专利名称：一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法
技术领域：
本发明属于采矿工程井巷支护技术领域，具体涉及一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法。
背景技术：
随着全球对能源的需求不断增加，煤炭开采也逐渐向纵、深部延伸，由于地应力作用愈加明显，对软岩巷道的破坏日益加剧，软岩矿井中的一些主要生产巷道顶板下沉，底鼓和两帮蠕进的现象十分严重。有的矿井在采用木材、工字钢、喷、碹和锚网等高强度支护的情况下，严重者仍然会在一周内就发生明显变形，数十天内就会发明局部坍塌或两帮对接的情况，严重影响矿井的生产安全。由于软岩变形具有持续性和流变性的特点，当开拓巷道打破了原有的应力平衡， 则此时软岩便表现其流变性的一面，不但在径向上盈利骤然增加，横向力也同样变大，由此引发的变形一般难以控制。通常所用的传统方式为采用一种U型钢强力支护，锚、网和喷联合支护或者卸压式砌碹等，其要点是增强支护力度，支护强度大，应力集中，在支护前期巷道变形不大，但受力较为集中，人们在巷道中行走，常可听到围岩破坏的闷响声，有时还会有碎石受力崩出，在应力集中后期，则表现为巷道变形严重，维护困难，其存在的最大问题就是支护时间短。另一种方法是采用U型钢加木材，采用矸石充填的卸压支护方式，这种方式由于在支护过程留有谢亚空间，应力集中较差，但来压后，木材易折断，会出现空顶现象， 已发生矸石崩出伤人事件。开拓软岩后，根据其流变特性，必然发生塑性膨胀形变，从理论上讲当其发展到最大塑性膨胀程度时支护盈利最小，所以，要想达到最优支护效果，要求支护方式必然具有卸压功能。同时结合以往软岩巷道破坏特征可知，应力破坏主要集中在顶板、底板和两帮，只要有一方出现了大变形，巷道盈利重新集中，将导致整个支护系统失衡。所以，对软岩巷道的支护必须具备承载、卸压和稳定三种功效，承载是具有很强的支承强度，缓减周围变形； 卸压是支架具有伸缩功能，以缓减应力集中；稳定是保护支架稳定，以防受力不均，发生侧倾。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法，通过一种圆形伸缩卸压圈达到承载、卸压和稳定软岩巷道的目的，解决了目前在软岩巷道支护中存在的巷道变形快和维护困难的问题，构成了卸压与支护一体化。实现本发明的技术方案按照以下步骤进行
(1)首先在矿井的软岩巷道施工区域确定中线和腰线，根据中线及所选用的作为支架的U型钢棚距找出底窝位置，再按照中线和腰线在底窝位置进行挖深，直至挖到实底，从实底开挖180-220mm深的底窝，在底窝内先铺设一块U型钢作为底梁，在底梁的中间位置用两个卡箍固定搭接一块横向受力U型钢，在底梁两侧弯曲位置分别用两个卡箍固定，搭接一块U型钢向两帮延伸，在每条搭接的U型钢的中间位置用两个卡箍固定搭接一块横向受力 U型钢，搭接长度为470-550mm，使用施工用拉杆将其临时支稳；
(2)在相邻两底梁和两帮的U型钢支架间挂卸压钢筋网，卸压钢筋网的两侧网边勻分布在U型钢外线，超越U型钢外边缘70-90mm，卸压钢筋网的网边以倒钩形式卡在U型钢支架两侧，然后将草帘铺设在卸压钢筋网外部，采用喷浆机喷淋水泥砂混合填充物，填充草帘与围岩之间的空间，形成水泥砂混合填充层，在水泥砂混合填充物凝固后，向底窝填充矸石充填物，并在矸石充填物上铺设充填巷道底板，使底梁和两帮稳固；
(3)而后重复搭接作为支架的U型钢和横向受力U型钢，铺设卸压钢筋网、草帘，喷淋水泥砂填充层，依次施工，直至整个支架封闭，形成一个由8块U型钢作为支架的圆形伸缩卸压圈。其中所述的卸压钢筋网由直径8mm，间距为50mm的钢筋纵横交错焊接而成； 所述的草帘厚度为6-10mm ；
所述的水泥砂混合物为普通42. 5级硅酸盐水泥、中砂、直径5-10mm的碎石、水和速凝剂混合而成，其中按质量比，水泥中砂碎石=1:2:2，速凝剂的加入量为水泥质量的3%，且必须喷浆机上料口均勻加入；所述的中砂为含水量4-6%的河沙；
所述的卡箍包括1个卡缆螺杆和1块U型垫板，4个螺母和4个安全防护胶帽，其中卡缆螺栓扭矩允许偏差< 5% ；
所述的安全防护胶帽是在每个裸露在外的螺栓端头外加一个内嵌钢线的胶质卸压螺帽，并通过内嵌钢丝的胶线与另一侧螺栓端头的卸压螺帽相连； 所述的U型钢所选用的钢材为36#钢；
本发明所述的圆形伸缩卸压圈的基本结构是8块U型钢，其中每两块通过两个卡箍相互搭接固定，形成U型钢圆形卸压支护结构，每块U型钢中间通过两个卡箍搭接固定一块横向受力U型钢，在U型钢外侧挂设有卸压钢筋网，在卸压钢筋网上铺设有草帘，草帘与巷道裸露围岩之间是水泥砂充填层。与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是
本发明的U型钢圆形卸压支护结构由8块高强度U型钢、16个卡箍和32根组合卸压螺栓组成，它是巷道支护的关键承载与卸压骨架，在软岩支护过程，当围岩初期来压时，由 U型钢圆形卸压支护结构承压，以保持巷道断面形状；当围岩应力力进一步加大时，U型钢重叠部分间会发生相互错动，实现伸缩卸压，此时螺栓受切向应力的作用下，也发生相对偏移，缓减围岩集中应力；在卡箍与卸压螺栓的综合作用下反过来又制约着U型钢的进一步相对滑移，以加强支架的承载应力，整个圆形支护结构在“承载一卸压一承载”循环中延续软岩巷道的服务年限；
本发明的卸压钢筋网由Φ=8πιπι，间距为50mm钢筋纵横交错焊接而成，为支护骨架间隔处卸压装置；围岩来压初期时，围岩应力由U型钢圆形卸压支护结构和网面与钢支架和其它装置的摩擦力共同承载；当围岩应力进一步加大时，网面与支架将发生相对滑移，网面对于支架外鼓卸压；直至网面相对滑移到最大位置，即网面边缘的倒钩钓住支架，使其形成一体；
本发明所用的草帘主要功能是防止上层的充填物在围岩变形应力作用下崩出伤人； 本发明的水泥砂充填层是由水泥与砂石混合充填支护结构与裸露围岩间的空隙；本发明的8块横向受力U型钢形成了横向受力带，主要目的是防止在圆形支架在横向受力时发生偏移，维持支架稳定；
本发明的安全防护胶帽装置在每个裸露在外的螺栓端头外一个内嵌钢线的胶质螺帽9 并通过内嵌钢丝的胶线12与另一侧螺栓端头的螺帽9相连，以防螺栓在受力作用下，将螺帽崩出伤人；
综上所述，本发明的一种延长深部软岩支护服务年限的三位卸压支护方法，对软岩巷道的支护同时具备了承载、卸压和稳定三种功效，成功解决了目前在软岩巷道支护中存在的巷道变形快和维护困难的问题，构成了卸压与支护一体化。说明书附图
图1是本发明的巷道支护切面图； 图2是本发明图1的A-A剖面图； 图3是本发明图IWB-B剖面图； 图4是本发明图2的C-C剖面其中1 充填巷道底板；2 矸石充填物；3 草帘；4 水泥砂混合充填层；5 =U型钢；6 横向受力U型钢；7 卸压螺栓；8 卸压钢筋网；9 安全防护胶帽；10 胶质卸压螺帽；11 卡箍；12:内嵌钢丝的胶线。
具体实施例方式本发明所选用的U型钢为36#钢材制成，施工前检查U型钢，确保其无裂纹，弧线段无飞边、氧化物、溶渣等阻碍物，无硬过渡现象，在施工材料、机具准备充分的情况下，以下述方式依次施工。在矿井的软岩巷道施工区域确定中线和腰线，根据中线及所选用的作为支架的U 型钢1棚距找出底窝位置，再按照中线和腰线在底窝位置进行挖深，直至挖到实底，从实底开挖180-220mm深的底窝，在底窝内先铺设一块U型钢5作为底梁，在底梁的中间位置用两个卡箍11固定搭接一块横向受力U型钢6，在底梁两侧弯曲位置分别用两个卡箍11固定， 搭接一块U型钢5向两帮延伸，在每条搭接的U型钢5的中间位置用两个卡箍固11定搭接一块横向受力U型钢6，搭接长度为470-550mm，使用施工用拉杆将其临时支稳；
在相邻两底梁和两帮的U型钢支架间挂设由直径8mm，间距为50mm的钢筋纵横交错焊接而成的卸压钢筋网8，卸压钢筋网8的两侧网边勻分布在U型钢5外线，超越U型钢5外边缘70-90mm，卸压钢筋网8的网边以倒钩形式卡在U型钢支架两侧，然后将6_10mm厚的草帘3铺设在卸压钢筋网8外部，采用喷浆机喷淋水泥砂混合物，填充草帘与围岩之间的空间，形成水泥砂混合充填层4，在水泥砂混合充填层4凝固后，向底窝填充矸石充填物2，并在矸石充填物2上铺设充填巷道底板1，使底梁和两帮稳固；
而后重复搭接作为支架的U型钢5和横向受力U型钢6，铺设卸压钢筋网8、草帘3，喷淋水泥砂混合充填物，依次施工，直至整个支架封闭，形成一个由8块U型钢作为支架的圆形伸缩卸压圈。其中水泥砂混合充填物为普通42. 5级硅酸盐水泥、中砂、直径5-10mm的碎石、水和速凝剂混合而成，其中按质量比，水泥中砂碎石=1:2:2，速凝剂的加入量为水泥质量的3%，且必须喷浆机上料口均勻加入；中砂为含水量4-6%的河沙；其中的卡箍11包括1个卸压螺栓7和1块U型垫板，4个螺母和4个安全防护胶帽9， 其中卡缆螺栓扭矩允许偏差< 5% ；
其中的安全防护胶帽9是在每个裸露在外的卸压螺栓7端头外加一个内嵌钢线的胶质卸压螺帽10，并通过内嵌钢丝的胶线12与另一侧螺栓端头的胶质卸压螺帽10相连。
权利要求
1.一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法，其特征在于按照以下步骤进行(1)首先在矿井的软岩巷道施工区域确定中线和腰线，根据中线及所选用的作为支架的U型钢棚距找出底窝位置，再按照中线和腰线在底窝位置进行挖深，直至挖到实底，从实底开挖180-220mm深的底窝，在底窝内先铺设一块U型钢作为底梁，在底梁的中间位置用两个卡箍固定搭接一块横向受力U型钢，在底梁两侧弯曲位置分别用两个卡箍固定，搭接一块U型钢向两帮延伸，在每条搭接的U型钢的中间位置用两个卡箍固定搭接一块横向受力 U型钢，搭接长度为470-550mm，使用施工用拉杆将其临时支稳；(2)在相邻两底梁和两帮的U型钢支架间挂卸压钢筋网，卸压钢筋网的两侧网边勻分布在U型钢外线，超越U型钢外边缘70-90mm，卸压钢筋网的网边以倒钩形式卡在U型钢支架两侧，然后将草帘铺设在卸压钢筋网外部，采用喷浆机喷淋水泥砂混合充填物，填充草帘与围岩之间的空间，形成水泥砂混合充填层，在水泥砂混合充填物凝固后，向底窝填充矸石充填物，并在矸石充填物上铺设充填巷道底板，使底梁和两帮稳固；(3)而后重复搭接作为支架的U型钢和横向受力U型钢，铺设卸压钢筋网、草帘，喷淋水泥砂混合充填物，依次施工，直至整个支架封闭，形成一个由8块U型钢作为支架的圆形伸缩卸压圈。
2.根据权利要求1所述的一种一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法， 其特征在于所述的卸压钢筋网由直径8mm，间距为50mm的钢筋纵横交错焊接而成。
3.根据权利要求1所述的一种一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法， 其特征在于所述的草帘厚度为6-10mm。
4.根据权利要求1所述的一种一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法， 其特征在于所述的水泥砂混合充填物为普通42. 5级硅酸盐水泥、中砂、直径5-10mm的碎石、水和速凝剂混合而成，其中按质量比，水泥中砂碎石=1 2 2，速凝剂的加入量为水泥质量的3%，且必须喷浆机上料口均勻加入；所述的中砂为含水量4-6%的河沙。
5.根据权利要求1所述的一种一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法，其特征在于所述的卡箍包括1个卡缆螺杆和1块U型垫板，4个螺母和4个安全防护胶帽，其中卡缆螺栓扭矩允许偏差< 5%。
6.根据权利要求1所述的一种一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法，其特征在于所述的安全防护胶帽是在每个裸露在外的螺栓端头外加一个内嵌钢线的胶质卸压螺帽，并通过内嵌钢丝的胶线与另一侧螺栓端头的胶质卸压螺帽相连。
7.根据权利要求1所述的一种一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法， 其特征在于所述的U型钢所选用的钢材为36#钢。
8.根据权利要求1所述的一种一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法， 其特征在于所述的圆形伸缩卸压圈的基本结构是8块U型钢，其中每两块通过两个卡箍相互搭接固定，形成U型钢圆形卸压支护结构，每块U型钢中间通过两个卡箍搭接固定一块横向受力U型钢，在U型钢外侧挂设有卸压钢筋网，在卸压钢筋网上铺设有草帘，草帘与巷道裸露围岩之间是水泥砂混合充填层。
全文摘要
本发明属于采矿工程井巷支护技术领域，具体涉及一种延长深部软岩支护服务年限的三维卸压支护方法。实现本发明的技术方案的基本步骤是在矿井的软岩巷道施工区域找出底窝位置，开挖180-220mm深的底窝，在底窝内铺设作为支架的U型钢和横向受力U型钢，在作为支架的U型钢挂设卸压钢筋网，卸压钢筋网外部铺设草帘，在草帘外部喷淋水泥砂混合充填物，依次施工，直至整个支架封闭，形成一个由8块U型钢作为支架的圆形伸缩卸压圈，起到支持防护作用。本发明的技术方案对软岩巷道的支护同时具备了承载、卸压和稳定三种功效，成功解决了目前在软岩巷道支护中存在的巷道变形快和维护困难的问题，构成了卸压与支护一体化。
文档编号E21D19/00GK102392660SQ201110292520
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者曲国娜, 贾廷贵 申请人:辽宁工程技术大学