[发明专利]一种巷道桁架锚索的大范围支护方法及支护装置

说明书

本发明公开了一种巷道桁架锚索的大范围支护方法及支护装置。巷道桁架锚索的大范围支护方法包括：将一根垂直锚索、多根倾斜锚索分别锚固在巷道顶板的垂直钻孔和多个倾斜钻孔内；通过桁架组合构件将多副可伸缩桁架组合连接，并通过垂直锚索锚固桁架组合构件、多根倾斜锚索分别锚固多副可伸缩桁架后形成对巷道顶板的大范围支护；每副可伸缩桁架在支护过程中，可根据巷道顶板水平运动对其产生的水平作用力的大小，通过控制可伸缩桁架的伸缩来调整其水平挤压应力，使水平挤压应力平衡水平作用力，以便适应或抑制巷道顶板水平挤压错动或松动扩容变形。本发明可以在巷道顶板表面上方形成大范围挤压应力区，实现对巷道顶板的大范围稳定支护。

技术领域

本发明涉及巷道顶板支护技术领域，尤其涉及一种巷道桁架锚索的大范围支护方法及支护装置。

背景技术

近年来，随着采煤工艺不断完善和机械装备水平不断提高，大采高综放开采成为千万吨级矿井实现高产高效的主要采煤方法。采掘空间的扩大化势必造成采掘扰动的剧烈化和矿压活动的严重化。大断面巷道受复杂采掘地质环境与剧烈采掘扰动的影响，会出现巷道顶板严重下沉甚至冒顶、支护体损毁等现象，从而诱发巷道围岩大变形。尤其是当遇到软弱破碎煤岩体时，加之剧烈采动，常规支护方式更是难以控制。如果不能科学有效控制，势必诱发巷道顶板冒顶事故，直接影响巷道长期的安全畅通，制约矿井的安全高效生产建设。

锚杆(索)配合钢带、钢筋梯子梁与组合梁等组合加强支护在煤矿巷道支护领域已经得到了广泛应用。但对于高水平应力、复杂采掘地质环境、剧烈采掘扰动与软弱破碎的巷道，巷道顶板因水平运动易产生水平挤压错动或松动扩容变形，造成围岩大范围破坏，进而诱发冒顶，不利于巷道长期维护。传统的支护方式一定程度上不能有效控制此类巷道变形，主要体现在以下三个方面：①单体锚杆(索)支护方式为“点载荷”支护，支护作用范围小，护顶能力弱，无法传递预应力。②锚梁组合支护方式为“线载荷”支护，当巷道顶板发生大范围变形时，钢带或钢梁容易剪切破坏，发生撕裂、扭曲等现象，进而护顶效果显著降低。同时，锚梁组合支护仅能提供沿巷道纵向或横向的单向预应力，一旦支护结构失效，整体支护强度将严重下降。③桁架支护能在巷道顶板同时形成水平和铅垂方向的挤压应力区，增加了巷道顶板的抗弯能力，增大了巷道顶板裂隙间的摩擦系数，利于巷道顶板成拱。然而，目前的桁架支护结构为平行设置，仅能提供单向的水平挤压应力，在巷道顶板水平运动过程中常会出现桁架松动、锚杆(索)脱落失效等现象，造成桁架不能紧贴巷道顶板，减弱了挤压应力，支护效果骤降且冒顶危险性大大增加。巷道顶板因水平运动引起的水平挤压错动或松动扩容大变形已经严重影响了矿井高产高效。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种巷道桁架锚索的大范围支护方法，可以在巷道顶板表面上方形成大范围挤压应力区，实现对巷道顶板的大范围稳定支护。

本发明的另一目的是提供一种巷道桁架锚索的大范围支护装置。

为了实现本发明的第一目的，提供以下技术方案：

一种巷道桁架锚索的大范围支护方法，包括：从巷道顶板表面垂直向上钻孔，以便在所述巷道顶板内形成垂直钻孔；从巷道顶板表面倾斜向上钻凿多个孔，以便在所述巷道顶板内形成多个倾斜钻孔，所述多个倾斜钻孔位于所述垂直钻孔的周围；将一根垂直锚索锚固在所述巷道顶板的垂直钻孔内；将多根倾斜锚索分别锚固在所述巷道顶板的多个倾斜钻孔内；将桁架组合构件与所述垂直锚索的尾部固定连接，并使所述桁架组合构件紧贴所述巷道顶板表面设置；在所述桁架组合构件的周围多向布置多副可伸缩桁架，其每副可伸缩桁架的一端与所述桁架组合构件连接固定，另一端与所述倾斜锚索的尾部连接，并且每副可伸缩桁架紧贴所述巷道顶板表面；其中，通过所述桁架组合构件将多副可伸缩桁架组合连接，并通过所述垂直锚索、倾斜锚索分别将所述桁架组合构件和可伸缩桁架锚固后，形成对巷道顶板的大范围支护；其中，每副所述可伸缩桁架在支护过程中，可根据巷道顶板水平运动对其产生的水平作用力的大小，通过控制可伸缩桁架的伸缩来调整可伸缩桁架的水平挤压应力，使水平挤压应力平衡所述水平作用力，以便适应或抑制巷道顶板水平挤压错动或松动扩容变形。