[發明專利]一種用于薄夾矸下覆煤巷的棚架結構

在審

• 申請號: 201710205424.5
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106948842A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 曹懷軒;卞景強;譚賢君;李農;李世強;王富剛;孫慶超;陳勝;李海周;張冬冬;張昭景
• 申請（專利權）人: 兗州煤業股份有限公司;中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: E21D11/18
• 分類號: E21D11/18;E21D11/15
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙)11357
• 代理人: 劉洪勛

技術領域

本發明涉及一種用于薄夾矸下覆煤巷的棚架結構。

背景技術

隨著煤炭資源的不斷開采，淺部煤層儲量越來越少，很多煤礦都進入了深部開采。深部煤層上部煤層開采后，受到上部煤層的采動影響，改變了下采區原巖應力狀態，導致應力重新分布。下采區煤巷掘進過程中，圍巖易發生顯著變形位移和壓力增大，需要經過應力重新分布達到新的平衡，巷道圍巖才能重新穩定下來。如果巷道的支護不能適應采動影響帶來的應力變化，或者沒有及時采取相應的加固補救措施，則巷道容易發生不同程度的破壞，或圍巖大變形，或圍巖松動失穩，影響巷道的正常安全使用。

尤其當遇到上覆煤層與下覆煤層之間為夾矸層，且夾矸層屬于0-2米厚的薄夾矸層時，此時的開釆特點主要表現為圍巖是夾雜有碎石的軟巖；破碎頂板開采中會遇到工作面冒頂嚴重，冒頂后容易與上層采空區導通，使得工作面通風困難，不利于安全生產；巷道維護工程量大，成本高；工作面生產成本高，影響生產工期，經濟效益低等問題。

而且上覆煤層采空后，再開采頂板破碎的下部煤層，破碎頂板易超前漏冒，煤壁易片幫，采場圍巖控制特別困難，制約工作面推進度甚至使工作面不能正常推進而被迫停產，難以實現安全高效開釆。

對于上覆開采完成，薄夾矸下覆煤層工作面的頂板有效管理方法研究很少。由于煤層的頂板為垮落的破碎矸石重新壓實、穩定、膠結而成的再生頂板，整體極差，因此改善巷道頂板的受力狀態，減小頂板冒落是保證薄夾矸下覆煤層巷道安全的關鍵。傳統的梯形棚架支護方案只是采用靜壓巷道中的簡單的聯合支護方法，只考慮原巖應力場的作用，并未充分估計巷道受各種采動影響的幾種壓力的程度及其相應的變形、位移、應力等因素，很容易發生頂板的垮塌和冒落。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種用于薄夾矸下覆煤巷的棚架結構。

為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于薄夾矸下覆煤巷的棚架結構，包括類梯形棚架和設于所述類梯形棚架外側的防護網，所述類梯形棚架包括沿縱向每隔設定間距布設在巷道兩側對置的側壁支撐件，兩個所述側壁支撐件的頂端通過頂梁連接；所述頂梁具有向上拱起的弧度，其曲率為0.1-0.3。

巷道開挖后，由于開挖卸荷的作用，導致巷道的頂板、兩幫和底板均會出現明顯的應力釋放區。針對薄夾矸煤巷上覆煤層與下覆煤層之間的厚度很薄以及其中夾雜著碎石的特殊情況，采用具有向上拱起且弧度很小的類梯形的棚架結構，可以顯著減小應力釋放區和塑性破壞區，更好的控制頂板的帽落和垮塌，顯著改善巷道頂梁的受力狀態，有利于巷道頂板的穩定，提高薄夾矸巷道的支護效果。此外，當類梯形棚架頂部拱起的弧度曲率過大時，支護的彎矩和軸力會迅速增大；而曲率過小時，支護結構的下沉值得不到有效抑制。當采用上述曲率時，可以達到受力和位移的最佳平衡狀態。

當薄夾矸的厚度為0-1米時，所述頂梁弧度的曲率為0.3；當薄夾矸的厚度為1-2米時，所述頂梁弧度的曲率為0.2；當薄夾矸的厚度為2-3米時，所述頂梁弧度的曲率為0.1。在滿足上述條件下，采用相應弧度曲率的頂梁可以取得更好的支護效果。

所述側壁支撐件和所述頂梁采用型鋼制成。

所述側壁支撐件與水平面的夾角為80゜-87゜。

所述頂梁的長度為4m，所述側壁支撐件的高度為3.5m。即使在薄夾矸的條件下，采用類梯形棚架仍然可以保證常規尺寸下巷道的正常支護，無需縮小巷道的尺寸。

位于同一側的所述側壁支撐件通過側壁連桿連接，所述側壁支撐件上設有用以所述側壁連桿通過的側壁過孔。側壁支撐件之間通過側壁連桿連接，增強結構的整體性和穩定性。

所述側壁連桿采用木材，其寬度為0.15m，高度為0.05m。

所述側壁過孔位于所述側壁連桿的上部，距離所述頂梁的距離為0.5m。在側壁支撐件的上部連接側壁連桿，結構受力更科學，支護效果更好。

相鄰的所述側壁支撐件之間和/或相鄰的所述頂梁之間設有連接鋼筋，所述連接鋼筋通過設于所述側壁支撐件和/或所述頂梁內側的連接件進行連接。設置連接鋼筋進一步增加結構的整體穩定性。

所述頂梁通過頂梁連桿連接，所述頂梁上設有所述頂梁連桿通過的頂梁過孔；所述頂梁過孔位于所述頂梁的中間位置。

所述防護網采用金屬網，所述防護網與所述頂梁和所述側壁支撐件之間設有沿隧道縱向設置的墊板。可以使金屬網更穩定的固定在棚架上。

本發明的有益效果是：