[发明专利]一种拱形巷道主动与被动支护耦合整体协调承载结构及方法

说明书

本发明涉及一种拱形巷道主动与被动支护耦合整体协调承载结构及方法，属于煤矿安全支护领域，包括平行分布的多架矿工钢棚，每架矿工钢棚包括顶梁和柱腿，顶梁上均匀设置有五个孔眼，中央的三个孔眼为锚索孔，其余两个孔眼为锚杆孔，每个柱腿中部腹板上开设有一锚杆孔；顶梁与柱腿之间设置有防冲击连接构件；巷道底板上靠近两帮铺设有两排平行的棚间槽钢A，每架矿工钢棚的柱腿底部插入该棚间槽钢A内；相邻两架矿工钢棚之间通过纵向连接装置连接为一个整体。本发明能够缓冲让压，实现主、被动支护结构间的紧密、强力联系，协调受力与变形，大大提高了支护结构的整体性，在回采巷道中提高巷道的支护质量，同时在一定程度上可防止底鼓。

技术领域

本发明涉及一种拱形巷道主动与被动支护耦合整体协调承载结构及方法，属于煤矿安全支护技术领域。

背景技术

随着煤炭开采进入深部之后，在工作面超前支承压力与原始应力共同作用下，回采巷道内易发生冲击地压等动力灾害事故。在冲击地压发生的瞬间，会以波的形式释放大量的弹性冲击能，既有拉伸冲击能，也有压缩冲击能。这些冲击能会使回采巷道围岩不断拉伸和压缩，如不及时支护，围岩将出现破碎、离层乃至失稳，甚至会拉断锚杆锚索等支护系统，造成煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、严重的人员伤亡和部分巷道坍塌，如何保证深部回采巷道围岩支护的稳定，成为亟待解决的重大难题。

回采巷道支护方式有锚杆支护、锚喷支护、锚网喷支护、锚索支护等。以上支护方式存在支护不稳定、承载能力小、拆卸不便以及回收率低等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种拱形巷道主动与被动支护耦合整体协调承载结构及方法，能够缓冲让压，实现主、被动支护结构间的紧密、强力联系，协调受力与变形，大大提高了支护结构的整体性，在回采巷道中提高巷道的支护质量，同时在一定程度上可防止底鼓。

本发明采用以下技术方案：

一种拱形巷道主动与被动支护耦合整体协调承载结构，包括平行分布的多架矿工钢棚，每架矿工钢棚包括半圆形的顶梁和位于顶梁底部的柱腿，所述顶梁和柱腿均采用矿工钢，所述顶梁上均匀设置有五个孔眼，中央的三个孔眼为锚索孔，用于与锚索配合将矿工钢棚与巷道连接，其余两个孔眼为锚杆孔，用于与锚杆配合将矿工钢棚与巷道连接；每个柱腿中部腹板上开设有一锚杆孔，用于与锚杆配合将柱腿与巷道连接，本发明中，锚杆上还配合有预紧螺母、托盘和垫板，预紧螺母、托盘和垫板安装在锚杆端头上，锚杆和锚索的安装方式均可参考现有技术；

所述顶梁与柱腿之间设置有防冲击连接构件，实现缓冲让压；

巷道底板上靠近两帮铺设有两排平行的棚间槽钢A，每架矿工钢棚的柱腿底部插入该棚间槽钢A内，棚间槽钢A的设置可在一定程度上防止巷道底鼓和两帮围岩位移的增大，同时提高了多架矿工钢棚之间的整体性；

相邻两架矿工钢棚之间通过纵向连接装置连接为一个整体。

本发明的单架矿工钢棚包括3根锚索和4根锚杆，锚索是需要施加预应力的，因此它是主动受力；锚杆则一般不施加预应力(有时也会施加很小的预应力)，因此它是被动受力，只有当被锚固岩土体发生一定变形时锚杆才发挥锚固力。此外，锚索长度一般在20-50米，锚杆则不到20米，锚索成本更高，劳动强度大，本发明的锚索、锚杆布置方式既可保证受力合理，又节约了成本。

本发明采用了纵向连接装置和棚间槽钢A将多架矿工钢棚连接起来，不仅大大提高了支架被动支护结构的整体性和稳定性，还大大提高了支架对巷道底板的支撑作用(底板两侧棚间槽钢A大大增加了柱腿与巷道底板的接触面积，矿工钢棚对底板的反作用力通过两侧棚间槽钢A强有力地作用于巷道底板(与巷道顶板的作用力大小相等)，从而能起到一定的减跨作用和防控底鼓作用。

优选的，所述纵向连接装置包括几字型钢和棚间槽钢B，所述几字型钢的几字型开口朝上形成限位凹槽，所述顶梁正中央嵌入该限位凹槽内，所述限位凹槽中央开设有一圆形孔，与顶梁正中央的锚索孔配合使用；