[发明专利]一种巷道超静定防冲四维支护装置及其支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种巷道（硐室）支护加固装置及其支护方法，尤其是一种煤矿井下高应力区巷道超静定防冲四维支护装置及其支护方法。

技术背景

随着煤矿开采深度的增加，覆岩运动和矿山压力都表现出了一些新特征。深部采场、巷道和硐室的围岩呈现应力高、温度高、地下水水压高、扰动强度高、冲击危险高、蠕变明显、变形大等特点，造成巷道和硐室支护困难，返修频繁，维护费用巨大等问题。

目前，高应力区域的巷道和硐室支护主要采用普通锚网索、桁架锚杆、锚注、U形钢套棚等技术。这些采用补强等方法支护技术，比较适合浅部开采围岩变形控制，但对具有应力高、温度高、地下水水压高、扰动强度高、冲击危险高、蠕变明显、变形大等特点的深部围岩的变形控制，不能达到较好效果。

普通锚网索支护：主要提高巷道围岩部分区域径向的抗变形能力，不能对围岩施加沿巷道轴向和切向的作用力，无法较好控制锚杆间、锚索间和锚杆与锚索间围岩的变形；特别是当锚杆间围岩出现大变形而垮落后，会造成锚杆支护失效，引发冒顶等灾害。

专利号为200410041465.8公开的一种煤层巷道三维锚索网支护技术，

（1）有一个方向是一股钢绞线，会使各方向受力不均匀；

（2）锚索尾部钢绞线在锚索孔外沿水平面十字方向分开，张拉后，前、后钢绞线对锚索的力组成平衡力系，对煤岩沿巷道轴向没有挤压作用；

（3）沿巷道顶板中轴线单排间隔设置固定顶板岩层的锚索，只适用于断面较小的巷道；

（4）这种钢绞线连接方式，容易造成偏心拉伸，使得部分钢绞线由于载荷较大而破断；

（5）锚索和锚杆处于同一排，受锚杆外露部分和锁具的影响，无法紧接顶板，钢绞线无法对顶板施加径向力。

（6）由于护孔碗对锚索没有锁紧功能，当有钢绞线断股时就会减弱锚索对顶板变形的控制作用。

专利号为200410041386.7公开的一种控制煤岩顶帮变形的桁架支护技术，

（1）两根锚索联接控制整个帮或顶部煤岩，挤压范围大，作用有限，特别是对帮或顶部中间部分的煤岩几乎起不到作用；

（2）钢绞线绝大部分不能紧贴巷道表面，无法施加挤压力；

（3）对煤岩无沿巷道轴向的作用力；

（4）联接器承受偏载，容易损坏；

（5）锚索部分分力对围岩变形控制有作用，大部分力用于互相平衡，效率不高。

公告号为CN2564755Y公开的一种三维锚索

（1）有一个方向是一股钢绞线，会使各方向受力不均匀；

（2）锚孔以外的绳索一分为四，由双向对拉锁具锁紧在两个锚孔相对应拉紧的绳索钢丝上。张拉后，前后钢丝、左右钢丝对锚索的力分别组成平衡力系，对煤岩沿巷道轴向和切向没有挤压作用；

（3）护孔碗为四瓣翼圆，当折弯钢丝进行联接、张拉和后期变形时，钢丝容易滑入槽口，割裂围岩；另外，由于护孔碗没有锁紧功能，当有钢丝断股时就会减弱绳索对顶板下沉的控制作用；

（4）绳索受护孔碗和锁具的影响，钢丝无法紧贴顶板，无法对顶板施加径向力。

（5）没有与其它绳索相联的钢丝，其固定难度很大；当固定不太好时，同样会减弱绳索对顶板下沉的控制作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种巷道超静定防冲四维支护装置，该装置适用于高应力区、强扰动、有冲击倾向性的大断面工程围岩的变形控制及防护。本发明另外一个目的在于提供所述巷道超静定防冲四维支护装置的支护方法，该方法操作简便可靠，便于施工。

技术方案：本发明的巷道超静定防冲四维支护装置，包括按照一定规律阵列分布的设置在巷顶、巷帮或底板的锚固锚索和设置在巷顶、巷帮或底板的锚杆，锚固锚索在锚索孔处设置有护孔碗锁，所述的锚固锚索裸露在巷道内的锚索拆散为若干组钢绞线，所述的钢绞线向不同方向通过锁具与相邻的锚杆连接或者锚固锚索的钢绞线连接，所述的钢绞线与煤岩体表面之间设置有变形块。

所述的锚固锚索的中心直钢绞线设置有用于无损检测仪的传感器。

所述的锁具包括锁盘、锥形锁卡、锥形弹簧和挡片，锁盘上对称开有锥形孔，锥形孔内放入锥形锁卡，锥形锁卡尾部顶有锥形弹簧，锥形弹簧尾部设置有挡片，锥形孔外侧设置有用于调节锥形锁卡锥度角的销钉。通过调节销钉深入锥形孔的尺寸改变锥形锁卡与钢绞线之间的摩擦阻力，锥形锁卡的锥度角设定后能保证锥形锁卡与钢绞线之间的摩擦阻力恒定，能够动态控制锚固锚索的钢绞线内部张紧力。