专利名称：一种巷道支护桁架及其安装方法
技术领域：
本发明涉及一种地下施工安全设备，特别是关于一种在煤矿井下或地下铁路等施工过程中使用的巷道支护桁架及其安装方法。
背景技术：
在国外称拱形桁架为轻型格子架，轻型格子架由粗细不等的钢筋或螺纹钢焊接而成，属于轻型拱形桁架支护系列。在煤矿井下单独使用轻型拱形桁架支护虽然具有较好的力学性能，且重量轻、成本低，但是在破碎带、煤巷和软岩巷道等地方作为支护设备，还是存在诸多支护性能不能达到安全要求的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种锚固性能强、支撑强度高的巷道支护桁架及其安装方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种巷道支护桁架，其特征在于它包括一个顶梁框架、两个肩弧框架、两个柱腿框架、若干锚杆、若干销轴和混凝土握裹层；所述顶梁框架包括间隔设置在下方的两顶梁主筋和间隔设置在上方的两个顶梁副筋，每一所述顶梁主筋和顶梁副筋的两端分别焊接一具有铰接孔的连接件，沿所述顶梁主筋和顶梁副筋的长度方向间隔设置有若干将所述顶梁主筋和顶梁副筋连接呈一体的配筋；每一所述肩弧框架包括间隔设置在内侧的两弧形主筋和间隔设置在外侧的两弧形副筋，每一所述弧形主筋和弧形副筋两端分别焊接一具有铰接孔的连接件，沿所述弧形主筋和弧形副筋的弧度方向间隔设置有若干将所述弧形主筋和弧形副筋连接成一体的配筋，所述顶梁框架一端的各连接件分别通过销轴连接一所述肩弧框架顶端对应的各连接件；每一所述柱腿框架包括间隔设置在内侧的两柱腿主筋和间隔设置在外侧的两柱腿副筋，每一所述柱腿主筋和柱腿副筋顶端分别焊接一具有铰接孔的连接件，沿所述柱腿主筋和所述柱腿副筋高度方向间隔设置有若干将所述柱腿主筋和柱腿副筋连接成一体的配筋，每一所述肩弧框架底部的各连接件分别通过销轴连接一个所述柱腿框架顶端对应的各连接件；所述锚杆为一具有托盘的锚杆，所述锚杆一端插入巷道围岩内通过树脂锚固剂锚固，所述锚杆的另一端穿过已固定连接在所述柱腿副筋或顶梁副筋的托盘通过螺母锁紧固定；所述混凝土握裹层为在施工现场整体桁架钢结构件安装完成后喷混凝土砂浆，混凝土凝固形成的混凝土握裹层。所述顶梁主筋、弧形主筋和柱腿主筋采用Φ 16 22_的钢筋或螺纹钢中的一种加工而成。所述顶梁副筋、弧形副筋和柱腿副筋采用Φ 12 16mm的钢筋或螺纹钢中的一种加工而成。所述配筋的形状为梯形、方形或圆形结构中的一种，所述配筋采用Φ8 12_的钢筋加工而成。上述的一种巷道支护桁架的安装方法包括以下步骤1)将已经制作完成的若干顶梁框架、肩弧框架、柱腿框架、锚杆、树脂锚固剂、用于铰接各框架的销轴和喷浆设备及混凝土运送至待支护的巷道内；2 )从巷道进口处向巷道顶部和两侧壁上分别间隔打若干插入锚杆的钻孔；3)在巷道进口处钻孔位置组装桁架，先将两个柱腿框架顶端的各连接件通过销轴分别对应各连接一个弧肩框架下端的各连接件，每一个弧肩框架上端的各连接件再与一个顶梁框架两端的各连接件分别通过销轴对应连接为一桁架钢结构件整体；4)将巷道顶部锚杆的托盘，分别将两根顶梁副筋压住后，将树脂药卷送入顶部的钻孔内，然后将锚杆穿过托盘插入钻孔中并搅拌锚固剂，使锚杆与巷道顶板围岩之间通过树脂锚固剂锚固成一体；在完成顶部锚杆的安装以后，将两侧壁锚杆的托盘分别压住两根柱腿副筋后，将树脂药卷送入顶部的钻孔内，然后将锚杆穿过托盘插入钻孔中并搅拌锚固剂，使锚杆与巷道两侧壁 围岩之间通过树脂锚固剂锚固成一体；最后将每一锚杆上连接的托盘通过螺母紧固达到安装扭矩要求即可，进而使锚杆与桁架之间紧固成一体，即完成一个桁架钢结构件的固定；5)前行至第二支护位置依次重复步骤2、步骤3和步骤4，直至将整个巷道中待支护的桁架钢结构件安装完毕；6)将安装完毕的每一桁架钢结构件之间，用钢丝或细钢筋连接，采用喷浆机向巷道顶部和两侧壁实施喷混凝土砂浆至达到要求的厚度，混凝土喷层凝固后进而形成混凝土握裹层，即完成巷道内桁架的支护。本发明由于米取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于选用Φ 12 16mm螺纹钢或钢筋作为主筋和副筋，采用Φ8 12mm钢筋作为配筋，制作成顶梁框架、肩弧框架和柱腿框架，并在顶梁框架和肩弧框架的两端及柱腿框架的顶部分别固定连接有连接件，通过销轴连接成整体桁架钢结构，并与锚杆配合完成对巷道围岩体的支护；通过在巷道围岩表面喷浆，使桁架位于喷浆的混凝土握裹层内，致使锚杆桁架联合支护的锚固性能更加牢固，支撑强度更高。2、本发明采用将顶梁框架、肩弧框架、柱腿框架、锚杆、销轴、树脂药圈、喷浆设备及混凝土，分别送入巷道支护现场进行安装，因此使桁架锚杆安装更加灵活，运送便捷，减轻工人劳动强度，提高巷道支护安装效率。3、本发明使用的肩弧框架由于可以根据巷道的实际状况设计，尤其是在破碎带、煤巷和软岩巷道等变形较大的巷道中，设计不同形状的肩弧框架支护巷道效果更好，更加安全牢靠。本发明可以广泛用于煤矿井下巷道或地下铁路隧道等施工支护之中。
图I是本发明结构示意2是本发明的框架铰接示意3是本发明的顶梁框架截面结构示意4是本发明的连接件结构示意5是本发明的实施效果示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图I所示，本发明包括一个顶梁框架I、两个肩弧框架2、两个柱腿框架3、若干锚杆4、若干销轴5和混凝土握裹层6。如图I、图2、图3、图4所示，本发明的顶梁框架I包括间隔设置在下方的两个顶梁主筋11和间隔设置在上方的两个顶梁副筋12，每一顶梁主筋11和顶梁副筋12的两端分别焊接一具有铰接孔的连接件13，沿顶梁主筋11和顶梁副筋12的长度方向间隔设置有若干将顶梁主筋11和顶梁副筋12连接成一体的配筋14。本发明的肩弧框架2包括间隔设置在内侧的两弧形主筋21和间隔设置在外侧的两弧形副筋22，每一弧形主筋21和弧形副筋22两端分别焊接一具有铰接孔的连接件23，沿弧形主筋21和弧形副筋22的弧度方向间隔设置有若干将弧形主筋21和弧形副筋22连接成一体的配筋24，顶梁框架I 一端的各连接件分别通过销轴5连接一个肩弧框架2顶端对应的各连接件23。本发明的柱腿框架3包括间隔设置在内侧的两柱腿主筋31和间隔设置在外侧的两柱腿副筋32，每一柱腿主筋31和柱腿副筋32顶端分别焊接一具有铰接孔的连接件33，沿柱腿主筋31和柱腿副筋32高度方向间隔设置有若干将柱腿主筋31和柱腿副筋32连接成一体的配筋34，每一肩弧框架2底部的各连接件23分别通过销轴5连接一个柱腿框架3顶端对应的各连接件33。本发明的锚杆4为一具有托盘42的锚杆4，锚杆4 一端插入巷道围岩内通过树脂锚固剂锚固，另一端穿过已固定连接的桁架柱腿副筋32或顶梁副筋12的托盘42通过螺母41锁紧固定。根据顶梁框架I的跨度不同和柱腿框架3的高度不同，顶梁框架I的顶梁副筋12和柱腿框架3的柱腿副筋32，均可以间隔固定连接若干具有托盘42的锚杆4。本发明的混凝土握裹层6是在现场施工过程中实现的，其是待整体桁架钢结构件全部安装完成后，再对整体桁架钢结构件喷混凝土砂浆，混凝土凝固后便形成混凝土握裹层6。上述实施例中，顶梁主筋11、弧形主筋21和柱腿主筋31可以采用Φ 16 22mm的钢筋或螺纹钢加工而成，顶梁副筋12、弧形副筋22和柱腿副筋32可以采用Φ 12 16_的钢筋或螺纹钢加工而成，连接件13、23、33可以采用钢性材料加工而成。上述实施例中，配筋14、24、34形状可以是梯形、方形或圆形，其可以采用Φ8 12mm的钢筋加工而成。上述实施例中，如果巷道形状变化较大，则需要设计制造不同形状的肩弧框架2，以适应巷道不规则断面形状的变化，完成各种形状的巷道支护。上述实施例中，锚杆4的锚固数量要根据巷道的结构尺寸确定。如图I所示，本发明安装方法包括以下步骤I)将已经制作完成的若干顶梁框架I、肩弧框架2、柱腿框架3、锚杆4、用于铰接各框架的销轴5、锚固剂和喷浆机及混凝土运送至待支护的巷道内；2)从巷道进口处向巷道顶部和两侧壁上分别间隔打若干钻孔，以备插入锚杆4 ；3)在巷道进口处钻孔位置组装桁架，先将两个柱腿框架3顶端的各连接件33通过销轴5分别对应各连接一个弧肩框架2下端的各连接件23，每一个弧肩框架2上端的各连接件23再与一个顶梁框架I两端的各连接件13分别通过销轴5对应连接为一桁架钢结构件整体；4)将巷道顶部锚杆4的托盘42，分别将两根顶梁副筋12压住后，将树脂药卷送入·顶部的钻孔内，然后将锚杆4穿过托盘42插入钻孔中并搅拌锚固剂，使锚杆4与巷道顶板围岩之间通过树脂锚固剂锚固成一体；在完成顶部锚杆4的安装以后，将两侧壁锚杆4的托盘42分别压住两根柱腿副筋32后，将树脂药卷送入顶部的钻孔内，然后将锚杆4穿过托盘42插入钻孔中并搅拌锚固剂，使锚杆4与巷道两侧壁围岩之间通过树脂锚固剂锚固成一体；最后将每一锚杆4上连接的托盘42通过螺母41紧固达到安装扭矩要求即可，进而使锚杆与桁架之间紧固成一体，即完成一个桁架钢结构件的固定。5)前行至第二支护位置依次重复步骤2、步骤3和步骤4，直至将整个巷道中待支护的桁架钢结构件安装完毕(如图5所示)；6)将安装完毕的每一桁架钢结构件之间，用钢丝或细钢筋连接，采用喷浆机向巷道顶部和两侧壁实施喷混凝土砂浆至达到要求的厚度，混凝土喷层凝固后进而形成混凝土握裹层6，即完成巷道内桁架的支护。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所 变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种巷道支护桁架，其特征在于它包括一个顶梁框架、两个肩弧框架、两个柱腿框架、若干锚杆、若干销轴和混凝土握裹层； 所述顶梁框架包括间隔设置在下方的两顶梁主筋和间隔设置在上方的两个顶梁副筋，每一所述顶梁主筋和顶梁副筋的两端分别焊接一具有铰接孔的连接件，沿所述顶梁主筋和顶梁副筋的长度方向间隔设置有若干将所述顶梁主筋和顶梁副筋连接呈一体的配筋； 每一所述肩弧框架包括间隔设置在内侧的两弧形主筋和间隔设置在外侧的两弧形副筋，每一所述弧形主筋和弧形副筋两端分别焊接一具有铰接孔的连接件，沿所述弧形主筋和弧形副筋的弧度方向间隔设置有若干将所述弧形主筋和弧形副筋连接成一体的配筋，所述顶梁框架一端的各连接件分别通过销轴连接一所述肩弧框架顶端对应的各连接件； 每一所述柱腿框架包括间隔设置在内侧的两柱腿主筋和间隔设置在外侧的两柱腿副筋，每一所述柱腿主筋和柱腿副筋顶端分别焊接一具有铰接孔的连接件，沿所述柱腿主筋和所述柱腿副筋高度方向间隔设置有若干将所述柱腿主筋和柱腿副筋连接成一体的配筋，每一所述肩弧框架底部的各连接件分别通过销轴连接一个所述柱腿框架顶端对应的各连接件； 所述锚杆为一具有托盘的锚杆，所述锚杆一端插入巷道围岩内通过树脂锚固剂锚固，所述锚杆的另一端穿过已固定连接在所述柱腿副筋或顶梁副筋的托盘通过螺母锁紧固定; 所述混凝土握裹层为在施工现场整体桁架钢结构件安装完成后喷混凝土砂浆，混凝土凝固形成的混凝土握裹层。
2.如权利要求I所述的一种巷道支护桁架，其特征在于所述顶梁主筋、弧形主筋和柱腿主筋采用Φ16 22_的钢筋或螺纹钢中的一种加工而成。
3.如权利要求I所述的一种巷道支护桁架，其特征在于所述顶梁副筋、弧形副筋和柱腿副筋采用Φ12 16mm的钢筋或螺纹钢中的一种加工而成。
4.如权利要求I或2或3所述的一种巷道支护桁架，其特征在于所述配筋的形状为梯形、方形或圆形结构中的一种，所述配筋采用Φ8 12mm的钢筋加工而成。
5.如权利要求I 4任一项所述的一种巷道支护桁架的安装方法包括以下步骤 1)将已经制作完成的若干顶梁框架、肩弧框架、柱腿框架、锚杆、树脂锚固剂、用于铰接各框架的销轴和喷浆设备及混凝土运送至待支护的巷道内； 2)从巷道进口处向巷道顶部和两侧壁上分别间隔打若干插入锚杆的钻孔； 3)在巷道进口处钻孔位置组装桁架，先将两个柱腿框架顶端的各连接件通过销轴分别对应各连接一个弧肩框架下端的各连接件，每一个弧肩框架上端的各连接件再与一个顶梁框架两端的各连接件分别通过销轴对应连接为一桁架钢结构件整体； 4)将巷道顶部锚杆的托盘，分别将两根顶梁副筋压住后，将树脂药卷送入顶部的钻孔内，然后将锚杆穿过托盘插入钻孔中并搅拌锚固剂，使锚杆与巷道顶板围岩之间通过树脂锚固剂锚固成一体；在完成顶部锚杆的安装以后，将两侧壁锚杆的托盘分别压住两根柱腿副筋后，将树脂药卷送入顶部的钻孔内，然后将锚杆穿过托盘插入钻孔中并搅拌锚固剂，使锚杆与巷道两侧壁围岩之间通过树脂锚固剂锚固成一体；最后将每一锚杆上连接的托盘通过螺母紧固达到安装扭矩要求即可，进而使锚杆与桁架之间紧固成一体，即完成一个桁架钢结构件的固定；5)前行至第二支护位置依次重复步骤2)、步骤3)和步骤4)，直至将整个巷道中待支护的桁架钢结构件安装完毕； 6)将安装完毕的每一桁架钢结构件之间，用钢丝或细钢筋连接，采用喷浆机向巷道顶部和两侧壁实施喷混凝土砂浆至达到要求的厚度，混凝土喷层凝固后进而形成混凝土握裹层，即完成巷道内桁架的支护。
全文摘要
本发明涉及一种巷道支护桁架及其安装方法，它包括一顶梁框架、两肩弧框架、两柱腿框架、若干锚杆、若干销轴和混凝土握裹层；顶梁框架包括两顶梁主筋和两顶梁副筋，顶梁主筋和顶梁副筋通过若干配筋连接成一体，顶梁框架两端分别焊接具有铰接孔的连接件。肩弧框架包括两弧形主筋和两弧形副筋，弧形主筋和弧形副筋通过若干配筋连接成一体，肩弧框架两端分别焊接具有铰接孔的连接件。柱腿框架包括两柱腿主筋和两柱腿副筋，柱腿主筋和柱腿副筋通过若干配筋连接成一体，柱腿框架顶端分别焊接具有铰接孔的连接件。具有托盘的锚杆通过螺母将桁架连成一体。在巷道桁架钢结构件上喷射混凝土砂浆形成的混凝土握裹层。本发明可以广泛用于煤矿井下巷道或地下铁路隧道等施工支护之中。
文档编号E21D11/18GK102926768SQ20121046413
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者程根银, 刘玉德, 祁明峰, 赵启峰, 韩昌强, 张建堂, 辛东京, 朱喻伟, 黄正国, 周曾强, 苗峰, 张枫林 申请人:华北科技学院, 安徽省皖北煤电集团有限责任公司百善煤矿