[發明專利]一種窄煤柱錨索墻式加固裝置和方法

有效

• 申請號: 201910852181.3
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110617080B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 朱德福;王仲倫;孫澤東;霍昱名;宋選民;劉國方;曹健潔;蔚瑞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/10;E21D20/02;E21D21/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明公開了一種窄煤柱錨索墻式加固裝置和方法，該裝置包括錨索支護系統、錨索防剪切系統和巷幫表面襯砌系統；所述錨索支護系統包括錨索、錨索托盤、錨索鎖具；所述錨索防剪切系統包括錨索套管、注漿混凝土。所述巷幫表面襯砌系統包括鋼纖維混凝土墻、配套鐵板盒模具。所述錨索防剪切系統由錨索套管、注漿混凝土組成；所述巷幫表面襯砌系統由鋼纖維混凝土墻、配套鐵板盒模具組成；所述配套鐵板盒模具由厚度0.5cm的鋼板焊接而成。本發明設計合理、支護強度高、支護重點突出、操作流程簡單，既能有效抵抗煤柱內部的剪切應力，又能對窄煤柱煤體進行注漿改性，兼具約束窄煤柱表位位移，增大窄煤柱的穩定性。

技術領域

本發明涉及巷道煤柱支護技術領域，尤其涉及一種窄煤柱錨索墻式加固裝置和方法。

背景技術

在井工煤礦開采中，為保證工作面運輸、通風等要求必須在兩個相鄰工作面之間留設一定寬度的區段煤柱。為有效節約煤炭資源，在保證安全高效回采的前提下必須減小區段煤柱的尺寸。尤其是在沿空掘巷或沿空留巷作業留設窄煤柱是極為重要的“支護體”。窄煤柱寬度在4~8m，在鄰近回采工作面的超前支承壓力與上覆巖層自重耦合影響下，主應力變傾斜，煤柱以剪切破壞失穩為主，造成巷道圍巖極易失穩，嚴重影響礦井安全回采。現有的窄煤柱支護方法，拘泥于單一錨索或錨桿支護或盲目對煤柱進行注漿改性以增加煤體強度，對窄煤柱內部應力分布不明，對巷道表面控制不足，巷幫片幫嚴重。上述現象嚴重影響力了窄煤柱巷道的穩定性，威脅了礦井的安全生產。

基于上述窄煤柱支護存在的不足，提出一種窄煤柱錨索墻式加固方法。通過使用錨索管套內注混凝土的方法，提高了錨索的抗剪強度；通過鉆打傾斜錨索鉆孔，使得錨索具有抵抗傾斜主應力的能力；通過使用內注鋼纖維混凝土的鐵板盒模具，能夠有效對巷道表面位移進行控制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種設計合理、操作簡單、模塊化操作、支護強度大、支護效果穩定，可以最大限度的控制窄煤柱內部塑性區發育與表面巷幫片幫的方法。

為實現上述目的，本發明提供一種窄煤柱錨索墻式加固裝置，包括錨索支護系統、錨索防剪切系統和巷幫表面襯砌系統；其中，所述錨索支護系統包括錨索、錨索托盤、錨索鎖具；所述錨索防剪切系統包括錨索套管、注漿混凝土；所述巷幫表面襯砌系統包括鋼纖維混凝土墻、配套鐵板盒模具；

其中，通過巷幫表面襯砌系統的配套鐵板盒模具，在巷道內窄煤柱表面進行鋼纖維混凝土墻澆筑，澆筑完畢后在窄煤柱表面形成保護墻，防止片幫；鋼纖維混凝土墻內部預留錨索支護系統的插入孔，以使錨索支護系統的錨索通過插入孔最終插入窄煤柱內；錨索伸出鋼纖維混凝土墻外的一端設置錨索托盤和錨索鎖具，以對錨索進行保護；

錨索管套包覆所述錨索，用于加強錨索抗剪切能力，錨索管套與錨索之間灌注注漿混凝土，使得錨索套管、錨索以及煤柱內部形成一體，形成防錨索剪斷，表面注漿孔通過壓力注漿后使得煤柱內部形成彈性核，同時與錨索連接更為緊密。

其中，錨索套管由表面均勻設置多個注漿孔的Φ40無縫鋼管加工而成，套管長度為錨索長度與設置于窄煤柱內部的與錨索固定的錨索錨固段長度之差，管內裝有帶有錨索穿口于注漿口的防跑漿阻燃橡膠環。

其中，配套鐵板盒模具由厚度0.5cm的鋼板焊接而成，其中鐵板盒與覆巖接觸面以及鐵板盒與窄煤柱幫接觸面不焊鋼板，在外幫面上部加工注漿口，模具高度為巷道的高度，模具長為20cm，寬為100cm。

為實現上述目的，本發明提供一種窄煤柱錨索墻式加固方法，使用如前述技術方案所述的窄煤柱錨索墻式加固裝置進行窄煤柱加固，包括：

在窄煤柱內部埋設應力計，實測煤柱內部主應力大小與方向；

根據試驗室巖石力學試驗測定的覆巖力學參數建立FLAC^3D數值計算模型，計算相鄰工作面以及本工作面回采時，煤柱內部最大主應力與方向；結合煤柱應力實測值，取得煤柱內部應力的大小與方向；