[發(fā)明專利]一種用于富水砂礫層巷道的多級(jí)層次支護(hù)裝置及其施工方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810784849.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN108678772A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁越;付金磊;趙延林;朱永建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D11/00
• 分類號(hào): E21D11/00;E21D11/10;E21D11/38;E21D20/00;E21D20/02;E21D21/00;E21F16/00
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務(wù)所 32205
• 代理人: 張旭

1.一種用于富水砂礫層巷道的多級(jí)層次支護(hù)裝置，其特征在于，包括超前承載拱、被動(dòng)承載拱和滯后承載拱，

所述超前承載拱由多個(gè)礦用自鉆式超前短錨桿沿巷道兩幫及巷道頂板的鉆孔布設(shè)組成，所述礦用自鉆式超前短錨桿包括空心錨桿體、環(huán)塞、鉆頭、緊固螺母和墊板，所述鉆頭內(nèi)部設(shè)有中空腔，鉆頭固定在空心錨桿體的前端且中空腔與空心錨桿體的內(nèi)部連通，鉆頭側(cè)壁上開設(shè)多個(gè)與中空腔連通的溢流孔，空心錨桿體外表面設(shè)有螺紋，鉆頭及部分空心錨桿體處于鉆孔內(nèi)，空心錨桿體的尾端處于鉆孔外，環(huán)塞套在處于鉆孔內(nèi)的空心錨桿體外表面，墊板套在空心錨桿體的尾端并通過緊固螺母壓緊在鉆孔周圍的巷道壁，處于鉆孔內(nèi)的空心錨桿體內(nèi)部裝有流態(tài)防水粘結(jié)劑；

所述被動(dòng)承載拱為工字鋼格柵支架，工字鋼格柵支架沿巷道兩幫及巷道頂板呈拱形布置，所述工字鋼格柵支架由多個(gè)工字鋼格柵模塊通過螺栓連接組成，工字鋼格柵模塊為網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)，其由多個(gè)工字鋼縱橫交錯(cuò)焊接組成；

所述滯后承載拱由多個(gè)導(dǎo)注裝置和加固層組成，多個(gè)導(dǎo)注裝置分別布設(shè)在工字鋼格柵支架中網(wǎng)格間隙的巷道壁內(nèi)，加固層為向多個(gè)導(dǎo)注裝置內(nèi)注漿后凝固形成，所述導(dǎo)注裝置為設(shè)有錐形導(dǎo)頭的導(dǎo)注管，導(dǎo)注管的側(cè)壁上開設(shè)多個(gè)條形孔，多個(gè)條形孔呈梅花形分布在導(dǎo)注管的側(cè)壁，導(dǎo)注管的導(dǎo)頭處于巷道壁內(nèi)，導(dǎo)注管的尾端處于巷道壁外。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于富水砂礫層巷道的多級(jí)層次支護(hù)裝置，其特征在于，還包括導(dǎo)水?dāng)U張部，導(dǎo)注管的尾端開設(shè)螺紋口，所述導(dǎo)水?dāng)U張部為變徑管，其直徑較小的一端通過螺紋口與導(dǎo)注管固定連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于富水砂礫層巷道的多級(jí)層次支護(hù)裝置，其特征在于，還包括濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)包裹在導(dǎo)注管的外側(cè)。

4.一種如權(quán)利要求1所述的用于富水砂礫層巷道的多級(jí)層次支護(hù)裝置的施工方法，其特征在于，具體步驟為：

Ⅰ、施工超前承載拱：

(1)確定礦用自鉆式超前短錨桿中空心錨桿體的長(zhǎng)度：根據(jù)圍巖性質(zhì)、力學(xué)參數(shù)，對(duì)礦用自鉆式超前短錨桿所需錨固長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，最終確定支護(hù)效果最優(yōu)的錨桿長(zhǎng)度；

(2)確定礦用自鉆式超前短錨桿中鉆頭的前端外徑和后端外徑：采用不同外徑鉆頭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)測(cè)試，根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)的最優(yōu)效果確定鉆頭外徑；

(3)根據(jù)施工圖在掘進(jìn)工作面上方布設(shè)礦用自鉆式超前短錨桿的孔位做好標(biāo)記，由圍巖情況確定孔位間排距；

(4)在礦用自鉆式超前短錨桿的錨桿體內(nèi)充填采用薄膜包裹的流態(tài)防水粘結(jié)劑，同時(shí)在空心錨桿體外表面套設(shè)環(huán)塞；

(5)采用礦用鉆機(jī)對(duì)礦用自鉆式超前短錨桿進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)傾角為3°～10°，確保鉆至設(shè)計(jì)深度；

(6)將礦用自鉆式超前短錨桿的尾部與井下高壓風(fēng)管相連，通過高風(fēng)壓使桿體內(nèi)包裹流態(tài)防水粘結(jié)劑的薄膜破裂，然后流態(tài)防水粘結(jié)劑沿溢流孔流出止于環(huán)塞位置，圍巖體與錨桿錨固段通過流態(tài)防水粘結(jié)劑粘合錨固；

(7)待礦用自鉆式超前短錨桿達(dá)到設(shè)計(jì)錨固力后，在礦用自鉆式超前短錨桿的尾部裝設(shè)墊板及緊固螺母，然后采用扭矩板手施加預(yù)緊力，并保證預(yù)緊力值達(dá)到預(yù)定大小，當(dāng)所有礦用自鉆式超前短錨桿安裝完成后，錨固范圍內(nèi)巖土體便形成超前承載拱。

(8)依次開挖第一臺(tái)階、第二臺(tái)階及第三臺(tái)階；

Ⅱ、施工被動(dòng)承載拱：

A、采用工字鋼縱橫交錯(cuò)設(shè)置焊接成拱頂、拱肩及幫部不同位置、不同撓曲程度的工字鋼格柵模塊，然后將地面加工好的工字鋼格柵模塊運(yùn)輸?shù)骄蜻M(jìn)工作面；

B、在超前承載拱已形成的巷道壁上噴射混凝土，然后將工字鋼格柵模塊通過螺栓相互連接形成工字鋼格柵支架后經(jīng)混凝土固定在巷道壁上，從而形成被動(dòng)承載拱；

Ⅲ、施工滯后承載拱：

A、導(dǎo)水卸壓階段：

①采用的導(dǎo)注管由金屬材料或高強(qiáng)塑料制成，直徑為25～45mm，長(zhǎng)1.0～2.0m，導(dǎo)注管的側(cè)壁上開設(shè)多個(gè)條形孔，多個(gè)條形孔呈梅花形分布在導(dǎo)注管的側(cè)壁；

②在設(shè)計(jì)所需導(dǎo)水及加固的巷道斷面上布置導(dǎo)注管孔位，間距為0.8～1.4m，排距為1.2～2.0m，鉆孔直徑40～65mm，深度為0.7～1.8m，透過工字鋼格柵支架的網(wǎng)格間隙在孔位上鉆孔；

③根據(jù)巷道斷面不同部位的滲流量測(cè)試數(shù)據(jù)，匹配與導(dǎo)注管外端直徑相適應(yīng)的導(dǎo)水?dāng)U張部，然后在導(dǎo)注管外壁包裹一層濾網(wǎng)；

④將導(dǎo)注管插入上述已開設(shè)的鉆孔，使導(dǎo)水?dāng)U張部外露10～15cm，并用木楔塞入導(dǎo)水?dāng)U張部與圍巖的間隙，防止導(dǎo)注管松動(dòng)，圍巖內(nèi)部的水沿條形孔匯流入導(dǎo)注管再排到水溝或其他集水裝置；

B、注漿止水及成型加固階段：

a、在完成導(dǎo)水卸壓過程后，將導(dǎo)水?dāng)U張部及濾網(wǎng)拆下，利用接口管、快速接頭、截漿器，將注漿軟管與導(dǎo)注管的尾端連接；

b、在注漿前進(jìn)行壓水測(cè)試實(shí)驗(yàn)，檢查管路連接是否正確，壓力表、注漿閥門、逆止閥等是否工作正常；

c、對(duì)導(dǎo)注管充氣，充氣壓力大于注漿壓力的1/2，使截漿器膨脹與孔壁緊密接觸；

d、先制備已知配方的注漿漿液后，開啟逆止閥、注漿閥門開始注漿，注漿壓力為1.8～2.5MPa，漿液從注漿軟管進(jìn)入到導(dǎo)注管，從條形孔流出并滲透到圍巖體的孔隙、裂隙中；

e、當(dāng)壓力表指示的注漿壓力逐步升至設(shè)計(jì)注漿壓力時(shí)，繼續(xù)注漿10min后終止注漿，完成所有導(dǎo)注管點(diǎn)位的注漿施工后，將注漿軟管、接口管、快速接頭等依次拆除，待漿液凝固后完成滯后承載拱的施工。