1.本發(fā)明屬于井巷施工支護技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種礦山井巷支護鋼拱架及其安裝方法。

背景技術(shù)：

2.在地下礦山三心拱巷道開掘成型之后，有多種支護方法方式，其中采用鋼拱架進行支護，是成本相對較高，支護相對較為穩(wěn)定的一種支護方式。

3.現(xiàn)有技術(shù)中，采用鋼拱架進行支護時，包括如下兩種結(jié)構(gòu)：

4.(1)采用型鋼緊貼巷道巖壁封閉成圈進行支護。此種方式依靠成型鋼材的剛度，形成對巷道周圍圍巖來壓的被動抵抗，是一種較為有效的被動支護方式。該種結(jié)構(gòu)的不足在于，采用這種支護結(jié)構(gòu)，鋼材最終將力傳遞給了巷道底板，即最終依靠的是巷道底板的穩(wěn)固性及鋼材剛度進行支護。

5.(2)在巷道拱架支腿處焊接寬大墊板以支撐巷道的半封閉式的鋼拱架支護方式，該型支護方式也是依靠巷道底板的穩(wěn)固性來支撐支護巷道，當(dāng)巷道沒有穩(wěn)固底板或底板不夠穩(wěn)固時，該種支護方式容易造成巷道頂板壓力壓迫鋼拱架支腿深入底板巖層，最終導(dǎo)致巷道頂板下移，縮小巷道空間從而影響巷道的使用功能。

6.因此，現(xiàn)有技術(shù)的不足在于，采用現(xiàn)有技術(shù)中的支護結(jié)構(gòu)，在巷道沒有穩(wěn)固底板或底板不夠穩(wěn)固時，容易造成巷道局部整體下陷，從而在整個巷道底板造成臺階高差，影響巷道的使用功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

7.(一)要解決的技術(shù)問題

8.基于此，本發(fā)明提出了一種礦山井巷支護鋼拱架及其安裝方法，該礦山井巷支護鋼拱架及其安裝方法旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的井巷支護容易造成巷道局部整體下陷的技術(shù)問題。

9.(二)技術(shù)方案

10.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種礦山井巷支護鋼拱架，包括中部鋼拱架組件，所述中部鋼拱架組件的兩側(cè)分別設(shè)有一組三角形支架，所述中部鋼拱架組件包括拱形的拱頂單元，所述拱頂單元的兩端分別設(shè)有一根巷道兩幫長條u型鋼，所述拱頂單元與兩根所述巷道兩幫長條u型鋼共同圍成下部開口的拱形，所述拱頂單元的兩端分別與兩組所述三角形支架的上部相連，兩根所述巷道兩幫長條u型鋼的下端分別與兩組所述三角形支架的下部相連，一組所述三角形支架與相鄰的一根所述巷道兩幫長條u型鋼共同圍成封閉的三角形區(qū)域。

11.優(yōu)選的，所述三角形支架包括下斜u型鋼和上斜u型鋼，所述下斜u型鋼的一端與拱頂單元相連，所述上斜u型鋼的一端與所述巷道兩幫長條u型鋼的底端相連，所述下斜u型鋼遠離所述巷道兩幫長條u型鋼的一端與所述上斜u型鋼遠離所述巷道兩幫長條u型鋼的一端

卡接相連，所述上斜u型鋼、所述下斜u型鋼和所述巷道兩幫長條u型鋼共同圍成封閉的三角形區(qū)域。

12.優(yōu)選的，所述拱頂單元包括弧形的拱頂弧形u型鋼，所述拱頂弧形u型鋼的兩側(cè)分別連接有一根弧形的拱兩側(cè)弧形u型鋼，所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間為柔性連接，所述拱兩側(cè)弧形u型鋼與所述巷道兩幫長條u型鋼之間為柔性連接。

13.優(yōu)選的，所述拱兩側(cè)弧形u型鋼和所述下斜u型鋼之間剛性連接，所述巷道兩幫長條u型鋼的下端和所述上斜u型鋼之間剛性相連。

14.優(yōu)選的，所述礦山井巷支護鋼拱架還包括完全填充所述三角區(qū)域的混凝土巖體。

15.優(yōu)選的，所述拱兩側(cè)弧形u型鋼和所述下斜u型鋼之間通過弧狀的第一短弧型u型鋼相連；所述巷道兩幫長條u型鋼底端和所述上斜u型鋼之間通過弧狀的第二短弧型u型鋼相連。

16.優(yōu)選的，所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼均由u型鋼制成，所述拱頂弧形u型鋼的兩端分別插入相鄰的所述拱兩側(cè)弧形u型鋼內(nèi)，二者形成0.3

?

0.5m的第一重疊段，所述礦山井巷支護鋼拱架還包括用于實現(xiàn)所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼柔性連接的外卡型卡扣，所述外卡型卡扣包括第一夾板和第一螺紋連接件，所述第一夾板為兩塊且分別設(shè)于所述第一重疊段的兩側(cè)，所述第一螺紋連接件同時貫穿所述第一夾板及所述第一重疊段用于實現(xiàn)二者的連接；所述巷道兩幫長條u型鋼由u型鋼制成，所述巷道兩幫長條u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間形成0.3

?

0.5m的第二重疊段，所述巷道兩幫長條u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間也設(shè)有用于實現(xiàn)二者柔性連接的所述外卡型卡扣，該外卡型卡扣中的兩塊第一夾板分別設(shè)于所述第二重疊段的兩側(cè)，所述第一螺紋連接件同時貫穿所述第一夾板及所述第二重疊段用于實現(xiàn)二者的連接。

17.優(yōu)選的，所述第一短弧型u型鋼與所述下斜u型鋼之間固定相連，所述第一短弧型u型鋼與所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間固定相連；所述第二短弧型u型鋼與所述上斜u型鋼之間固定相連，所述第二短弧型u型鋼與所述巷道兩幫長條u型鋼之間固定相連。

18.優(yōu)選的，所述第一短弧型u型鋼、所述第二短弧型u型鋼、所述上斜u型鋼和所述下斜u型鋼均由u型鋼制成，所述上斜u型鋼遠離所述巷道兩幫長條u型鋼的一側(cè)部設(shè)有用于卡接所述上斜u型鋼的凹槽，所述上斜u型鋼遠離所述巷道兩幫長條u型鋼的一端焊接有墊板，所述墊板的寬度大于所述上斜u型鋼的寬度。

19.本發(fā)明還公開一種如上所述的礦山井巷支護鋼拱架的安裝方法，包括如下步驟：

20.s1，鉆孔鑿洞：在已成型的三心拱巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼幫交界處，朝巖壁內(nèi)開鑿下斜鉆孔，在巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼幫交界處各開鑿一矩形洞體；在巷道兩幫底角處各開鑿一倒三角洞體；倒三角洞體大開口端位于巷道幫壁上；下斜鉆孔與倒三角洞體均需伸入巷道兩側(cè)穩(wěn)定巖層0.8

?

1.5m，且二者在巷道圍巖內(nèi)相交；

21.s2，安設(shè)三角支架：在所述下斜鉆孔內(nèi)安裝下斜u型鋼，同時在所述倒三角洞體底部向上傾斜的斜邊上安裝所述上斜u型鋼，所述墊板抵接所述倒三角洞體的側(cè)壁，所述下斜u型鋼插入所述上斜u型鋼的所述凹槽內(nèi)實現(xiàn)二者的卡接相連，所述下斜u型鋼和所述上斜u型鋼的開口均朝上；

22.s3，安設(shè)拱部弧形支架：在巷道拱部安設(shè)所述中部鋼拱架組件，且所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼的開口均朝井巷巖壁側(cè)，將所述拱頂弧形u型鋼的兩端分別插

入相鄰的所述拱兩側(cè)弧形u型鋼內(nèi)，二者形成第一重疊段，再安裝所述外卡型卡扣，實現(xiàn)所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間的柔性連接；

23.s4，安設(shè)邊壁支架：在拱兩側(cè)的中部鋼拱架組件之下分別架設(shè)緊貼巷道的兩根所述巷道兩幫長條u型鋼，將所述拱兩側(cè)弧形u型鋼的端部插入所述巷道兩幫長條u型鋼內(nèi)，二者形成第二重疊段，再安裝所述外卡型卡扣，實現(xiàn)所述拱兩側(cè)弧形u型鋼和所述巷道兩幫長條u型鋼的柔性連接，所述巷道兩幫長條u型鋼的開口朝向巖壁；

24.s5，支架細部對接成型：將所述拱兩側(cè)弧形u型鋼、所述第一短弧型u型鋼和所述下斜u型鋼順次端對端對接，且所述第一短弧型u型鋼和所述下斜u型鋼的開口朝向巖壁，再將對接處剛性連接，將所述巷道兩幫長條u型鋼、所述第二短弧型u型鋼和所述上斜u型鋼順次端對端對接，且所述第二短弧型u型鋼和所述上斜u型鋼的開口朝向巖壁，再將對接處剛性連接；

25.s6，鉆孔及洞體充石灌漿：向拱幫交界處的下斜鉆孔、巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼幫交界處的矩形洞體以及巷道兩幫底角處開鑿的倒三角洞體充填石塊，并灌注水泥漿，經(jīng)硬化凝結(jié)后即完成所述礦山井巷支護鋼拱架的安設(shè)。

26.優(yōu)選的，在步驟1之前，還包括如下步驟：參數(shù)設(shè)計：根據(jù)所述礦山井巷支護鋼拱架的結(jié)構(gòu)及巷道斷面與周邊圍巖性質(zhì)進行設(shè)計所述下斜鉆孔、矩形洞體、倒三角洞體的參數(shù)。

27.優(yōu)選的，實施步驟s6時，石塊的充填與水泥漿的灌注同時進行。

28.(三)有益效果

29.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明礦山井巷支護鋼拱架及其安裝方法的有益效果主要包括：

30.本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架在中部鋼拱架組件的基礎(chǔ)上，增加三角形支架，通過伸入圍巖的三角形支架，擴大拱架受力范圍與受力面，分散減小了拱架與支撐圍巖所受應(yīng)力，從而使巷道更加穩(wěn)固，能有效解決巷道局部受力過大而造成下陷的技術(shù)問題。

附圖說明

31.通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中：

32.圖1為本發(fā)明實施方式的礦山井巷支護鋼拱架的安裝方法中鉆孔鑿洞的示意圖。

33.圖2為在巷道中完成本發(fā)明實施方式的礦山井巷支護鋼拱架的安裝后的示意圖；

34.圖3為本發(fā)明實施方式的礦山井巷支護鋼拱架中的外卡型卡扣的主視圖；

35.圖4為圖3的俯視圖；

36.圖5為本發(fā)明實施方式的礦山井巷支護鋼拱架中的上斜u型鋼的主視圖；

37.圖6為圖2中a處的局部放大圖；

38.圖7為圖2中b處的局部放大圖。

39.附圖標(biāo)記說明：

40.1.下斜鉆孔，2.矩形洞體，3.倒三角洞體，4.下斜u型鋼，5.上斜u型鋼，6.拱頂弧形u型鋼，7.拱兩側(cè)弧形u型鋼，8.第一短弧型u型鋼，9.第二短弧型u型鋼，10.巷道兩幫長條u型鋼，11.外卡型卡扣，12.帶螺栓的卡夾，51.凹槽，52.墊板。

具體實施方式

41.為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。

42.在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通，也可以是“傳動連接”，即通過帶傳動、齒輪傳動或鏈輪傳動等各種合適的方式進行動力連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

43.下面結(jié)構(gòu)附圖1

?

7對本發(fā)明作進一步的說明。

44.請重點參考圖2、圖6

?

7，本發(fā)明公開了一種礦山井巷支護鋼拱架，包括中部鋼拱架組件，中部鋼拱架組件的兩側(cè)分別設(shè)有一組三角形支架，中部鋼拱架組件包括拱形的拱頂單元，拱頂單元的兩端分別設(shè)有一根巷道兩幫長條u型鋼10，拱頂單元與兩根巷道兩幫長條u型鋼10共同圍成下部開口的拱形，拱頂單元的兩端分別與兩組三角形支架的上部相連，兩根巷道兩幫長條u型鋼10的下端分別與兩組三角形支架的下部相連，一組三角形支架與相鄰的一根巷道兩幫長條u型鋼10共同圍成封閉的三角形區(qū)域。

45.本實施方式中，本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架在中部鋼拱架組件的基礎(chǔ)上，增加三角形支架，通過伸入圍巖的三角形支架，擴大拱架受力范圍與受力面，分散減小了拱架與支撐圍巖所受應(yīng)力，從而使巷道更加穩(wěn)固。能有效解決巷道局部受力過大而造成下陷的技術(shù)問題。

46.根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，三角形支架包括下斜u型鋼4和上斜u型鋼5，下斜u型鋼4的一端與拱頂單元相連，上斜u型鋼5的一端與巷道兩幫長條u型鋼10的底端相連，下斜u型鋼4遠離巷道兩幫長條u型鋼10的一端與上斜u型鋼5遠離巷道兩幫長條u型鋼10的一端卡接相連，上斜u型鋼5、下斜u型鋼4和巷道兩幫長條u型鋼10共同圍成封閉的三角形區(qū)域。本實施方式中，通過下斜u型鋼4和上斜u型鋼5組合形成三角形支架，該結(jié)構(gòu)利于降低三角形支架的成型難度，同時利于三角形支架的分體安裝。

47.根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，拱頂單元包括弧形的拱頂弧形u型鋼6，拱頂弧形u型鋼6的兩側(cè)分別連接有一根弧形的拱兩側(cè)弧形u型鋼7，拱頂弧形u型鋼6和拱兩側(cè)弧形u型鋼7之間為柔性連接，拱兩側(cè)弧形u型鋼7與巷道兩幫長條u型鋼10之間為柔性連接。

48.更具體地，拱兩側(cè)弧形u型鋼7和下斜u型鋼4之間剛性連接，巷道兩幫長條u型鋼10的下端和上斜u型鋼5之間剛性相連。

49.本實施方式中，安裝本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架時，采用柔性連接和剛性連接相結(jié)構(gòu)的方式。其拱部各段之間及拱部與邊壁支架連接采用柔性連接，其拱部及邊壁與三角形支架的連接采用剛性連接。采用該結(jié)構(gòu)的有益效果為：當(dāng)巷道圍巖來壓時，u型鋼拱架的柔性連接部位，重疊夾緊的翼緣之間產(chǎn)生微變形收縮，讓圍巖來壓充分釋放；同時拱部及邊壁與三角形支架的剛性連接提高了鋼拱架整體的支撐能力，保證了鋼拱架能夠維持一定的穩(wěn)定空間。因此，本發(fā)明既利用了柔性讓壓減輕巷道圍巖來壓對鋼拱架壓迫，也利用了

剛性連接對鋼拱架剛度的提升，進而提高本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架的支撐支護能力。

50.根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，礦山井巷支護鋼拱架還包括完全填充三角區(qū)域的混凝土巖體。本實施方式中，采用該結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架中，最終受力支撐為深入巷道兩側(cè)穩(wěn)定巖壁約1m左右的封閉型三角形u型鋼支架。巷道兩側(cè)巖體在充填碎石、石塊及水泥漿之后完全密實，封閉型三角形u型鋼支架沒有變形破壞的條件及空間，因此本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架相對于現(xiàn)有技術(shù)中的鋼拱架更為穩(wěn)固。采用該結(jié)構(gòu)，將受力最終傳遞給巷道兩側(cè)厚大密實且穩(wěn)固的混凝土巖體巖體，從而擴大拱架受力范圍與受力面，分散減小了拱架與支撐圍巖所受應(yīng)力，從而使巷道更加穩(wěn)固。本發(fā)明的礦山井巷支護鋼拱架的這種受力傳遞方式，避免了采用現(xiàn)有技術(shù)中的鋼拱架結(jié)構(gòu)，存在的幫壁及底部支架受力對底角或巷道底板的壓迫，而造成的巷道頂板或整體的沉降沉陷的問題。

51.根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，拱兩側(cè)弧形u型鋼7和下斜u型鋼4之間通過弧狀的第一短弧型u型鋼8相連；巷道兩幫長條u型鋼10底端和上斜u型鋼5之間通過弧狀的第二短弧型u型鋼9相連。本實施方式中，利用弧狀的第一短弧型u型鋼8和第二短弧型u型鋼9實現(xiàn)圓弧過渡連接，利于將中部鋼拱架組件上的受力充分的傳遞至兩側(cè)的三角形支架上。

52.請重點參考圖3

?

4及圖6，根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，拱頂弧形u型鋼6和拱兩側(cè)弧形u型鋼7均由u型鋼制成，拱頂弧形u型鋼6的兩端分別插入相鄰的拱兩側(cè)弧形u型鋼7內(nèi)，二者形成0.3

?

0.5m的第一重疊段，礦山井巷支護鋼拱架還包括用于實現(xiàn)拱頂弧形u型鋼6和拱兩側(cè)弧形u型鋼7柔性連接的外卡型卡扣11，外卡型卡扣11包括第一夾板和第一螺紋連接件，第一夾板為兩塊且分別設(shè)于第一重疊段的兩側(cè)，第一螺紋連接件同時貫穿第一夾板及第一重疊段用于實現(xiàn)二者的連接；巷道兩幫長條u型鋼10由u型鋼制成，巷道兩幫長條u型鋼10和拱兩側(cè)弧形u型鋼7之間形成0.3

?

0.5m的第二重疊段，巷道兩幫長條u型鋼10和拱兩側(cè)弧形u型鋼7之間也設(shè)有用于實現(xiàn)二者柔性連接的外卡型卡扣11，該外卡型卡扣11中的兩塊第一夾板分別設(shè)于第二重疊段的兩側(cè)，第一螺紋連接件同時貫穿第一夾板及第二重疊段用于實現(xiàn)二者的連接。本實施方式中，拱兩側(cè)弧形u型鋼7和拱頂弧形u型鋼6均采用u型鋼制成，形成采用u型鋼支架，相對于一般采用的工字鋼支架，其彎折性能及加工性能更加優(yōu)秀，且u型鋼之間重疊部位翼緣相互夾緊受力，相對于其它型材更便于實現(xiàn)柔性支護。

53.請重點參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，第一短弧型u型鋼8、第二短弧型u型鋼9、上斜u型鋼5和下斜u型鋼4均由u型鋼制成，上斜u型鋼5遠離巷道兩幫長條u型鋼10的一側(cè)部設(shè)有用于卡接上斜u型鋼5的凹槽51，上斜u型鋼5遠離巷道兩幫長條u型鋼10的一端焊接有墊板52，墊板52的寬度大于上斜u型鋼5的寬度。本實施方式中，凹槽51用于卡緊下斜u型鋼4，利于實現(xiàn)快速卡接安裝。墊板52的寬度大于上斜u型鋼5的寬度，該結(jié)構(gòu)利于提供更加穩(wěn)固地支撐。

54.根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，第一短弧型u型鋼8與下斜u型鋼4之間固定相連，第一短弧型u型鋼8與拱兩側(cè)弧形u型鋼7之間固定相連；第二短弧型u型鋼9與上斜u型鋼5之間固定相連，第二短弧型u型鋼9與巷道兩幫長條u型鋼10之間固定相連。

55.更具體地，請參考圖7，通過帶螺栓的卡夾12實現(xiàn)上述拼接結(jié)合處的固定相連，帶螺栓的卡夾12包括三段夾片，利用三段夾片夾緊u型鋼兩邊翼緣和脊背，使相鄰的u型鋼之間無法產(chǎn)生任何位移，實現(xiàn)剛性連接。

56.具體實施時，將拱兩側(cè)弧形u型鋼7下端端部與第一短弧型u型鋼8一端端部無縫對接，第一短弧型u型鋼8另一端端部則與拱幫交界處下斜鉆孔1內(nèi)安設(shè)的下斜u型鋼4端部無縫對接，兩處對接采用帶螺栓的卡夾12在u型鋼背脊及兩翼鉆孔擰緊固定；巷道兩幫長條u型鋼10的底部與第二短弧型u型鋼9一端端部無縫對接，第二短弧型u型鋼9另一端端部與在巷道幫底角的倒三角洞體3內(nèi)上斜u型鋼5一端無縫對接，兩處對接采用帶螺栓的卡夾12在u型鋼背脊及兩翼鉆孔擰緊固定剛性連接。所有短弧形u型鋼凹面均朝向巖壁或朝上。

57.請重點參考圖1

?

2，本發(fā)明還公開了一種如上述的礦山井巷支護鋼拱架的安裝方法，包括如下步驟：

58.s1，鉆孔鑿洞：在已成型的三心拱巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼7幫交界處，朝巖壁內(nèi)開鑿下斜鉆孔1，在巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼7幫交界處各開鑿一矩形洞體2；在巷道兩幫底角處各開鑿一倒三角洞體3；倒三角洞體3大開口端位于巷道幫壁上；下斜鉆孔1與倒三角洞體3均需伸入巷道兩側(cè)穩(wěn)定巖層0.8

?

1.5m，且二者在巷道圍巖內(nèi)相交；

59.s2，安設(shè)三角支架：在下斜鉆孔1內(nèi)安裝下斜u型鋼4，同時在倒三角洞體3底部向上傾斜的斜邊上安裝上斜u型鋼5，墊板52抵接倒三角洞體3的側(cè)壁，下斜u型鋼4插入上斜u型鋼5的凹槽51內(nèi)實現(xiàn)二者的卡接相連，下斜u型鋼4和上斜u型鋼5的開口均朝上；

60.s3，安設(shè)拱部弧形支架：在巷道拱部安設(shè)中部鋼拱架組件，且拱頂弧形u型鋼6和拱兩側(cè)弧形u型鋼7的開口均朝井巷巖壁側(cè)，將拱頂弧形u型鋼6的兩端分別插入相鄰的拱兩側(cè)弧形u型鋼7內(nèi)，二者形成第一重疊段，再安裝外卡型卡扣11，實現(xiàn)拱頂弧形u型鋼6和拱兩側(cè)弧形u型鋼7之間的柔性連接；

61.s4，安設(shè)邊壁支架：在拱兩側(cè)的中部鋼拱架組件之下分別架設(shè)緊貼巷道的兩根巷道兩幫長條u型鋼10，將拱兩側(cè)弧形u型鋼7的端部插入巷道兩幫長條u型鋼內(nèi)，二者形成第二重疊段，再安裝外卡型卡扣11，實現(xiàn)拱兩側(cè)弧形u型鋼7和巷道兩幫長條u型鋼10的柔性連接，巷道兩幫長條u型鋼10的開口朝向巖壁；

62.s5，支架細部對接成型：將拱兩側(cè)弧形u型鋼7、第一短弧型u型鋼8和下斜u型鋼4順次端對端對接，且第一短弧型u型鋼8和下斜u型鋼4的開口朝向巖壁，再將對接處剛性連接，將巷道兩幫長條u型鋼10、第二短弧型u型鋼9和上斜u型鋼5順次端對端對接，且第二短弧型u型鋼9和上斜u型鋼5的開口朝向巖壁，再將對接處剛性連接；

63.s6，鉆孔及洞體充石灌漿：向拱幫交界處的下斜鉆孔1、巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼7幫交界處的矩形洞體2以及巷道兩幫底角處開鑿的倒三角洞體3充填碎石、石塊，并灌注水泥漿，經(jīng)硬化凝結(jié)后即完成礦山井巷支護鋼拱架的安設(shè)。形成對巷道的有效支護。

64.上述步驟s1中，下斜鉆孔1與倒三角洞體3相交的具體實施過程為：在已成型的三心拱巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼7幫交界處朝巖壁內(nèi)開鑿下斜鉆孔1，與在巷道兩幫底角處各開鑿一較大尺寸的倒三角洞體3；倒三角洞體3大開口位于巷道幫壁上。下斜鉆孔1與倒三角洞體3要深入巷道兩側(cè)穩(wěn)定巖層約1m左右，并在巷道圍巖深處有相交，相交方式為下斜鉆孔1在距倒三角洞體3上部水平直角邊與上斜邊交點0.3

?

0.5m處與洞體鉆透相交。

65.更具體地，巷道兩側(cè)拱幫交界處朝巖壁內(nèi)開鑿的下斜鉆孔1下斜角度為10

°?

20

°

，在巷道兩幫底角處開鑿的倒三角洞體3的長斜邊與水平方向呈10

°?

20

°

。

66.上述步驟s2中，倒三角洞體3沿斜邊向上安設(shè)上斜u型鋼5端部焊接有墊板52、且端部附近切割有凹槽51，墊板52尺寸比u型鋼外截面尺寸略大，凹槽51的方向和尺寸以能卡緊

鉆孔內(nèi)安設(shè)的下斜u型鋼4端部為準(zhǔn)。

67.根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，在步驟1之前，還包括如下步驟：參數(shù)設(shè)計：根據(jù)礦山井巷支護鋼拱架的結(jié)構(gòu)及巷道斷面與周邊圍巖性質(zhì)進行設(shè)計下斜鉆孔1、矩形洞體2、倒三角洞體3的參數(shù)。

68.即，本實施方式中，在圖紙上根據(jù)本鋼拱架支護方式的單排拱架支護形式、支護架構(gòu)、細部構(gòu)造及巷道斷面與周邊圍巖性質(zhì)進行鉆孔、開鑿洞口的尺寸、傾角等相關(guān)參數(shù)設(shè)計。

69.根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，實施步驟s6時，碎石、石塊的充填與水泥漿的灌注同時進行。需要說明的是，當(dāng)不具備同時進行的條件時，則間隔進行碎石、石塊的充填與水泥漿的灌注的步驟，具體如下：采用碎石、石塊充填與水泥漿的灌注應(yīng)間斷間隔進行，即充填0.3

?

0.5m厚或高的碎石、石塊后，再灌注水泥漿，水泥漿要灌至不見碎石、石塊為止；然后再充填0.3

?

0.5m厚或高的碎石、石塊，再灌注水泥漿，如此循環(huán)往復(fù)，直至鉆孔或洞體灌滿。碎石、石塊的塊度最大邊尺寸不大于鉆孔與洞體最小邊尺寸的1/3，水泥漿宜采用42.5(r)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

70.與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架的安裝方法得到的礦山井巷支護鋼拱架具有以下優(yōu)點：

71.(1)本發(fā)明的礦山井巷支護鋼拱架的最終受力支撐為深入巷道兩側(cè)穩(wěn)定巖壁約1m左右的封閉型三角形u型鋼支架。巷道兩側(cè)巖體在充填碎石、石塊及水泥漿之后完全密實，封閉型三角形u型鋼支架沒有變形破壞的條件及空間，因此，本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架相對于現(xiàn)有技術(shù)中的鋼拱架更為穩(wěn)固。

72.(2)本發(fā)明的礦山井巷支護鋼拱架，將受力最終傳遞給巷道兩側(cè)厚大密實且穩(wěn)固的巖體，從而擴大拱架受力范圍與受力面，分散減小了拱架與支撐圍巖所受應(yīng)力，從而使巷道更加穩(wěn)固。此種受力傳遞方式，也避免了現(xiàn)有技術(shù)中的鋼拱架的幫壁及底部支架受力，對底角或巷道底板的壓迫，而造成的巷道頂板或整體的沉降沉陷的問題。

73.(3)本發(fā)明的礦山井巷支護鋼拱架中，采用柔性連接與剛性連接兩種連接方式。其拱部各段之間及拱部與邊壁支架連接采用柔性連接，其拱部及邊壁與三角形支架的連接采用剛性連接。既利用了柔性讓壓減輕巷道圍巖來壓對鋼拱架壓迫，也利用了剛性連接對鋼拱架剛度的提升，進而提高本發(fā)明一種礦山井巷支護鋼拱架的整體支撐支護能力。

74.由此可見，相對于傳統(tǒng)的鋼拱架及安裝方法，本發(fā)明的礦山井巷支護鋼拱架及其安裝方法滅失了鋼拱架變形破壞的條件與空間，擴大了鋼拱架受力范圍與受力面，從而分散減小了拱架與支撐圍巖所受應(yīng)力，而采用柔性連接與剛性連接結(jié)合的連接方式，則既利用了柔性讓壓減輕巷道圍巖來壓對鋼拱架壓迫，也利用了剛性連接對鋼拱架剛度的提升。綜上，本發(fā)明設(shè)計巧妙、受力合理、充分利用了鋼拱架自身的柔性讓壓與剛度支撐，特別適用于巷道兩側(cè)圍巖或兩側(cè)圍巖有穩(wěn)固巖層的條件下的巷道支護。

75.雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，包括中部鋼拱架組件，所述中部鋼拱架組件的兩側(cè)分別設(shè)有一組三角形支架，所述中部鋼拱架組件包括拱形的拱頂單元，所述拱頂單元的兩端分別設(shè)有一根巷道兩幫長條u型鋼，所述拱頂單元與兩根所述巷道兩幫長條u型鋼共同圍成下部開口的拱形，所述拱頂單元的兩端分別與兩組所述三角形支架的上部相連，兩根所述巷道兩幫長條u型鋼的下端分別與兩組所述三角形支架的下部相連，一組所述三角形支架與相鄰的一根所述巷道兩幫長條u型鋼共同圍成封閉的三角形區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，所述三角形支架包括下斜u型鋼和上斜u型鋼，所述下斜u型鋼的一端與拱頂單元相連，所述上斜u型鋼的一端與所述巷道兩幫長條u型鋼的底端相連，所述下斜u型鋼遠離所述巷道兩幫長條u型鋼的一端與所述上斜u型鋼遠離所述巷道兩幫長條u型鋼的一端卡接相連，所述上斜u型鋼、所述下斜u型鋼和所述巷道兩幫長條u型鋼共同圍成封閉的三角形區(qū)域。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，所述拱頂單元包括弧形的拱頂弧形u型鋼，所述拱頂弧形u型鋼的兩側(cè)分別連接有一根弧形的拱兩側(cè)弧形u型鋼，所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間為柔性連接，所述拱兩側(cè)弧形u型鋼與所述巷道兩幫長條u型鋼之間為柔性連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，所述拱兩側(cè)弧形u型鋼和所述下斜u型鋼之間剛性連接，所述巷道兩幫長條u型鋼的下端和所述上斜u型鋼之間剛性相連。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，所述礦山井巷支護鋼拱架還包括完全填充所述三角區(qū)域的混凝土巖體。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，所述拱兩側(cè)弧形u型鋼和所述下斜u型鋼之間通過弧狀的第一短弧型u型鋼相連；所述巷道兩幫長條u型鋼底端和所述上斜u型鋼之間通過弧狀的第二短弧型u型鋼相連。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼均由u型鋼制成，所述拱頂弧形u型鋼的兩端分別插入相鄰的所述拱兩側(cè)弧形u型鋼內(nèi)，二者形成0.3

?

0.5m的第一重疊段，所述礦山井巷支護鋼拱架還包括用于實現(xiàn)所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼柔性連接的外卡型卡扣，所述外卡型卡扣包括第一夾板和第一螺紋連接件，所述第一夾板為兩塊且分別設(shè)于所述第一重疊段的兩側(cè)，所述第一螺紋連接件同時貫穿所述第一夾板及所述第一重疊段用于實現(xiàn)二者的連接；所述巷道兩幫長條u型鋼由u型鋼制成，所述巷道兩幫長條u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間形成0.3

?

0.5m的第二重疊段，所述巷道兩幫長條u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間也設(shè)有用于實現(xiàn)二者柔性連接的所述外卡型卡扣，該外卡型卡扣中的兩塊第一夾板分別設(shè)于所述第二重疊段的兩側(cè)，所述第一螺紋連接件同時貫穿所述第一夾板及所述第二重疊段用于實現(xiàn)二者的連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，所述第一短弧型u型鋼與所述下斜u型鋼之間固定相連，所述第一短弧型u型鋼與所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間固定相連；所述第二短弧型u型鋼與所述上斜u型鋼之間固定相連，所述第二短弧型u型鋼與所述巷道兩幫長條u型鋼之間固定相連。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的礦山井巷支護鋼拱架，其特征在于，所述第一短弧型u型鋼、所

述第二短弧型u型鋼、所述上斜u型鋼和所述下斜u型鋼均由u型鋼制成，所述上斜u型鋼遠離所述巷道兩幫長條u型鋼的一側(cè)部設(shè)有用于卡接所述上斜u型鋼的凹槽，所述上斜u型鋼遠離所述巷道兩幫長條u型鋼的一端焊接有墊板，所述墊板的寬度大于所述上斜u型鋼的寬度。10.一種如權(quán)利要求9所述的礦山井巷支護鋼拱架的安裝方法，其特征在于，包括如下步驟：s1，鉆孔鑿洞：在已成型的三心拱巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼幫交界處，朝巖壁內(nèi)開鑿下斜鉆孔，在巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼幫交界處各開鑿一矩形洞體；在巷道兩幫底角處各開鑿一倒三角洞體；倒三角洞體大開口端位于巷道幫壁上；下斜鉆孔與倒三角洞體均需伸入巷道兩側(cè)穩(wěn)定巖層0.8

?

1.5m，且二者在巷道圍巖內(nèi)相交；s2，安設(shè)三角支架：在所述下斜鉆孔內(nèi)安裝下斜u型鋼，同時在所述倒三角洞體底部向上傾斜的斜邊上安裝所述上斜u型鋼，所述墊板抵接所述倒三角洞體的側(cè)壁，所述下斜u型鋼插入所述上斜u型鋼的所述凹槽內(nèi)實現(xiàn)二者的卡接相連，所述下斜u型鋼和所述上斜u型鋼的開口均朝上；s3，安設(shè)拱部弧形支架：在巷道拱部安設(shè)所述中部鋼拱架組件，且所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼的開口均朝井巷巖壁側(cè)，將所述拱頂弧形u型鋼的兩端分別插入相鄰的所述拱兩側(cè)弧形u型鋼內(nèi)，二者形成第一重疊段，再安裝所述外卡型卡扣，實現(xiàn)所述拱頂弧形u型鋼和所述拱兩側(cè)弧形u型鋼之間的柔性連接；s4，安設(shè)邊壁支架：在拱兩側(cè)的中部鋼拱架組件之下分別架設(shè)緊貼巷道的兩根所述巷道兩幫長條u型鋼，將所述拱兩側(cè)弧形u型鋼的端部插入所述巷道兩幫長條u型鋼內(nèi)，二者形成第二重疊段，再安裝所述外卡型卡扣，實現(xiàn)所述拱兩側(cè)弧形u型鋼和所述巷道兩幫長條u型鋼的柔性連接，所述巷道兩幫長條u型鋼的開口朝向巖壁；s5，支架細部對接成型：將所述拱兩側(cè)弧形u型鋼、所述第一短弧型u型鋼和所述下斜u型鋼順次端對端對接，且所述第一短弧型u型鋼和所述下斜u型鋼的開口朝向巖壁，再將對接處剛性連接，將所述巷道兩幫長條u型鋼、所述第二短弧型u型鋼和所述上斜u型鋼順次端對端對接，且所述第二短弧型u型鋼和所述上斜u型鋼的開口朝向巖壁，再將對接處剛性連接；s6，鉆孔及洞體充石灌漿：向拱幫交界處的下斜鉆孔、巷道兩拱兩側(cè)弧形u型鋼幫交界處的矩形洞體以及巷道兩幫底角處開鑿的倒三角洞體充填石塊，并灌注水泥漿，經(jīng)硬化凝結(jié)后即完成所述礦山井巷支護鋼拱架的安設(shè)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的礦山井巷支護鋼拱架的安裝方法，其特征在于，在步驟1之前，還包括如下步驟：參數(shù)設(shè)計：根據(jù)所述礦山井巷支護鋼拱架的結(jié)構(gòu)及巷道斷面與周邊圍巖性質(zhì)進行設(shè)計所述下斜鉆孔、矩形洞體、倒三角洞體的參數(shù)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的礦山井巷支護鋼拱架的安裝方法，其特征在于，實施步驟s6時，石塊的充填與水泥漿的灌注同時進行。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種礦山井巷支護鋼拱架及其安裝方法，礦山井巷支護鋼拱架包括中部鋼拱架組件，所述中部鋼拱架組件的兩側(cè)分別設(shè)有一組三角形支架，所述中部鋼拱架組件包括拱形的拱頂單元，所述拱頂單元的兩端分別設(shè)有一根巷道兩幫長條U型鋼，所述拱頂單元與兩根所述巷道兩幫長條U型鋼共同圍成下部開口的拱形，所述拱頂單元的兩端分別與兩組所述三角形支架的上部相連，兩根所述巷道兩幫長條U型鋼的下端分別與兩組所述三角形支架的下部相連，一組所述三角形支架與相鄰的一根所述巷道兩幫長條U型鋼共同圍成封閉的三角形區(qū)域。該發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的井巷支護容易造成巷道局部整體下陷的技術(shù)問題。部整體下陷的技術(shù)問題。部整體下陷的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：陳忠強 楊志剛 張鵬 齊學(xué)元 耿俊俊

受保護的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.07.12

技術(shù)公布日：2021/10/15