钢管混凝土支架及混凝土灌注方法
【专利摘要】本发明提出了斜墙圆拱形支架和超椭圆形支架的结构形式，以及不同形状支架对应的核心混凝土灌注方法，其中，斜墙圆拱形支架适用于围岩巷道中硬、且垂向地压较大、两帮收敛变形不严重、没有明显底鼓变形的巷道，超椭圆形支架适用于巷道净宽净高比小于1、围岩软弱、且地压明显、巷道两帮及顶板收敛变形较大的巷道。在本发明中，根据巷道的断面尺寸、地质条件和围岩来压特性，选择合适的断面形状支架，以及相应的核心混凝土灌注方法，能够有效解决钢管混凝土支架的断面形状选择问题和混凝土灌注方法选择问题，进而保证支架的支护强度以及巷道的长期稳定性。
【专利说明】
钢管混凝土支架及混凝土灌注方法
技术领域
[0001]本发明涉及钢管混凝土支架，具体是一种钢管混凝土支架及混凝土灌注方法。
【背景技术】
[0002]随着煤炭资源向深部开发，软岩巷道问题越来越突出，钢管混凝土支架作为一种新型的支护形式，具有承载力高、支护成本低等优点。在施工过程中，为保证钢管混凝土支架的顺利灌注及其强度，需要根据巷道的断面尺寸、地质条件和围岩来压特性，选择不同结构形式的钢管混凝土支架，并根据结构形式确定相应的核心混凝土的灌注方式。公告号为CN 103485805 B的中国专利公开了一种钢管混凝土支架断面及注浆口和排气孔结构，包括圆形支架、直墙半圆拱形支架、椭圆形支架、马蹄形支架、浅底拱圆形支架五种钢管混凝土支架断面结构，但是在施工过程中由于巷道的断面尺寸、围岩特性以及围岩来压特征多种多样，现有的钢管混凝土支架的断面形状及灌注方法不足以满足施工要求和泌水排气要求，进而无法保证混凝土的灌注质量以及钢管混凝土支架的支护强度，如在采用直墙半圆拱形支架时，由于支架直墙段垂直插入巷道地坪，在巷道突然来压时，直墙段支架的底角处容易产生应力集中，造成支架的损坏，又如在巷道净宽净高比小于1、围岩软弱且地压明显、巷道两帮及顶底板收敛变形较大的巷道处，现有的支架均不适用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的，就是为解决现有技术存在的问题，而设计了钢管混凝土支架及混凝土灌注方法，以解决钢管混凝土支架的断面形状选择问题和钢管混凝土支架混凝土灌注方法选择问题，以确保钢管混凝土支架的泌水排气能力和混凝土的灌注质量，增强钢管混凝土支架的支护强度。
[0004]本发明的技术方案为:一种钢管混凝土支架，根据其断面形状，包括斜墙圆拱形支架，所述斜墙圆拱形支架适用于围岩巷道中硬、且垂向地压较大、两帮收敛变形不严重、没有明显底鼓变形的巷道。
[0005]上述钢管混凝土支架，根据其断面形状，还包括超椭圆形支架，所述超椭圆形支架适用于巷道净宽净高比小于1、围岩软弱且地压明显、巷道两帮及顶板收敛变形较大的巷道
上述斜墙圆拱形支架包括顶端的曲管以及与曲管两侧连接的斜墙段直管，所述斜墙段直管插入巷道地坪中，所述斜墙段直管与巷道地坪之间的外叉角度设置为8?10°，以缓解斜墙段直管底部产生的应力集中，并且能够减少支架两帮段的扩挖量，降低支护成本。
[0006]上述斜墙段直管的底端端面上固定连接有方钢堵头，以防止灌注的混凝土渗入巷道地坪，并且通过连接方钢堵头，增大了斜墙段直管的底端端部面积，能够防止斜墙圆拱形支架下陷。
[0007]上述斜墙段直管插入巷道地坪的深度设置为200?600mm，以增强支架间的整体性，并且通过将斜墙段直管插入巷道地坪的深度降至最小，降低支护成本。
[0008]上述椭圆形支架的矢跨比设置为0.25?0.5。对于软弱围岩巷道，易发生底鼓，因此为了防止底鼓现象，设计的最小矢跨比可保证底拱段钢管混凝土支架的支撑力，也可以提高超椭圆形支架的整体承载力，从而保证巷道的稳定性
上述的钢管混凝土支架的灌注方法，包括支架底部双侧顶升灌注法和支架顶部下落灌注法，所述支架底部双侧顶升灌注法适用于超椭圆形支架，所述支架顶部下落灌注法适用于斜墙圆拱形支架。
[0009]上述采用支架底部双侧顶升灌注法的超椭圆形支架中，支架的底部的左右两侧对称设置有注浆口、顶部设置有主排气排浆孔，所述主排气排浆孔的左右两侧对称设置有辅助排气孔，所述主排气排浆孔与辅助排气孔之间的距离设置为1.2?1.5m，以便于加快注浆速度，使支架左右两侧的泌水和排气更加充分。
[0010]上述采用支架顶部下落灌注法的斜墙圆拱形支架中，支架的顶部设置有注浆口，所述注浆口的左右两侧对称设置有主排气排浆孔，相邻主排气排浆孔之间的距离设置为
1.2-1.5m，以便于加快注浆速度，使支架左右两侧的泌水和排气更加充分。
[0011]本发明的有益效果可通过上述方案得出:本发明提供的斜墙圆拱形支架，能够适用于围岩巷道中硬、且垂向地压较大、两帮收敛变形不严重、没有明显底鼓变形的巷道，并有效解决现有的直墙段支架易产生应力集中造成损坏的问题;本发明提供的超椭圆形支架，能够解决巷道净宽净高比小于1、围岩软弱且地压明显、巷道两帮及顶板收敛变形较大的巷道支护问题。在施工过程中，根据巷道的断面尺寸、地质条件和围岩来压特性，选择合适的断面形状支架，能够保证支架的支护强度和巷道的长期稳定性，并通过选择相应的核心混凝土灌注方法，能够在有效保证混凝土灌注质量的同时，降低劳动强度，加快施工进度。
[0012]由此可见，本发明与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
[0013]【附图说明】:
图1为本发明中斜墙圆拱形支架的结构示意图；
图2为本发明中超椭圆形支架的结构示意图；
图3为本发明中支架底部双侧顶升灌注法示意图；
图4为本发明中支架顶部下落灌注法示意图；
图5为本发明中混凝土灌注示意图。
[0014]其中，I为曲管，2为斜墙段直管，3为方钢堵头，4为外叉夹角α，5为深度，6为计算矢径，7为计算矢高，8为主排气排浆孔，9为辅助排气孔，10为注浆口，11为注浆短管，12为混凝土输送管，13为混凝土输送栗。
[0015]【具体实施方式】:
为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。
[0016]【具体实施方式】:现有的钢管混凝土支架根据其断面形状，包括直墙半圆拱形支架、椭圆形支架、马蹄形断面形状支架、浅底拱圆形支架，在施工过程中，为保证钢管混凝土支架的顺利灌注及其强度，需要根据巷道的断面尺寸、地质条件和围岩来压特性，选择不同结构形式的钢管混凝土支架，并根据结构形式确定相应的核心混凝土的灌注方式。为解决钢管混凝土支架的断面形状选择问题和钢管混凝土支架混凝土灌注方法选择问题，以增强钢管混凝土支架的支护强度为，如图1所示，本发明提供了一种斜墙圆拱形支架，斜墙圆拱形支架适用于围岩巷道中硬、且垂向地压较大、两帮收敛变形不严重、没有明显底鼓变形的巷道。斜墙圆拱形支架包括顶端的曲管I以及与曲管I两侧连接的斜墙段直管2，斜墙段直管2插入巷道地坪中，所述斜墙段直管2与巷道地坪之间的外叉夹角α4设置为8?10°，相比于现有的直墙半圆拱形支架，直墙半圆拱形支架直墙段垂直插入巷道地坪，在巷道突然来压时，直墙段支架底角容易产生应力集中，直墙半圆拱形支架容易破坏，该斜墙圆拱形支架能够有效缓解支架底角产生应力集中，并且对于返修的直墙圆拱形支架，可以减少两帮扩挖量，降低支护成本。所述斜墙段直管2的底端端面上固定连接有方钢堵头3，以防止灌注的混凝土渗入巷道地坪，并且通过增大斜墙段直管2的端部面积，能够防止斜墙圆拱形支架下陷。斜墙段直管2插入巷道地坪的深度Η5设置为200?600mm，以增强支架间的整体性，并通过将斜墙段直管2插入巷道地坪的深度H5降至最小，以降低支护成本。
[0017]如图2所示，本发明提供的钢管混凝土支架还包括超椭圆形支架，超椭圆形支架适用于巷道净宽净高比小于1、围岩软弱、且地压明显、巷道两帮及顶板收敛变形较大的巷道。对于软弱围岩巷道，易发生底鼓，所以为了防止底鼓现象，椭圆形支架的矢跨比即计算矢高S6与计算矢径L7的比值S/L设置为0.25?0.5，设计最小矢跨比可保证底拱段钢管混凝土支架的支撑力，也可以提高超椭圆形支架的整体承载力，从而保证巷道的稳定性。
[0018]本发明根据不同断面形状的钢管混凝土支架，提出了不同的核心混凝土灌注方式，包括支架底部双侧顶升灌注法和支架顶部下落灌注法，其中，支架底部双侧顶升灌注法适用于超椭圆形支架，支架顶部下落灌注法适用于斜墙圆拱形支架。
[0019]支架底部双侧顶升灌注法:如图3所示，钢管混凝土支架的底部的左右两侧对称设置有注浆口 10、顶部设置有主排气排浆孔8，所述主排气排浆孔8的左右两侧对称设置有辅助排气孔9，所述主排气排浆孔8与辅助排气孔9之间的距离设置为1.2?1.5m，以便于加快注浆速度，使支架左右在灌注混凝土时，泌水和排气更加充分。
[0020]支架顶部下落灌注法:如图4所示，钢管混凝土支架的顶部设置有注浆口10，所述注浆口 10的左右两侧对称设置有主排气排浆孔8，相邻主排气排浆孔8之间的距离设置为
1.2-1.5m，以保证灌注混凝土时支架左右两侧的混凝土泌水和排气更加充分。
[0021 ]如图5所示，在灌注过程中，在注浆口 1处安装注浆短管11，注浆短管11直接与混凝土输送管12相连，由混凝土输送栗13将混凝土连续不断地灌入支架内，无须振捣，气泡及泌水从主排气排浆孔8与辅助排气孔9排出，保证混凝土的灌注效果。
[0022]本发明中，通过设置斜墙圆拱形支架和超椭圆形支架，能够在施工过程中，根据巷道的断面尺寸、地质条件和围岩来压特性，选择合适的断面形状支架，以解决现有支架无法满足特定的巷道支护问题，并保证支架的支护强度和巷道的长期稳定性;通过选择相应的核心混凝土灌注方式，能够在有效保证混凝土灌注质量的同时，有效降低劳动强度，加快施工进度。
[0023]上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种钢管混凝土支架，其特征在于:根据支架的断面形状，包括斜墙圆拱形支架，所述斜墙圆拱形支架适用于围岩巷道中硬、且垂向地压较大、两帮收敛变形不严重、没有明显底鼓变形的巷道。2.如权利要求1所述的钢管混凝土支架，其特征在于:根据支架的断面形状，还包括超椭圆形支架，所述超椭圆形支架适用于巷道净宽净高比小于1、围岩软弱、且地压明显、巷道两帮及顶板收敛变形较大的巷道。3.如权利要求1所述的钢管混凝土支架，其特征在于:所述斜墙圆拱形支架包括顶部的曲管以及分别与曲管两侧相连接的斜墙段直管，所述斜墙段直管插入巷道地坪中，所述斜墙段直管与巷道地坪之间的外叉角度设置为8?10°。4.如权利要求1或2或3所述的钢管混凝土支架，其特征在于:所述斜墙段直管的底端端面上固定连接有方钢堵头。5.如权利要求4所述的钢管混凝土支架，其特征在于:所述斜墙段直管插入巷道地坪的深度设置为200?600mm。6.如权利要求2所述的钢管混凝土支架，其特征在于:所述超椭圆形支架的矢跨比设置为0.25?0.5。7.一种钢管混凝土支架的混凝土灌注方法，其特征在于:包括支架顶部下落灌注法、支架底部双侧顶升灌注法，所述支架顶部下落灌注法适用于斜墙圆拱形支架，所述支架底部双侧顶升灌注法适用于超椭圆形支架。8.如权利要求7所述的钢管混凝土支架的混凝土灌注方法，其特征在于:在所述的超椭圆形支架底部的左右两侧对称设置有注浆口、顶部设置有主排气排浆孔，所述主排气排浆孔的左右两侧对称设置有辅助排气孔。9.如权利要求8所述的钢管混凝土支架的混凝土灌注方法，其特征在于:所述主排气排浆孔与辅助排气孔之间的距离设置为1.2?1.5m。10.如权利要求7所述的钢管混凝土支架的混凝土灌注方法，其特征在于:在所述斜墙圆拱形支架的顶部设置有注浆口，所述注浆口的左右两侧对称设置有主排气排浆孔，所述相邻主排气排浆孔之间的距离设置为1.2?1.5m。
【文档编号】E21D15/00GK105927253SQ201610381250
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】王正泽, 王军, 陈冰慧
【申请人】山东深博巷道支护技术有限公司