一种高强自承载双型钢组合支护结构及方法技术

本发明专利技术提供了一种高强自承载双型钢组合支护结构及方法，涉及地下工程技术领域。该高强自承载双型钢组合支护结构，包括异型钢体、支护杆体、U型钢体、缓冲吸能鼓和椭球形支撑体。本发明专利技术的支护结构，支护结构简单，组合支护效果呈四个层次的支护(锚杆

【技术实现步骤摘要】
一种高强自承载双型钢组合支护结构及方法


[0001]本专利技术涉及地下工程
，具体地说是涉及一种高强自承载双型钢组合支护结构及方法。

技术介绍

[0002]随着我国对地下工程建设的大规模投入，以及煤炭开采资源深度和强度不断提高，其地下工程中地应力增大、破碎岩体增多等特征越发突出。这往往引发复杂高应力扰动、矿压剧烈显现等问题，尤其遇到特殊地质条件时会导致巷道、隧道强烈变形，断面严重颈缩，直接影响了地下工程的安全建设甚至对原始支护造成严重破坏，危及人身安全。显然针对这种复杂的深部地应力与地质环境，巷道、隧道围岩稳定性问题日益突出，围岩支护仍是当今地下工程中的一项重要而复杂的技术问题，也是一个重要的研究方向。
[0003]面对复杂的地质条件，近年来U型钢支架由于其较高的抗拉/抗压强度以及良好的韧性，成为一种有效的支护方式被应用到各类巷道中。然而由于深部地下应力场较高，传统的U型钢支架常由于整体刚度不足难以承受较高的顶板压力，导致支架发生破坏。尤其是受到集中顶板压力作用时，极易发生支架压垮，局部失稳的现象，严重影响巷道支护效果。因此，急需一种高强结构的型钢支架，有效实现复杂高应力环境下围岩支护。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高强自承载双型钢组合支护结构及方法，能自适应深部高应力复杂地质条件巷道、隧道围岩高应力和大变形，大幅提高支护强度。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术解决方案如下：
[0006]一种高强自承载双型钢组合支护结构，包括异型钢体、支护杆体、U型钢体、缓冲吸能鼓和椭球形支撑体；
[0007]所述异型钢体的轮廓形状为向下弯曲的弧形，所述异型钢体的上端面用于贴合围岩，所述异型钢体的下端面设置为向上凹陷的弧形槽，所述异型钢体沿着伸展方向开设多个装配孔，装配孔的上端连通所述异型钢体的上端面，装配孔的下端连通所述弧形槽；
[0008]所述支护杆体穿过所述装配孔，所述支护杆体的上端用于固定于围岩中，所述支护杆体的下端从所述装配孔的下方露出；
[0009]所述U型钢体的轮廓形状为向下弯曲的弧形，所述U型钢体位于所述异型钢体的下方，所述U型钢体的上端面设置为向下凹陷的U形槽；
[0010]所述U形槽内的底部布置所述缓冲吸能鼓，所述缓冲吸能鼓轮的廓形状为向下弯曲的弧形，所述U形槽与所述弧形槽之间的环形空间依次布置一排椭球形支撑体，相邻的椭球形支撑体之间在宽度方向接触，椭球形支撑体在宽度方向还接触所述U形槽，椭球形支撑体在长度方向分别接触所述缓冲吸能鼓和所述弧形槽；
[0011]位于所述装配孔位置的椭球形支撑体装配所述支护杆体的下端，位于所述装配孔位置之外位置的椭球形支撑体装配所述弧形槽。
[0012]优选的，所述支护杆体包括锚杆、锚索和注浆锚杆。
[0013]优选的，所述椭球形支撑体在长度方向的上端开设螺纹孔，所述支护杆体的下端设置外螺纹，所述弧形槽内设置有带外螺纹的装配柱；
[0014]位于所述装配孔位置的椭球形支撑体螺纹连接所述支护杆体的下端，位于所述装配孔位置之外位置的椭球形支撑体螺纹连接所述装配柱。
[0015]优选的，所述支护杆体为注浆锚杆时，与注浆锚杆的下端连接的椭球形支撑体的侧面开设侧向孔，所述侧向孔连通所述螺纹孔，所述侧向孔的外端设置有快速接头及单向阀。
[0016]优选的，所述椭球形支撑体由金属材料制成。
[0017]优选的，所述缓冲吸能鼓的内部设置为腔体结构。
[0018]优选的，所述缓冲吸能鼓由金属材料制成。
[0019]一种高强自承载双型钢组合支护方法，应用上述的高强自承载双型钢组合支护结构，所述方法如下：
[0020]步骤1、将异型钢体布设在巷道的设定位置，使异型钢体的上端面贴合围岩，根据巷道围岩破裂状况以及地应力情况设计支护杆体的布置方式，将支护杆体的上端穿过异型钢体上的装配孔，将支护杆体的上端固定于巷道的围岩中，在支护杆体的下端装配椭球形支撑体，通过对支护杆体施加预紧力以及紧固连接于支护杆体下端的椭球形支撑体，以将异型钢体固定在巷道围岩的表面；
[0021]步骤2、在异型钢体弧形槽位于所述装配孔位置之外位置装配椭球形支撑体，使相邻的椭球形支撑体之间在宽度方向接触；
[0022]步骤1和步骤2中，椭球形支撑体在宽度方向还接触U形槽；
[0023]步骤3、将缓冲吸能鼓固定在U型钢体的U形槽内的底部，将U型钢体布设于所述异型钢体的下方，通过紧固U型钢体对椭球形支撑体施加预应力，使椭球形支撑体在长度方向挤压接触缓冲吸能鼓；
[0024]步骤4、在支护杆体包括注浆锚杆时，将注浆管道与椭球形支撑体的侧面的快速接头连接并进行注浆，注浆材料、注浆量、注浆压力根据巷道围岩破裂状况进行设置。
[0025]本专利技术的有益技术效果是：
[0026]本专利技术的高强自承载双型钢组合支护结构，支护结构简单，组合支护效果呈四个层次的支护(锚杆
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锚索
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注浆锚杆组合、异型钢体、自承载椭球组合体(椭球形支撑体和缓冲吸能鼓)、U型钢体)，每一层支护都具有独立承载能力，与现有技术相比，组合之后的支护效果不是简单的叠加，而是大大提升，能自适应深部高应力复杂地质条件巷道、隧道围岩高应力和大变形，大幅提高支护强度。具体的，锚杆
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锚索
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注浆锚杆组合作为第一层支护也是最外层支护，对巷道围岩变形起到了明显的约束作用；而且，锚杆、锚索、注浆锚杆相互协同作用形成组合加固拱，充分发挥围岩的自主承载能力，提高支护效果；此外，锚杆、锚索、注浆锚杆通过预应力对异型钢体起到加固作用，使其紧贴巷道围岩表面，大大提高了异型钢体的承载力。当巷道围岩出现明显的变形时，异型钢体提供了第二层支护。同时，异型钢体微变形产生的反作用力施加在自承载椭球组合体上，由于U型钢体的限位作用，在围岩发生较大变形时，缓冲吸能鼓被球形支撑体挤压变形，从而达到缓冲作用，实现让位吸能；并且，椭球形支撑体产生侧向微变形致使相邻椭球形支撑体产生挤压力，巨大的挤压力使一排椭
球形支撑体组成了自承载拱形结构，可以承受较高的载荷，由此形成了第三层支护，也是最为重要的保护作用，而且巷道围岩压力越大，这种自承载能力越大。U型钢体除了提供第四层支护外，还对于稳定自承载椭球组合体，加强自承载椭球组合体的支护作用提供了较大的反作用力，提高了支护的稳固程度。此外，后三层支护结构作为一个整体其抗弯截面系数相较于现有支护设计大大提高，因此其组成的支护体系抗弯性能极高，可实现复杂高应力环境下巷道、隧道围岩支护。
[0027]本专利技术的高强自承载双型钢组合支护方法，支护操作方便，支护效果好，具有较高的推广应用价值。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例高强自承载双型钢组合支护结构的剖面布置图；
[0029]图2为本专利技术实施例支护杆体为锚杆或锚索的高强自承载双型钢组合支护结构的剖面图；
[0030]图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强自承载双型钢组合支护结构，其特征在于：包括异型钢体、支护杆体、U型钢体、缓冲吸能鼓和椭球形支撑体；所述异型钢体的轮廓形状为向下弯曲的弧形，所述异型钢体的上端面用于贴合围岩，所述异型钢体的下端面设置为向上凹陷的弧形槽，所述异型钢体沿着伸展方向开设多个装配孔，装配孔的上端连通所述异型钢体的上端面，装配孔的下端连通所述弧形槽；所述支护杆体穿过所述装配孔，所述支护杆体的上端用于固定于围岩中，所述支护杆体的下端从所述装配孔的下方露出；所述U型钢体的轮廓形状为向下弯曲的弧形，所述U型钢体位于所述异型钢体的下方，所述U型钢体的上端面设置为向下凹陷的U形槽；所述U形槽内的底部布置所述缓冲吸能鼓，所述缓冲吸能鼓的轮廓形状为向下弯曲的弧形，所述U形槽与所述弧形槽之间的环形空间依次布置一排椭球形支撑体，相邻的椭球形支撑体之间在宽度方向接触，椭球形支撑体在宽度方向还接触所述U形槽，椭球形支撑体在长度方向分别接触所述缓冲吸能鼓和所述弧形槽；位于所述装配孔位置的椭球形支撑体装配所述支护杆体的下端，位于所述装配孔位置之外位置的椭球形支撑体装配所述弧形槽。2.根据权利要求1所述的一种高强自承载双型钢组合支护结构，其特征在于：所述支护杆体包括锚杆、锚索和注浆锚杆。3.根据权利要求2所述的一种高强自承载双型钢组合支护结构，其特征在于：所述椭球形支撑体在长度方向的上端开设螺纹孔，所述支护杆体的下端设置外螺纹，所述弧形槽内设置有带外螺纹的装配柱；位于所述装配孔位置的椭球形支撑体螺纹连接所述支护杆体的下端，位于所述装配孔位置之外位置的椭球形支撑体螺纹连接所述装配柱。4.根据权利要求3所述的一种高强自承载双型钢组合支护结构，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兆霖，王磊，朱传奇，范浩，李少波，宋帅兵，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：