[發明專利]一種用于穿采空區的巷道空間框架結構及其支護方法

有效

• 申請號: 201610825708.X
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106321113B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 謝生榮;郜明明;陳冬冬
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D21/00;E21D11/15;E21D11/10;E21D11/14;E21D11/08;E21D11/06;E21D11/04;E21D11/05
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所11308
• 代理人: 秦力軍

技術領域

本發明屬于煤礦巷道支護技術領域，尤其涉及一種用于穿采空區的巷道空間框架結構及其支護方法。

背景技術

資源整合礦井井田范圍內必然存在小煤礦落后采煤生產工藝與亂采亂掘遺留下的大量位置與范圍不明的廢棄巷道與采空區，而地質資料及采掘圖紙的缺失使得采空區位置及范圍不明，這將導致資源整合礦井改擴建巷道掘進過程中會揭露大小不一的采空區，則需要變更規劃設計或穿過采空區。變更規劃設計使得生產停滯，且變更后的設計方案仍有可能揭露其它未知采空區；而穿采空區進行巷道圍巖支護主要采用采空區充填后支護、料石砌碹等支護方式，施工復雜、造價高，且不能有效適應不同應力環境下采空區圍巖控制，易產生多次返修工作量。

采空區頂板受力狀態復雜，塑性破壞范圍及裂隙控制范圍大，是采空區的脆弱結構，當受采動影響、隨著時間推移或采空區上覆載荷發生改變時，易發生頂板垮落，導致相鄰采空區貫通，改變原有空區尺寸及結構，誘發應力場改變，形成局部應力集中和圍巖失穩，進而導致更大范圍的空區貫通。采空區跨度越大，頂板淺部圍巖應力降低越明顯，圍巖破壞深度與程度增加，進一步導致采空區頂板的破壞，形成惡性循環，影響空區內巷道的穩定性，圍巖控制較常規巷道困難。因此，巷道在過采空區時主要存在疊加應力場異常復雜、采空區圍巖塑性破壞區范圍廣、錨桿索支護效能低、超大斷面、支護難度大等支護難題，且可借鑒技術少，亟待一種可靠性高、造價可控、適應性強與施工簡便的支護新技術，以解決此控制難題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的問題，提供一種結構簡單、穩定性好，且適用于穿采空區的巷道空間框架結構與支護方法。

為實現本發明的上述目的，本發明提供一種用于穿采空區的巷道空間框架結構，所述穿采空區的巷道空間框架結構包括采空區頂板錨網噴支護系統、H型鋼筋混凝土框架、護頂結構、護幫結構、增強框架結構穩定性的支護構件；

所述頂板錨網噴支護系統包括錨桿、預應力錨索、鋼筋網及采空區頂板表面噴漿，該支護系統作用于2～3倍巷道寬度范圍的采空區頂板形成預應力承載結構；

所述H型鋼筋混凝土框架由鋼筋砼柱與鋼筋混凝土縱梁整體澆筑而成，所述鋼筋砼柱對所述預應力承載結構提供支撐力，減小采空區頂板跨度、降低頂板所受彎矩；所述鋼筋砼柱自巷道底板起澆筑至采空區頂板，間距為設計巷道寬度，排距為鋼筋混凝土縱梁長度；所述鋼筋混凝土縱梁上表面與巷道設計頂板高度齊平，且鋼筋砼柱與鋼筋混凝土縱梁間的縱筋相互連接；

所述護頂結構由工字鋼、水泥背板、鋼筋網、水泥背板上部噴漿、巷道頂部噴漿、緩沖材料組成；所述護幫結構由H型鋼筋混凝土框架下部區域砌筑的磚墻組成；所述護頂結構及護幫結構構建了封閉的巷道空間，使巷道斷面尺寸達到設計值，能夠減緩頂板冒落浮矸對巷道的沖擊；

所述工字鋼長度L為巷道寬度l與兩側縱梁寬度l₁之和，工字鋼與鋼筋砼柱位置重疊處與鋼筋砼柱整體澆筑，其余位置的工字鋼放置于鋼筋混凝土縱梁之上，工字鋼端部使用固定砌磚進行固定；

所述增強框架結構穩定性的支護構件包括：采空區頂板與巷道框架結構的連接裝置、H型鋼筋混凝土框架間的鋼筋混凝土橫梁、鋼筋混凝土橫梁和鋼筋砼柱交接處設置的斜拉錨索、及采空區頂板與鋼筋砼柱間設置的混凝土充填袋；所述斜拉錨索錨固于巷道外側采空區底板。

在巷道軸向方向上每隔4～8根立柱增設鋼筋混凝土橫梁，橫梁下表面與鋼筋混凝土縱梁的上表面位于同一水平，橫梁和鋼筋砼柱交接處設置斜拉錨索錨固于巷道外側采空區底板，以增強H型鋼筋混凝土框架的穩定，從而對采空區錨桿索預應力承載結構起到較好的支撐效果。

所述采空區頂板與巷道框架結構的連接裝置為在鋼筋砼柱四角縱筋相對應位置增設有四根固定錨桿，錨桿外露長度為0.5～2m，將鋼筋砼柱四角縱筋與增設的錨桿綁扎連接，增強立柱的穩定性。

所述水泥背板進行加筋處理，背板大小與工字鋼間距相匹配。

本發明還提供上述支護結構的支護方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)頂板錨網噴支護系統支護

在2～3倍巷道寬度的采空區頂板范圍內施工錨桿、預應力錨索鉆孔，安裝錨桿、預應力錨索后在采空區頂板表面鋪鋼筋網并噴射混凝土，以期保持頂板的完整性以及在較大范圍內形成較穩定的預應力承載結構；

(2)澆筑H型鋼筋混凝土框架與橫梁