[發明專利]破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統及其施工方法

在審

• 申請號: 201811377228.7
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109252882A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 肖同強;李寶富;陳恒光;韓小光;李化敏;尹士花;王文;王子林
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00;E21D20/02;E21D11/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統，其特征在于：包括深度支護結構和周向表面支護結構；

深度支護結構包括若干條三區協同支護組合錨桿，所述的三區為破裂區、塑性區和彈性區，緊鄰巷道的為破裂區，破裂區內側為塑性區，塑性區內側為彈性區；三區協同支護組合錨桿沿巷道的頂板、兩幫和底板的周向均勻布置并貫穿錨固破裂區、塑性區和彈性區；

周向表面支護結構包括鋼梁、金屬網和混凝土硬化層，鋼梁和金屬網配合沿巷道的頂板、兩幫進行支護，混凝土硬化層鋪設在巷道的底板上。

2.如權利要求1所述的破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統，其特征在于：三區協同支護組合錨桿包括螺紋鋼桿體、連接管、中空桿體、托盤和螺母，螺紋鋼桿體的外端通過連接管與中空桿體的內端同軸向連接為一體，中空桿體上開設有若干個注漿孔，螺紋鋼桿體內側一段通過樹脂錨固劑錨固在彈性區內，錨固在彈性區內的螺紋鋼桿體這一段稱為彈性區錨固段，螺紋鋼桿體外側一段與塑性區之間具有環形間隙，在環形間隙內的一段螺紋鋼桿體稱為塑性區自由段，中空桿體位于破裂區內，中空桿體內注入有水泥漿，水泥漿通過中空桿體上的注漿孔注入到破裂區內，水泥漿在破裂區內的這一段稱為破裂區注漿段；托盤穿套在中空桿體外端部并壓在鋼梁和/或金屬網上，螺母螺紋連接在中空桿體外端并與托盤壓緊配合。

3.如權利要求2所述的破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統，其特征在于：所述連接管為內細外粗的變徑管，中空桿體的外徑大于螺紋鋼桿體的外徑，螺紋鋼桿體的外端部和中空桿體內端部分別與連接管的內端口和外端口螺紋連接。

4.如權利要求3所述的破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統的施工方法，其特征在于：包括以下施工步驟：

（1）根據巷道生產條件和地質力學條件、使用用途和服務年限，確定巷道斷面設計參數，包括斷面形態及其尺寸；

（2）基于巷道斷面設計參數，采用理論分析、數值模擬和工程調研方法，研究確定巷道頂板、兩幫及底板的破裂區、塑性區、彈性區的邊界及范圍；

（3）針對巷道頂板、兩幫及底板沿周向向外延伸的三個區域：破裂區、塑性區、彈性區，采用三區協同支護組合錨桿將破裂區、塑性區和彈性區串聯起來并配合金屬網、鋼梁進行主動支護，形成針對三個區域的互相聯系的耦合承載結構；通過對頂板、兩幫及底板采用三區協同支護組合錨桿配合金屬網、鋼梁進行主動支護，形成封閉的互相聯系的耦合承載圈。

5.如權利要求4所述的破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統的施工方法，其特征在于：步驟（3）的具體施工過程為，

第一、依據巷道的生產地質條件以及頂板、兩幫及底板的“破裂區、塑性區、彈性區”三個區域的邊界及范圍，確定頂板、兩幫及底板所采用的三區協同支護組合錨桿的材質、直徑、長度，樹脂錨固劑的規格及用量，以及組合錨桿的位置及其間排距；

第二、按照三區協同支護組合錨桿的位置及其間排距，采用錨桿鉆機打設錨桿孔；

第三、采用連接管將螺紋鋼桿體的后端和中空桿體的前端連接起來，并采用螺紋鋼桿體的前端將樹脂錨固劑送入錨桿孔的孔底，并采用鉆機對樹脂錨固劑進行攪拌，形成彈性區錨固段；

第四、樹脂錨固劑錨固完成后，鋪設金屬網和鋼梁并安裝托盤和螺母，并對螺母按照設計扭矩進行預緊，對圍巖進行主動支護；

第五、采用注漿機具對三區協同支護組合錨桿的中空桿體進行注漿，形成破裂區注漿段；

第六、三區協同支護組合錨桿施工完成后，對巷道的底板澆筑混凝土進行硬化處理。

6.如權利要求5所述的破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統的施工方法，其特征在于：三區協同支護組合錨桿的彈性區錨固段、塑性區自由段和破裂區注漿段的長度應根據巷道圍巖破裂區、塑性區和彈性區的范圍確定。

7.如權利要求5所述的破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統的施工方法，其特征在于頂板、兩幫及底板所采用的三區協同支護組合錨桿的規格，包括彈性區錨固段、塑性區自由段和破裂區注漿段的長度，應根據頂板、兩幫及底板的破裂區、塑性區和彈性區的范圍確定；通過對頂板、兩幫及底板采用三區協同支護組合錨桿配合金屬網、鋼梁進行主動支護，形成由頂板、兩幫及底板組成的封閉的耦合承載圈。