专利名称：软岩大变形巷道卸压法施工工艺及配套支架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复杂地质条件下的高埋深、大变形的软岩巷道方法及支护，尤其
是一种软岩大变形巷道卸压法施工工艺及配套支架。
背景技术：
目前，构造复杂区域及埋深高地应力围岩井巷的支护，一直是巷道支护的难题，一 般有常规支架支护、U型钢可縮性支架支护、锚网索或锚注支护，上述支护方法均难以满足 复杂区域及埋深高地应力围岩井巷的支护稳定的要求，严重制约矿井掘进生产效率，推迟 矿井投产期，影响经济效益提高，并对安全生产构成严重威胁。 常规支架对围岩的承受压力靠支架本身的强度来维护其维护的岩体空间，支架在 受力之后，支架的结构将发生改变，所维护巷道断面减小，需要不断对井巷维修，造成大量 财力和物力浪费。 U型钢可縮性支架在软岩巷道支护时，初期可縮性支架对井巷变形有一定的适应 性，随着井巷围岩进一步膨胀，可縮性支架难以承当围岩的总量影响；此外若遇到富含膨 胀性矿物成分的软岩，岩体暴露后和潮湿空气或工程用水发生作用，容易泥化、软化，围岩 强度不断降低，围岩的自重及应力快速转移至支架，导致支架快速变形，也需要不断进行维 修。 锚网索或锚注支护也不能适应井巷大变形的影响，锚杆延展率一般不超过16%、 锚索延展率一般不高于6%，随着巷道变形加剧，锚杆、锚索断裂会大量断裂，需要及时返 修。软岩巷道围岩岩体富含膨胀性矿物成分，采用常规水泥浆的锚注支护方式会导致岩体 膨胀，对于井巷支护收效甚微。 现有的在巷道周边及底板采用松动爆破等方法卸压措施，都在一定的程度上破坏 了围岩的完整性，虽然也能促使巷道的周边支承应力峰值向岩体深部移动的效果，但是缺 少与之配套的后续支护手段，导致巷道周边岩体的强度弱化，巷道在高应力环境作用或采 动影响下，巷道易失修。
发明内容
本发明的目的是要提供一种适用于复杂区域及埋深高地应力围岩井巷的软岩大 变形巷道卸压法施工工艺及配套支架。 本发明通过以下技术方案来实现本发明的工艺过程是与特制的配套支架装置结 合进行的，工艺步骤是 1、井巷掘进施工，按照设计的断面施工井巷工程掘进；
2、巷道的锚网梁索、喷砼支护施工； 3、在掘进的巷道底板从掘进工作面向后逐段开挖底板卸压槽，底槽居于巷道底板 中部，距离巷道两帮留设1. 5m以上的保持岩体不受破坏的稳固区；卸压槽内采用破碎的矸 石充填后，在其上表面采用混凝土浇灌与定型支架适应形状的地坪；
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4、在巷道的帮部位置采用液压链条锯施工规格严格可控的巷帮卸压槽；
5、从后向前架设配套支架，该配套支架为可控大收縮支护支架；
6、巷道的底板浇筑混凝土。 实施上述施工工艺所使用的配套支架装置，其构造组成该配套支架装置是一种 节间充填异型材料控制伸縮的U型钢支架，该U型钢支架包括顶拱U型钢、侧拱U型钢、巷帮 U型钢、反底拱U型钢、缓冲垫块、导向槽、稳固销和金属卡缆，顶拱U型钢位于最上端，在顶 拱U型钢两端均顺序连接有侧拱U型钢、巷帮U型钢和反底拱U型钢，并构成封闭的拱形， 在侧拱U型钢和巷帮U型钢之间有导向槽，在导向槽内有缓冲垫块，在缓冲垫块的上有高分 子复合材料稳固销，在顶拱U型钢、左侧拱U型钢、右侧拱U型钢、左巷帮U型钢和右巷帮U 型钢上有金属卡缆。 有益效果，由于采用了上述方案，由一种节间充填异型材料控制伸縮的U型钢支 架，由顶拱U型钢、侧拱U型钢、巷帮U型钢和反底拱U型钢构成，并包含了高分子复合材料 制成的缓冲垫块、导向槽、高分子复合材料稳固销以及金属卡缆。 在可伸縮U型钢支架受力后，将固定导向槽的复合材料稳固销切断，承载压力传 递到侧拱U型钢与巷帮U型钢连接之间预置的缓冲垫块，缓冲垫块随巷道周边的围岩膨胀 变形传递到支架侧拱U型钢与巷帮U型钢，逐渐挤压变形破坏，支架能够适应巷道长期的变 形并保持稳定；适用于复杂区域及埋深高地应力围岩井巷，既可以实现巷道理想的卸压效 果，又利用可控大收縮支护支架稳定巷道周边围岩，控制整体位移变化，达到了本发明的目 的。
亍尤点 1、底槽开挖卸压槽，使巷道在开挖初期处于一个低地应力区，减少巷道开挖后高 应力对巷道的快速影响和破坏。巷帮采用液压链条锯施工卸压槽，规格严格可控，不破坏巷 道帮部的稳定性。 2、巷道底板两侧和拱顶部位未开挖岩层，未受破坏的岩层维持了巷道关键部位的 稳定，将应力影响向逐渐转移开槽卸压区。 3、配置支架是一种多阶段变量承载结构。节间充填异型材料缓冲垫块初期不承载 压力，在稳固销受压断裂后，缓冲垫块开始承载压力，并随压力增大，缓冲垫块收縮让压，侧 拱U型钢、巷帮U型钢在导向槽内逐渐对接后，巷道围岩的压力才能转移到定型的支架上， 支架的巷道的服务时间随之得到延长。 4、利用强度可控制的节间充填异型材料加工的缓冲垫块，可以通过调节充填材料
的性质，形成低于U型钢抗压强度的不同等级的材料，适时控制支架的变化速率。 5、采用导向槽控制侧拱U型钢、巷帮U型钢，支架稳定性能良好。 当支架受到外力作用的情形下，支架本身长期不变形，服务的时间长，结构简单，
具有较强的工程实用性。
图1是巷道施工断面图。 图2是本发明开挖地槽和帮槽后断面图。 图3是本发明安装支架后的支护断面图。
图4是本发明帮槽部位局部发大图。
图5是图4的I一I剖视图。
图6是本发明的配套支架图。 图中，1、顶拱U型钢；2、左侧拱U型钢；3、右侧拱U型钢；4、左巷帮U型钢；5、右巷 帮U型钢；6、左反底拱U型钢；7、右反底拱U型钢；8、缓冲垫块；9、导向槽；10、高分子复合 材料稳固销；11、金属卡缆。
具体实施例方式实施例1 :具体步骤 1、井巷掘进施工，按照设计的断面施工井巷工程掘进；
2、巷道的锚网梁索、喷砼支护施工； 3、在掘进的巷道底板从掘进工作面向后逐段开挖底槽，底槽居于巷道底板中部， 距离巷道两帮留设1. 5m以上的保持岩体不受破坏的稳固区；底槽下宽1. Om、上宽度1. 5m、 高1. 2m，卸压槽内采用破碎的矸石充填后，在其上表面采用混凝土浇灌与定型支架适应形 状的地坪，地坪厚度50 100mm ;4、在巷道的帮部位置开挖巷帮卸压槽，卸压槽深度600mm，高度400mm ;
5、从后向前架设配套支架，该配套支架为可控大收縮支护支架；
6、巷道的底板浇筑混凝土。 实施上述施工工艺所使用的配套支架装置，其构造组成该配套支架装置是一种 节间充填异型材料控制伸縮的U型钢支架，该U型钢支架包括顶拱U型钢1、侧拱U型钢、巷 帮U型钢、反底拱U型钢、缓冲垫块8、导向槽9、稳固销10和金属卡缆11，其中，侧拱U型 钢为有左侧拱U型钢2和右侧拱U型钢3 ;巷帮U型钢有左巷帮U型钢4和右巷帮U型钢 5 ;反底拱U型钢有左反底拱U型钢6右反底拱U型钢7 ;稳固销10采用高分子复合材料制 成，顶拱U型钢位于最上端，在顶拱U型钢两端均顺序连接有侧拱U型钢、巷帮U型钢和反 底拱U型钢，并构成封闭的拱形，在侧拱U型钢和巷帮U型钢之间有导向槽，在导向槽内有 缓冲垫块，在缓冲垫块的上有高分子复合材料稳固销，在顶拱U型钢、左侧拱U型钢、右侧拱 U型钢、左巷帮U型钢和右巷帮U型钢上有金属卡缆。
实施例2 : 1、按照井巷的断面规格预先加工U型钢支架的各个部分，顶拱U型钢1、左侧拱U 型钢2、右侧拱U型钢3、左巷帮U型钢4、右巷帮U型钢5和左反底拱U型钢6、右反底拱U 型钢7，以及缓冲垫块8、导向槽9、高分子复合材料稳固销10、金属卡缆11等。左侧拱U型 钢2和右侧拱U型钢3、左巷帮U型钢4和右巷帮U型钢5通过导向槽9限位连接，侧拱U 型钢和巷帮U型钢在导向槽内活动。缓冲垫块8在支架受到外力影响，形体逐渐收縮。
2、按照设计断面施工井巷工程掘进，锚网梁索支护，巷道底板从掘进工作面向后 逐段开挖底槽，地槽居于巷道底板中部，距离巷道两帮留设1. 5m以上的保持岩体不受破坏 的稳固区，底槽下宽1.0m、上宽度1.5m、高1.2m，卸压槽内采用破碎的矸石充填后，在其上 表面采用混凝土浇灌地坪，地坪厚度50 100mm。在巷道的帮部位置开挖巷帮卸压槽，卸压 槽深度600mm，高度400mm。 3、按照从后向前的顺序连续架设此类支架(支架之间的间距由现场定，一般800 1000mm)，依次在井巷内架设左反底拱U型钢6和右反底拱U型钢7——左巷帮U型
钢4和右巷帮U型钢5——安装缓冲垫块8井巷——导向槽9——架设左侧拱U型钢2和
右侧拱U型钢3——架设顶拱U型钢1——支架与巷帮之间进行充填不燃性材料。 4、 U型钢支架组成部分采用金属卡缆连接处，卡缆螺母扭矩400 500m N ;U型
钢支架应保证垂直于井巷的中心轴线即整体支架纵向应保证处于一个垂直面内。 其它与实施例l同。
权利要求
一种软岩大变形巷道卸压法施工工艺及配套支架，其特征是工艺过程是与特制的配套支架装置结合进行的，工艺步骤是(1)、井巷掘进施工，按照设计的断面施工井巷工程掘进；(2)、巷道的锚网梁索、喷砼支护施工；(3)、在掘进的巷道底板从掘进工作面向后逐段开挖底板卸压槽，底槽居于巷道底板中部，距离巷道两帮留设1.5m以上的保持岩体不受破坏的稳固区；卸压槽内采用破碎的矸石充填后，在其上表面采用混凝土浇灌与定型支架适应形状的地坪；(4)、在巷道的帮部位置采用液压链条锯施工规格严格可控的巷帮卸压槽；(5)、从后向前架设配套支架，该配套支架为可控大收缩支护支架；(6)、巷道的底板浇筑混凝土。
2. —种实现软岩大变形巷道卸压法施工工艺的配套支架，其特征是该配套支架装置是一种节间充填异型材料控制伸縮的u型钢支架，该u型钢支架包括顶拱u型钢、侧拱u型钢、巷帮U型钢、反底拱U型钢、缓冲垫块、导向槽、稳固销和金属卡缆，顶拱U型钢位于最上 端，在顶拱U型钢两端均顺序连接有侧拱U型钢、巷帮U型钢和反底拱U型钢，并构成封闭 的拱形，在侧拱U型钢和巷帮U型钢之间有导向槽，在导向槽内有缓冲垫块，在缓冲垫块的 上有高分子复合材料稳固销，在顶拱U型钢、左侧拱U型钢、右侧拱U型钢、左巷帮U型钢和 右巷帮U型钢上有金属卡缆。
全文摘要
一种软岩大变形巷道卸压法施工工艺及配套支架，属于复杂地质条件下的高埋深、大变形的软岩巷道方法及支护。工艺步骤是1、井巷掘进施工、掘进；2、巷道的锚网梁索、喷砼支护施工；3、在掘进的巷道底板从掘进工作面向后逐段开挖底板卸压槽；4、在巷道的帮部位置施工巷帮卸压槽；5、从后向前架设配套支架；6、巷道的底板浇筑混凝土。优点1、底槽开挖卸压槽，使巷道在开挖初期处于一个低地应力区，减少巷道开挖后高应力对巷道的影响和破坏。2、全断面与巷道断面适应的封闭结构，抗变形能力大。3、支架为多阶段变量承载结构，能够延长在巷道内的时间。4、强度可控制的缓冲垫块，适时控制支架的变化速率。结构简单，具有较强的工程实用性。
文档编号E21D9/00GK101793152SQ20101012958
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者周廷振, 朱亚平, 贾敬新, 黄茂鸿 申请人:徐州矿务集团有限公司