[發明專利]一種用于富水砂礫層巷道的多級層次支護裝置及其施工方法

在審

• 申請號: 201810784849.0
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN108678772A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 袁越;付金磊;趙延林;朱永建
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: 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所 32205
• 代理人: 張旭

本發明公開了一種用于富水砂礫層巷道的多級層次支護裝置及其施工方法，包括超前承載拱、被動承載拱和滯后承載拱，通過采用礦用自鉆式超前短錨桿對巷道掘進工作面上方巖土體進行超前支護，進而形成一個礦用自鉆式超前短錨桿錨固的超前承載拱，即一級支護；工字鋼格柵支架被動地承受著部分圍巖壓力形成被動承載拱，即二級支護；通過導注管導水卸壓后，進行富水松散圍巖的注漿堵水與強度強化，進而形成圍巖的滯后承載拱，即三級支護；本發明通過多級、多個層次對富水砂礫層巷道在煤層工作面開掘的前期、開采期及采后期的進行協同支護，從而降低發生圍巖片幫、冒頂的可能性，提高富水砂礫層巷道的圍巖穩定性。

技術領域

本發明涉及一種巷道的支護裝置及其施工方法，具體是一種用于富水砂礫層巷道的多級層次支護裝置及其施工方法。

背景技術

砂礫層是由結構松散、顆粒大小差異大、固結成巖作用低的巖土體介質構成，該地層巷道易發生頂板冒落、失穩垮塌、支架變形失效等問題。特別是圍巖富水情況下，地下水排放、滲漏封堵問題不受重視，導致巷道圍巖壓力急劇增大、穩定性大幅下降，極大增加了巷道支護難度。因此，富水條件下砂礫層巷道的施工、支護成為我國部分礦區生產、建設的一大難題。

礦井巷道常規支護方法在應對富水砂礫層巷道圍巖變形、失穩方面依然存在諸多方面的問題。第一，普通單一支護方法(錨網索或金屬支架)無法有效解決圍巖片幫、冒頂等問題。例如，采用錨桿(索)時，由于砂礫層圍巖介質顆粒極不均勻、硬度較大、膠結性差，導致錨固孔尤其是錨索孔成孔比較困難，并且錨桿(索)無可靠的著力基礎，故錨固支護絕大部分是失效的；而采用金屬支架支護時，因其為被動支護，強度、剛度有限，無法抵抗松動、水壓形成的巨大圍壓，造成支架扭曲、折斷、架間漏冒破壞等。第二，目前對于存在滲漏的富水松散圍巖巷道支護，一般進行注漿堵水與加固，但嚴重忽視了圍巖的排水導壓，尚沒有一套排水卸壓、止水、加固的一體化解決方案。第三，砂礫層巷道圍巖強度低、整體性差，不僅在服務階段容易產生片冒災害，在施工開掘期間也極易發生冒頂破壞，故超前支護十分重要。但采用常見的超前管棚(注漿)或超前錨桿將會遇到頻繁塌孔、成孔率低等棘手的問題，所以有必要從開掘前、開掘中到開掘后綜合防治松散圍巖片冒破壞。由此可見，目前的巷道支護方法、支護結構無法滿足富水砂礫層巷道圍巖穩定性控制的要求，不能保證巷道安全使用。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種用于富水砂礫層巷道的多級層次支護裝置及其施工方法，能在煤層工作面開掘的前期、開采期及采后期，均能有效對巷道頂板及兩幫進行支護，從而降低發生圍巖片幫、冒頂的可能性，提高富水砂礫層巷道的圍巖穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種用于富水砂礫層巷道的多級層次支護裝置，包括超前承載拱、被動承載拱和滯后承載拱，

所述超前承載拱由多個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組成，所述礦用自鉆式超前短錨桿包括空心錨桿體、環塞、鉆頭、緊固螺母和墊板，所述鉆頭內部設有中空腔，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部連通，鉆頭側壁上開設多個與中空腔連通的溢流孔，空心錨桿體外表面設有螺紋，鉆頭及部分空心錨桿體處于鉆孔內，空心錨桿體的尾端處于鉆孔外，環塞套在處于鉆孔內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，處于鉆孔內的空心錨桿體內部裝有流態防水粘結劑；

所述被動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工字鋼格柵模塊通過螺栓連接組成，工字鋼格柵模塊為網格式結構，其由多個工字鋼縱橫交錯焊接組成；

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