一种软岩巷道全长锚固支护结构及其施工方法技术

本发明专利技术提供一种软岩巷道全长锚固支护结构及其施工方法，支护结构主要由带钢管支架、锚固件和可缩性金属支架组成，钢管支架设置在软岩巷道底部，钢管支架上设置有固定锚杆和锚索的孔洞，金属网对锚杆和锚索突出的部分进行挂网固定，再对金属网外侧喷射混凝土喷层，最后在金属网外侧布设与巷道截面尺寸相适配的可缩性金属支架，工作面的持续推进分段布置可缩性金属支架，能够很好解决超前应力集中区强底膨、大变形的软岩巷道全锚支护结构与参数不匹配的现象，同时提升支护效果，降低失锚率，大幅提升井下工作人员的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种软岩巷道全长锚固支护结构及其施工方法
本专利技术属于煤矿开采
，具体涉及一种软岩巷道全长锚固支护结构及其施工方法。
技术介绍
在矿山井巷开拓工程中，巷道不仅会受到原始地应力场的作用，而且还会受到采煤过程中所形成的各种集中应力的影响，其中位于回采工作面煤壁前方的巷道，由于工作面的推进超前应力集中区不断前移，这就使得该条巷道需经历静压-动压-卸压三个阶段，对应的围岩位移、压力也相应发生多次变化，且变化时间短促、变化程度剧烈。此时，锚杆/锚索与围岩的协调作用就显得尤为重要，否则锚杆/锚索局部应力集中极易被拉断，并且当巷道支护结构与参数不适应时，巷道受到过大的围岩位移与压力，将使得支护与维护费用更高，且难以保证安全使用。又由于普通端锚支护方式锚索/锚杆断裂失效后由于巨大的冲击能，断裂部分的锚索/锚杆瞬间冲出速度很快，给途径此处的井下工作人员极易构成安全威胁。此外，现有关于全锚支护技术的支护效果还不是很理想，尤其是全长锚索的支护，失锚率较高。此外，在现场施工过程中全长锚索钻眼后填充锚固剂，然后再利用锚索进行搅拌，锚索自身搅拌时极难将锚固剂搅拌充分，或处于搅不动的状态，由于时间把控不好，进而造成失锚；同时底臌一直是巷道支护过程中难以根治的棘手问题，常用的卧底措施也不能从根本上解决以上问题，常年返修耗时耗力耗财。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种软岩巷道全长锚固支护结构及其施工方法，以至少解决超前应力集中区强底臌、大变形的软岩巷道全锚支护结构与参数不匹配，支护效果差、失锚率高，易对井下工作人员造成安全隐患，且维修时间长、成本高的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种软岩巷道全长锚固支护结构，其特征在于，所述支护结构包括：钢管支架，所述钢管支架设置于软岩巷道底部，所述钢管支架为U型结构，U型结构的所述钢管支架包括左右两端竖直钢管支架的竖直部和中间弯曲钢管支架的弧形部，所述钢管支架上设有多个便于锚固件插入的孔洞，所述钢管支架内灌注有混凝土；锚固件，所述锚固件包括多个锚索和锚杆，多个所述锚索和锚杆分布在软岩巷道的四周岩壁内，所述锚索和锚杆均通过所述钢管支架上的孔洞插入巷道外围所在的围岩内，用于对软岩巷道进行支护；金属网，所述金属网通过所述锚固件外露部分进行固定，铺设在软岩巷道内表面，所述金属网覆盖在软岩巷道的两帮和拱部；混凝土喷层，所述混凝土喷层覆盖于所述金属网外层及软岩巷道底部，用于对软岩巷道进行加固；可缩性金属支架，所述可缩性金属支架为可缩性U型钢拱型支架，所述可缩性U型钢拱型支架与软岩巷道尺寸相适配，所述可缩性U型钢拱型支架卡设于所述混凝土喷层的外侧，用于进一步对软岩巷道进行支护。在如上所述的一种软岩巷道全长锚固支护结构，优选，所述锚索和锚杆底部均设有类弹簧段，所述类弹簧段为多根钢筋经过反复弯折而成，所述类弹簧段固定在所述锚索和锚杆的底部，用于对孔洞内的锚固剂进行充分的搅拌和释放岩层的瞬间地压；再优选，所述类弹簧段预留有直线段，并通过直线段固定在所述锚索和锚杆的底部，便于所述类弹簧段在所述锚索和锚杆上进行固定。在如上所述的一种软岩巷道全长锚固支护结构，优选，所述锚索和锚杆的轴身均设有多个锥形铁，所述锥形铁通过底面与所述锚索和锚杆焊接固定，多个所述锥形铁均沿所述锚索和锚杆的轴身呈S型排布，便于对孔洞内的锚固剂进行充分的搅拌。在如上所述的一种软岩巷道全长锚固支护结构，优选，两个所述竖直钢管支架上均设有两对孔洞，每对孔洞均分布在所述竖直钢管支架的内侧和外侧，其中第一对孔洞位于所述竖直钢管支架的上部，且处于同一水平线，第二对孔洞位于所述竖直钢管支架与所述弯曲钢管支架的连接处，且圆心连线与水平轴具有一定夹角；在如上所述的一种软岩巷道全长锚固支护结构，优选，所述弯曲钢管支架上设有三对孔洞，每对孔洞均分布在所述弯曲钢管支架的内外侧，便于所述锚固件插入进围岩，三对孔洞在所述弯曲钢管上均匀排布；再优选，位于所述竖直钢管支架和所述弯曲钢管支架上的内侧孔洞孔径均与所述锚索和锚杆直径一致，外侧孔洞孔径大于内侧孔洞孔径。在如上所述的一种软岩巷道全长锚固支护结构，优选，所述竖直钢管支架和所述弯曲钢管支架为一体成型结构。在如上所述的一种软岩巷道全长锚固支护结构，优选，所述类弹簧段的长度为10cm，预留的所述直线段长3cm。一种使用上述任一项所述软岩巷道全长锚固支护结构的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：步骤1，钢管支架的安装：首先利用工具将巷道底部仰拱尺寸进行调整，以便钢管支架能顺利放入；调整好之后，根据钢管支架上各孔洞位置的高度和倾角等参数，使用钻机在巷道底部、两帮及拱部按照预设的锚索的长度进行钻孔，即为锚索孔，锚索孔的孔径大于相应锚索的直径；钻孔结束后，先用木棍将锚索孔填堵，再对巷道底部喷射一定厚度的混凝土并找平，以便钢管支架放入后，下端面能够完全与混凝土接触，保证其底部均匀受力；最后再将填堵用的木棍取出，并将钢管支架依次放入巷道底部；步骤2，钢管支架上水平方向锚索的安装：首先在钢管支架预留的第一对孔洞位置处进行锚索支护，先对竖直钢管支架的位于水平方向的第一对孔洞处进行支护，左右两边对称支护，具体支护方法步骤为：先向锚索孔内依次投放慢速、中速和快速树脂药卷，然后使用锚索安装机将锚索送入锚索孔内，进行一定时间的搅拌，搅拌结束后保持该状态一定时间，再安装托盘，然后拔下锚索安装机，最后树脂药卷凝固后通过锚索张拉仪对锚索施加一定的预应力；步骤3，钢管支架上倾斜和竖直方向锚索的安装：采用步骤2所述的支护方法，依次对竖直钢管支架的第二对孔洞位置处以及弯曲钢管支架上的倾斜孔洞和竖直孔洞进行锚索支护，支护方式是钢管支架两边对称进行，以便软岩巷道受力均匀，便于锚索插入；步骤4，钢管支架的注浆：钢管支架上的锚索全部安装完成后，打开竖直钢管支架端部的端盖，进行注浆，先注入超细水泥浆，超细水泥浆液通过钢管支架外侧孔洞渗入锚索孔，待浆液渗入锚索孔底部时，改注高流态混凝土，直到钢管支架内全部注满，最后将端盖封闭；步骤5，软岩巷道两帮及拱部锚索的安装：采用步骤2所述的支护方法，从下到上依次对钢管支架上方两帮位置及拱部位置处安装锚索，锚索之间相隔一定距离，支护方式为两帮对称同时施工，以便软岩巷道受力均匀，便于锚索插入；步骤6，锚杆的安装：锚索安装结束后，进行锚杆孔的钻取，在软岩巷道两帮和拱部间隔一定距离按照预设的锚杆的长度进行钻孔，即为锚杆孔，锚杆孔的孔径大于相应锚杆的直径用于安装锚杆，锚杆与锚索穿插交替排布，安装锚杆的具体步骤为：先向锚杆孔内依次投放中速和快速树脂药卷，拱部处的树脂药卷利用支撑装置进行支撑，然后使用锚杆安装机将锚杆送入锚杆孔内，进行一定时间的搅拌，搅拌结束后保持该状态一定时间，再安装托盘，然后拔下锚杆安装机，最后在树脂药卷凝固后通过锚杆张拉仪对锚杆施加一定的预应力；步骤7，金属网的铺设：锚索和锚杆安装完毕后，利用锚索和锚杆外露部分铺挂固定金属网；步骤8，混凝土喷层的浇筑：金属网铺设完成后，沿软岩巷道四周内部全部喷射浇筑混凝土喷层，并找平；步骤9，可缩性U型钢拱型支架的安装：混凝土喷层浇筑结束后，在软岩巷道内部架设可缩性U型钢拱型支架，U型钢拱型可缩性支架尺寸与软岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软岩巷道全长锚固支护结构，其特征在于，所述支护结构包括：钢管支架，所述钢管支架设置于软岩巷道底部，所述钢管支架为U型结构，U型结构的所述钢管支架包括左右两端竖直钢管支架的竖直部和中间弯曲钢管支架的弧形部，所述钢管支架上设有多个便于锚固件插入的孔洞，所述钢管支架内灌注有混凝土；锚固件，所述锚固件包括多个锚索和锚杆，多个所述锚索和锚杆分布在软岩巷道的四周岩壁内，所述锚索和锚杆均通过所述钢管支架上的孔洞插入巷道外围所在的围岩内，用于对软岩巷道进行支护；金属网，所述金属网通过所述锚固件外露部分进行固定，铺设在软岩巷道内表面，所述金属网覆盖在软岩巷道的两帮和拱部；混凝土喷层，所述混凝土喷层覆盖于所述金属网外层及软岩巷道底部，用于对软岩巷道进行加固；可缩性金属支架，所述可缩性金属支架为可缩性U型钢拱型支架，所述可缩性U型钢拱型支架与软岩巷道尺寸相适配，所述可缩性U型钢拱型支架卡设于所述混凝土喷层的外侧，用于进一步对软岩巷道进行支护。

【技术特征摘要】
1.一种软岩巷道全长锚固支护结构，其特征在于，所述支护结构包括：钢管支架，所述钢管支架设置于软岩巷道底部，所述钢管支架为U型结构，U型结构的所述钢管支架包括左右两端竖直钢管支架的竖直部和中间弯曲钢管支架的弧形部，所述钢管支架上设有多个便于锚固件插入的孔洞，所述钢管支架内灌注有混凝土；锚固件，所述锚固件包括多个锚索和锚杆，多个所述锚索和锚杆分布在软岩巷道的四周岩壁内，所述锚索和锚杆均通过所述钢管支架上的孔洞插入巷道外围所在的围岩内，用于对软岩巷道进行支护；金属网，所述金属网通过所述锚固件外露部分进行固定，铺设在软岩巷道内表面，所述金属网覆盖在软岩巷道的两帮和拱部；混凝土喷层，所述混凝土喷层覆盖于所述金属网外层及软岩巷道底部，用于对软岩巷道进行加固；可缩性金属支架，所述可缩性金属支架为可缩性U型钢拱型支架，所述可缩性U型钢拱型支架与软岩巷道尺寸相适配，所述可缩性U型钢拱型支架卡设于所述混凝土喷层的外侧，用于进一步对软岩巷道进行支护。2.如权利要求1所述的软岩巷道全长锚固支护结构，其特征在于，所述锚索和锚杆底部均设有类弹簧段，所述类弹簧段为多根钢筋经过反复弯折而成，所述类弹簧段固定在所述锚索和锚杆的底部，用于对孔洞内的锚固剂进行充分的搅拌和释放岩层的瞬间地压；优选地，所述类弹簧段预留有直线段，并通过直线段固定在所述锚索和锚杆的底部，便于所述类弹簧段在所述锚索和锚杆上进行固定。3.如权利要求2所述的软岩巷道全长锚固支护结构，其特征在于，所述锚索和锚杆的轴身均设有多个锥形铁，所述锥形铁通过底面与所述锚索和锚杆焊接固定，多个所述锥形铁均沿所述锚索和锚杆的轴身呈S型排布，便于对孔洞内的锚固剂进行充分的搅拌。4.如权利要求1所述的软岩巷道全长锚固支护结构，其特征在于，两个所述竖直钢管支架上均设有两对孔洞，每对孔洞均分布在所述竖直钢管支架的内侧和外侧，其中第一对孔洞位于所述竖直钢管支架的上部，且处于同一水平线，第二对孔洞位于所述竖直钢管支架与所述弯曲钢管支架的连接处，且圆心连线与水平轴具有一定夹角；所述弯曲钢管支架上设有三对孔洞，每对孔洞均分布在所述弯曲钢管支架的内外侧，便于所述锚固件插入进围岩，三对孔洞在所述弯曲钢管上均匀排布；优选的，位于所述竖直钢管支架和所述弯曲钢管支架上的内侧孔洞孔径均与所述锚索和锚杆直径一致，外侧孔洞孔径大于内侧孔洞孔径。5.如权利要求1所述的软岩巷道全长锚固支护结构，其特征在于，所述竖直钢管支架和所述弯曲钢管支架为一体成型结构。6.如权利要求2所述的软岩巷道全长锚固支护结构，其特征在于，所述类弹簧段的长度为10cm，预留的所述直线段长3cm。7.一种如权利要求1-6任一项所述的软岩巷道全长锚固的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：步骤1，钢管支架的安装：首先利用工具将巷道底部仰拱尺寸进行调整，以便钢管支架能顺利放入；调整好之后，根据钢管支架上各孔洞位置的高度和倾角等参数，使用钻机在巷道底部、两帮及拱部按照预设的锚索的长度进行钻孔，即为锚索孔，锚索孔的孔径大于相应锚索的直径；钻孔结束后，先用木棍将锚索孔填堵，再对巷道底部喷射一定厚度的混凝土并找平，以便钢管支架放入后，下端面能够完全与混凝土接触，保证其底部均匀受力；最后再将填堵用的木棍取出，并将钢管支架依次放入...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛维培，姚直书，李万峰，何礼品，黄开忠，徐敬浩，李延庆，刘小虎，唐彬，
申请(专利权)人：安徽理工大学，淮南矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34