[發明專利]一種用于煤礦巷道頂板支護的錨索箱梁桁架結構與支護方法

有效

• 申請號: 201610649157.6
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN106050281B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 謝生榮;張守寶;陳冬冬
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21D20/00
• 分類號: E21D20/00;E21D17/00
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所11308
• 代理人: 秦力軍

1.一種用于煤礦巷道頂板支護的錨索箱梁桁架結構，其特征在于，該結構主要包括傾斜布置且錨固在巷道頂板兩側巖層中的錨索、緊貼于頂板的上下面開孔箱式鋼梁、連接錨索與箱式鋼梁的圓錐形鎖具；所述錨索傾斜布置且錨固于巷道頂板兩側的穩定巖層中，鉆孔中錨索與垂直方向的夾角為α，露出鉆孔的錨索段位于箱式鋼梁內，其與豎直方向夾角β，且β>α；

所述箱式鋼梁中空，由上鋼面、兩側肋板和下鋼面組成，其中上鋼面緊貼頂板且其寬度大于下鋼面；上鋼面兩側開有矩形長孔，孔寬d大于錨索直徑，以便錨索能夠穿過上鋼面上的矩形長孔且直接作用在頂板上；下鋼面兩端各開一組兩端半圓矩形孔，每組孔數為2～4個，孔寬度為D，孔與孔之間開有連接槽，槽寬與上鋼面孔寬一致，為d，錨索可通過連接槽移動至不同半圓矩形孔中進行鎖緊，實現調節與垂直方向的夾角β；

所述圓錐形鎖具外部鎖套為圓錐形且鎖套底部有長度1/5～1/4范圍的圓錐半徑等于D，使得在連接錨索與箱式鋼梁時圓錐形鎖具能夠卡在兩端半圓矩形孔中且可傾斜較大角度進行預緊；

所述錨索箱梁桁架結構均以巷道中心線對稱布置。

2.根據權利要求1所述的一種用于煤礦巷道頂板支護的錨索箱梁桁架結構，其特征在于：所述錨索處頂板鉆孔位于箱式鋼梁上鋼面矩形長孔外側，錨索尾部向巷道中部方向彎曲，彎曲段錨索能夠在長孔范圍內直接緊壓在頂板巖層上，避免錨索與箱式鋼梁接觸。

3.根據權利要求2所述的一種用于煤礦巷道頂板支護的錨索箱梁桁架結構，其特征在于：所述錨索穿過箱式鋼梁上鋼面矩形長孔與下鋼面兩端半圓矩形孔后，通過圓錐形鎖具鎖緊，錨索按傾斜位置和角度分為鉆孔段與箱式鋼梁段，錨索鉆孔段與箱式鋼梁段對頂板產生了向頂板中部方向傾斜向上作用力；鉆孔段角度可根據鉆孔段長度與距離煤幫位置調整，確保錨固點能深入煤幫上方。

4.根據權利要求3所述的一種用于煤礦巷道頂板支護的錨索箱梁桁架結構，其特征在于：所述錨索能夠通過箱式鋼梁下鋼面上連接槽移動至不同半圓矩形孔中調整箱式鋼梁段錨索角度β，錨索鉆孔段與箱式鋼梁段作用在頂板的合力大小與方向亦隨之調整，即箱式鋼梁桁架能提供給頂板水平與垂直方向上的支護力，且大小與方向均可調節以適應不同地質條件下的支護要求。

5.根據權利要求4所述的一種用于煤礦巷道頂板支護的錨索箱梁桁架結構，其特征在于：錨索鋼梁桁架結構中錨索對頂板直接作用點位于巷道兩側，能控制頂板整體切頂，而錨索通過箱式鋼梁對頂板施力作用點則向巷道中部移動，增強了對頂板中部最大撓度區的控制。

6.根據權利要求5所述的一種用于煤礦巷道頂板支護的錨索箱梁桁架結構，其特征在于：圓錐形鎖具能夠配合箱式鋼梁下鋼面兩端半圓矩形孔鎖緊錨索，其角度能夠隨錨索角度不同自行調節以保持鎖具鎖緊時錨索尾部處于直線受力狀態。

7.如權利要求1-6之一所述的一種用于煤礦巷道頂板支護的錨索箱梁桁架結構的支護方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)箱式鋼梁制作

采用兩側肋板、寬上鋼面和窄下鋼面組成的中空箱式鋼梁，在其上鋼面兩端靠近中部位置處各開一個矩形長孔，孔寬大于錨索直徑；在下鋼面兩端各開一組兩端半圓矩形孔，每組孔數為2～4個，孔寬等于圓錐形鎖具鎖套底部長度1/5～1/4范圍的圓錐半徑，兩端半圓矩形孔之間開有連接槽；

(2)錨索錨固

利用錨桿鉆機，在巷道的頂板兩側分別鉆鑿出一個傾斜鉆孔，鉆孔深度到達頂板穩定巖層中，利用錨索攪拌器、鑿巖機和樹脂藥卷，將兩根錨索分別錨固在兩個鉆孔內；

(3)錨索底部區域角度設置

待錨索錨固穩定后，將錨索底部區域依次穿過箱式鋼梁上鋼面上的矩形長孔及下鋼面上的兩端半圓矩形孔；根據需要將錨索通過連接槽移動至不同的兩端半圓矩形孔內以設置錨索底部區域與垂直方向的夾角為箱式鋼梁提供水平與垂直方向上的支護力；

(4)施加預緊力

將圓錐形鎖具穿過錨索尾部并使鎖具寬度較小的一段卡在兩端半圓矩形孔中；利用張拉機具對兩根錨索分別進行張拉預緊處理，使兩根錨索與箱式鋼梁連接固定。