井巷支護裝置和方法
2023-06-14 18:00:11
專利名稱：井巷支護裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種井巷支護的裝置和方法。
依據地質狀況、圍巖硬度、巷道用途、服務年限、施工條件等，現有技術分別採用錨栓支護、架棚支護、噴射混凝支護或拱鏇支護，有時採用雙重支護。錨栓支護不能滿足大部分巷道的複雜地質，服務年限；棚子和砌鏇支護難以緊跟掘進工作面施工；噴射混凝土支護分別以吊掛，支承和固結三種不同的工作原理進行工作，三種原理無法互補，無法兼容。
本發明的目的是提供一種井巷支護裝置和方法。本發明將圍巖視為受彎構件，利用了圍巖特有的抗壓和抗剪能力，對其受拉區抗拉能力的不足部分進行了補強，形成了新的支護裝置和方法，具有良好的經濟性、便捷性和有效性。本發明具有多種組合方式，從而能在更大範圍內適應巷道對支護的不同需求。
本發明的目的是這樣實現的一種井巷支護方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)鑽錨固端孔在井巷圍巖非冒落區傾斜鑽錨端孔；(2)錨固錨固端將錨固端放入錨固端孔，對錨固端進行錨固，錨固端為在圍巖非冒落區傾斜設置的錨栓；(3)安裝拉杆拉杆設置在圍巖外面，拉杆兩端與錨固端固定連接；(4)拉杆與圍巖連接連接方式可為以下幾種方法之一或同時選用幾種；a.用連接件將錨固端和拉杆的兩端有效固定b.水平張拉或下撐式張拉對拉杆施加預應力c.用剪力節將預應力傳給圍巖的有效部位，並將圍巖變形反傳給拉杆，剪力節為在圍巖上設置的錨栓，錨栓下端頭與拉杆固定連接；d.在圍巖外表面澆築或噴射混凝土，利用混凝土做媒介完成應力傳遞。
一種井巷支護裝置，它包括拉杆、錨固端，其特徵在於錨固端為在圍巖非冒落區傾斜設置的錨栓，拉杆設置在圍巖外面，其兩端與錨固端固定連接；拉杆、錨固端與圍巖形成一體，構成整體結構。
它還可包括張拉裝置，由單根或多根拉杆為一組，拉杆間由剪力節或撐棍間隔後，張緊或拉緊，使兩根拉杆靠擾，拉杆被拉緊得到預應力。它還可包括剪力節，若干剪力節分布在拉杆上，剪力節為在圍巖上設置的錨栓，其下端頭用接件與拉杆固定連接。它還可包括混凝土，用混凝土澆築或用噴射混凝土噴射在圍巖外表面形成一層混凝土，將拉杆包裹在混凝土內。它還可包括調長裝置，它安在拉杆與拉杆相接處，拉杆端頭在不同長度重疊並用錨具固定，使拉杆支護裝置的總長度可調。
本發明有以下優點和積極效果。
1.預應力拉杆支護在代替錨栓支護時，鑽孔深度可減少三分之一，材料成本可節約十分之一，構件重量輕，操作省力，易於工廠化生產，工作安全可靠，易維修，當在此基礎上採用工具式吊掛模板，局部灌抹水泥砂漿後可做到支護升級，代替架棚支護。
2.預應力拉杆支護代替架棚時，其成本僅為棚子的十分之一，巷道毛斷面減小，勞動強度減小，成巷速度加快，保養維修方便，對圍巖表面噴水泥漿後可做到支護升級代替噴射混凝土支護。
3.預應力拉杆支護代替噴射混凝土支護時，金屬拉杆，混凝土和巷道圍巖形成類似建築工程的鋼筋混凝土式結構，巷道斷面有可能由拱形改為矩形，減少了毛斷面的開挖量；混凝土用量可減少到原來的五分之一至十分之一；混凝土噴射機可以用砂漿注漿罐代替，幹噴可改為砂漿溼噴，通過以上改進，掘進和支護可以平行作業，提高單孔進度三分之一。
本發明有著廣闊的開發前景，在一千萬米巷道中使用，則每年直接經濟效益在億元以上。它以其獨特的工作原理能將現有支護的施工工藝繼承，利用抗彎原理的同時兼有支承、吊掛、粘結功能，加上配套技術後，即可以實現支護手段的改革，支護方法的更新和支護構件的換代，為採掘工作開創新局面。
圖1是本發明的支護結構平面示意圖。
圖2是圖1的剖面示意圖。
圖3是本發明的巷道斷面示意圖。
圖4-6是本發明的錨固端、剪力節節點示意圖。
圖7-8是本發明的一種調長裝置的示意圖。
圖9-11是本發明的預應力拉杆以剪力節形成正、水平、反拱的示意圖。
圖12-15是本發明的圍巖表面不平整狀態下墊平的施工方法示意圖。
圖16-17是本發明的錨固端的設置和構造示意圖。
圖18-21是本發明在拱形斷面的巷道中實施的示意圖。
圖22-27是本發明的各種錨固端結構示意圖。
圖28-30是本發明的各種拉杆結構示意圖。
圖31-33是本發明的各種連接件結構示意圖。
圖34-35是本發明的各種剪力節結構示意圖。
圖34-39是本發明的各種張拉裝置結構示意圖。
圖40-42是本發明的各種調長裝置結構示意圖。
圖43-45是本發明的各種混凝土結構示意圖。
下面結合附圖及實施例詳細說明本發明。
一.預應力拉杆支護的基本結構模型。
該模型如圖1-3所示，其力學原理是將巷道圍巖作為抗彎構件，利用預應力和工作應力補強其受拉區抗拉強度的不足。該模型中直接工作的構件是拉杆，能使該支護有效實施的關鍵在於拉杆是否能夠和圍巖共同工作。共同工作的標誌有二其一，是對拉杆施加預拉應力，該力作為壓應力傳遞給圍巖；其二，是當圍巖發生彎曲變形產生撓度時，該變形傳遞給拉杆，在拉杆中產生拉力，該拉力將其反力再傳遞給圍巖的受拉區，使其轉化為壓應力。
為實現拉杆與圍巖共同工作，本模型中採用了以下技術手段1.通過錨固端和連接件將拉杆的兩端做有效固定。
2.通過水平張拉或下撐式張拉對拉杆施加預拉應力。
3.通過剪力節將預應力傳給圍巖的有效部位，並將圍巖變形反傳給拉杆。
4.利用混凝土做媒介完成其應力傳遞。
基本模型是由八個部分組成的一個完整的工作體系，即錨固端1，拉杆2連接件3，剪力節4，張拉裝置5，調長裝置6，混凝土7，圍巖8。
二.系統組成的各部分構件選用表及其組合方法基本模型是一種泛指的結構體系，當利用表(1)和其所附的組合方式代碼表達，將具體的構件插入後，即可形成一種實用的裝置。
在基礎模型中包括圍巖在內的八個部分都有若干不同的選擇，因此用此方法可設計和製作多種預應拉杆支護的系列裝置。
結構模型和構件組成實用裝置的組合方式代碼表達
裝置系統組成的構件選用表表1<
利用構件表組合設計拉杆支護裝置，該支護為系列支護。
三.預應力拉杆支護的配套技術1.在雙肢圓鋼拉杆中，錨固端錨栓與拉杆連接，剪力節錨栓與拉杆的連接，用鑄鐵斜墊實現(見圖4-6)，該鑄鐵斜墊有互換性，利於工廠化批量生產。
2.箍式專用錨具見(附圖7-8)，楔式專用錨具，除通用錨具可做拉杆的長度調節裝置外，以上專用錨具更有適用性。
3.降低錨固成本的途徑規範脹圈錨栓，形成工廠化生產，採用金屬衝壓、樹脂或其它硬質塑料生產脹圈錨栓的圈瓣；加大錨杆直徑；錨杆尾部螺杆採用滾齒工藝加工。
4.水平預應力拉杆中以剪力節形成反拱(見附圖9-11)該技術可通過剪力節促使拉杆和圍巖共同工作。
5.圍巖表面不平整狀態下的施工方法(見附圖12-15)，方法分別為墊塊調平、套管調平、下撐式調平、混凝土調平。
6.錨固端的位置的構造(見圖16-17)，圖16為支承兼吊掛式錨固端，圖17全支承無吊掛式錨固端，圖中虛線圓弧表示冒落拱。
7.採用角鋼，槽鋼等型鋼做預應力拉杆時，可以同時實現永久支護和臨時支護。
8.在有側壓力和底壓力的巷道中採用矩形斷面時，對轉角處的連接件給予專門設計，然後將巷道壁和巷道底用支護頂板的方法給予支護。
9.在拱形斷面的巷道中實施預應力拉杆支擴時，可以通過複雜地質帶或破碎帶，實施辦法見圖18-21圖19是圖18的甲-甲剖面圖，圖20是圖18的A放大圖，圖21是圖19的拉杆大樣圖；在掘進過程中每延伸一定距離(1-2米)，做一組由錨栓和型鋼或錨栓和混凝土組成的拱圈，當用於豎井延伸時，該拱圈可做成壁座式，在拱圈上裝設連接件，沿巷道(井筒)方向安裝預應力拉杆，即可形成支護結構，混凝土可以澆灌、注灌，噴射或工具式模板澆抹，採用型鋼做拱圈時可實現掘進和支護的連續作業，採用掘進和支護分段作業時很容易和可拆裝的工具式臨時支護配套，當用於大斷面導坑開挖時，該拱圈在任何一個導坑的巷道一側都可單獨形成穩定結構。實施例一巷道條件巷寬2.7M；圍巖普氏硬度係數f＝4-6；服務年限20年；原支護為樹脂錨栓，每米巷長3架，杆長1.7M。支護設計依據表(1)選擇每米巷長一組支護；2個脹圈端固錨栓，杆長500mm，雙肢Φ12mm圓鋼筋拉條；2個剪力節，杆長250mm；工具式張拉。設計表達
2Mg500-2Lop2500-2Dx-2Qx2500-3Yz實施例二巷道條件巷寬3.0M，巷高2.0M；沿煤層頂板掘進，無側壓；採區運輸巷道；頂板巖石普氏硬度係數f＝4～6；使用年限10年以下。原支護為臨時和永久雙重支護臨時支護為樹脂錨栓，每米巷長3架，杆長1.6M；永久支護為鋼梁木腿組合棚。由於頂板上0.4M高處有一煤線，形成偽頂，所以選用密集板剎頂。支護設計取巷長0.8M一組拉杆支護。
根據表1選擇2個樹脂端固錨栓，杆長0.5M；雙肢Φ12mm圓鋼水平拉杆；4個剪力節，杆長250mm；連接墊與剪力節墊均採用45°斜墊；工具式張拉；不選用拉杆的調長裝置和混凝土。設計表達2Ms500-2LOp2800-2Dx-4Qx250-5Yz實施例三巷道條件原設計為拱形巷道；巷淨寬4.33M，毛寬4.5M，全高4.5M；樹脂錨栓，噴射混凝土支護；巖石普氏硬度係數為f＝4～6；石門軌道巷；使用年限60年。支護設計1.採用組合式拉杆支護後將巷道改為寬×高＝4.33M×2.8M的矩形斷面；2.採用中心導坑掘進，導坑寬2.5M，先架設水平拉杆，擴幫後增設下撐式拉杆；3.混凝土厚度為能噴沒金屬構件即可，因此以小型砂漿的注漿罐代替混凝土噴射機。
根據表1選擇4個組合式錨栓，杆長0.75M；2個Φ12mm長度2.3M圓鋼水平拉杆；2個Φ14mm長度4.1M圓鋼下撐拉杆；8個斜墊式連接件；4個斜墊式剪力節，錨杆長度0.5M；2個特定設計剪力節，錨杆長度0.5M；
5個工具式彎釣拉緊件；2個下撐式拉緊裝置；1個單楔箍式錨具；注漿混凝土，厚度0.01M。設計表達4Mz750-2LpΦ12 2300-8Dx-4Qx500-5Yz-1Td-Hz102LcΦ14 4100 2Qs500 2Yx
權利要求
1.一種井巷支護方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)鑽錨固端孔在井巷圍巖非冒落區傾斜鑽錨固端孔；(2)錨固錨固端將錨固端放入錨固端孔，對錨端進行錨固，錨固端為在圍巖非冒落區傾斜設置的錨栓；(3)安裝拉杆拉杆設置在圍巖外面，拉杆兩端與錨固端固定連接；(4)拉杆與圍巖連接連接方式可為以下幾種方法之一或同時選用幾種；a.用連接件將錨固端和拉杆的兩端有效固定；b.水平張拉或下撐式張拉對拉杆施加預應力；c.用剪力節將預應力傳給圍巖的有效部位，並將圍巖變形反傳給拉杆，剪力節為在圍巖上設置的錨栓，錨栓下端頭與拉杆固定連接；d.在圍巖外表面澆築或噴射混凝土，利用混凝土做媒介完成應力傳遞。
2.一種井巷支護裝置，它包括拉杆、錨固端，其特徵在於錨固端為在圍巖非冒落區傾斜設置的錨栓，拉杆設置在圍巖外面，其兩端與錨固端固定連接；拉杆、錨固端與圍巖形成一體，構成整體結構。
3.根據權利要求2所述的支護裝置，其特徵在於它還包括張拉裝置，由單根或多根拉杆為一組，拉杆間由剪力節或撐棍間隔後，張緊或拉緊，使兩根拉杆靠攏，拉杆被拉緊得到預應力。
4.根據權利要求2所述的支護裝置，其特徵在於它還包括剪力節，若干剪力節分布在拉杆上，剪力節為在圍巖上設置的錨栓，錨栓下端頭用連接件與拉杆固定連接。
5.根據權利要求2所述的支護裝置，其特徵在於它還包括混凝土，用混凝土澆築或用噴射混凝土噴射在圍巖外表面形成一層混凝土，將拉杆包裹在混凝土內。
6.根據權利要求2所述的支護裝置，其特徵在於它還包括調長裝置，它安在拉杆與拉杆相接處，拉杆端頭在不同長度重疊並用錨具固定，使拉杆支護裝置的總長度可調。
全文摘要
本發明公開了一種井巷支護裝置和方法,它包括:拉杆、錨固端,錨固端為在圍巖非冒落區傾斜設置的錨杆,拉杆設置在圍巖外面,其兩端與錨固端固定連接;拉杆、錨固端與圍巖形成一體,構成整體構件。它還可包括張拉裝置,抗剪節,混凝土,調長裝置;它用拉杆承受拉應力,與圍巖共同形成一個結構。它具有良好的經濟性、便捷性和有效性,並且組合方式多,對各種類型巷道的適應性強。
文檔編號E21D21/00GK1191929SQ9710078
公開日1998年9月2日 申請日期1997年2月27日 優先權日1997年2月27日
發明者陳居禮 申請人:陳居禮