[发明专利]一种高地压巷道异型断面多向耦合控制结构及支护方法

说明书

本发明公开了一种高地压巷道异型断面多向耦合控制结构，包括上部正梯形结构和下部矩形结构，上部侧壁的上帮部和下部侧壁的下帮部上设置有支护结构，上部的顶板上设置有垂直于顶板的支护结构，支护结构包括平行设置的施加有高预紧力的锚索一和锚索二，锚索一和锚索二沿着巷道长度方向间隔分层设置；顶板的两端沿着巷道的长度方向倾斜设置有锚索三；上帮部和/或下帮部的软弱岩层设置有卸压孔，卸压孔的内部及其附近围岩填充有注浆加固浆料。本发明还公开了一种高地压巷道异型断面多向耦合控制结构的支护方法。本发明采用上述控制结构及支护方法，能够解决现有的高地压巷道围岩整体性、抗变形能力和稳定性较差的问题。

技术领域

本发明涉及矿山支护工程技术领域，尤其是涉及种高地压巷道异型断面多向耦合控制结构及支护方法。

背景技术

随着煤炭开采深度及巷道断面的不断加大，高地压巷道日益增多，如何保障高地压巷道围岩稳定性尤为重要。当前，煤矿巷道常用的巷道断面为拱形断面和矩形断面。现有的拱形巷道在对拱部进行支护时，一般采用锚杆锚索垂直于拱部的表面打设，锚杆锚索在围岩深度方向上呈“放射状”，即浅部间距较小而深部间距较大，“放射状”的锚杆锚索往往难以形成有效的预应力叠加区和工作阻力叠加区，致使锚固岩层整体性及抗变形能力较差；现有的矩形巷道虽然可以实施平行布置的锚杆锚索，但是存在巷道宽度较大，顶板需控顶宽度大，同时为满足设备运输及管路安装需要，巷道高度往往也较大，较大的宽度、高度给巷道围岩稳定控制带来了极高的难度，同时，现有支护结构与围岩也存在不耦合的问题，因此，亟需优化高地压巷道断面形态、改善围岩控制结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种高地压巷道异型断面多向耦合控制结构，解决现有的拱形断面巷道、矩形巷道断面存在的顶板控顶宽度大、上部空间利用率低、支护结构呈放射形态而难以形成高支护阻力的承载结构、现有支护结构与围岩不耦合等断面形态方面及支护结构方面存在的不足的问题。本发明的另一个目的是提供一种高低压巷道异型端面多向耦合控制结构的支护方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种高地压巷道异型断面多向耦合控制结构包括上部梯形结构和下部矩形结构，所述上部侧壁的上帮部和下部侧壁的下帮部上设置有支护结构，上部的顶板上设置有垂直于顶板的支护结构，所述支护结构包括平行设置的施加有高预紧力的锚索一和锚索二，锚索一和锚索二沿着巷道长度方向间隔分层设置；所述顶板的两端沿着巷道的长度方向倾斜设置有锚索三；所述上帮部和/或下帮部的软弱岩层设置有卸压孔，卸压孔的内部及其附近围岩填充有注浆加固浆料。

优选的，所述巷道异型断面结构的下部为矩形结构，上部断面为底部较宽、顶部较窄的正梯形结构；所述巷道异型断面结构呈“上部小、下部大”的形态，上部断面的顶板宽度小于下部断面底板宽度。

优选的，所述锚索一与锚索二的长度不相等，分别为短锚索和长锚索，相邻层的锚索一和锚索二之间交错设置，通过长、短锚索联合支护形成浅部和深部变形相协调的耦合承载结构。

优选的，所述锚索一和锚索二的直径不小于21mm，抗拉强度不低于1860MPa，预紧力不小于300kN。

优选的，所述同一层的锚索一、锚索二通过钢筋托梁或钢带连接；所述锚索一与锚索二所采用的间排距能够使得相邻锚索之间形成基于平行设置的相互叠加的高预应力锚固承载结构。

优选的，所述锚索一和锚索二的直径不小于21mm，抗拉强度不低于1860MPa，预紧力不小于300kN。

优选的，所述锚索三的直径不小于28mm，抗拉强度不低于1860MPa，锚索三与顶板垂直线的夹角为15-30°；所述锚索三配套使用与其角度相适应的异型托盘或者调心球垫，并在沿着巷道走向方向采用钢梁连接。

优选的，所述锚索一、锚索二、锚索三均采用高强度、大延伸率的锚索，并配备适应围岩较大变形、避免锚索出现破断失效的让压装置。