專利名稱：一種巷道超靜定防沖四維支護裝置及其支護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巷道(硐室)支護加固裝置及其支護方法，尤其是一種煤礦井下高應力區(qū)巷道超靜定防沖四維支護裝置及其支護方法。
背景技術(shù)：
隨著煤礦開采深度的增加，覆巖運動和礦山壓力都表現(xiàn)出了一些新特征。深部采場、巷道和硐室的圍巖呈現(xiàn)應力高、溫度高、地下水水壓高、擾動強度高、沖擊危險高、蠕變明顯、變形大等特點，造成巷道和硐室支護困難，返修頻繁，維護費用巨大等問題。目前，高應力區(qū)域的巷道和硐室支護主要采用普通錨網(wǎng)索、桁架錨桿、錨注、U形鋼套棚等技術(shù)。這些采用補強等方法支護技術(shù)，比較適合淺部開采圍巖變形控制，但對具有應力高、溫度高、地下水水壓高、擾動強度高、沖擊危險高、蠕變明顯、變形大等特點的深部圍巖的變形控制，不能達到較好效果。普通錨網(wǎng)索支護主要提高巷道圍巖部分區(qū)域徑向的抗變形能力，不能對圍巖施加沿巷道軸向和切向的作用力，無法較好控制錨桿間、錨索間和錨桿與錨索間圍巖的變形； 特別是當錨桿間圍巖出現(xiàn)大變形而垮落后，會造成錨桿支護失效，引發(fā)冒頂?shù)葹暮?。專利號?00410041465. 8公開的一種煤層巷道三維錨索網(wǎng)支護技術(shù)，
(1)有一個方向是一股鋼絞線，會使各方向受力不均勻；
(2)錨索尾部鋼絞線在錨索孔外沿水平面十字方向分開，張拉后，前、后鋼絞線對錨索的力組成平衡力系，對煤巖沿巷道軸向沒有擠壓作用；
(3)沿巷道頂板中軸線單排間隔設置固定頂板巖層的錨索，只適用于斷面較小的巷
道；
(4)這種鋼絞線連接方式，容易造成偏心拉伸，使得部分鋼絞線由于載荷較大而破斷；
(5)錨索和錨桿處于同一排，受錨桿外露部分和鎖具的影響，無法緊接頂板，鋼絞線無法對頂板施加徑向力。(6)由于護孔碗對錨索沒有鎖緊功能，當有鋼絞線斷股時就會減弱錨索對頂板變形的控制作用。專利號為200410041386. 7公開的一種控制煤巖頂幫變形的桁架支護技術(shù)，
(1)兩根錨索聯(lián)接控制整個幫或頂部煤巖，擠壓范圍大，作用有限，特別是對幫或頂部中間部分的煤巖幾乎起不到作用；
(2)鋼絞線絕大部分不能緊貼巷道表面，無法施加擠壓力；
(3)對煤巖無沿巷道軸向的作用力；
(4)聯(lián)接器承受偏載，容易損壞；
(5)錨索部分分力對圍巖變形控制有作用，大部分力用于互相平衡，效率不高。公告號為CN2564755Y公開的一種三維錨索
(1)有一個方向是一股鋼絞線，會使各方向受力不均勻；
(2)錨孔以外的繩索一分為四，由雙向?qū)i具鎖緊在兩個錨孔相對應拉緊的繩索鋼絲上。張拉后，前后鋼絲、左右鋼絲對錨索的力分別組成平衡力系，對煤巖沿巷道軸向和切向沒有擠壓作用；
(3)護孔碗為四瓣翼圓，當折彎鋼絲進行聯(lián)接、張拉和后期變形時，鋼絲容易滑入槽口， 割裂圍巖；另外，由于護孔碗沒有鎖緊功能，當有鋼絲斷股時就會減弱繩索對頂板下沉的控制作用；
(4)繩索受護孔碗和鎖具的影響，鋼絲無法緊貼頂板，無法對頂板施加徑向力。(5)沒有與其它繩索相聯(lián)的鋼絲，其固定難度很大；當固定不太好時，同樣會減弱繩索對頂板下沉的控制作用。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種巷道超靜定防沖四維支護裝置，該裝置適用于高應力區(qū)、強擾動、有沖擊傾向性的大斷面工程圍巖的變形控制及防護。本發(fā)明另外一個目的在于提供所述巷道超靜定防沖四維支護裝置的支護方法，該方法操作簡便可靠，便于施工。技術(shù)方案本發(fā)明的巷道超靜定防沖四維支護裝置，包括按照一定規(guī)律陣列分布的設置在巷頂、巷幫或底板的錨固錨索和設置在巷頂、巷幫或底板的錨桿，錨固錨索在錨索孔處設置有護孔碗鎖，所述的錨固錨索裸露在巷道內(nèi)的錨索拆散為若干組鋼絞線，所述的鋼絞線向不同方向通過鎖具與相鄰的錨桿連接或者錨固錨索的鋼絞線連接，所述的鋼絞線與煤巖體表面之間設置有變形塊。所述的錨固錨索的中心直鋼絞線設置有用于無損檢測儀的傳感器。所述的鎖具包括鎖盤、錐形鎖卡、錐形彈簧和擋片，鎖盤上對稱開有錐形孔，錐形孔內(nèi)放入錐形鎖卡，錐形鎖卡尾部頂有錐形彈簧，錐形彈簧尾部設置有擋片，錐形孔外側(cè)設置有用于調(diào)節(jié)錐形鎖卡錐度角的銷釘。通過調(diào)節(jié)銷釘深入錐形孔的尺寸改變錐形鎖卡與鋼絞線之間的摩擦阻力，錐形鎖卡的錐度角設定后能保證錐形鎖卡與鋼絞線之間的摩擦阻力恒定，能夠動態(tài)控制錨固錨索的鋼絞線內(nèi)部張緊力。所述的變形塊可以根據(jù)受力情況不同改變顏色。一種巷道超靜定防沖四維支護裝置的支護方法巷道掘進后，在臨時支護的保護下，首先打設、安裝巷頂中間位置的中錨桿，其次打設、安裝巷頂與巷幫頂角處的頂角錨桿、 巷幫的幫部錨桿、底角的頂角錨桿和底板的底板錨桿，最后沿垂直巷道表面方向打錨索孔， 裝入錨固劑，攪拌錨固錨索，根據(jù)設計錨索能承受的最大工作載荷選定相應錐度角的護孔碗鎖，把護孔碗鎖套入錨固錨索，并推入錨索孔內(nèi)，所述的錨固錨索在錨索孔口處將錨索拆散，將拆散后的外側(cè)鋼絞線分為若干組，根據(jù)設計鋼絞線能承受的最大工作載荷選定相應錐度角的鎖具，朝不同方向通過邊鎖具與頂角錨桿或底角錨桿連接，通過中鎖具與其它錨固錨索的鋼絞線連接，在鋼絞線與煤巖體之間安設變形塊，用張拉裝置同時對各方向的鋼絞線進行預緊，達到設定預緊力后將中心直鋼絞線距孔口一定距離處剪斷，在中心直鋼絞線上安裝能夠監(jiān)測錨固錨索狀態(tài)的用于無損檢測儀的傳感器；重復上述步驟完成幫部支護，巷道的錨桿通過錨固錨索的鋼絞線連接牽拉為一個整體。所述的鎖具用于連接鋼絞線與頂角錨桿的稱為邊鎖具，用于連接鋼絞線與鋼絞線的稱為中鎖具。滯后掘進頭15m左右根據(jù)現(xiàn)場情況按單排或三花或五花布置方式打一定孔徑和深度的卸壓孔。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是
(1)使巷道或硐室圍巖在新的平衡結(jié)構(gòu)中處于三向等壓狀態(tài)，充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力，有利于保持頂板的完整性，護孔碗鎖和中鎖具之間所連鋼絞線可以在巷道圍巖發(fā)生大變形時自動拉伸，并保持恒定的工作摩擦阻力，通過恒阻大變形吸收圍巖能量，能夠在圍巖大變形條件下仍然具有較好的支護作用；
(2)使用護孔碗鎖和中、邊鎖具，提高了支護的安全性；
(3)達到設定預緊力后將錨索中間直鋼絞線距孔口一定距離處剪斷安裝傳感器，可以實現(xiàn)對錨固錨索長度和受力進行無損檢測；
(4)護孔碗鎖、鎖具都有過載保護和欠載進補功能，可根據(jù)圍巖變形情況定期進行調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)等強協(xié)調(diào)支護；
(5)通過打卸壓孔，實現(xiàn)應力向深部轉(zhuǎn)移和保持巷道表面整體平直，降低沖擊危險性。


圖I是本發(fā)明巷道超靜定防沖四維支護裝置的立體示意圖2是本發(fā)明巷道超靜定防沖四維支護裝置的現(xiàn)場方案示意圖3為圖2的俯視圖4為鎖具的結(jié)構(gòu)示意圖5為圖4的剖視圖。圖中1-中錨桿；2_頂角錨桿；3_邊鎖具；4_幫部錨桿；5_錨固錨索；6_護孔碗鎖；7-中鎖具；8_變形塊；9_卸壓孔；10-傳感器；11_鎖盤；12-錐形鎖卡；13-錐形彈簧； 14-擋片；15-錐形孔；16-鋼絞線；17_銷釘；18-底板錨桿。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過一個最佳實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。如圖I、圖2和圖3所示，一種巷道超靜定防沖四維支護裝置，包括設置在巷頂?shù)闹绣^桿I和頂角錨桿2,巷幫的幫部錨桿4,設置在底板的底板錨桿18和底角的頂角錨桿,還包括按照矩形陣列分布的設置在巷頂、巷幫和底板的錨固錨索5，所述的錨固錨索5裸露在巷道內(nèi)的錨索拆散為若干組鋼絞線16，所述的鋼絞線16向不同方向通過鎖具與相鄰的錨桿連接或者錨固錨索的鋼絞線連接，所述的鋼絞線與煤巖體表面之間設置有變形塊8，所述的錨固錨索的中心直鋼絞線設置有用于無損檢測儀的傳感器10，所述的錨固錨索在錨索孔處設置有護孔碗鎖6，所述的不同錨固錨索的鋼絞線之間、鋼絞線與錨桿之間通過中鎖具7 連接，所述的鋼絞線與頂角錨桿之間通過邊鎖具3連接。如圖4和圖5所示，中鎖具、邊鎖具包括鎖盤11、錐形鎖卡12、錐形彈簧13和擋片14，鎖盤11上對稱開有錐形孔15，錐形孔 15內(nèi)放入錐形鎖卡12，錐形鎖卡12尾部頂有錐形彈簧13，錐形彈簧尾部設置有擋片14，錐形孔15外側(cè)設置有用于調(diào)節(jié)錐形鎖卡錐度角的銷釘17。通過調(diào)節(jié)銷釘深入錐形孔的尺寸改變錐形鎖卡與鋼絞線之間的摩擦阻力，錐形鎖卡的錐度角設定后能保證錐形鎖卡與鋼絞線之間的摩擦阻力恒定，能夠動態(tài)控制錨固錨索的鋼絞線內(nèi)部張緊力，故中鎖具、邊鎖具稱為恒阻鎖具，用于動態(tài)控制鋼絞線內(nèi)部張緊力，具有過載保護和欠載進補功能，護孔碗鎖和鎖具之間所連鋼絞線可以在巷道圍巖發(fā)生大變形時自適性滑移，并保持恒定的工作阻力， 所述的變形塊8可以根據(jù)受力情況不同改變顏色，給使用者提供警示。一種巷道超靜定防沖四維支護裝置的支護方法，巷道掘進后，在臨時支護的保護下，首先打設、安裝巷頂中間位置的中錨桿1，其次打設、安裝巷頂與巷幫頂角處的頂角錨桿 2和巷幫的幫部錨桿4，底角的頂角錨桿和底板的底板錨桿18，最后沿垂直巷道表面方向打錨索孔，錨索孔矩形陣列分布，在錨索孔內(nèi)裝入錨固劑，攪拌錨固錨索5，根據(jù)設計錨索能承受的最大工作載荷選定相應錐度角的護孔碗鎖，把護孔碗鎖6套入錨固錨索5，并推入錨索孔內(nèi)，所述的錨固錨索在錨索孔口處將錨索拆散，將拆散后的外側(cè)鋼絞線分為若干組，根據(jù)設計鋼絞線能承受的最大工作載荷選定相應錐度角的鎖具，朝不同方向通過邊鎖具3與頂角錨桿2連接，通過中鎖具7與其它錨固錨索的鋼絞線連接，在鋼絞線與煤巖體之間安設變形塊8，用張拉裝置同時對各方向的鋼絞線進行預緊，達到設定預緊力后將中心直鋼絞線距孔口一定距離處剪斷，在中心直鋼絞線上安裝能夠監(jiān)測錨索錨固狀態(tài)的用于無損檢測儀的傳感器10 ;重復上述步驟完成幫部支護，巷道的錨桿通過錨固錨索的鋼絞線連接牽拉為一個整體實現(xiàn)四維支護，滯后掘進頭15m左右根據(jù)現(xiàn)場情況按單排或三花或五花布置方式打一定孔徑和深度的卸壓孔9，護孔碗鎖6和中鎖具7之間所連鋼絞線可以在巷道圍巖發(fā)生大變形時自動拉伸，并保持恒定的工作摩擦阻力，通過恒阻大變形吸收圍巖能量，能夠在圍巖大變形條件下仍然具有較好的支護作用。
權(quán)利要求
1.一種巷道超靜定防沖四維支護裝置，包括按照一定規(guī)律陣列分布的設置在巷頂、巷幫或底板的錨固錨索和設置在巷頂、巷幫或底板的錨桿，其特征在于錨固錨索在錨索孔處設置有護孔碗鎖，所述的錨固錨索裸露在巷道內(nèi)的錨索拆散為若干組鋼絞線，所述的鋼絞線向不同方向通過鎖具與相鄰的錨桿連接或者錨固錨索的鋼絞線連接，所述的鋼絞線與煤巖體表面之間設置有變形塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巷道超靜定防沖四維支護裝置，其特征在于所述的錨固錨索的中心直鋼絞線設置有用于無損檢測儀的傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巷道超靜定防沖四維支護裝置，其特征在于所述的鎖具包括鎖盤、錐形鎖卡、錐形彈簧和擋片，鎖盤上對稱開有錐形孔，錐形孔內(nèi)放入錐形鎖卡，錐形鎖卡尾部頂有錐形彈簧，錐形彈簧尾部設置有擋片，錐形孔外側(cè)設置有用于調(diào)節(jié)錐形鎖卡錐度角的銷釘。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巷道超靜定防沖四維支護裝置，其特征在于所述的變形塊可以根據(jù)受力情況不同改變顏色。
5.一種巷道超靜定防沖四維支護裝置的支護方法，其特征在于巷道掘進后，在臨時支護的保護下，首先打設、安裝巷頂中間位置的中錨桿(1)，其次打設、安裝巷頂與巷幫頂角處的頂角錨桿(2)、巷幫的幫部錨桿(4)、底角的頂角錨桿和底板的底板錨桿，最后沿垂直巷道表面方向打錨索孔，裝入錨固劑，攪拌錨固錨索(5)，根據(jù)設計錨索能承受的最大工作載荷選定相應錐度角的護孔碗鎖，把護孔碗鎖(6)套入錨固錨索(5)，并推入錨索孔內(nèi)，所述的錨固錨索在錨索孔口處將錨索拆散，將拆散后的外側(cè)鋼絞線分為若干組，根據(jù)設計鋼絞線能承受的最大工作載荷選定相應錐度角的鎖具，朝不同方向通過邊鎖具(3)與頂角錨桿(2)連接，過中鎖具(7)與其它錨固錨索的鋼絞線連接，在鋼絞線與煤巖體之間安設變形塊(8)，用張拉裝置同時對各方向的鋼絞線進行預緊，達到設定預緊力后將中心直鋼絞線距孔口一定距離處剪斷，在中心直鋼絞線上安裝能夠監(jiān)測錨固錨索狀態(tài)的用于無損檢測儀的傳感器(10);重復上述步驟完成幫部支護，巷道的錨桿通過錨固錨索的鋼絞線連接牽拉為一個整體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的巷道超靜定防沖四維支護裝置的支護方法，其特征在于滯后掘進頭15m左右根據(jù)現(xiàn)場情況按單排或三花或五花布置方式打一定孔徑和深度的卸壓孔(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種巷道超靜定防沖四維支護裝置。該裝置包括按照一定規(guī)律陣列分布的設置在巷頂、巷幫或底板的錨固錨索和設置在巷頂、巷幫或底板的錨桿，錨固錨索在錨索孔處設置有護孔碗鎖，所述的錨固錨索裸露在巷道內(nèi)的錨索拆散為若干組鋼絞線，所述的鋼絞線向不同方向通過鎖具與相鄰的錨桿連接或者錨固錨索的鋼絞線連接，所述的鋼絞線與煤巖體表面之間設置有變形塊。采用該技術(shù)方案的巷道超靜定防沖四維支護裝置，可以控制巷道的軸向、切向和徑向的作用力，適用于高應力區(qū)、強擾動、有沖擊傾向性的工程圍巖的大變形控制。本發(fā)明還公開了所述巷道超靜定防沖四維支護裝置的支護方法，該方法操作簡便、可靠，便于施工。
文檔編號E21D21/02GK102606181SQ20121007076
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者張帆, 馬云靖, 馬占國 申請人:中國礦業(yè)大學