專利名稱：一種對(duì)高地應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地下工程支護(hù)裝置，具體涉及一種對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)的裝置。
背景技術(shù)：
近年來隨著我國礦山地下開采水平不斷向深部延伸，其深部的高地應(yīng)力問題越來越突出，進(jìn)而使高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)成為一個(gè)巷道支護(hù)難題。而高應(yīng)力軟巖巷道自身具有地壓大、變形大、持續(xù)流變等的特征，現(xiàn)有的支護(hù)體由于與圍巖是直接接觸，當(dāng)軟巖巷道開挖后，由于地壓、變形和持續(xù)流變的產(chǎn)生，存在支護(hù)體很難適應(yīng)地壓突然增大和持續(xù)流變， 往往造成支護(hù)體破壞，進(jìn)而使巷道支護(hù)不夠安全的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本適宜，使得對(duì)于高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)釋放一部分儲(chǔ)存于圍巖中的壓力，通過聯(lián)合支護(hù)，最終達(dá)到控制圍巖穩(wěn)定的一種對(duì)高地應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)的裝置。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣解決的一種對(duì)高地應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)裝置的特殊之處在于該裝置包括剛性支護(hù)體，所述剛性支護(hù)體頂板上開有一個(gè)或多個(gè)輔助卸壓孔，頂板與墻面由多條卸壓帶分割，所述剛性支護(hù)體的頂板上鋪設(shè)有預(yù)留柔墊層，所述預(yù)留柔墊層另一面與圍巖相接觸，所述圍巖分別由多根錨桿錨固，所述剛性支護(hù)體的墻面上開有一個(gè)或多個(gè)輔助卸壓孔，所述預(yù)留柔墊層由包裝袋、沙子、卵石構(gòu)成流動(dòng)性材料充填層。所述剛性支護(hù)體為鋼筋混凝土材料或金屬材料或竹木材料或工程塑料。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本適宜，使得對(duì)于高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)釋放一部分儲(chǔ)存于圍巖的中的壓力，通過聯(lián)合支護(hù)，最終達(dá)到控制圍巖穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，預(yù)留柔墊層支護(hù)適應(yīng)具有大變形、大地壓、流變的高應(yīng)力軟巖巷道，它能夠大幅度地吸收高應(yīng)力軟巖的大變形。這樣就形成了所謂的剛隙柔層，它具有充分的柔度和間隙適應(yīng)高應(yīng)力軟巖的大變形，同時(shí)又在一定的時(shí)刻(間隙壓密，剛?cè)釋酉嘟訒r(shí))具有充分的剛度限制圍巖的有害變形，從而使之成為高應(yīng)力轉(zhuǎn)化最多、圍巖強(qiáng)度保護(hù)最好的一種支護(hù)裝置，該裝置還具有以下特點(diǎn)①、適用于高應(yīng)力軟巖和高應(yīng)力強(qiáng)膨脹復(fù)合型軟巖巷道支護(hù)；②、巷道斷面由大變小，一次開拓；③、以工程材料形成柔性層；④、利用剛?cè)釋酉拗葡锏绹鷰r的差異性變形；⑤、具有充分的變形空間適應(yīng)高應(yīng)力軟巖的大變形；⑥、具有足夠強(qiáng)度和剛度限制圍巖產(chǎn)生有害變形；⑦、充分發(fā)揮設(shè)計(jì)承載圍巖的自撐強(qiáng)度。
圖1為本實(shí)用新型斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為開挖設(shè)計(jì)斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖為本實(shí)用新型的實(shí)施例。
以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明參照?qǐng)D1、圖2所示，一種對(duì)高地應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)的裝置包括剛性支護(hù)體3， 所述剛性支護(hù)體3頂板上開有一個(gè)或多個(gè)輔助卸壓孔5，頂板與墻面由多條卸壓帶6分割， 所述剛性支護(hù)體3的頂板及墻面上鋪設(shè)有預(yù)留柔墊層2，所述預(yù)留柔墊層2另一面與圍巖4 相接觸，所述圍巖4分別與多根錨(索)桿1錨固連接，所述剛性支護(hù)體3的墻面上開有一個(gè)或多個(gè)輔助卸壓孔7，所述預(yù)留柔墊層2由包裝袋、沙子、卵石構(gòu)成流動(dòng)性材料充填層。所述剛性支護(hù)體為鋼筋混凝土材料或金屬材料或竹木材料或工程塑料。綜上所述，預(yù)留柔墊層支護(hù)是針對(duì)具有大變形、大地壓等特點(diǎn)的高應(yīng)力軟巖巷道所采取的復(fù)合支護(hù)手段。1)、預(yù)留剛隙柔層支護(hù)的定義預(yù)留剛隙柔層支護(hù)，從力學(xué)概念上講，是在支護(hù)體內(nèi)設(shè)置剛性層和柔性層，在剛性層和柔性層之間預(yù)留一定量的間隙，使其能夠大幅度地吸收高應(yīng)力軟巖的大變形。這樣就形成了所謂的剛隙柔層，它具有充分的柔度和間隙適應(yīng)高應(yīng)力軟巖的大變形，同時(shí)又在一定的時(shí)刻(間隙壓密，剛?cè)釋酉嘟訒r(shí))具有充分的剛度限制圍巖的有害變形，從而使之成為高應(yīng)力轉(zhuǎn)化最多、圍巖強(qiáng)度保護(hù)最好的一種支護(hù)技術(shù)。2)、預(yù)留剛隙柔層支護(hù)力學(xué)原理預(yù)留剛隙柔層支護(hù)技術(shù)的力學(xué)原理如圖1所示。在柔性噴層和鋼架之間預(yù)留一定量的空隙，在剛隙柔墊層的控制下，圍巖有限制的充分變形，釋放變形能量，從而形成比較均勻的外部塑性工作狀態(tài)區(qū)和內(nèi)部彈性工作狀態(tài)區(qū)，以達(dá)到把高應(yīng)力能量轉(zhuǎn)化為變形、高應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖內(nèi)部的目的，帶柔性噴層與鋼架接觸時(shí)，再噴混凝土永久支護(hù)。3)預(yù)留剛隙柔層支護(hù)設(shè)計(jì)(1)預(yù)留間隙尺寸為保證在充分釋放高應(yīng)力變形能的同時(shí)又不損害圍巖自身的支撐能力，預(yù)Cp = kpa (1)留間隙尺寸為式中一預(yù)留柔層厚度，mm ；——柔層預(yù)留系數(shù)(一般取0. 05 0. 1)；a——巷道設(shè)計(jì)毛斷面寬度，mm ；(2)巷道掘進(jìn)毛斷面尺寸ae = a+2Cp (2)根據(jù)預(yù)留間隙尺寸，可以確定巷道掘進(jìn)毛斷面尺寸為[0037]式中——巷道掘進(jìn)毛斷面寬度，mm ；—預(yù)留柔層厚度，mm ；a——巷道設(shè)計(jì)毛斷面寬度，mm。be = b+2CP (3)式中be——巷道掘進(jìn)毛斷面高度，mm ；b——巷道設(shè)計(jì)毛斷面高度，mm。留設(shè)柔墊層讓壓聯(lián)合支護(hù)技術(shù)留設(shè)柔墊層讓壓聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是對(duì)預(yù)留剛隙柔層支護(hù)技術(shù)的一種新的發(fā)展，將預(yù)留的剛隙柔層采用特殊的柔性材料充填，同時(shí)在剛性支護(hù)體中留設(shè)壓力釋放孔與釋放帶。 留設(shè)柔墊層讓壓支護(hù)具備預(yù)留剛隙柔層支護(hù)特性的同時(shí)，使得壓力釋放更均勻、更平緩。(1)留設(shè)柔墊層讓壓聯(lián)合支護(hù)技術(shù)概念留設(shè)柔墊層讓壓聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是將聯(lián)合支護(hù)體分為一次柔性支護(hù)體與二次剛性支護(hù)體，所述的一次柔性支護(hù)體是指圍巖4開挖成工程要求斷面后，對(duì)圍巖4為臨時(shí)支護(hù)， 剛性和柔性支護(hù)體之間預(yù)留一定量的間隙，即留設(shè)的剛隙柔層，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間對(duì)剛隙柔層進(jìn)行充填。這樣就形成了柔墊層，它具有柔度和一定的流動(dòng)性適應(yīng)高應(yīng)力軟巖的大變形。 隨著圍巖壓力的變形釋放，柔墊層使得圍巖應(yīng)力在一、二次支護(hù)體上重新分布承擔(dān)的過程更平緩，分布更均勻，在一定的時(shí)刻(一二次支護(hù)體之間壓力分布均勻，柔墊層流動(dòng)趨于穩(wěn)定)具有充分的剛度限制圍巖的繼續(xù)變形，從而使高應(yīng)力得到轉(zhuǎn)化、圍巖強(qiáng)度得到保護(hù)一種新的支護(hù)技術(shù)。(2)留設(shè)柔墊層讓壓聯(lián)合支護(hù)原理留設(shè)柔墊層2讓壓支護(hù)技術(shù)的力學(xué)原理如圖2所示。在柔性支護(hù)體與剛性支護(hù)體 3間留設(shè)一定厚度的柔墊層2，在柔墊層2的控制下，圍巖4有限制的充分變形，變形釋放能量，從而形成比較均勻的外部塑性工作狀態(tài)區(qū)和內(nèi)部彈性工作狀態(tài)區(qū)，以達(dá)到把高應(yīng)力能量轉(zhuǎn)化為變形、高應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖內(nèi)部的目的。柔墊層2是具有低的承載能力，在高的應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形的同時(shí)具有流動(dòng)性的特殊材料。如拌合少量水泥的砂子、級(jí)配合理的卵石等材料可作為柔墊層。留設(shè)柔墊層讓壓卸壓原理隨著圍巖的變形，作用在柔墊層上的應(yīng)力不斷增大，當(dāng)應(yīng)力超過柔墊層的低承載力后，受內(nèi)部二次剛性支護(hù)體限制，柔墊層2產(chǎn)生變形的同時(shí)產(chǎn)生流動(dòng)，從留設(shè)的卸壓帶6和輔助卸壓孔5、7流出，從而達(dá)到使圍巖壓力緩慢均勻釋放的目的。輔助卸壓孔5、7主要用于觀察一二支護(hù)的協(xié)調(diào)變形，輔助作為卸壓孔。(3)留設(shè)柔墊層讓壓支護(hù)技術(shù)特點(diǎn)①改善了傳統(tǒng)預(yù)留剛隙層支護(hù)后，作用在剛性支護(hù)體上應(yīng)力不均勻的不足；②使得圍巖壓力釋放過程平緩而均勻；③預(yù)留的卸壓帶將整個(gè)剛性支護(hù)體截?cái)酁槿舾蓚€(gè)小區(qū)段，在預(yù)設(shè)柔墊層支護(hù)技術(shù)中，定義為榀。對(duì)于存在底鼓、變形不均勻的巷道，分榀留設(shè)卸壓帶6 —方面作為卸壓處，二方面成為“伸縮變形縫”，從而縮小了局部變形破壞的影響范圍。留設(shè)柔墊層讓壓支護(hù)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)留設(shè)柔墊層讓壓支護(hù)技術(shù)較預(yù)留剛隙柔層支護(hù)技術(shù)具有以下三點(diǎn)創(chuàng)新(1)將原留設(shè)的空隙用低強(qiáng)度的材料充填；[0058](2)充填材料考慮流動(dòng)性；(3)使得預(yù)留的讓壓空間，壓力釋放更緩慢，二次剛性支護(hù)體受力均勻；(4)分區(qū)段留設(shè)，具有保護(hù)巷道整體穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種對(duì)高地應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)的裝置，其特征在于該裝置包括剛性支護(hù)體 (3)，所述剛性支護(hù)體(3)頂板上開有一個(gè)或多個(gè)輔助卸壓孔(5)，頂板與墻面由多條卸壓帶(6)分割，所述剛性支護(hù)體(3)的頂板上鋪設(shè)有預(yù)留柔墊層O)，所述預(yù)留柔墊層(2)另一面與圍巖⑷相接觸，所述圍巖⑷分別由多根錨桿⑴錨固，所述剛性支護(hù)體(3)的墻面上開有一個(gè)或多個(gè)輔助卸壓孔(7)，所述預(yù)留柔墊層O)由包裝袋、沙子、卵石構(gòu)成流動(dòng)性材料充填層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)高地應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)的裝置，其特征在于所述剛性支護(hù)體為鋼筋混凝土材料或金屬材料或竹木材料或工程塑料。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種對(duì)高地應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)的裝置。該裝置包括剛性支護(hù)體，所述剛性支護(hù)體頂板上開有一個(gè)或多個(gè)輔助卸壓孔，頂板用多條卸壓帶分割，所述剛性支護(hù)體的頂板上鋪設(shè)有預(yù)留剛隙柔墊層，所述預(yù)留剛隙柔墊層另一面與圍巖相接觸，所述圍巖分別由多根錨桿錨固，所述剛性支護(hù)體的墻面上開有一個(gè)或多個(gè)輔助卸壓孔，所述預(yù)留剛隙柔墊層由沙子、卵石等具有一定流動(dòng)性材料充填形成，這種預(yù)留剛隙柔墊層能夠大幅度地吸收高應(yīng)力軟巖的大變形。結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，使得對(duì)于高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)釋放一部分儲(chǔ)存于圍巖中的壓力，最終達(dá)到控制圍巖穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)具有大變形、大地壓、高應(yīng)力軟巖巷道，廣泛用于地下工程。
文檔編號(hào)E21D15/02GK201953384SQ20112001227
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者任建喜, 馮曉光, 奚家米, 孫揚(yáng), 張琨, 陳新年 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)