一种巷道框架式超前支护结构和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矿山井下安全支护技术领域，特别是指一种巷道框架式超前支护结构 和方法。
【背景技术】
[0002] 冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的灾害之一，发生前一般没有宏观预 兆，而是以突然、急剧、猛烈的形式将煤岩体抛出，造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及 人员，导致施工人员被砸伤、摔伤、挤伤，甚至由于巷道堵塞室息死亡。目前，随着我国煤矿 开采深度的不断增加，冲击地压灾害呈现越来越严重的发展态势，给煤矿安全生产和广大 煤矿职工的生命安全造成了极大的威胁。巷道支护是为保证巷道开挖后的围岩稳定及施工 安全，而采取的支持、加强或被覆围岩的构件或其他措施。超前支护是在开采扰动影响范围 巷道内采取的超前于工作面开采的辅助支护措施的一种。由于回采过程中冲击地压破坏巷 道多在超前工作面〇~120m范围，此区域是人员作业和设备放置集中区域，所以超前支护 稳定性对冲击地压灾害中维护巷道稳定和保证作业人员安全具有重大意义。目前，我国大 部分矿井超前支护采用单体液压支柱配合π形钢梁进行支护，常规支护在垂直方向上具 有较强抵抗载荷，限制变形的能力，但在冲击地压灾害发生或强烈矿压显现，围岩发生水平 横向或水平纵向快速变形时，支护结构稳定性存在以下缺点：
[0003] (1)在横向上，两帮煤体快速变形，极易导致单体液压支柱折断或向支护空间内倾 倒，从而造成支护失效，巷道闭合，对超前支护空间内人员造成伤害。
[0004] (2)在纵向上，当顶板或底煤快速变形时，由于单体液压支柱是孤立的支护个体， 极易发生沿纵向大面积倾倒，从而完全失去支护作用，造成巷道闭合，对超前巷道内人员和 设备造成严重损害。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种巷道框架式超前支护结构和方法，已解决目 前支护结构稳定性差等问题。
[0006] 适用于该巷道框架式超前支护方法的结构，包括单体液压支柱、半圆形管箍、钢 管、钢板、螺栓和η形钢梁，钢管两端焊接半圆形管箍，钢板两端焊接半圆形管箍，钢管通 过半圆形管箍和螺栓固定在单体液压支柱上构成横向支撑结构，钢板通过半圆形管箍和螺 栓固定在单体液压支柱上构成纵向连接结构，π形钢梁由单体液压支柱支撑；
[0007] 该支护方法具体为：
[0008] -、根据工作面回采过程中"固定"工作面微震事件分析和超前工作面煤体应力分 布监测数据分析，确定受冲击地压灾害影响的巷道的影响距离、支护密度、横向支护间距、 纵向支护间距；
[0009] 二、根据所述步骤一获得的支护密度、横向支护间距，将π形钢梁沿巷道横向布 置，使用单体液压支柱将η形钢梁固定在巷道顶板岩石或煤体上；
[0010] 三、根据所述步骤一获得的影响距离、纵向支护间距，在巷道纵向上根据受冲击地 压灾害的影响距离安装至少一组形钢梁和单体液压支柱，保证单体液压支柱、形钢梁 和顶底板煤岩充分接触；
[0011] 四、沿巷道横向方向将相邻单体液压支柱连接，具体为：将两端焊接有半圆形管箍 的钢管放置在两棵单体液压支柱中间，两端采用螺栓和半圆形管箍固定在单体液压支柱上 形成横向支撑结构；
[0012] 五、沿巷道纵向方向将相邻单体液压支柱连接，具体为：将两端焊接有半圆形管箍 的钢板放置在两棵单体液压支柱中间，两端采用螺栓和半圆形管箍固定在单体液压支柱上 形成纵向连接结构。
[0013] 通过将分散的支护结构使用横向支撑杆和纵向连接杆进行连接，使超前支护结构 形成整体，增强其稳定性。钢管两端管箍空间对称，通过螺栓将另一半圆形管箍锁定在已焊 接的管箍结构上；钢板两端管箍空间对称，通过螺栓将另一半圆形管箍锁定在已焊接的管 箍结构上。
[0014] 单体液压支柱由活柱和柱体构成。
[0015] 横向支撑和纵向连接结构尺寸确定方法包括以下步骤：
[0016] a、根据
计算得到合理支护密度n，其中Pt为合理支护强度KN/m2，Rt为支柱 实际支撑能力KN ;
[0017] b、根据
-和巷道实际横向宽度L$，综合考虑行人空间、设备安装空间 等因素确定单体液压支柱横向间距LiS和纵向间距，LiS的具体数据要根据巷道实际宽度 综合行人空间、设备安装所需空间确定，比如巷道实际宽度5m，可能横向布置4棵单体；实 际宽度3. 5m，可能横向布置3棵单体；
[0018] c、根据横向间距LiS确定所需加工钢管长度
其中riS为单体液压
支柱活柱部分半径；
[0019] d、根据纵向间距1^确定所需加工钢板长度 ，其中为单体液压 支柱柱体部分半径。
[0020] 其中，钢管可以是铁管，钢板可以是钢片。
[0021] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0022] 本发明受冲击地压灾害影响巷道的框架式超前支护结构和方法相比常规单体液 压支柱配合钢梁支护技术具有以下显著优点：
[0023] (1)横向支撑杆可以提高超前支护结构抵抗横向变形能力，在强烈矿压显现造成 两帮大量变形时，单体不易折断或者支护失效。纵向连接杆将相邻单体单体液压支柱连接， 提高超前支护结构抗倾倒能力。
[0024] (2)框架式超前支护结构相比常规超前支护，通过横向支撑杆和纵向连接杆将分 散的支护结构相互连接，形成整体结构，增强超前支护的整体稳定性，在冲击地压灾害发生 时，可以有效的形成安全空间，为作业人员安全提供强有力的保障。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的巷道框架式超前支护结构的结构示意图；
[0026] 图2为本发明的巷道框架式超前支护结构的横向剖面示意图；
[0027] 图3为本发明的巷道框架式超前支护结构的纵向剖面示意图；
[0028] 图4为图3中A-A剖面示意图；
[0029] 图5为图3中B-B剖面示意图；
[0030] 图6为本发明的巷道框架式超前支护结构的横向支撑结构示意图；
[0031] 图7为本发明的巷道框架式超前支护结构的纵向连接结构示意图。
[0032] 其中：1_单体液压支柱；2-半圆形管箍；3-钢管；4-钢板；5-螺栓；6-π形钢梁。
【具体实施方式】
[0033] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0034] 本发明针对现有的支护结构稳定性差等问题，提供一种巷道框架式超前支护结构 和方法。
[0035] 如图1所示，该支护结构包括单体液压支柱1、半圆形管箍2、钢管3、钢板4、螺栓5 和Jr形钢梁6,钢管3两端焊接半圆形管箍2,钢板4两端焊接半圆形管箍2,如图6所示， 钢管3通过半圆形管箍2和螺栓5固定在单体液压支柱1上构成横向支撑结