[发明专利]一种基于外侧钢拱架和内侧混凝土板的装配式支护结构及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于地下工程支护领域，具体涉及一种基于外侧钢拱架和内侧混凝土板的装配式支护结构及其施工方法。

背景技术

随着煤矿开采深度进一步增大，深井巷道支护越来越困难，已成为影响煤矿安全高效生产的的重要问题。锚网喷、锚注、全断面锚索、U型钢支架及混凝土碹体等传统支护方式已不能完全满足支护稳定要求，基于钢管混凝土支架的复合支护承载力有较大提高，但在动压巷道支护仍存在支护破坏。研究支护性能更优更经济的支护体仍然是重要课题。

钢筋混凝土质优价廉，常用于井下泵房、水仓等重要硐室支护，但现浇钢筋混凝土碹体往往在凝固过程中便受力开裂，混凝土后期强度上升没有保障，导致碹体承载力不足，改为预制混凝土弧板后可解决该问题。将预制弧板与U型钢、钢管混凝土及工字钢等钢拱架组合，以锚网喷+钢拱架作为一次支护，预制钢筋混凝土弧板作为二次支护，形成以新奥法理论为指导的复合支护结构，这对解决深井巷道支护难题具有重要意义。

发明内容

本发明目的是提供一种装配式混凝土弧板与外侧钢拱架组合而成的高强复合支护结构，解决深井巷道支护难题，特别是受采动影响的巷道。临时支护和外侧钢拱架能够在初期支护时提供即时的刚度和强度，控制围岩的过大变形，符合新奥法理论要求；装配式混凝土弧板，工厂预制，混凝土强度质量好，弧板径向支护力大；两者组合可以形成高强复合支护结构，适合解决巷道变形量大、稳定性差等支护困难。并且本发明在施工工艺上采用安装机装配预制弧板，比混凝土现浇作业的工作量少，且不存在混凝土凝固时间，从而降低生产成本，提高成巷速度。

具体本发明包括钢拱架和混凝土支护体，所述混凝土支护体为多片弧板装配结构，所述钢拱架设置在混凝土支护体的外侧；所述混凝土支护体和钢拱架通过锚杆固定在巷道/隧道的围岩上。

进一步地，所述混凝土支护体为多片弧板装配结构装配而成，混凝土弧形板上开设有预留锚杆孔和预留螺栓孔，多片混凝土弧形板环向通过螺栓连接固定。

进一步地，所述混凝土弧形板外侧开设有凹槽，所述凹槽的形状与型钢一侧的外形相配。

进一步地，所述型钢为多段，多段钢拱架通过接头连接固定。

进一步地，所述混凝土弧形板包括插孔，所述插孔设置在混凝土弧形板沿厚度方向的两个侧面上，所述混凝土弧形板通过插孔和插筋与另一混凝土弧形板沿所述巷道/隧道轴向拼装。

进一步地，所述混凝土弧形板为6块，厚度为350mm，宽度1200mm，内部嵌入钢筋形成钢筋混凝土结构。

进一步地，所述钢拱架的一部分嵌入混凝土支护体内，钢拱架的外径大于混凝土支护体的外径；所述钢拱架的型钢横截面最大外径略小于所述混凝土支护体的外部凹槽宽度。

进一步地，所述混凝土弧板包括横向配筋和环向配筋，横向配筋为多段，位于弧板内部，从一端面平均分布到另一端面，所述每段横向配筋由多根钢筋绑扎组成，所述横向配筋的外形与混凝土弧板横截面的外形相匹配。

进一步地，所述环向配筋为两段，位于弧板内部，分布在弧板的两侧面内，所述环向配筋为四根钢筋焊接成的环形，其外形与弧板的侧面外形相匹配；所述横向配筋与所述环向配筋接触位置焊接固定。

还包括一种基于外侧钢拱架和内侧混凝土板的装配式支护结构的施工方法，包括以下步骤：

第一步，巷道开挖成形，尽快喷一层薄层混凝土，布置临时支护；

第二步，架设钢拱架，支架各段采用接头套管连接，相邻支架采用拉杆连接，形成闭合支护体；

第三步，装配混凝土弧板，将底弧板安装至设计位置，其余弧板用机械臂完成对弧板的旋转和平移等工作，使钢拱架结构嵌入弧板外侧凹槽与弧板契合，并且将弧板侧面插筋插入销孔完整巷道轴向弧板之间连接，环向弧板之间通过曲形螺栓连接固定，形成封闭协同支护体结构。

第四步，弧板拼接完成后，通过弧板内侧预留的锚杆孔将锚杆直接打入围岩中，使支护体固定于围岩表层；

第五步，每支护5～10m后，通过弧板上的后注浆孔向围岩与弧板间的孔隙注浆，完成单环支护结构。

重复以上步骤，完成所有支护安装。

进一步地，所述支护体结构可由4～8段预制装配式混凝土弧板拼装成形。

进一步地，所述临时支护为锚网支护，所述钢拱架为钢管混凝土支架、U型钢支架和工字钢支架。

本发明至少具有以下有益效果：