[发明专利]一种用于穿采空区的巷道空间框架结构及其支护方法

权利要求书

1.一种用于穿采空区的巷道空间框架结构，其特征在于：所述穿采空区的巷道空间框架结构包括采空区顶板锚网喷支护系统、H型钢筋混凝土框架、护顶结构、护帮结构、增强框架结构稳定性的支护构件；

所述顶板锚网喷支护系统包括锚杆、预应力锚索、钢筋网及采空区顶板表面喷浆，该支护系统作用于2～3倍巷道宽度范围的采空区顶板形成预应力承载结构；

所述H型钢筋混凝土框架由钢筋砼柱与钢筋混凝土纵梁整体浇筑而成，所述钢筋砼柱为所述预应力承载结构提供支撑力，减小采空区顶板跨度、降低顶板所受弯矩；所述钢筋砼柱自巷道底板起浇筑至采空区顶板，间距为设计巷道宽度，排距为钢筋混凝土纵梁长度；所述钢筋混凝土纵梁上表面与巷道设计顶板高度齐平，且钢筋砼柱与钢筋混凝土纵梁间的纵筋相互连接；

所述护顶结构由工字钢、水泥背板、钢筋网、水泥背板上部喷浆、巷道顶部喷浆、缓冲材料组成；所述护帮结构由H型钢筋混凝土框架下部区域砌筑的砖墙组成；所述护顶结构及护帮结构构建了封闭的巷道空间，使巷道断面尺寸达到设计值，能够减缓顶板冒落浮矸对巷道的冲击；

所述工字钢长度L为巷道宽度l与两侧纵梁宽度l₁之和，工字钢与钢筋砼柱位置重叠处与钢筋砼柱整体浇筑，其余位置的工字钢放置于钢筋混凝土纵梁之上，工字钢端部使用固定砌砖进行固定；

所述增强框架结构稳定性的支护构件包括：采空区顶板与巷道框架结构的连接装置、H型框架间的钢筋混凝土横梁、钢筋混凝土横梁和钢筋砼柱交接处设置的斜拉锚索、及采空区顶板与钢筋砼柱间设置的混凝土充填袋；所述斜拉锚索锚固于巷道外侧采空区底板。

2.根据权利要求1所述的一种用于穿采空区的巷道空间框架结构，其特征在于在巷道轴向方向上每隔4～8根钢筋砼柱增设钢筋混凝土横梁，横梁下表面与钢筋混凝土纵梁的上表面位于同一水平，横梁和钢筋砼柱交接处设置斜拉锚索锚固于巷道外侧采空区底板，以增强H型钢筋混凝土框架的稳定，从而对采空区锚杆索预应力承载结构起到较好的支撑效果。

3.根据权利要求2所述的一种用于穿采空区的巷道空间框架结构，其特征在于所述采空区顶板与巷道框架结构的连接装置为在钢筋砼柱四角纵筋相对应位置增设有四根固定锚杆，锚杆外露长度为0.5～2m，将钢筋砼柱四角纵筋与增设的锚杆绑扎连接，增强钢筋砼柱的稳定性。

4.如权利要求3所述的一种用于穿采空区的巷道空间框架结构，其特征在于所述水泥背板进行加筋处理，背板大小与工字钢间距相匹配。

5.如权利要求1-4之一所述的一种用于穿采空区的巷道空间框架结构的支护方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)顶板锚网喷支护系统支护

在2～3倍巷道宽度的采空区顶板范围内施工锚杆、预应力锚索钻孔，安装锚杆、预应力锚索后在采空区顶板表面铺钢筋网并喷射混凝土，以期保持顶板的完整性以及在较大范围内形成较稳定的预应力承载结构；

(2)浇筑H型钢筋混凝土框架与横梁

浇筑钢筋砼柱与纵梁前，在采空区顶板与钢筋砼柱四角纵筋相对应位置增设四根固定锚杆，将钢筋砼柱纵筋与固定锚杆、横梁纵筋、纵梁纵筋分别绑扎连接并在钢筋混凝土横梁与钢筋砼柱交接位置预留预应力锚索孔后进行钢筋砼柱、纵梁与横梁的浇筑，横梁下表面与钢筋混凝土纵梁的上表面位于同一水平，在工字钢设计位置与所述钢筋砼柱重叠处将工字钢与钢筋砼柱整体浇筑；钢筋砼柱浇筑至距顶板100mm时停止施工，待钢筋砼柱凝固稳定后在钢筋砼柱与顶板间放入定制尺寸的充填袋带压充填混凝土以使钢筋砼柱完全接顶，并对顶板施加支撑力，维持顶板预应力承载结构的完整；

(3)砌筑砖墙

在H型钢筋混凝土框架下部区域内砌筑砖墙；

(4)安装斜拉锚索

H型钢筋混凝土框架及横梁完全凝固稳定后，将锚固于巷道外侧采空区上的斜拉锚索穿过钢筋砼柱中预留的锚索孔，在钢筋砼柱另一侧使用锚索锁具及托盘将锚索连接固定，使用张拉器具对斜拉锚索施加一定的预紧力；并将所述斜拉锚索锚固于巷道外侧采空区底板上；

(5)架设工字钢

未与钢筋砼柱位置重叠的工字钢两端分别位于巷道两侧的钢筋混凝土纵梁上，按设计间距将工字钢平行放置；在钢筋混凝土纵梁上工字钢间距范围内砌砖将工字钢端部固定；

(6)铺设钢筋网、水泥背板后喷浆

在工字钢上依次铺设钢筋网、水泥背板后，在水泥背板上与巷道内人工顶板分别喷浆，以隔绝巷道与采空区，巷道内喷射混凝土厚度与工字钢下表面齐平；

(7)充填缓冲材料

待水泥背板上层喷浆凝固后，在H型钢筋混凝土框架上部区域砌筑宽度与钢筋砼柱宽度一致，高度大于工字钢、钢筋网、水泥背板、喷浆及缓冲材料高度之和的砖墙，之后在巷道顶板间距范围内充填缓冲材料。