[发明专利]一种基于高恒阻机械式单体支架耦合支护结构及施工方法

说明书

本发明公开了一种基于高恒阻机械式单体支架耦合支护结构及施工方法，其结构包括高恒阻机械式单体支架、架间拉杆、锚杆、锚索和混凝土喷层。施工工艺为：首先根据巷道设计要求开挖巷道，在巷道断面均匀喷射50‑100mm厚混凝土喷层，采用锚杆索支护方法对巷道围岩加固；然后安装高恒阻机械式单体支架及架间拉杆；最后复喷30‑50mm厚混凝土喷层，构成基于高恒阻机械式单体支架的耦合支护结构。该支护结构具有自承载能力强、整体性好、与围岩协调变形的自适应、效果优等特点，对应的施工方法简单、效率高，对于软岩巷道围岩控制具有显著效果和推广应用价值。

技术领域

本发明涉及软岩巷道支护技术领域，特别涉及一种用于地下采矿或岩石工程的大变形软岩巷道支护的基于高恒阻机械式单体支架耦合支护结构及施工方法。

背景技术

随着我国浅部煤炭资源日益枯竭，煤炭开采每年以10-12m速度逐步向深部延伸，深部巷道多表现为软岩巷道的特征，软岩巷道的支护问题成为困扰煤炭企业安全高效生产的一大难题。

目前，针对软岩巷道，主要采用的支护技术有锚喷支护技术、锚网喷支护技术、预应力锚索支护技术、型钢架棚支护技术、卸压支护技术、钢筋混凝土支护技术、料石砌碹支护技术等。在这些支护技术中，锚杆等主动支护只能作用在围岩破裂区和塑性区，难以起到悬吊承载的作用；型钢架棚等被动支护成本较高，投入-产出比不合理，稳定性差，施工速度慢。柔性支护结构支护强度小，不能有效控制巷道持续变形；刚性支护结构支护范围小，难以形成整体刚性支护。

软岩巷道支护技术研究结果表明，煤矿井下对软岩巷道控制和治理的过程中，急需一种对软岩巷道提供高强度的支护阻力，施工方便，支护范围大，能有效控制软岩巷道围岩变形与破坏，且整体性较好的支护结构。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于高恒阻机械式单体支架耦合支护结构及施工方法，同时提供软岩巷道主动支护和被动支护，能够使软岩巷道充分释放围岩变形能，并提供足够的支撑力控制巷道围岩变形。

技术方案：一种基于高恒阻机械式单体支架耦合支护结构，包括若干高恒阻机械式单体支架以及架间拉杆；所述高恒阻机械式单体支架包括上下对称布置的两根圆弧形柱筒，以及左右对称布置的两根圆弧形柱杆；所述柱筒端部内侧为倒置圆锥面，所述柱杆的两端分别套接轴承珠架并连同所述轴承珠架伸入所述柱筒端部，所述柱筒和柱杆形成首尾相连的环形框架结构；所述若干高恒阻机械式单体支架同轴平行设置，相邻两个单体支架通过沿圆周对称的四个架间拉杆连接固定。

进一步的，所述架间拉杆包括通过连杆以及位于所述连杆两端的柱筒夹紧套环，所述柱筒夹紧套环通过螺栓螺母夹紧在所述柱筒外侧，并位于所述柱杆和柱筒连接处。

一种基于高恒阻机械式单体支架耦合支护结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤1：在巷道断面喷射50-100mm厚混凝土喷层；

步骤2：向巷道围岩内部呈辐射状均匀打入锚杆和锚索；所述锚杆为高强预应力锚杆，直径为20-25mm，长度为2000-2800mm，间排距为800×800mm，预应力为60-80kN；所述锚索为高强预应力锚索，直径为18-22mm，长度为6000-9000mm，间排距为1000×1600mm，预应力大于160kN；

步骤3：安装高恒阻机械式单体支架，具体的安装步骤为：两侧柱杆的两端各套接一个轴承珠架，轴承珠架距离柱杆端头50-100mm，两柱筒放在巷道底板，将柱杆连同轴承珠架插入上部柱筒，然后将已连接的柱杆和柱筒沿巷道轴向旋转，并将下部柱筒与两侧柱杆连接。若干高恒阻机械式单体支架同轴平行设置，相邻两个单体支架的间距为0.8-1.6m，并通过沿圆周对称的四个架间拉杆连接固定；安装架间拉杆时，架间拉杆两侧柱筒夹紧套环处于张开状态，两叶套住相邻两柱筒，将夹紧螺栓插入螺栓孔内，并用夹紧螺母夹紧，将柱筒夹紧套环闭合并锁死；