[發明專利]一種拱形巷道主動與被動支護耦合整體協調承載結構及方法

有效

• 申請號: 202110583719.2
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113374497B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 馬其華;遲利輝;馬尉翔;牛世偉;白光超
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/14;E21D11/18;E21D21/00;E21D17/00;E21D17/01;F16F15/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 孫倩文;段毅凡

本發明涉及一種拱形巷道主動與被動支護耦合整體協調承載結構及方法，屬于煤礦安全支護領域，包括平行分布的多架礦工鋼棚，每架礦工鋼棚包括頂梁和柱腿，頂梁上均勻設置有五個孔眼，中央的三個孔眼為錨索孔，其余兩個孔眼為錨桿孔，每個柱腿中部腹板上開設有一錨桿孔；頂梁與柱腿之間設置有防沖擊連接構件；巷道底板上靠近兩幫鋪設有兩排平行的棚間槽鋼A，每架礦工鋼棚的柱腿底部插入該棚間槽鋼A內；相鄰兩架礦工鋼棚之間通過縱向連接裝置連接為一個整體。本發明能夠緩沖讓壓，實現主、被動支護結構間的緊密、強力聯系，協調受力與變形，大大提高了支護結構的整體性，在回采巷道中提高巷道的支護質量，同時在一定程度上可防止底鼓。

技術領域

本發明涉及一種拱形巷道主動與被動支護耦合整體協調承載結構及方法，屬于煤礦安全支護技術領域。

背景技術

隨著煤炭開采進入深部之后，在工作面超前支承壓力與原始應力共同作用下，回采巷道內易發生沖擊地壓等動力災害事故。在沖擊地壓發生的瞬間，會以波的形式釋放大量的彈性沖擊能，既有拉伸沖擊能，也有壓縮沖擊能。這些沖擊能會使回采巷道圍巖不斷拉伸和壓縮，如不及時支護，圍巖將出現破碎、離層乃至失穩，甚至會拉斷錨桿錨索等支護系統，造成煤巖體振動和破壞、支架與設備損壞、嚴重的人員傷亡和部分巷道坍塌，如何保證深部回采巷道圍巖支護的穩定，成為亟待解決的重大難題。

回采巷道支護方式有錨桿支護、錨噴支護、錨網噴支護、錨索支護等。以上支護方式存在支護不穩定、承載能力小、拆卸不便以及回收率低等問題。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種拱形巷道主動與被動支護耦合整體協調承載結構及方法，能夠緩沖讓壓，實現主、被動支護結構間的緊密、強力聯系，協調受力與變形，大大提高了支護結構的整體性，在回采巷道中提高巷道的支護質量，同時在一定程度上可防止底鼓。

本發明采用以下技術方案：

一種拱形巷道主動與被動支護耦合整體協調承載結構，包括平行分布的多架礦工鋼棚，每架礦工鋼棚包括半圓形的頂梁和位于頂梁底部的柱腿，所述頂梁和柱腿均采用礦工鋼，所述頂梁上均勻設置有五個孔眼，中央的三個孔眼為錨索孔，用于與錨索配合將礦工鋼棚與巷道連接，其余兩個孔眼為錨桿孔，用于與錨桿配合將礦工鋼棚與巷道連接；每個柱腿中部腹板上開設有一錨桿孔，用于與錨桿配合將柱腿與巷道連接，本發明中，錨桿上還配合有預緊螺母、托盤和墊板，預緊螺母、托盤和墊板安裝在錨桿端頭上，錨桿和錨索的安裝方式均可參考現有技術；

所述頂梁與柱腿之間設置有防沖擊連接構件，實現緩沖讓壓；

巷道底板上靠近兩幫鋪設有兩排平行的棚間槽鋼A，每架礦工鋼棚的柱腿底部插入該棚間槽鋼A內，棚間槽鋼A的設置可在一定程度上防止巷道底鼓和兩幫圍巖位移的增大，同時提高了多架礦工鋼棚之間的整體性；

相鄰兩架礦工鋼棚之間通過縱向連接裝置連接為一個整體。

本發明的單架礦工鋼棚包括3根錨索和4根錨桿，錨索是需要施加預應力的，因此它是主動受力；錨桿則一般不施加預應力(有時也會施加很小的預應力)，因此它是被動受力，只有當被錨固巖土體發生一定變形時錨桿才發揮錨固力。此外，錨索長度一般在20-50米，錨桿則不到20米，錨索成本更高，勞動強度大，本發明的錨索、錨桿布置方式既可保證受力合理，又節約了成本。

本發明采用了縱向連接裝置和棚間槽鋼A將多架礦工鋼棚連接起來，不僅大大提高了支架被動支護結構的整體性和穩定性，還大大提高了支架對巷道底板的支撐作用(底板兩側棚間槽鋼A大大增加了柱腿與巷道底板的接觸面積，礦工鋼棚對底板的反作用力通過兩側棚間槽鋼A強有力地作用于巷道底板(與巷道頂板的作用力大小相等)，從而能起到一定的減跨作用和防控底鼓作用。

優選的，所述縱向連接裝置包括幾字型鋼和棚間槽鋼B，所述幾字型鋼的幾字型開口朝上形成限位凹槽，所述頂梁正中央嵌入該限位凹槽內，所述限位凹槽中央開設有一圓形孔，與頂梁正中央的錨索孔配合使用；