一种让压高强砼骨架巷旁支护体的制作方法

本发明涉及煤炭开采技术领域，具体为一种让压高强砼骨架巷旁支护体。

背景技术：

随着我国煤炭开采可持续发展战略的实施，沿空留巷作为一种有效的无煤柱开采技术被不断的推广应用。采用该技术可提高煤炭资源回收率、降低巷道掘进量、实现工作面y型通风、解决工作面隅角瓦斯积聚等突出优点。

沿空留巷成功的关键是巷旁支护体的稳定性。巷旁支护体在顶板岩梁剧烈运动状态下承载，要求其既适应基本顶岩梁前期剧烈沉降运动，又能承担后期顶板作用力，做到让压-控制沉降相结合，巷旁支护采空区矸石及实体煤作用协同一致，保证巷道围岩支护承载系统整体稳定性。

目前巷旁支护的主要方式包括小煤柱、巷旁充填及支柱3种，该3种方式各存在自己的优缺点。如专利cn110284905a公开了一种沿空留巷巷旁支护结构及其支护方法，包括位于巷道内靠近采空区侧壁的多个间隔设置的支护体，支护体为无顶圆柱钢管；支护体外壁设有填充口；支护体内设有充填物；支护体沿采空区侧壁呈一字型排列。专利cn109209485a公开了一种充填开采梯形巷旁支护体及支护方法。上述技术存在的问题如下：巷旁支护存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应、留巷工艺复杂。考虑到如何做到巷旁支护让压性能好、增阻速度快、初撑力高，实现前期变形能力强和后期支护阻力高，达到“柔-强”组合支护，既方便现场施工，又经济实惠，是沿空留巷过程中的一个难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于如何解决传统巷旁支护存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种让压高强砼骨架巷旁支护体，包括组合定位抗压结构、钢管砼骨架结构和让压限位装置；

所述组合定位抗压结构包括抗压梁和定位槽；所述定位槽固定在所述抗压梁顶部；

所述钢管砼骨架结构包括矿用钢管、金属骨架和连接固定器；所述矿用钢管固定在所述定位槽内；所述金属骨架居中设置于所述矿用钢管内部，且所述金属骨架通过所述连接固定器与所述矿用钢管内部固定连接；所述金属骨架内、所述金属骨架与矿用钢管的内部之间灌注有混凝土；

所述让压限位装置包括连接板，所述连接板根据巷道顶板情况水平或倾斜设置；所述连接板底部固定连接有多个竖直设置的且与工作面推进方向平行的让压阻尼片，多个所述让压阻尼片底部与所述矿用钢管顶部固定连接，且多个所述让压阻尼片的高度随所述连接板的倾斜方向相同或相异。

本发明将组合定位抗压结构、钢管砼骨架结构和让压限位装置相结合，其中，矿用钢管内灌注混凝土，混凝土内增设金属骨架，形成“钢管-钢筋骨架-混凝土”整体承载的钢管砼骨架结构，提高其承载力的同时增强其抗侧压能力；利用让压限位装置的让压阻尼片，可实现柔性让压承载，同时限位支撑控制顶板沉降，与钢管砼骨架结构形成“柔-强”组合支护，实现前期变形能力强和后期支护阻力高的作用；再利用组合定位抗压结构增加钢管砼骨架结构的底板接触面积，限制钢管砼骨架结构滑移，改善了钢管砼骨架结构的受力状态。解决了传统巷旁支护体存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应的问题。

优选地，所述定位槽设置有三个，三个所述定位槽等间距设置；且钢管砼骨架结构和让压限位装置对应的设置有三组；三个一组形成组合支护体，提升支护体整体承载强度。

优选地，所述组合定位抗压结构还包括防溢垫片，所述防溢垫片设置在所述矿用钢管与所述定位槽之间。

优选地，所述防溢垫片的材料为防漏乳胶垫片。

优选地，所述金属骨架包括多个金属骨架纵筋和多个金属骨架横筋；多个所述金属骨架纵筋呈环形等间距设置；多个所述金属骨架横筋内接于或外接于所述金属骨架纵筋环向均匀排列。

优选地，所述连接固定器设置有两组，一组所述连接固定器用于连接矿用钢管与金属骨架上端，另一组所述连接固定器用于连接矿用钢管与金属骨架下端；

所述连接固定器包括三个连接件，三个连接件呈环形等间距设置，且三个连接件一端与所述金属骨架固定连接，三个连接件另一端与所述矿用钢管内壁固定连接。

优选地，所述让压阻尼片设置有四个，其中两个所述让压阻尼片分别固定在所述连接板底部前后位置，另外两个所述让压阻尼片分别固定在所述连接板底部左右位置；四个所述让压阻尼片的底部均为平截面且均在同一水平面上。

优选地，所述连接板水平设置时，四个所述让压阻尼片顶部为平截面，且四个所述让压阻尼片的高度相同。

优选地，所述连接板为倾斜状态时，四个所述让压阻尼片顶部均为斜截面，且四个所述让压阻尼片的高度随所述连接板的倾斜方向改变，四个所述让压阻尼片高度通过围岩顶板结构变形机理分析和数值模拟得出。

优选地，所述钢管砼骨架结构还包括法兰盘，所述法兰盘设置在所述矿用钢管与所述让压限位装置之间，且所述法兰盘底部与所述矿用钢管顶部固定连接，所述法兰盘顶部与所述让压阻尼片底部固定连接。

本发明的优点在于：

1、本发明将组合定位抗压结构、钢管砼骨架结构和让压限位装置相结合，其中，矿用钢管内灌注混凝土，混凝土内增设金属骨架，形成“钢管-钢筋骨架-混凝土”整体承载的钢管砼骨架结构，提高其承载力的同时增强其抗侧压能力；利用让压限位装置的让压阻尼片，可实现柔性让压承载，同时限位支撑控制顶板沉降，与钢管砼骨架结构形成“柔-强”组合支护，实现前期变形能力强和后期支护阻力高的作用；再利用组合定位抗压结构增加钢管砼骨架结构的底板接触面积，限制钢管砼骨架结构滑移，改善了钢管砼骨架结构的受力状态。解决了传统巷旁支护体存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应的问题。

2、本发明在抗压梁上等间距设置有三个定位槽，每个定位槽分别支撑一组钢管砼骨架结构和让压限位装置，三个一组形成组合支护体，提升支护体整体承载强度。

3、让压限位装置具有变形稳压性能，可适应基本顶回转下沉造成的压力，避免应力集中作用在巷旁支护体上，导致巷旁支护体的破坏失稳；组合定位抗压结构和钢管砼骨架结构提供足够的支护阻力、强度高，前期变形能力强，适应顶板的剧烈运动，后期可维持上覆岩层变形后的悬臂梁结构稳定。

4、本发明的连接板根据巷道顶板情况水平或倾斜设置，且四个让压阻尼片高度通过围岩顶板结构变形机理分析和数值模拟得出，以更好适应顶板岩层的运移，实现前期恒阻状态下的“给定变形”。

附图说明

图1为本发明一种让压高强砼骨架巷旁支护体的结构示意图；

图2为本发明实施例的钢管砼骨架结构的结构示意图；

图3为本发明实施例的金属骨架的结构示意图；

图4为本发明实施例的a的放大结构示意图；

图5为本发明实施例的让压限位装置的结构示意图。

附图标号说明：

1、组合定位抗压结构；11、抗压梁；12、定位槽；13、防溢垫片；2、钢管砼骨架结构；21、矿用钢管；22、金属骨架；221、金属骨架纵筋；222、金属骨架横筋；23、连接固定器；24、法兰盘；3、让压限位装置；31、连接板；32、让压阻尼片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例公开了一种让压高强砼骨架巷旁支护体，包括组合定位抗压结构1、钢管砼骨架结构2和让压限位装置3。

如图1所示，并具体以图1的方位为参照，组合定位抗压结构1包括一个抗压梁11、三个定位槽12和三个防溢垫片13；本实施例的抗压梁11采用现有技术的钢加工而成；三个定位槽12呈等间距固定在抗压梁11顶部，且本实施例的相邻两个定位槽12之间的间距为600mm，定位槽12采用现有技术的钢管切割而成，定位槽12的底部通过焊接的方式固定在抗压梁11顶部，在其他实施例中，定位槽12的底部也可以通过螺栓或者螺钉连接的方式固定在抗压梁11顶部；每个定位槽12内部顶端均放置一个防溢垫片13，本实施例的防溢垫片13为圆环片结构，且防溢垫片13的材料为现有技术的防漏乳胶垫片。

如图1-4所示，并具体以图1的方位为参照，钢管砼骨架结构2由矿用钢管21、金属骨架22、连接固定器23、混凝土和法兰盘24组成；矿用钢管21套设在定位槽12内且矿用钢管21底部压在防溢垫片13上，防溢垫片13与定位槽12的内径相配套，增加钢管砼骨架结构2的底板接触面积，限制钢管砼骨架结构2滑移；

如图2所示，金属骨架22居中设置于矿用钢管21内部，如图3所示，金属骨架22包括多个金属骨架纵筋221和多个金属骨架横筋222；金属骨架纵筋221由现有技术的圆钢制作而成，多个金属骨架纵筋221呈环形等间距设置；金属骨架横筋222由现有技术的光圆钢制作而成，多个金属骨架横筋222内接于或外接于金属骨架纵筋221环向均匀排列，且金属骨架纵筋221和金属骨架横筋222交叉点处用铁丝绑扎；

如图1、图2和图4所示，本实施例的金属骨架22采用连接固定器23与矿用钢管21进行连接，连接固定器23由现有技术的圆钢加工而成，本实施例的连接固定器23设置有两组，一组连接固定器23用于连接矿用钢管21与金属骨架22上端，另一组连接固定器23用于连接矿用钢管21与金属骨架22下端；连接固定器23包括三个连接件，三个连接件呈环形等间距设置，且三个连接件一端与金属骨架22焊接固定，三个连接件另一端与矿用钢管21内壁焊接固定；

金属骨架22内以及金属骨架22与矿用钢管21的内部之间灌注有混凝土，混凝土由普通硅酸盐水泥配制，于井下搅拌后直接用混凝土泵泵入矿用钢管21内，形成“钢管-钢筋骨架-混凝土”整体承载的钢管砼骨架结构2，可将混凝土由单向受力状态改变为三向受力状态，提高其承载强度；

法兰盘24焊接在矿用钢管21的顶部，也可以与矿用钢管21的顶部是一体成型的，其他实施例可采用螺栓或者螺钉将法兰盘24安装在矿用钢管21的顶部。

如图1、图5所示，并具体以图1的方位为参照，让压限位装置3包括连接板31，连接板31为现有技术的正方形钢板结构，本实施例的连接板31根据巷道顶板情况水平或倾斜设置；连接板31底部焊接有多个竖直设置的且与工作面推进方向平行的让压阻尼片32，多个让压阻尼片32底部与法兰盘24顶部焊接固定，且多个让压阻尼片32的高度随连接板31的倾斜方向相同或相异；

如图1、图5所示，本实施例的让压阻尼片32设置有四个，四个让压阻尼片的高度随连接板31的倾斜状态而改变；其中两个让压阻尼片32分别焊接在连接板31底部前后位置，另外两个让压阻尼片32分别焊接在连接板31底部左右位置；四个让压阻尼片32的底部均为平截面且均在同一水平面上。

本实施例的工作原理是：本发明提供一种让压高强砼骨架巷旁支护体，使用前，先将金属骨架22采用连接固定器23与矿用钢管21进行连接，然后根据巷道顶板情况是水平的还是倾斜的，采用顶板围岩结构变形机理分析和数值模拟得出四个让压阻尼片32的高度，并将四个让压阻尼片32分别按照相应的位置焊接在法兰盘24顶部，保证四个让压阻尼片32与工作面推进方向平行，最后对应地将连接板31焊接在四个让压阻尼片32顶部，同时在抗压梁11的顶部等间距焊接三个定位槽12；使用时，先将防溢垫片13放入定位槽12内，然后将装配好的钢管砼骨架结构2和让压限位装置3插入定位槽12内，保持连接板31与巷道顶板接顶，再通过让压阻尼片32间隙灌注c40混凝土，混凝土灌注滞后工作面距离不超过10m，混凝土凝固后，可实现钢管砼骨架结构2和让压限位装置3的最终装配。

本发明相比现有技术存在以下优点：其一、本发明将组合定位抗压结构1、钢管砼骨架结构2和让压限位装置3相结合，其中，矿用钢管21内灌注混凝土，混凝土内增设金属骨架22，形成“钢管-钢筋骨架-混凝土”整体承载的钢管砼骨架结构2，提高其承载力的同时增强其抗侧压能力；利用让压限位装置3的让压阻尼片32，可实现柔性让压承载，同时限位支撑控制顶板沉降，与钢管砼骨架结构2形成“柔-强”组合支护，实现前期变形能力强和后期支护阻力高的作用；再利用组合定位抗压结构1增加钢管砼骨架结构2的底板接触面积，限制钢管砼骨架结构2滑移，改善了钢管砼骨架结构2的受力状态。解决了传统巷旁支护体存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应的问题；其二、本发明在抗压梁11上等间距设置有三个定位槽12，每个定位槽12分别支撑一组钢管砼骨架结构2和让压限位装置3，三个一组形成组合支护体，提升支护体整体承载强度；其三、让压限位装置3具有变形稳压性能，可适应基本顶回转下沉造成的压力，避免应力集中作用在巷旁支护体上，导致巷旁支护体的破坏失稳；组合定位抗压结构1和钢管砼骨架结构2提供足够的支护阻力、强度高，前期变形能力强，适应顶板的剧烈运动，后期可维持上覆岩层变形后的悬臂梁结构稳定；其四、本发明的连接板31根据巷道顶板情况水平或倾斜设置，且四个让压阻尼片32高度通过围岩顶板结构变形机理分析和数值模拟得出，以更好适应顶板岩层的运移，实现前期恒阻状态下的“给定变形”。

实施例二

本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例的连接板31根据巷道顶板情况为倾斜状态，四个让压阻尼片32高度不同，四个让压阻尼片32高度通过围岩顶板结构变形机理分析和数值模拟得出，具体情况如下：

连接板31为前低后高的倾斜状态时，四个让压阻尼片32顶部均为前低后高的斜截面，且位于前端的让压阻尼片32、位于左右两个让压阻尼片32和位于后端的让压阻尼片32的高度依次递增；

连接板31为前高后低的倾斜状态时，四个让压阻尼片32顶部均为前高后低的斜截面，且位于前端的让压阻尼片32、位于左右两个让压阻尼片32和位于后端的让压阻尼片32的高度依次递减；

连接板31为左高右低的倾斜状态时，四个让压阻尼片32顶部均为左高右低的斜截面，且位于前后两端的让压阻尼片32的高度相同，位于左端的让压阻尼片32的高度高于位于右端的让压阻尼片32的高度；

连接板31为左低右高的倾斜状态时，四个让压阻尼片32顶部均为左低右高的斜截面，且位于前后两端的让压阻尼片32的高度相同，位于左端的让压阻尼片32的高度低于位于右端的让压阻尼片32的高度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。