本發(fā)明涉及井下巖石巷道防護(hù)裝置，具體地說(shuō)是一種預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架及其支護(hù)方法。

背景技術(shù)：

在井下巷道施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)碰到斷層或者巖石破碎段，在這種情況下掘進(jìn)巷道存在巷道支護(hù)不及時(shí)引起的塌方，或者支護(hù)強(qiáng)度不夠?qū)е碌亩嗡降葐?wèn)題。同時(shí)，塌方段及圍巖破碎段永久支護(hù)一直以來(lái)都是井下巷道施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)。傳統(tǒng)巷道塌方段施工技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：1、超前小導(dǎo)管注漿對(duì)巖體要求高；2、進(jìn)行鋼拱架、掛網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿支護(hù)時(shí)，需對(duì)塌方段已穩(wěn)定的塌方體進(jìn)行擾動(dòng)施工，開(kāi)挖安全隱患大，極易出現(xiàn)二次塌方，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員安全無(wú)法得到保證；3、采用聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及提前二次襯砌施工進(jìn)度慢，成本高且安全無(wú)保證；4、塌方施工技術(shù)注漿成本、支護(hù)成本、工期滯后罰款等成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種施工質(zhì)量穩(wěn)定、支護(hù)強(qiáng)度高、減少施工現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度、加快工程進(jìn)度，能有效解決巷道掘進(jìn)面臨塌方安全隱患的預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架及其支護(hù)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述一種預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架，其特點(diǎn)是：包括超前鋼管和若干組拱架體，相鄰拱架體之間通過(guò)若干連接固定筋相接，所述拱架體包括左右兩個(gè)拱架柱腿以及連接左右拱架柱腿的拱架拱頂，在拱架柱腿的底部均設(shè)有拱架柱腿支撐板；其支護(hù)方法為：（1）根據(jù)巷道斷面和破碎段長(zhǎng)度準(zhǔn)備若干拱架體，將拱架柱腿、拱架拱頂和拱架柱腿支撐板拆分運(yùn)至工作面，在工作面現(xiàn)場(chǎng)組裝拱架體，拱架體安裝間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際掘進(jìn)地質(zhì)及塌方情況采用500mm—1000mm間距；相鄰拱架體之間采用連接固定筋焊接成一個(gè)整體鋼拱架；（2）在整體鋼拱架形成支撐后，在工作面拱頂和拱架柱腿側(cè)預(yù)打孔，將超前鋼管嵌入孔內(nèi)形成預(yù)支撐，與工作面相連，形成一個(gè)保護(hù)假頂，超前鋼管環(huán)向布置，間距根據(jù)巖石破碎程度300-500mm，和鋼拱架支撐焊接成一整體；（3）在安裝完成后，組織噴漿作業(yè)對(duì)噴射強(qiáng)度大于c15的噴射混凝土，厚度大于150mm，使整個(gè)超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)形成一個(gè)整體，形成永久性支護(hù)。

本發(fā)明一種預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架及其支護(hù)方法技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案特征是：

1、所述拱架拱頂為弧形拱頂；

2、所述拱架柱腿、拱架拱頂和拱架柱腿支撐板均采用工字鋼加工而成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1、超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)結(jié)合了噴射混凝土支護(hù)，極大的增強(qiáng)了支護(hù)強(qiáng)度，避免了使用其它支護(hù)方式時(shí)強(qiáng)度不足容易引起二次塌方的風(fēng)險(xiǎn)，確保了施工的安全；

2、使用超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)塌方段及圍巖破碎段，對(duì)圍巖穩(wěn)定性、擾動(dòng)等情況要求較低；

3、采用超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)技術(shù)縮短了巷道塌方段或圍巖破碎段掘進(jìn)工期，縮短了整體的建設(shè)工期。使用傳統(tǒng)過(guò)塌方施工技術(shù)超前注漿—出渣—支護(hù)，超前注漿設(shè)備使用多，工序復(fù)雜，每循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)；而使用鋼拱架支護(hù)施工相對(duì)簡(jiǎn)便，每循環(huán)時(shí)間縮短。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明鋼拱架的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架及其支護(hù)方法，包括超前鋼管4和若干組拱架體，相鄰拱架體之間通過(guò)若干連接固定筋相接，所述拱架體包括左右兩個(gè)拱架柱腿2以及連接左右拱架柱腿的拱架拱頂3，在拱架柱腿2的底部均設(shè)有拱架柱腿支撐板1；其支護(hù)方法為：（1）根據(jù)巷道斷面和破碎段長(zhǎng)度準(zhǔn)備若干拱架體，將拱架柱腿、拱架拱頂和拱架柱腿支撐板拆分運(yùn)至工作面，在工作面現(xiàn)場(chǎng)組裝拱架體，拱架體安裝間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際掘進(jìn)地質(zhì)及塌方情況采用500mm—1000mm間距；相鄰拱架體之間采用連接固定筋焊接成一個(gè)整體鋼拱架；（2）在整體鋼拱架形成支撐后，在工作面拱頂和拱架柱腿側(cè)預(yù)打孔，將超前鋼管嵌入孔內(nèi)形成預(yù)支撐，與工作面相連，形成一個(gè)保護(hù)假頂，超前鋼管環(huán)向布置，間距根據(jù)巖石破碎程度300-500mm，和鋼拱架支撐焊接成一整體；（3）在安裝完成后，組織噴漿作業(yè)對(duì)噴射強(qiáng)度大于c15的噴射混凝土，厚度大于150mm，使整個(gè)超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)形成一個(gè)整體，形成永久性支護(hù)。所述鋼拱架采用i12～i16的工字鋼現(xiàn)場(chǎng)加工而成。鋼拱架分片、分段加工?；⌒喂绊敳捎美鋸?rùn)C(jī)一次彎曲成型。鋼支撐端部連接處焊接厚度δ=10mm，200×200的鋼板鉆螺栓孔與鋼支撐柱腿用φ16×43螺栓連接而成。必要時(shí)，將柱腿與拱部之間的兩塊鋼板焊接成整體。柱腿底部焊接厚度δ=10mm，200×200的鋼板擴(kuò)大受力面積，兩榀鋼支撐弧形拱頂應(yīng)保證一定間距，確保超前鋼管順利通過(guò)。

所述拱架拱頂為弧形拱頂。所述拱架柱腿、拱架拱頂和拱架柱腿支撐板均采用工字鋼加工而成，所述鋼拱架可選用工字鋼、槽鋼，可在i12～i16內(nèi)任意調(diào)整，可根據(jù)巷道不同情況進(jìn)行選擇，為保證鋼拱架不出現(xiàn)單榀出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象，宜采用500mm—1000mm縱向連接筋或采用與鋼支撐同材質(zhì)型鋼焊接成整體，鋼拱架間距可根據(jù)巷道圍巖條件進(jìn)行調(diào)整，鋼拱架最大間距為1000mm，巷道存在塌方且高度大于3m時(shí)，鋼拱架支撐間距不得大于500mm。本發(fā)明適用于各類井下破碎段巷道施工，可有效預(yù)防和控制井下巷道地質(zhì)災(zāi)害。該方法也可在隧道掘進(jìn)施工遇到破碎圍巖段時(shí)使用。

本發(fā)明超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)技術(shù)將拱架與底梁、超前鋼管焊接成一個(gè)整體形成一個(gè)完整的受力結(jié)構(gòu)。用鑿巖機(jī)鉆鑿超前孔將超前鋼管插入掘進(jìn)巖石中，另一端焊接到鋼拱架上，每次掘進(jìn)長(zhǎng)度小于鋼管長(zhǎng)度，在爆破后形成臨時(shí)支護(hù)。超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)形成一個(gè)環(huán)向封閉的穩(wěn)定整體，防止易塌方段渣石掉落。超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)具有拱形的受力特性，鋼拱架形成的強(qiáng)力支撐可以避免巷道不穩(wěn)定段二次垮塌，保證施工安全。在巷道施工時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇匹配巷道斷面的鋼拱架尺寸，根據(jù)循環(huán)進(jìn)尺和地質(zhì)條件選擇適宜的超前鋼管長(zhǎng)度。首先根據(jù)巷道斷面加工適量的鋼拱架，在掘進(jìn)面支兩架鋼拱架，然后在掌子面周邊鉆鑿超前孔，孔深必須大于每循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺，然后將超前鋼管一段插入，另一端焊接固定到鋼拱架上。下一步按照正常施工步驟進(jìn)行鑿巖爆破和出渣。出渣后，快速進(jìn)行錨桿掛網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)，然后進(jìn)行鋼拱架支護(hù)，鋼拱架之間用鋼筋焊接可增強(qiáng)整體性和支撐力，在鋼拱架支護(hù)后，進(jìn)行噴射混凝土（強(qiáng)度c15以上）支護(hù)形成永久支護(hù)。

本發(fā)明鋼拱架支撐受力原理，鋼拱架采用拱形結(jié)構(gòu)，這樣做到受力均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易變形；立柱采取延伸柱腿至底板以下，并增設(shè)底部支撐梁，可以有效抵抗因圍巖變化收斂產(chǎn)生的對(duì)柱腿側(cè)向的水平推力，錨網(wǎng)噴可以增加受力面積，分散受力點(diǎn)，使相鄰兩組鋼拱架連成一個(gè)整體，繼而使所有鋼拱架連成一個(gè)整體，增強(qiáng)抗傾覆性，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)可以有效地避免破碎巖石垮塌，對(duì)巷道內(nèi)施工人員起到保護(hù)作用，因安全有保障加快了施工進(jìn)度。

本發(fā)明的施工步驟為：1、鋼拱架安裝，鋼支撐安裝間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際掘進(jìn)地質(zhì)及塌方情況采用500mm—1000mm間距，必要時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況減小鋼支撐安裝間距。鋼支撐采用現(xiàn)場(chǎng)安裝，將加工好的拱架分片運(yùn)至工作面，按設(shè)計(jì)要求分片組裝成一個(gè)整體。檢查鋼支撐安裝質(zhì)量，主要檢查鋼支撐安裝垂直度，保證鋼支撐安裝完成后受力結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。兩榀鋼支撐采用上下安裝并采用同材質(zhì)型鋼焊接形成一個(gè)整體鋼拱架，兩榀鋼支撐拱部確保一定間距，保證超前鋼管順利穿過(guò)。螺栓連接以一個(gè)操作工使用普通扳手靠自己的力量擰緊螺母即可，保證被連接接觸面能密貼，無(wú)明顯的間隙。為了使連接接頭中螺栓受力均勻，螺栓的緊固次序應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行；應(yīng)采用復(fù)擰，即兩次緊固方法，保證接頭內(nèi)各個(gè)螺栓能均勻受力。螺栓連接緊固檢驗(yàn)采用錘擊法。即用3公斤小錘，一手扶螺栓（或螺母)頭，另一手用錘敲，要求螺栓頭(螺母)不偏移、不顫動(dòng)；不松動(dòng)，錘聲比較干脆。否則說(shuō)明螺栓緊固質(zhì)量不好，需要重新緊固施工。相鄰兩榀鋼拱架之間焊接同材質(zhì)型鋼縱向連接，環(huán)向間距為0.5—0.8米焊接成一個(gè)穩(wěn)定的整體，防止單榀鋼支撐出現(xiàn)傾覆的情況出現(xiàn)，保證施工安全。2、超前鋼管，超前支護(hù)采用同材質(zhì)鋼管，從鋼拱架支撐后在工作面拱頂和側(cè)幫預(yù)打孔，將鋼管嵌入孔內(nèi)形成預(yù)支撐。與工作面相連，形成一個(gè)保護(hù)假頂。超前鋼管環(huán)向布置，間距根據(jù)巖石破碎程度300-500mm，和鋼拱架支撐焊接成一整體。超前鋼管緊密環(huán)向布置形成一整體，利用鋼管和鋼拱架提供的預(yù)支撐，保持其穩(wěn)定性，防止塌方的發(fā)生，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。3、噴漿作業(yè)，在安裝完成后，組織噴漿作業(yè)對(duì)噴射強(qiáng)度大于c15的噴射混凝土，厚度大于150mm，使整個(gè)超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)形成一個(gè)整體，增強(qiáng)了支護(hù)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，形成永久性支護(hù)。

以上所述，僅為本發(fā)明專利優(yōu)選的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開(kāi)的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明專利構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

1.一種預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架，其特征在于：包括超前鋼管和若干組拱架體，相鄰拱架體之間通過(guò)若干連接固定筋相接，所述拱架體包括左右兩個(gè)拱架柱腿以及連接左右拱架柱腿的拱架拱頂，在拱架柱腿的底部均設(shè)有拱架柱腿支撐板；

其支護(hù)方法為：

（1）根據(jù)巷道斷面和破碎段長(zhǎng)度準(zhǔn)備若干拱架體，將拱架柱腿、拱架拱頂和拱架柱腿支撐板拆分運(yùn)至工作面，在工作面現(xiàn)場(chǎng)組裝拱架體，拱架體安裝間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際掘進(jìn)地質(zhì)及塌方情況采用500mm—1000mm間距；相鄰拱架體之間采用連接固定筋焊接成一個(gè)整體鋼拱架；

（2）在整體鋼拱架形成支撐后，在工作面拱頂和拱架柱腿側(cè)預(yù)打孔，將超前鋼管嵌入孔內(nèi)形成預(yù)支撐，與工作面相連，形成一個(gè)保護(hù)假頂，超前鋼管環(huán)向布置，間距根據(jù)巖石破碎程度300-500mm，和鋼拱架支撐焊接成一整體；

（3）在安裝完成后，組織噴漿作業(yè)對(duì)噴射強(qiáng)度大于c15的噴射混凝土，厚度大于150mm，使整個(gè)超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)形成一個(gè)整體，形成永久性支護(hù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架及其支護(hù)方法，其特征在于：所述拱架拱頂為弧形拱頂。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架及其支護(hù)方法，其特征在于：所述拱架柱腿、拱架拱頂和拱架柱腿支撐板均采用工字鋼加工而成。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明一種預(yù)防井下巖石破碎段巷道塌方的鋼拱架及其支護(hù)方法，包括超前鋼管和若干組拱架體，相鄰拱架體之間通過(guò)若干連接固定筋相接，所述拱架體包括左右兩個(gè)拱架柱腿以及連接左右拱架柱腿的拱架拱頂，在拱架柱腿的底部均設(shè)有拱架柱腿支撐板。本發(fā)明能有效縮短巷道塌方段或圍巖破碎段掘進(jìn)工期，對(duì)巷道塌方段及時(shí)進(jìn)行超前鋼管預(yù)支撐和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)，避免了使用其它支護(hù)方式時(shí)強(qiáng)度不足容易引起二次塌方的風(fēng)險(xiǎn)，確保了施工的安全。

技術(shù)研發(fā)人員：張睿;金明禎;嚴(yán)文炳;周通;王永智;雷明禮

受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北礦冶研究院

技術(shù)研發(fā)日：2020.11.10

技術(shù)公布日：2021.03.16