定巖層中去；二是承載能力大，可以施加較大的預(yù)緊力，是一種有效的主動(dòng)支護(hù) 方式。錨索施工比較靈活，可以和其它支護(hù)形式相結(jié)合，具有少占用斷面、工期短、安全可靠 和節(jié)約資金等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)破損煤巷的加固與其它方法相比更具有優(yōu)勢(shì)，而普通煤巷桁架 支護(hù)及破損煤巷中缺少直接使用錨索對(duì)其各部位進(jìn)行支護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，該技術(shù)通過(guò)在 煤巷的頂板和巷幫分別使用錨索固定，并且選擇煤巷的最大剪應(yīng)力區(qū)來(lái)布置錨索伸入?yún)^(qū) 域，能夠有效解決煤巷圍巖冒頂垮幫的問(wèn)題。一種煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其中煤巷頂板間隔設(shè)置多個(gè)第二頂 桁架，其每個(gè)第二頂桁架由頂鋼帶和多根與其連接并固定到頂板縱深處的頂板單體錨索構(gòu) 成，其中連接頂鋼帶兩側(cè)的頂板單體錨索與鉛垂方向夾角為Y ；所述的煤巷巷幫間隔設(shè)置 多個(gè)第二幫桁架，其每個(gè)第二幫桁架由幫鋼帶和多根與其連接并固定到巷幫縱深處的幫單 體錨索構(gòu)成，靠近頂板的幫單體錨索與水平方向夾角為δ。其中，在頂板上還設(shè)有第一頂桁架，第一頂桁架位于不同于第二頂桁架的位置上， 其中第一頂桁架由錨索連接鎖緊器和兩根與其連接并向外側(cè)傾斜伸入煤巷頂板縱深處的 頂板桁架錨索構(gòu)成。
其中，伸入頂板縱深之處的頂板桁架錨索的方向與鉛垂方向夾角為α，頂板桁架 錨索鉆孔距其最近側(cè)巷幫為600 2000mm ；在該位置布設(shè)高預(yù)應(yīng)力錨索可以緊固煤巷頂 板，并穿過(guò)煤巷頂部巖層的最大剪應(yīng)力區(qū)域，其抗剪性能強(qiáng)，高預(yù)應(yīng)力錨索的錨固點(diǎn)位于煤 巷兩肩窩深部不易破壞的三向受壓巖體內(nèi)，不易受煤巷上方頂板離層和變形的影響，為發(fā) 揮高錨固力提供了可靠穩(wěn)固的承載基礎(chǔ)。頂板桁架錨索與深入頂板相對(duì)應(yīng)的另一端通過(guò)錨 索連接鎖緊器將其鎖緊，鎖緊后的兩個(gè)頂板桁架錨索露出頂板的部分位于同一條軸線上， 形成第一頂桁架。其中，錨索連接鎖緊器包括兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的鎖緊錨索的錨索鎖緊部件，兩個(gè)錨索鎖緊 部件位于同一條軸線上；并且具有兩個(gè)長(zhǎng)邊部分和兩個(gè)短邊部分的長(zhǎng)矩形框架，其中兩個(gè) 錨索鎖緊部件分別與所述兩個(gè)短邊部分固定在一起，并且分別位于所述兩個(gè)短邊部分的中 心。其中，兩個(gè)錨索鎖緊部件之每個(gè)分別包括單孔狀圓柱體，其中所述的單孔為楔形 孔；以及用于塞入所述楔形孔內(nèi)的鎖片，所述的單孔狀圓柱體向外突出于所述長(zhǎng)矩形框架 的短邊部分，其中所述鎖片為具有通孔的圓錐臺(tái)，并且所述圓錐臺(tái)的通孔的孔壁具有內(nèi)螺 紋，或者所述圓錐臺(tái)的通孔具有表面粗糙的孔壁。其中，鎖片包括拼接成所述圓錐臺(tái)的多個(gè)大小、形狀相同的片體，其每個(gè)片體具有 用來(lái)鎖緊錨索的長(zhǎng)槽；以及所述長(zhǎng)槽的槽壁具有內(nèi)螺紋，或者所述長(zhǎng)槽具有表面粗糙的槽壁。其中，鎖片套在已穿過(guò)所述單孔狀圓柱體的錨索上，然后利用張拉千斤頂將所述 鎖片頂入所述單孔狀圓柱體的通孔中，所述內(nèi)部空間的長(zhǎng)度大于長(zhǎng)矩形框架一端相連的張 拉千斤頂長(zhǎng)度、另一端外露錨索端長(zhǎng)度及裝配間隙長(zhǎng)度之和，所述內(nèi)部空間的寬度大于張 拉千斤頂最大外徑。與第二幫桁架相對(duì)應(yīng)的巷幫上平行設(shè)有第一幫桁架，第一幫桁架設(shè)有兩根幫桁 架錨索，所述的兩根幫桁架錨索通過(guò)槽鋼向外傾斜伸入巷幫縱深之處，伸入巷幫縱深之處 的幫桁架錨索方向與水平方向夾角為β，靠近頂板的幫桁架錨索鉆孔距其頂板為500 1500mm，靠近底板的幫桁架錨索鉆孔距其底板為500 1500mm。該位置和角度有利于幫桁 架錨索穿過(guò)最大巷幫縱深處最大預(yù)應(yīng)力區(qū)域，提高桁架支護(hù)能力。其中，第二頂桁架和第二幫桁架設(shè)置頂板單體錨索和幫單體錨索的支護(hù)步驟為(1)分別對(duì)煤巷頂板和巷幫施工鉆孔，并布置頂板單體錨索和幫單體錨索，其中靠 近巷幫側(cè)的頂板單體錨索鉆孔方向與鉛垂方向夾角Y為10° 20°，靠近煤巷頂板或底 板的幫單體錨索鉆孔方向與水平方向夾角δ為10° 15°，頂板單體錨索伸入煤巷頂板 深處為3 15m，幫單體錨索深入巷幫深處為3 8m ；(2)頂板單體錨索和幫單體錨索通過(guò)頂鋼帶和幫鋼帶穿入上述步驟中所對(duì)應(yīng)的鉆 孔內(nèi)；然后用樹(shù)脂藥卷將各根錨索進(jìn)行錨固；(3)使用張拉機(jī)具對(duì)各個(gè)錨索進(jìn)行張拉預(yù)緊。其中，第一頂桁架和第一幫桁架設(shè)置頂板桁架錨索和幫桁架錨索的支護(hù)步驟為(1)在煤巷頂板靠近巷幫側(cè)且距巷幫為600 2000mm處兩側(cè)分別施工并布設(shè)鉆 孔，鉆孔角度與鉛垂方向夾角α為65° 75°，深度為3 15m;分別在靠近煤巷頂板的 幫單體錨索距頂板長(zhǎng)度為500 1500mm處和靠近煤巷底板的幫單體錨索距底板長(zhǎng)度為500 1500mm處，施工并布設(shè)鉆孔，巷幫鉆孔角度與水平方向夾角β為5° 15°，深度為 3 8m ；(2)頂板桁架錨索穿入上述步驟中的頂板桁架錨索的鉆孔內(nèi)，幫桁架錨索通過(guò)槽 鋼穿入上述步驟中的幫桁架錨索的鉆孔內(nèi)，然后用樹(shù)脂藥卷將各根錨索進(jìn)行錨固；(3)將兩根頂板桁架錨索露出頂板的部分分別從錨索連接鎖緊器的兩端鎖緊口伸 入，并使兩根頂板桁架錨索尾端處于同一軸線上，先對(duì)一根錨索進(jìn)行鎖緊，使其伸入連接鎖 緊器的長(zhǎng)度為200 300mm，并采用專(zhuān)用鎖具進(jìn)行鎖緊，然后對(duì)另一端錨索采用張拉機(jī)具進(jìn) 行張拉預(yù)緊，預(yù)緊力不低于120KN，使兩根頂板桁架錨索聯(lián)接為一整體，并形成“凹”槽型結(jié) 構(gòu)；將兩根高預(yù)應(yīng)力幫錨露出頂板的部分鎖緊在巷幫的槽鋼上，并使用張拉機(jī)具進(jìn)行張拉 預(yù)緊。本發(fā)明的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，突出于現(xiàn)有設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)。1、全部使用錨索對(duì)煤巷進(jìn)行桁架支護(hù)，充分利用了錨索施工靈活，少占用斷面、工 期短、產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力強(qiáng)、安全可靠和節(jié)約資金等優(yōu)點(diǎn)，提高桁架對(duì)煤巷的支護(hù)能力。2、設(shè)有第二頂桁架和第二幫桁架，能夠產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力桁架支護(hù)，對(duì)普通煤巷圍巖的 冒頂垮幫具有很好的防護(hù)作用。3、在第二頂桁架之間還設(shè)置高預(yù)應(yīng)力第一頂桁架，該第一頂桁架設(shè)置的頂板桁架 錨索深入煤巷頂部高剪切應(yīng)力區(qū)，而且錨索固定更牢固，形成很強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力，第一頂桁架中 的桁架錨索施加的復(fù)向預(yù)應(yīng)力和支護(hù)力有利于頂板煤巖體處于多向壓應(yīng)力狀態(tài)，提高了煤 巖體強(qiáng)度和抗變形破壞性能，從而使錨固區(qū)中性軸位置下移，降低煤巷頂板撓度并能有效 控制巷道斷面中部泥巖頂板的離層和破壞。第一頂桁架中錨索上的載荷能連續(xù)傳遞且能方 便地施加很高的預(yù)拉力，對(duì)泥巖頂板的支護(hù)力沿整個(gè)桁架結(jié)構(gòu)呈“凹槽形”路徑大范圍合理 分布，軟弱泥巖頂板受力狀態(tài)好。同樣第一幫桁架設(shè)置的幫桁架錨索也形成很強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力， 對(duì)煤巷圍巖的冒頂垮幫具有很好的防護(hù)作用。整個(gè)設(shè)計(jì)尤其對(duì)破損煤巷的加固與其它方法相比更具有優(yōu)勢(shì)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的描述。



圖1是本發(fā)明煤巷錨索桁架支護(hù)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明煤巷頂板錨索桁架支護(hù)的仰視圖； 圖3的本發(fā)明中桁架錨索連接鎖緊器整體結(jié)構(gòu)的主視圖； 圖4是本發(fā)明中桁架錨索連接鎖緊器整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖； 圖5是沿圖3中A-A線的剖視圖6是本發(fā)明中桁架錨索連接鎖緊器的鎖片結(jié)構(gòu)的主視圖； 圖7是沿圖6中B-B線的剖視圖8是本發(fā)明中桁架錨索連接鎖緊器鎖緊錨索的裝配過(guò)程剖視圖； 圖9是本發(fā)明中桁架錨索連接鎖緊器鎖緊錨索時(shí)的剖視圖； 圖10是本發(fā)明中巷幫錨索桁架支護(hù)的側(cè)視圖； 圖11是本發(fā)明中幫桁架錨索桁架支護(hù)的應(yīng)力分析圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1-煤巷；2-頂板；3-頂鋼帶；31-幫鋼帶；4_錨索連接鎖緊器； 5-頂板單體錨索；6-頂板桁架錨索；7-巷幫；8-槽鋼；9-幫單體錨索；10-幫桁架錨索； 11-長(zhǎng)矩形框架；111-長(zhǎng)邊部分；112-短邊部分；113-開(kāi)放式內(nèi)部空間；13-錨索鎖緊部件； 14-耳狀結(jié)構(gòu)；15-楔形孔；16-鎖片；16a-內(nèi)螺紋；16b_通孔；17-錨索。
具體實(shí)施例方式該煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法全部使用錨索進(jìn)行桁架支護(hù)，充分利用 了錨索的施工靈活，少占用斷面、工期短、安全可靠和節(jié)約資金等優(yōu)點(diǎn)，如圖1所示，在煤巷 1的頂板2間隔設(shè)置多組第二頂桁架，第二頂桁架為錨索一槽鋼組合結(jié)構(gòu)，第二頂桁架中設(shè) 有頂板單體錨索5，其中頂板單體錨索一端可以通過(guò)頂鋼帶3固定，另一端伸入頂板2縱深 處組，每組第一桁架設(shè)置五根頂板單體錨索5或者根據(jù)煤巷的寬度設(shè)置更多的頂板單體錨 索5，錨索和頂鋼帶組成的桁架可以起到很好的支護(hù)作用，而且在伸入煤巷頂板縱深之處的 兩端頂板單體錨索與鉛垂方向夾角為Y，Y為10° 20°，深入頂板深處為3 15m，形 成預(yù)應(yīng)力，有效提高桁架對(duì)煤巷的支護(hù)，防止煤巷圍巖冒頂；在兩側(cè)每一巷幫7間隔設(shè)置多 組由幫單體錨索9通過(guò)幫鋼帶31固定到巷幫7縱深處組成的幫桁架進(jìn)行支護(hù)，每組設(shè)置四 根幫單體錨索9或者根據(jù)巷幫的高度設(shè)置更多幫單體錨索，伸入巷幫縱深之處的靠近頂板 的幫單體錨索與水平方向夾角為δ，δ為10° 15°，深入巷幫深處為3 8m，形成預(yù)應(yīng) 力，保護(hù)巷幫，防止垮幫。如圖2所示，在每組頂桁架之間平行設(shè)置兩根頂板桁架錨索6組成的第一頂桁架， 兩根頂板桁架錨索6可以通過(guò)頂板中心軸線對(duì)稱(chēng)設(shè)置，也可根據(jù)頂板上的巖層情況設(shè)置， 兩根頂板桁架錨索6向外傾斜伸入煤巷1頂板縱深之處，伸入巖層最大剪應(yīng)力區(qū)，伸入頂板 2縱深之處的頂板桁架錨索6方向與鉛垂方向夾角為α，其中，α為65° 75°，深度為 3 15m，可以根據(jù)巖層的情況及煤巷的要求設(shè)置深度，形成高預(yù)應(yīng)力；每根頂板桁架錨索 鉆孔距其最近側(cè)巷幫為600 2000mm ；斜穿過(guò)煤幫上方附近頂板最大剪應(yīng)力區(qū)，該高預(yù)應(yīng) 力錨索的錨固點(diǎn)位于煤巷兩肩窩深部不易破壞的三向受壓巖體內(nèi)，不易受煤巷上方頂板離 層和變形的影響，為發(fā)揮高錨固力提供了可靠穩(wěn)固的承載基礎(chǔ)。在煤巷1頂板的巖層深處 所述的兩根高預(yù)應(yīng)力錨索與深入頂板相對(duì)應(yīng)的另一端通過(guò)錨索連接鎖緊器4將其鎖緊，鎖 緊后的頂板桁架錨索伸出頂板部位在同一軸線上。此方法解決了深井煤巖煤巷頂板離層下沉和巷幫圍巖變形問(wèn)題，且兩根頂板桁架 錨索以整體連接支護(hù)頂板，改變了單一錨索、錨桿組合支護(hù)的局限性，其方法簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。圖3顯示了本發(fā)明中的桁架錨索連接鎖緊器4整體結(jié)構(gòu)，如圖3所示，本發(fā)明的桁 架錨索連接鎖緊器包括兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的鎖緊錨索的錨索鎖緊部件，其中所述的兩個(gè)錨索鎖緊部 件位于同一條軸線上。本發(fā)明的兩個(gè)錨索鎖緊部件之每個(gè)分別包括單孔狀圓柱體13，其中所述的單孔 為楔形孔15 ；以及用于塞入楔形孔15內(nèi)的鎖片16。本發(fā)明的錨索鎖緊部件的主體是單孔 狀柱體13，而鎖片16在鎖緊錨索時(shí)與鎖住的部分錨索一同固定在單孔狀柱體13的楔形孔 15中。由于鎖片16與單孔狀圓柱體13相配合來(lái)鎖緊錨索，并位于單孔狀圓柱體13楔形孔 內(nèi)，因此下文將錨索鎖緊部件視為單孔狀圓柱體13，并把鎖片16視為單孔狀圓柱體13的一部分，也就是，單孔狀圓柱體13包括楔形孔15和將塞入楔形孔15內(nèi)的鎖片16。由于兩個(gè)鎖緊部件位于同一條軸線上，因此當(dāng)兩個(gè)鎖緊部件鎖緊錨索后，錨索對(duì) 鎖緊裝置的作用力聚集在同一軸線上，從而消除了現(xiàn)有技術(shù)的剪切力對(duì)鎖緊裝置的作用。圖4和圖5顯示了本發(fā)明的桁架錨索連接鎖緊器的具體構(gòu)造，如圖5所示，本發(fā)明 的桁架錨索連接鎖緊器還包括具有兩個(gè)長(zhǎng)邊部分111和兩個(gè)短邊部分112的長(zhǎng)矩形框架 11，其中兩個(gè)錨索鎖緊部件(即單孔狀圓柱體)13分別與所述兩個(gè)短邊部分112固定在一 起，并且分別位于所述兩個(gè)短邊部分112的中心。短邊部分112為耳狀結(jié)構(gòu)14，如圖5所示。兩個(gè)長(zhǎng)邊部分111和兩個(gè)短邊部分112 組成具有開(kāi)放式內(nèi)部空間113的長(zhǎng)矩形框架11。位于長(zhǎng)矩形框架11兩端的兩鎖緊部件13 均為圓柱體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部具有楔形孔15，楔形孔15是孔徑漸變的通孔，其外側(cè)孔徑大于內(nèi) 側(cè)孔徑，以供錨索穿過(guò)，兩鎖緊部件13的圓柱體的圓弧面與兩側(cè)的短邊部分112以任何固 定連接的方式連接如焊接，也可將長(zhǎng)矩形框架11與鎖緊部件13作為一個(gè)整體鑄造而成，兩 鎖緊部件13的長(zhǎng)度大于短邊部分112的長(zhǎng)度，即單孔狀圓柱體向外突出于短邊部分112之 外，以便通過(guò)增加與錨索的接觸面積，增強(qiáng)對(duì)錨索的鎖緊力，增強(qiáng)桁架錨索連接鎖緊器的可 靠性。圖6和圖7顯示了鎖片16的結(jié)構(gòu)。鎖片16為一圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)，以便與鎖緊部件13 的楔形孔15相適應(yīng)，當(dāng)需要鎖緊錨索時(shí)，圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的鎖片16插入與其形狀相適應(yīng)的鎖緊 部件13的楔形孔15內(nèi)，從而鎖緊錨索。鎖片16內(nèi)部具有圓柱形通孔16a，以便錨索穿過(guò)， 圓柱形通孔16a周?chē)梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置內(nèi)螺紋、凹槽或者其它結(jié)構(gòu)16b以增強(qiáng)表面粗糙度。作為選擇，本發(fā)明桁架錨索連接鎖緊器的鎖片16可以包括拼接(或拼合)成所述 圓錐臺(tái)的多個(gè)大小、形狀相同的片體，其每個(gè)片體具有用來(lái)鎖緊錨索的長(zhǎng)槽；以及所述長(zhǎng)槽 的槽壁具有內(nèi)螺紋，或者所述長(zhǎng)槽具有表面粗糙的槽壁。比如鎖片16包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的 半圓錐臺(tái)，每個(gè)半圓錐臺(tái)分別具有一長(zhǎng)槽16a，以供錨索穿過(guò)，長(zhǎng)槽16a周?chē)梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置 內(nèi)螺紋、凹槽或者其它結(jié)構(gòu)16b以增強(qiáng)表面粗糙度，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的半圓錐臺(tái)組合而成的 一個(gè)圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)與鎖緊部件13的楔形孔15形狀相適應(yīng)，當(dāng)需要鎖緊錨索時(shí)，由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相 同的半圓錐臺(tái)組合而成的圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的鎖片16插入與其形狀相適應(yīng)的鎖緊部件13的楔形 孔15內(nèi)，從而鎖緊錨索。下面結(jié)合圖8、圖9詳細(xì)描述本發(fā)明桁架錨索連接鎖緊器的工作過(guò)程。圖8和圖9分別顯示了本發(fā)明鎖緊錨索的具體過(guò)程。如圖8、9所示，從桁架錨索 連接鎖緊器13的右端，將錨索由長(zhǎng)矩形框架11的開(kāi)放式內(nèi)部空間113內(nèi)插入鎖緊部件13 的楔形孔15，再穿出鎖緊部件13的楔形孔15，然后將圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)鎖片16套在錨索位于開(kāi) 放式內(nèi)部空間113內(nèi)的一端，利用張拉千斤頂將鎖片16頂入鎖緊部件13的楔形孔15內(nèi)， 從而將錨索鎖緊在右端的鎖緊部件或單孔圓柱體13上，并使得一部分錨索位于處于長(zhǎng)矩 形框架1的開(kāi)放空間113右側(cè)。接著從桁架錨索連接鎖緊器的一端左端(未顯示)重復(fù)上述過(guò)程，將錨索鎖緊在 左端的鎖緊部件或單孔圓柱體13上，并使得一部分錨索位于長(zhǎng)矩形框架11的開(kāi)放空間113左側(cè)。因此要求長(zhǎng)矩形框架11的開(kāi)放式內(nèi)部空間113的長(zhǎng)度大于長(zhǎng)矩形框架11 一端相 連的張拉千斤頂長(zhǎng)度、另一端外露錨索(即位于內(nèi)部空間113左側(cè)或右側(cè)的錨索)長(zhǎng)度及裝配間隙長(zhǎng)度之和；長(zhǎng)矩形框架11的開(kāi)放式內(nèi)部空間113的寬度大于張拉千斤頂最大外 徑，以便能順利的利用張拉千斤頂頂入鎖片16。桁架錨索連接鎖緊器由于兩根錨索采用同 軸連接，避免了桁架錨索連接鎖緊器鎖緊時(shí)產(chǎn)生剪切力，從而避免了對(duì)連接鎖緊器的損壞， 在增加頂板桁架錨索的穩(wěn)固性方面起了很大的作用。如圖10所示，每組幫桁架之間的巷幫7上設(shè)有兩根幫桁架錨索10，幫桁架錨索 10可以對(duì)稱(chēng)設(shè)置也可以根據(jù)巖層情況設(shè)置，兩根幫桁架錨索通過(guò)槽鋼8向外傾斜伸入巷 幫7縱深之處，伸入巷幫7縱深之處的幫桁架錨索10方向與水平方向夾角為β，β為 5° 15°，深度為3 8m，形成高預(yù)應(yīng)力；靠近頂板的幫桁架錨索鉆孔距其頂板為500 1500mm ；靠近底板的幫桁架錨索鉆孔距其底板為500 1500mm，也可以根據(jù)巷幫高度和巖 層情況確定鉆孔位置。如圖11所示，幫桁架錨索桁架支護(hù)的應(yīng)力分析圖，通過(guò)該應(yīng)力分析圖，我們可以 得出該幫桁架錨索通過(guò)合理的位置和角度設(shè)置，且斜穿過(guò)煤幫上方附近頂板最大剪應(yīng)力 區(qū)。桁架與頂板成線接觸和連續(xù)傳遞力，錨固點(diǎn)位于巷幫上方深部受壓巖體，形成等強(qiáng)閉鎖 大結(jié)構(gòu)。其頂板桁架錨索的應(yīng)力分析圖與幫桁架錨索的應(yīng)力分析圖相似，在此不再贅述。每個(gè)桁架中設(shè)置頂板單體錨索和幫單體錨索的支護(hù)步驟為(1)分別對(duì)煤巷頂板和巷幫施工鉆孔，并布置頂板單體錨索和幫單體錨索，其中靠 近巷幫側(cè)的頂板單體錨索鉆孔方向與鉛垂方向夾角Y為10° 20°，靠近煤巷頂板或底 板的幫單體錨索鉆孔方向與水平方向夾角δ為10° 15°，頂板單體錨索伸入煤巷頂板 深處為3 15m，幫單體錨索深入巷幫深處為3 8m ；(2)頂板單體錨索和幫單體錨索通過(guò)頂鋼帶和幫鋼帶穿入上述步驟中所對(duì)應(yīng)的鉆 孔內(nèi)；然后用樹(shù)脂藥卷將各根錨索進(jìn)行錨固；(3)使用張拉機(jī)具對(duì)各個(gè)錨索進(jìn)行張拉預(yù)緊。其中頂板單體錨索的具體施工過(guò)程為若頂板單體錨索直徑為17. 8mm,我們所用 鉆機(jī)打得鉆孔為22mm，那么錨索和孔之間有空隙，然后把一根長(zhǎng)為1. 2m的樹(shù)脂錨固劑用錨 索一端頂入鉆孔內(nèi)，另一端則放入鉆機(jī)上，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，使鉆孔內(nèi)的樹(shù)脂錨固劑被充分?jǐn)嚢瑁?充入錨索和鉆孔的空隙，以及煤巷頂板的圍巖裂隙中，已達(dá)到增加固錨索鉆孔內(nèi)圍巖的凝 聚力以及錨索伸入巖層的牢固性。其他各個(gè)頂板單體錨索和幫單體錨索的錨固過(guò)程與頂板單體錨索錨固過(guò)程相似， 在此不再詳述。每個(gè)桁架中設(shè)置頂板桁架錨索和幫桁架錨索的支護(hù)步驟為(1)在煤巷頂板靠近巷幫側(cè)且距巷幫為600 IOOOmm處兩側(cè)分別施工并布設(shè)鉆 孔，鉆孔角度與鉛垂方向夾角α為65° 75°，深度為3 15m;分別在靠近煤巷頂板的幫 單體錨索距頂板長(zhǎng)度為300 500mm處和靠近煤巷底板的幫單體錨索距底板長(zhǎng)度為300 500mm處，施工并布設(shè)鉆孔，巷幫鉆孔與水平方向夾角β為5° 15°，深度為3 8m;(2)頂板桁架錨索穿入上述步驟中的頂板桁架錨索的鉆孔內(nèi)，幫桁架錨索通過(guò)槽 鋼穿入上述步驟中的幫桁架錨索的鉆孔內(nèi)，然后用樹(shù)脂藥卷將各根錨索進(jìn)行錨固；(3)將兩根頂板桁架錨索露出頂板的部分分別從錨索連接鎖緊器的兩端鎖緊口伸 入，并使兩根頂板桁架錨索尾端處于同一軸線上，先對(duì)一根錨索進(jìn)行鎖緊，使其伸入連接鎖緊器的長(zhǎng)度為200 300mm，并采用專(zhuān)用鎖具進(jìn)行鎖緊，然后對(duì)另一端錨索采用張拉機(jī)具進(jìn) 行張拉預(yù)緊，預(yù)緊力不低于120KN，使兩根頂板桁架錨索聯(lián)接為一整體，并形成“凹，，槽型結(jié) 構(gòu)；將兩根高預(yù)應(yīng)力幫錨露出頂板的部分鎖緊在巷幫的槽鋼上，并使用張拉機(jī)具進(jìn)行張拉 預(yù)緊。該煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，全部使用錨索對(duì)煤巷進(jìn)行桁架支護(hù)， 而且還設(shè)有高預(yù)應(yīng)力桁架頂板單體錨索和幫桁架錨索，在解決煤巷圍巖冒頂垮幫方面提供 很好的桁架支護(hù)技術(shù)，使該桁架支護(hù)不僅使用鋼帶和錨索的組合支護(hù)煤巷，而且還通過(guò)錨 索單獨(dú)進(jìn)行煤巷支護(hù)，以及通過(guò)槽鋼和錨索的組合對(duì)煤巷進(jìn)行支護(hù)，大大提高煤巷桁架支 護(hù)技術(shù)，而且由于錨索的靈活性，該桁架支護(hù)技術(shù)可以應(yīng)用在多種地質(zhì)的煤巷內(nèi)。盡管上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員 可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為 落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，所述的煤巷頂板O)間隔 設(shè)置多個(gè)第二頂桁架，其每個(gè)第二頂桁架由頂鋼帶C3)和多根與其連接并固定到頂板(2) 縱深處的頂板單體錨索(5)構(gòu)成，其中連接頂鋼帶(3)兩側(cè)的頂板單體錨索(5)與鉛垂方 向夾角為Y ；所述的煤巷巷幫(7)間隔設(shè)置多個(gè)第二幫桁架，其每個(gè)第二幫桁架由幫鋼帶 (31)和多根與其連接并固定到巷幫縱深處的幫單體錨索(9)構(gòu)成，靠近頂板的幫單體錨索 (9)與水平方向夾角為δ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，在頂板 (2)上還設(shè)有第一頂桁架，第一頂桁架位于不同于第二頂桁架的位置上，其中第一頂桁架由 錨索連接鎖緊器(4)和兩根與其連接并向外側(cè)傾斜伸入煤巷頂板縱深處的頂板桁架錨索(6)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，所述伸 入頂板縱深之處的頂板桁架錨索(6)的方向與鉛垂方向夾角為α，頂板桁架錨索(6)鉆孔 距其最近側(cè)巷幫(7)為600 2000mm ；所述的頂板桁架錨索(6)與深入頂板( 相對(duì)應(yīng)的 另一端通過(guò)錨索連接鎖緊器(4)將其鎖緊，鎖緊后的兩個(gè)頂板桁架錨索(6)露出頂板的部 分位于同一條軸線上，形成第一頂桁架。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，所述的 錨索連接鎖緊器(4)包括兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的鎖緊錨索的錨索鎖緊部件，其中所述的兩個(gè)錨索鎖緊 部件位于同一條軸線上；并且具有兩個(gè)長(zhǎng)邊部分(111)和兩個(gè)短邊部分(11 的長(zhǎng)矩形框 架(11)，其中所述的兩個(gè)錨索鎖緊部件分別與所述兩個(gè)短邊部分固定在一起，并且分別位 于所述兩個(gè)短邊部分的中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，所述的 兩個(gè)錨索鎖緊部件(1 之每個(gè)分別包括單孔狀圓柱體，其中所述的單孔為楔形孔(15)； 以及用于塞入所述楔形孔(1 內(nèi)的鎖片(16)，所述的單孔狀圓柱體向外突出于所述長(zhǎng)矩 形框架(11)的短邊部分(112)，其中所述鎖片(16)為具有通孔的圓錐臺(tái)，并且所述圓錐臺(tái) 的通孔(16b)的孔壁具有內(nèi)螺紋(16a)，或者所述圓錐臺(tái)的通孔具有表面粗糙的孔壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，所述的 鎖片(16)包括拼接成所述圓錐臺(tái)的多個(gè)大小、形狀相同的片體，其每個(gè)片體具有用來(lái)鎖緊 錨索的長(zhǎng)槽；以及所述長(zhǎng)槽的槽壁具有內(nèi)螺紋，或者所述長(zhǎng)槽具有表面粗糙的槽壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，所述鎖 片(16)套在已穿過(guò)所述單孔狀圓柱體的錨索上，然后利用張拉千斤頂將所述鎖片(16)頂 入所述單孔狀圓柱體的通孔中，所述內(nèi)部空間的長(zhǎng)度大于長(zhǎng)矩形框架一端相連的張拉千斤 頂長(zhǎng)度、另一端外露錨索端長(zhǎng)度及裝配間隙長(zhǎng)度之和，所述內(nèi)部空間的寬度大于張拉千斤 頂最大外徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架 防治方法，其特征是，與第二幫桁架位置不同的巷幫(7)上平行設(shè)有第一幫桁架，第一幫桁 架設(shè)有兩根幫桁架錨索(10)，所述的兩根幫桁架錨索(10)通過(guò)槽鋼(8)向外傾斜伸入巷幫(7)縱深之處，伸入巷幫(7)縱深之處的幫桁架錨索(10)方向與水平方向夾角為β，靠近 頂板的幫桁架錨索(10)鉆孔距其頂板為500 1500mm，靠近底板的幫桁架錨索(10)鉆孔 距其底板為500 1500mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，所述的 第二頂桁架和第二幫桁架設(shè)置頂板單體錨索( 和幫單體錨索(9)的支護(hù)步驟為(1)分別對(duì)煤巷頂板和巷幫(7)施工鉆孔，并布置頂板單體錨索(5)和幫單體錨索 (9)，其中靠近巷幫(7)側(cè)的頂板單體錨索(5)鉆孔方向與鉛垂方向夾角γ為10° 20°， 靠近煤巷頂板或底板的幫單體錨索(9)鉆孔方向與水平方向夾角δ為10° 15°，頂板 單體錨索(5)伸入煤巷頂板深處為3 15m，幫單體錨索(9)深入巷幫(7)深處為3 8m ；(2)頂板單體錨索( 和幫單體錨索(9)通過(guò)頂鋼帶( 和幫鋼帶(31)穿入上述步驟 中所對(duì)應(yīng)的鉆孔內(nèi)；然后用樹(shù)脂藥卷將各根錨索進(jìn)行錨固；(3)使用張拉機(jī)具對(duì)各個(gè)錨索進(jìn)行張拉預(yù)緊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，其特征是，所述的 第一頂桁架和第一幫桁架設(shè)置頂板桁架錨索(6)和幫桁架錨索(10)的支護(hù)步驟為(1)在煤巷頂板靠近巷幫側(cè)且距巷幫(7)為600 2000mm處兩側(cè)分別施工并布設(shè)鉆 孔，鉆孔角度與鉛垂方向夾角α為65° 75°，深度為3 15m;分別在靠近煤巷頂板的幫 單體錨索距頂板長(zhǎng)度為300 500mm處和靠近煤巷底板的幫單體錨索距底板長(zhǎng)度為300 500mm處，施工并布設(shè)鉆孔，巷幫(7)鉆孔角度與水平方向夾角β為5° 15°，深度為3 8m ；(2)頂板桁架錨索(6)穿入上述步驟中的頂板桁架錨索的鉆孔內(nèi)，幫桁架錨索(10)通 過(guò)槽鋼(8)穿入上述步驟中的幫桁架錨索(10)的鉆孔內(nèi)，然后用樹(shù)脂藥卷將各根錨索進(jìn)行 錨固；(3)將兩根頂板桁架錨索(6)露出頂板的部分分別從錨索連接鎖緊器的兩端鎖緊 口伸入，并使兩根頂板桁架錨索尾端處于同一軸線上，先對(duì)一根錨索進(jìn)行鎖緊，使其伸入連 接鎖緊器的長(zhǎng)度為200 300mm，并采用專(zhuān)用鎖具進(jìn)行鎖緊，然后對(duì)另一端錨索采用張拉機(jī) 具進(jìn)行張拉預(yù)緊，預(yù)緊力不低于100 180KN，使兩根頂板桁架錨索聯(lián)接為一整體，并沿整 個(gè)桁架形成“凹”槽型結(jié)構(gòu)；將兩根幫桁架錨索(10)露出頂板的部分鎖緊在巷幫(7)的槽 鋼(8)上，并使用張拉機(jī)具進(jìn)行張拉預(yù)緊。
全文摘要
一種煤巷圍巖冒頂垮幫的錨索桁架防治方法，屬于礦業(yè)工程或土木工程領(lǐng)域，主要解決煤巷圍巖冒頂垮幫事故的問(wèn)題，該技術(shù)通過(guò)在煤巷頂板間隔設(shè)置多組頂板單體錨索和頂板桁架錨索對(duì)煤巷頂板進(jìn)行支護(hù)，在巷幫間隔設(shè)置多組幫單體錨索和幫桁架錨索對(duì)巷幫進(jìn)行支護(hù)，整個(gè)設(shè)計(jì)充分利用了錨索施工靈活，少占用斷面、工期短、安全可靠、節(jié)約資金和施加預(yù)應(yīng)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，頂板桁架錨索可以深入煤巷頂部的最大剪應(yīng)力區(qū)，形成很強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力，幫桁架錨索可以伸入巷幫深處，并使用槽鋼固定，形成很強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力，尤其對(duì)破損煤巷的加固與其它方法相比更具有優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)E21D20/00GK102121389SQ201010196509
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者何富連 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)