一种高地应力巷道支护装置与施工方法与流程

本发明属于软岩巷道支护方法技术领域，具体是一种高地应力巷道支护装置与施工方法。

背景技术：

我国煤炭开采深度越来越大，随着埋深的增加，巷道所处地应力也越来越大，巷道围岩控制与支护问题越发突出，现有的“锚网喷”联合支护方式已经不再能够满足深部巷道尤其是深部软岩巷道支护强度的要求。且深部巷道高地应力来自于巷道的各个方向，单纯的对巷道某一方向进行支护难以保证巷道围岩的稳定性，对巷道进行多方向共同支护成为深部软岩巷道围岩控制的主流。为实现对巷道全方位提供直接支撑并实现自动化让压的目的，一种全方位直接支护可自动化控制的高地应力巷道支护的装置与方法。通过预先掘进圆形使巷道受力更为均匀；通过喷混凝土层，使巷道表面光滑，为受力钢托板提供有效接触面；通过设置钢拖板，使巷道高地应力能够传递至液压支架，提供主动支撑应力；通过设置内设钢管，为液压支架提供基座支撑，由于其为圆形钢管具有应力自调节的作用可以有效避免应力集中；通过设置液压控制系统，可以实现对巷道围岩压力的自动化控制，并实现预支撑与自动化让压，避免巷道围岩应力集中，控制巷道围岩变形，杜绝巷道发生冲击地压。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提供一种高地应力巷道支护装置与施工方法。

本发明采取以下技术方案：一种一种高地应力巷道支护装置，包括巷道围岩表面控制系统、巷道支护应力位移控制系统以及巷道内部地平系统。

巷道围岩表面控制系统包括短锚索、锚索锚固剂、锚索托盘以及巷道围岩表面混凝土层；巷道围岩表面混凝土层环形设置，巷道围岩表面混凝土层外圈环向均匀安装有锚索托盘，锚索托盘上安装向外伸出的短锚索，短锚索端部为锚索锚固剂。

巷道支护应力位移控制系统包括弧形钢托板、液压支架、液压支架底座、钢管以及液压控制系统；弧形钢托板沿巷道围岩表面混凝土层内圈设置有若干个，弧形钢托板内侧设置有环形的钢管，每个弧形钢托板与环形的钢管之间设置有一个液压支架，液压支架安装在液压支架底座上，液压支架底座沿钢管外侧环向设置，液压控制系统通过液压支架进液管路分别与每个液压支架连接。

巷道内部地平系统包括地平钢板与地平纵梁，地平钢板水平安装在钢管内圈，地平钢板下部与钢管之间支撑地平纵梁。

一种高地应力巷道支护装置的施工方法，包括以下步骤。

s100～巷道掘进：开掘圆形巷道；

s200～巷道围岩表面控制系统安装：步骤s100巷道掘进完毕后，在圆形巷道表面以巷道断面圆心为原点间隔36°钻打短锚索孔，安设短锚索，并在巷道表面浇筑混凝土层；

s300～巷道支护应力位移控制大系统地面制作：同步骤s100同时进行，制作弧形钢托板，将其内弧面焊接于液压支架顶部；在钢管表面以钢管圆心为原点以36°为间隔，焊接与液压支架底部相适应的液压支架底座；在液压支架底座附近于钢管钻打液压支架进液孔，以便液压支架进液管道能够通过，在钢管内部液压支架进液孔附近焊接液压支架进液管路钩环，以便液压支架进液管路能够与钢管紧密连接，液压支架进液管道穿过液压支架进液孔与液压支架上的进液口相连；将焊有弧形钢拖板的液压支架焊接于液压支架底座上，并在钢管内部焊接钢平板与钢纵梁，形成巷道内部地平系统；

s400～装置运送：将步骤s300制作而成的装置运送至井下巷道支护段；

s500～液压控制系统安装：利用液压管将液压控制系统连接完毕，进行试打压，检测液压控制系统密闭性，检查完毕后进行打压，对巷道表面控制系统施加支护应力；

s600～观测：在步骤s500完毕后，实时观测液压数据，调节液压系统初步应力值为40mpa；

s700～按照步骤s200~s500重复实施，直至巷道完全支护完毕；

s800～撤回：待巷道使用完毕后，卸去液压支架压力，回收装置。

液压控制系统根据预先设置的压力，向巷道表面提供直接支护阻力，当巷道围岩地应力增大到液压支架泄压阀阈值时，泄压阀开启卸压，释放巷道围岩应力，并给出位移空间，随后又给出预定支护强度，实现巷道围岩控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：方位直接支护可自动化让压的深部软岩巷道支护的装置的应用，非常适用于首采工作面，由于首采工作面应力分布不明确，巷道围岩变形机理不清，在提供全方位主动直接支护后，可以有效控制巷道围岩表面位移，同时装置内部液压支架有一定的让压空间，有效释放应力，杜绝巷道的冲击地压事故；同时，在非常适用于深部软岩巷道支护，深部巷道地应力较大，在施加直接支护应力后，控制表面位移的同时也可以保持巷道围岩的稳定性，在巷道围岩应力过于集中时，还可以进行卸压作业，让出一定围岩变形空间，释放应力，杜绝巷道的冲击地压事故；本装置还适用于破碎围岩支护、孤岛工作面巷道支护，提供主动支护应力，应力集中时还可以不断给出变形空间，缓慢释放地应力，避免应力集中，杜绝冲击地压的发生；本装置可以模块化操作，自动化控制巷道变形，还可以完全回收实现循环利用。

附图说明

图1为全方位直接支护可自动化让压的深部软岩巷道支护的装置；

图2为钢管正视图；

图3为钢管左视图；

图4为钢管俯视图；

图5弧形钢拖板正视图；

图6弧形钢拖板左视图；

图7弧形钢拖板俯视图；

附图标记：1-短锚索，2-巷道围岩表面混凝土层，3-弧形钢托板，4-液压支架，5-液压支架卸压口，6-液压支架底座，7-钢管，8-液压控制系统，9-液压支架进液管路，10-液压支架进液孔，11-地平钢板，12-地平纵梁，13-锚索锚固剂，14-锚索托盘，15-液压支架进液口，16-液压支架进液管路，17-液压支架进液管路钩环。

具体实施方式

如图1所示，一种全方位直接支护可自动化控制的高地应力巷道支护装置，包括巷道围岩表面控制系统、巷道支护应力位移控制系统以及巷道内部地平系统；巷道围岩表面控制系统包括短锚索1、锚索锚固剂13、锚索托盘14以及巷道围岩表面混凝土层2；巷道围岩表面混凝土层2环形设置，巷道围岩表面混凝土层2外圈环向均匀安装有锚索托盘14，锚索托盘14上安装向外伸出的短锚索1，短锚索1端部为锚索锚固剂13；巷道支护应力位移控制系统包括弧形钢托板3、液压支架4、液压支架底座6、钢管7以及液压控制系统8；弧形钢托板3沿巷道围岩表面混凝土层2内圈设置有若干个，弧形钢托板3内侧设置有环形的钢管7，每个弧形钢托板3与环形的钢管7之间设置有一个液压支架4，液压支架4安装在液压支架底座6上，液压支架底座6沿钢管7外侧环向设置，液压控制系统8通过液压支架进液管路9分别与每个液压支架4连接；巷道内部地平系统包括地平钢板11与地平纵梁12，地平钢板11水平安装在钢管7内圈，地平钢板11下部与钢管7之间支撑地平纵梁12。液压支架进液口与卸压口是液压支架的通用接口。

一种全方位直接支护可自动化控制的高地应力巷道支护的装置与方法，包括如下步骤。

s100～巷道掘进：根据矿井采掘设计，开掘圆形巷道。

s200～巷道围岩表面控制系统安装：步骤s100巷道掘进完毕后，在圆形巷道表面以巷道断面圆心为原点间隔36°钻打短锚索孔，安设短锚索，并在巷道表面浇筑厚度为30mm的c30混凝土层。

s300～巷道支护应力以及位移控制大系统地面制作：同步骤s200同时进行，制作弧形钢托板高度1m，厚度20mm的，弧长为混凝土浇筑层内面周长的十分之一，将其内弧面焊接于液压支架顶部；在厚度为30mm钢管表面以钢管圆心为原点以36°为间隔，焊接与液压支架底部相适应的基座，钢管内径由巷道所需宽度确定，钢管高度为1m；在液压支架基座附近于钢管钻打进液孔；将焊有弧形钢拖板的液压支架焊接于基座上，形成巷道支护应力以及位移控制大系统。并在钢管内部焊接钢平板与钢纵梁，形成巷道内部地平系统。

s400～装置运送：将步骤s300制作而成的装置运送至井下巷道支护段。

s500～液压控制子系统安装：利用液压管将液压子系统连接完毕，进行试打压，检测液压子系统密闭性，检查完毕后进行打压，对巷道表面控制系统施加支护应力。

s600～观测：在步骤s500完毕后，实时观测液压数据，调节液压系统初步应力值。

s700～按照上述步骤重复实施，直至巷道完全支护完毕。

s800～撤回：待巷道使用完毕后，卸去液压支架压力，回收巷道支护装置。

所述巷道支护应力以及位移控制系统，中的液压控制子系统，可以根据预先设置的压力，向巷道表面提供直接支护阻力，当巷道围岩地应力增大到液压支架泄压阀阈值时，泄压阀开启卸压，释放巷道围岩应力，并给出一定位移空间，随后又给出预定支护强度，实现巷道围岩自动化控制。

所述巷道围岩表面控制系统，包括4m的φ18短锚索、ck2360锚固剂两支、锚索托盘以及巷道围岩表面厚度为30mm的c30混凝土层，为支护装置入井安装提供时间。

所述巷道地平系统，可以为巷道内设备、人员运输提供保障。