专利名称：一种交叉布置的u型对穿锚煤岩柱支护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交叉布置的U型对穿锚煤岩柱支护装置，尤其适用于煤矿和金属矿山等地下工程中的双巷或者多巷间的煤岩柱支护中，也可适用于大巷及其相邻硐室间的煤岩体加固中。
背景技术：
为了适应我国高产高效矿井的发展趋势，许多矿区为了满足生产接替的需求而采取了双巷掘进或者多巷掘进，在一定程度上极大地提高了产量。但是多条巷道临近布置，不可避免地带来了诸如如何加固它们之间煤柱或者岩柱等一系列的防失稳问题。巷道的先后开挖对其施加的是多次应力扰动，故而会产生较大的变形，对其加固处理也就亟待提出新的方案。长久以来，传统的锚杆支护起到了决定性的作用，能够在一定程度上控制其变形。可是锚杆支护相对于两条巷道之间的煤柱而言，毕竟是局部加固，无法在整体上给煤柱以加固效果，也无法解决多次应力扰动下煤柱的稳定性问题，特别是在煤岩柱跨度较大的情况下，锚杆如果过短，问题将更加突出，故仍旧存在着一定的技术性难题。近些年提出的对穿锚索在很大程度上避免了上述问题，锚索长度大可以穿透整个煤岩柱，特别适用是两巷之间的煤岩柱，甚至可以用来在大巷中作为长期加固，比如某些矿井用其来加固马头门和上方的管子道或者安全通道之间的区域，起到的很好的效果。其主要原理就是利用了锚索的高抗拉强度和煤岩体的高抗压强度，通过托盘和锁具锁定两端后实施张拉能在在煤岩柱两侧施加高预紧力，抵抗煤岩柱的变形，使其组合成为一个整体，效果明显。从一定方面来看，在上述的巷间布置情况下，对穿锚索相对于传统锚杆支护有着极大的优势。但是，从 深层次分析，不难看出，对穿锚索提供的是沿着锚索轴向的预紧力，作用于围岩的区域有一定的限制，对于大断面高巷道之间的煤岩柱体的整体性支护就有些显得力不从心了，必须靠加大对穿锚索的密度来控制其变形。这样不可避免地带来新的问题，比如工人劳动量大，材料浪费，经济效益低等不利因素。
发明内容本实用新型的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、支护效果好的交叉布置的U型对穿锚煤岩柱支护装置。为实现上述目的，本实用新型交叉布置的U型对穿锚煤岩柱支护装置，由组个间隔排列固定在煤岩柱两侧壁上的U型锚构成，所述的U型锚包括呈十字形交叉对穿的U型对穿锚一和U型对穿锚二，U型对穿锚一与巷道走向呈45°布置，U型对穿锚二与巷道走向呈135°布置，煤岩柱两侧壁上设有分别紧固多组U型锚的U型对穿锚端头联接器，相邻的联接器对应的孔位反向布置。所述的U型对穿锚端头联接器由U型座和固定U型对穿锚端部的固定螺母构成。[0009]有益效果:本实用新型的U型对穿锚索形成的环形挤压应力分布区比直线形对拉锚索形成的应力区要均匀，对煤岩体有利，施工也相对方便。克服了已有技术中锚杆支护煤岩柱的弱点，即局部近似点载荷、长度短无法贯穿煤柱，并克服了已有技术中对穿锚应用于大断面高巷道的弱点，即大支护密度，近似点载荷，局部挤压，安装复杂，材料消耗大的问题。以往需要在两帮分别安设张拉机具给直线形对拉锚索端头施加预紧力，本实用新型在一侧即可同时为一个U型对穿锚的两端头施加预紧力。U型对穿锚形成的挤压环形应力区相互组合，控制了煤岩柱内部塑性区和破碎区的发展，限制了煤岩柱内裂隙的发育，保持了煤岩柱的稳定，提高了围岩结构的整体性，效果十分明显。相邻的两组U型对穿锚在对应位置上角度相互耦合，有效解决了支护方式可能造成的部分区域应力过于集中的问题。在高巷道的支护上，采用一组交叉布置的U型对穿锚即可有效解决关于如何维护双巷或多巷掘进之间煤岩柱稳定性的重大技术难题。额外对于长久使用的破碎围岩辅以锚杆注浆，更深层次提高煤岩体稳定性和抵抗压力的能力。本组合方式也可以适用于大巷与相邻硐室等处的永久支护。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1中煤岩柱的左视断面图。图中:1-U型对穿锚一，2-U型对穿锚二，3-U型对穿锚端头联接器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述:本实用新型的交叉布置的U型对穿锚煤岩柱支护装置，由多组间隔排列固定在煤岩柱两侧壁上的U型锚构成，所述的U型锚包括呈十字形交叉对穿的U型对穿锚一 I和U型对穿锚二 2，U型对穿 锚一 I与巷道走向呈45°布置，U型对穿锚二 2与巷道走向呈135°布置，煤岩柱两侧壁上设有分别紧固多组U型锚的U型对穿锚端头联接器3，相邻的联接器3对应的孔位反向布置；所述的U型对穿锚端头联接器3由U型座和固定U型对穿锚端部的固定螺母构成。工作过程:用锚索钻机或者其他机具在两巷间煤岩柱的侧帮上造孔，造的四个孔近似可组成正方形，垂直相邻距离大致为巷道高度的三分之二为宜。如果围岩已经极度松软破碎，可预先打注浆锚杆进行注浆加固，待其凝结后再钻孔，浆液可采用525硫铝酸盐快硬水泥或化学浆液。钻孔完毕后采用风、水联合冲洗钻孔，清空孔内煤尘或岩渣。按照图1中所示U型对穿锚的相应位置布置锚索，每一对交叉布置的U型对穿锚为一组。在同一 U型对穿锚的端头安装联接器，将两个端头锁紧，并用张拉仪施加一定的预紧力，施加的过程中要随时注意煤岩体变形，以防扩大原有裂隙。相邻两组在煤岩柱同一侧进行端头张拉预紧的U型对穿锚分别与巷道走向近似呈45°和135°夹角，并按照这个规定沿着巷道走向循环布置下去。锚索安设完毕后，可根据该处煤岩柱使用年限的长短在各个露头处喷射混凝土进行保护，防止锈蚀。如遇到围岩极为破碎松软处，可在上述交叉布置的U型对穿锚之间加设注浆锚杆，以进一步提高煤岩体的稳固性。工作原理:采用U型对穿锚在两巷或多巷煤岩柱体中布置，同一个U型对穿锚的锚索端头位于柱体同一侧，并用联接器锁紧，而后施加一定的预紧力，对穿锚的弧形段位于柱体的另一侧。同时整个U型对穿锚与巷道走向方向近似呈45°角，这样就形成了一个倾斜环形加固圈。由于与巷道走向方向成45°，则加固圈内的应力可大致分解为沿巷道走向方向的应力和与巷道走向垂直方向的应力。在上述U型对穿锚的基础上，与其正交再布置一个U型对穿锚,在煤岩体内的布置方向正好相反，即弧形段位于之前的U型锚端头一侧，而端头侧位于之前的U型锚弧形段一侧。由于二者正交，后者的环形加固圈中的应力也可以分解为沿巷道走向方向的应力和与巷道走向垂直方向的应力。上面四组应力相互挤压叠力口，再加上通过联接器施加在U型对穿锚锚索端头上的预紧力，就在支护的柱体内形成了三维的整体挤压应力，使这一段柱体紧紧压合在一起。在下一段的支护中，继续循环上述布置方式，唯一的区别是上一段中与巷道走向成45°夹角的U型锚在这一段中成135°，上一段中与巷道走向成135°的U型锚在这一段中呈45°。如此沿着走向循环布置下去。采用这种U型对穿锚布置方式，煤岩体两侧在整个自由面包围范围内均受到压缩，克服了之前的直线形对穿锚只能形成轴向近似点载荷压应力区这一缺陷。两个环向应力区相互叠加，在柱体中形成了三向挤压应力，提高了煤岩体的力学性能和参数，增强了巷间煤岩柱及巷道承载的 稳定性，极大地改善了窄煤岩柱的峰值强度和残余强度。
权利要求1.一种交叉布置的U型对穿锚煤岩柱支护装置，其特征在于:它由多组间隔排列固定在煤岩柱两侧壁上的U型锚构成，所述的U型锚包括呈十字形交叉对穿的U型对穿锚一(I)和U型对穿锚二(2)，U型对穿锚一(I)与巷道走向呈45°布置，U型对穿锚二(2)与巷道走向呈135°布置，煤岩柱两侧壁上设有分别紧固多组U型锚的U型对穿锚端头联接器(3)，相邻的联接器(3)对应的孔位反向布置。
2.根据权利要求1所述的交叉布置的U型对穿锚煤岩柱支护装置，其特征在于:所述的U型对穿锚端头联接 器(3)由U型座和固定U型对穿锚端部的固定螺母构成。
专利摘要一种交叉布置的U型对穿锚煤岩柱支护装置，由多组间隔排列固定在煤岩柱两侧壁上的U型锚构成，所述的U型锚包括呈十字形交叉对穿的U型对穿锚一和U型对穿锚二，U型对穿锚一与巷道走向呈45°布置，U型对穿锚二与巷道走向呈135°布置，两个U型对穿锚的端头分居于煤岩柱两侧，经U型对穿锚端头联接器紧固。在岩体内形成两个倾斜方向的环形挤压应力圈。相邻的U型对穿锚同样端头分居于煤岩柱两侧布置，只不过对应孔位反向布置，以避免煤岩体内部分区域过于应力集中。其结构简单，支护范围广，能有效控制两帮变形，保证了高产高效矿井的采掘接替，适用于较窄的两巷间煤岩柱加固，也可适用于大巷或者大巷与上下方硐室的长期支护。
文档编号E21D21/00GK203145974SQ201320022808
公开日2013年8月21日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者郑西贵, 张农, 冯晓巍, 花锦波, 刘玉栋, 张天池, 洪昊 申请人:中国矿业大学