一種巷道框架式超前支護結構和方法技術

本發(fā)明專利技術提供一種巷道框架式超前支護結構和方法，屬于礦山井下安全支護技術領域。該方法主要利用單體液壓支柱、π形鋼梁、半圓形管箍、鋼(鐵)管、鋼板(片)、螺栓連接組合而成橫向支撐結構和縱向連接結構進行超前支護，將常規(guī)分散支護結構進行橫向、縱向連接形成整體超前支護結構，極大增強穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)超前支護結構僅在垂直方向具有有效支護強度，對于水平橫向和縱向方向變形抵抗能力較弱的缺點，在沖擊地壓災害發(fā)生時，可以有效的形成安全空間，為作業(yè)人員安全提供強有力的保障。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及礦山井下安全支護
，特別是指一種巷道框架式超前支護結構和方法。
技術介紹
沖擊地壓是世界范圍內(nèi)煤礦礦井中最嚴重的災害之一，發(fā)生前一般沒有宏觀預兆，而是以突然、急劇、猛烈的形式將煤巖體拋出，造成支架損壞、片幫冒頂、巷道堵塞、傷及人員，導致施工人員被砸傷、摔傷、擠傷，甚至由于巷道堵塞窒息死亡。目前，隨著我國煤礦開采深度的不斷增加，沖擊地壓災害呈現(xiàn)越來越嚴重的發(fā)展態(tài)勢，給煤礦安全生產(chǎn)和廣大煤礦職工的生命安全造成了極大的威脅。巷道支護是為保證巷道開挖后的圍巖穩(wěn)定及施工安全，而采取的支持、加強或被覆圍巖的構件或其他措施。超前支護是在開采擾動影響范圍巷道內(nèi)采取的超前于工作面開采的輔助支護措施的一種。由于回采過程中沖擊地壓破壞巷道多在超前工作面0～120m范圍,此區(qū)域是人員作業(yè)和設備放置集中區(qū)域，所以超前支護穩(wěn)定性對沖擊地壓災害中維護巷道穩(wěn)定和保證作業(yè)人員安全具有重大意義。目前，我國大部分礦井超前支護采用單體液壓支柱配合π形鋼梁進行支護，常規(guī)支護在垂直方向上具有較強抵抗載荷，限制變形的能力，但在沖擊地壓災害發(fā)生或強烈礦壓顯現(xiàn)，圍巖發(fā)生水平橫向或水平縱向快速變形時，支護結構穩(wěn)定性存在以下缺點：(1)在橫向上，兩幫煤體快速變形，極易導致單體液壓支柱折斷或向支護空間內(nèi)傾倒，從而造成支護失效，巷道閉合，對超前支護空間內(nèi)人員造成傷害。(2)在縱向上，當頂板或底煤快速變形時，由于單體液壓支柱是孤立的支護個體，極易發(fā)生沿縱向大面積傾倒，從而完全失去支護作用，造成巷道閉合，對超前巷道內(nèi)人員和設備造成嚴重損害。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種巷道框架式超前支護結構和方法，已解決目前支護結構穩(wěn)定性差等問題。適用于該巷道框架式超前支護方法的結構，包括單體液壓支柱、半圓形管箍、鋼管、鋼板、螺栓和π形鋼梁，鋼管兩端焊接半圓形管箍，鋼板兩端焊接半圓形管箍，鋼管通過半圓形管箍和螺栓固定在單體液壓支柱上構成橫向支撐結構，鋼板通過半圓形管箍和螺栓固定在單體液壓支柱上構成縱向連接結構，π形鋼梁由單體液壓支柱支撐；該支護方法具體為：一、根據(jù)工作面回采過程中“固定”工作面微震事件分析和超前工作面煤體應力分布監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，確定受沖擊地壓災害影響的巷道的影響距離、支護密度、橫向支護間距、縱向支護間距；二、根據(jù)所述步驟一獲得的支護密度、橫向支護間距，將π形鋼梁沿巷道橫向布置，使用單體液壓支柱將π形鋼梁固定在巷道頂板巖石或煤體上；三、根據(jù)所述步驟一獲得的影響距離、縱向支護間距，在巷道縱向上根據(jù)受沖擊地壓災害的影響距離安裝至少一組π形鋼梁和單體液壓支柱，保證單體液壓支柱、π形鋼梁和頂?shù)装迕簬r充分接觸；四、沿巷道橫向方向將相鄰單體液壓支柱連接，具體為：將兩端焊接有半圓形管箍的鋼管放置在兩棵單體液壓支柱中間，兩端采用螺栓和半圓形管箍固定在單體液壓支柱上形成橫向支撐結構；五、沿巷道縱向方向將相鄰單體液壓支柱連接，具體為：將兩端焊接有半圓形管箍的鋼板放置在兩棵單體液壓支柱中間，兩端采用螺栓和半圓形管箍固定在單體液壓支柱上形成縱向連接結構。通過將分散的支護結構使用橫向支撐桿和縱向連接桿進行連接，使超前支護結構形成整體，增強其穩(wěn)定性。鋼管兩端管箍空間對稱，通過螺栓將另一半圓形管箍鎖定在已焊接的管箍結構上；鋼板兩端管箍空間對稱，通過螺栓將另一半圓形管箍鎖定在已焊接的管箍結構上。單體液壓支柱由活柱和柱體構成。橫向支撐和縱向連接結構尺寸確定方法包括以下步驟：a、根據(jù)計算得到合理支護密度n，其中Pt為合理支護強度KN/m2，Rt為支柱實際支撐能力KN；b、根據(jù)和巷道實際橫向寬度L實，綜合考慮行人空間、設備安裝空間等因素確定單體液壓支柱橫向間距L橫和縱向間距L縱，L橫的具體數(shù)據(jù)要根據(jù)巷道實際寬度綜合行人空間、設備安裝所需空間確定，比如巷道實際寬度5m，可能橫向布置4棵單體；實際寬度3.5m，可能橫向布置3棵單體；c、根據(jù)橫向間距L橫確定所需加工鋼管長度L管＝L橫-2*r活，其中r活為單體液壓支柱活柱部分半徑；d、根據(jù)縱向間距L縱確定所需加工鋼板長度L板＝L縱-2*r柱，其中r柱為單體液壓支柱柱體部分半徑。其中，鋼管可以是鐵管，鋼板可以是鋼片。本專利技術的上述技術方案的有益效果如下：本專利技術受沖擊地壓災害影響巷道的框架式超前支護結構和方法相比常規(guī)單體液壓支柱配合鋼梁支護技術具有以下顯著優(yōu)點：(1)橫向支撐桿可以提高超前支護結構抵抗橫向變形能力，在強烈礦壓顯現(xiàn)造成兩幫大量變形時，單體不易折斷或者支護失效。縱向連接桿將相鄰單體單體液壓支柱連接，提高超前支護結構抗傾倒能力。(2)框架式超前支護結構相比常規(guī)超前支護，通過橫向支撐桿和縱向連接桿將分散的支護結構相互連接，形成整體結構，增強超前支護的整體穩(wěn)定性，在沖擊地壓災害發(fā)生時，可以有效的形成安全空間，為作業(yè)人員安全提供強有力的保障。附圖說明圖1為本專利技術的巷道框架式超前支護結構的結構示意圖；圖2為本專利技術的巷道框架式超前支護結構的橫向剖面示意圖；圖3為本專利技術的巷道框架式超前支護結構的縱向剖面示意圖；圖4為圖3中A-A剖面示意圖；圖5為圖3中B-B剖面示意圖；圖6為本專利技術的巷道框架式超前支護結構的橫向支撐結構示意圖；圖7為本專利技術的巷道框架式超前支護結構的縱向連接結構示意圖。其中：1-單體液壓支柱；2-半圓形管箍；3-鋼管；4-鋼板；5-螺栓；6-π形鋼梁。具體實施方式為使本專利技術要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。本專利技術針對現(xiàn)有的支護結構穩(wěn)定性差等問題，提供一種巷道框架式超前支護結構和方法。如圖1所示，該支護結構包括單體液壓支柱1、半圓形管箍2、鋼管3、鋼板4、螺栓5和π形鋼梁6，鋼管3兩端焊接半圓形管箍2，鋼板4兩端焊接半圓形管箍2，如圖6所示，鋼管3通過半圓形管箍2和螺栓5固定在單體液壓支柱1上構成橫向支撐結構，如圖7所示，鋼板4通過半圓形管箍2和螺栓5固定在單體液壓支柱1上構成縱向連接結構，π形鋼梁6由單體液壓支柱1支撐。圖2、圖3、圖4、圖5為該支護結構的剖面示意圖。該支護方法具體為：一、根據(jù)工作面回采過程中“固定”工作面微震事件分析、超前工作面煤體應力分布監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，確定受沖擊地壓災害影響的巷道的影響距離、支護密度、橫向支護間距、縱向支護間距；二、根據(jù)所述步驟一獲得的支護密度、橫本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種巷道框架式超前支護方法，其特征在于：該支護方法涉及一種支護結構，包括單體液壓支柱(1)、半圓形管箍(2)、鋼管(3)、鋼板(4)、螺栓(5)和π形鋼梁(6)，鋼管(3)兩端焊接半圓形管箍(2)，鋼板(4)兩端焊接半圓形管箍(2)，鋼管(3)通過半圓形管箍(2)和螺栓(5)固定在單體液壓支柱(1)上構成橫向支撐結構，鋼板(4)通過半圓形管箍(2)和螺栓(5)固定在單體液壓支柱(1)上構成縱向連接結構，π形鋼梁(6)由單體液壓支柱(1)支撐；該支護方法具體為：一、分析確定受沖擊地壓災害影響的巷道的影響距離、支護密度、橫向支護間距、縱向支護間距；二、根據(jù)所述步驟一獲得的支護密度、橫向支護間距，將π形鋼梁(6)沿巷道橫向布置，使用單體液壓支柱(1)將π形鋼梁(6)固定在巷道頂板巖石或煤體上；三、根據(jù)所述步驟一獲得的影響距離、縱向支護間距，在巷道縱向上根據(jù)受沖擊地壓災害的影響距離安裝至少一組π形鋼梁(6)和單體液壓支柱(1)，保證單體液壓支柱(1)、π形鋼梁(6)和頂?shù)装迕簬r充分接觸；四、沿巷道橫向方向將相鄰單體液壓支柱(1)連接，具體為：將兩端焊接有半圓形管箍(2)的鋼管(3)放置在兩棵單體液壓支柱(1)中間，兩端采用螺栓(5)和半圓形管箍(2)固定在單體液壓支柱(1)上形成橫向支撐結構；五、沿巷道縱向方向將相鄰單體液壓支柱(1)連接，具體為：將兩端焊接有半圓形管箍(2)的鋼板(4)放置在兩棵單體液壓支柱(1)中間，兩端采用螺栓(5)和半圓形管箍(2)固定在單體液壓支柱(1)上形成縱向連接結構。...

【技術特征摘要】
1.一種巷道框架式超前支護方法，其特征在于：該支護方法涉及一種支
護結構，包括單體液壓支柱(1)、半圓形管箍(2)、鋼管(3)、鋼板(4)、螺
栓(5)和π形鋼梁(6)，鋼管(3)兩端焊接半圓形管箍(2)，鋼板(4)兩
端焊接半圓形管箍(2)，鋼管(3)通過半圓形管箍(2)和螺栓(5)固定在
單體液壓支柱(1)上構成橫向支撐結構，鋼板(4)通過半圓形管箍(2)和
螺栓(5)固定在單體液壓支柱(1)上構成縱向連接結構，π形鋼梁(6)由
單體液壓支柱(1)支撐；
該支護方法具體為：
一、分析確定受沖擊地壓災害影響的巷道的影響距離、支護密度、橫向支
護間距、縱向支護間距；
二、根據(jù)所述步驟一獲得的支護密度、橫向支護間距，將π形鋼梁(6)
沿巷道橫向布置，使用單體液壓支柱(1)將π形鋼梁(6)固定在巷道頂板巖
石或煤體上；
三、根據(jù)所述步驟一獲得的影響距離、縱向支護間距，在巷道縱向上根據(jù)
受沖擊地壓災害的影響距離安裝至少一組π形鋼梁(6)和單體液壓支柱(1)，
保證單體液壓支柱(1)、π形鋼梁(6)和頂?shù)装迕簬r充分接觸；
四、沿巷道橫向方向將相鄰單體液壓支柱(1)連接，具體為：將兩端焊
接有半圓形管箍(2)的鋼管(3)放置在兩棵單體液壓支柱(1)中間，兩端
采用螺栓(5)和半圓形管箍(2)...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：史先鋒，姜福興，朱斯陶，楊光宇，耿超，李東，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11