【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿井支护安全，具体为一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构及方法。
技术介绍
1、钾盐矿体具有遇水易溶性，地层赋存中的钾盐矿体层上方通常有一层泥岩，起到隔绝地表水的作用。钾盐矿的泥岩层不同于普通泥岩，具有松软性且强度较低，遇水后强度更低，同时泥岩层中常具有下方钾盐矿体的锈蚀特性，对直接接触的金属构件具有一定的锈蚀影响，施工中泥岩段巷道的支护工程是一项比较重要的工程。当泥岩段巷道遇断层、陷落柱等构造时，围岩较为破碎，巷道所处围岩应力较大，工程中常采用加密正常泥岩段巷道支护的方式处理高应力泥岩段巷道；当巷道应力达到一定数值或埋深较深时，采用加密支护已不能有效地解决泥岩段巷道的支护强度，影响巷道施工安全和矿井安全生产。因此，钾盐矿高应力泥岩段巷道的支护技术是一项十分重要又棘手的工程技术难题。
2、目前国际上固体钾盐矿开采技术较为落后，对于钾盐矿高应力泥岩段巷道的支护技术，国内外现有的文献中，均未见一套有效的技术方案。目前钾盐矿巷道施工中，正常泥岩段巷道支护多采用锚网+u型钢棚+混凝土方式，在高应力泥岩段巷道的支护常为：外层仍采用锚网或改用配筋方式，中层u型钢棚的间距缩小，包裹层仍采用普通混凝土浇筑、部分矿井支护后再进行壁后注浆加固；该方式在一定程度上保证了高应力泥岩段巷道的稳定性，但存在稳定性差、支撑能力低、工期较长、投资较高等缺点。这是因为：一是外层的锚杆打入构造处破碎围岩的支护效果较差，起不到很好的临时支护作用，改用配筋方式又会增加施工工序，而且井下掘进头位置不便于架设钢筋网架；二是中层缩小u型钢棚间距会明显
3、现有专利cn202010613990.1一种高应力光卤石矿层巷道复合支护结构及方法，针对钾盐矿光卤石矿层巷道在高应力时的支护问题，采用锚网喷+u型钢棚+混凝土的支护方式，实现了高应力光卤石矿层巷道的有效支护，但高应力泥岩段巷道借鉴本专利技术存在设锚杆支护效果较差、u型钢棚的承载强度不够等问题，因此该专利技术不能应用到高应力泥岩段巷道。
4、部分非钾盐矿（比如煤矿）的高应力软岩段巷道支护结构，将中间的u型钢棚调整为钢管架支护，整个支护结构的支撑强度和稳定性较好，对于钾盐矿高应力泥岩段巷道支护具有一定的借鉴作用，但仍存在钢管架附属构件不利于施工和不适合钾盐矿的问题。现有专利cn202222579299.3一种巷道支护结构，在巷道的内壁处由外向内依次分布的注浆层、第一喷浆层、金属锚网、拱形钢带，每个拱形钢带的内侧均固定连接有由底管、竖管、拱形顶管和抱箍组成的钢管支架，具有结构简单、钢管支架强度高的特点；但该专利技术应用到钾盐矿高应力泥岩段巷道时，存在注浆工序复杂、投资较高、金属锚网效果差、抱箍连接钢管架稳定性不高的缺点。
5、现有专利cn202111053235.3基于钢管混凝土支架的破碎型软岩巷道的支护装置及方法，先将多根中空注浆锚杆置入巷道围岩内，进行超前注浆加固支护，然后向巷道围岩上喷射混凝土，接着架设抗弯早强型钢管混凝土支架结构；对支架灌注早强型混凝土，在支架的外侧巷道圆周方向设置抗弯钢筋，最后在巷道围岩与抗弯早强型钢筋混凝土碹体之间设置塑料板让压层，具有能有效的控制围岩变形、支护效果好的特点；但该专利技术应用到钾盐矿高应力泥岩段巷道时，外层的注浆锚杆将增加工序和投资，影响施工工期，内层的钢管混凝土支架表面光滑，与混凝土碹体之间的黏结力较低，两帮的直墙段钢管为直管，不适用于侧压较大的巷道，而且底板设置拱形钢管会增加底部开挖深度，最后的钢筋混凝土碹体不适用于钾盐矿，无法避免金属支护材料被围岩锈蚀特性影响。
技术实现思路
1、本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构及方法，解决钾盐矿高应力泥岩段巷道支护时支护效果差、支撑能力低、工期较长、投资较高等问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的。
3、一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，包括临时支护、管架支护、永久支护；所述管架支护包括钢管架和支撑底梁，所述钢管架由腿管、帮管、顶管连接形成支护，弯套筒环套在钢管架的各段钢管接头位置，腿管的底端设有垫板，腿管在巷道底板位置设有挡块，腿管的上端内部和帮管的上端内部分别均匀焊有多根内插筋，腿管和帮管邻近各自上端口处均设有限位筋；钢管架的钢管两侧表面焊有多根铆钉；腿管、帮管、顶管内浇筑有细料混凝土；所述支撑底梁包括弧梁和限位梁，弧梁两端支撑到巷道两帮腿管的挡块下方，限位梁沿巷道轴向设置在弧梁正中间上方；
4、所述临时支护紧贴巷道壁固定，管架支护设置在临时支护内侧，通过永久支护将临时支护和管架支护的构件浇筑为一体。
5、进一步的，其中一帮的腿管设置有管口朝巷道开口侧的灌浆管，顶管设有管口朝上的排气管，对应灌浆管和排气管位置的管体两侧焊有加强板；细料混凝土从灌浆管注入钢管架的各段钢管内部，直到排气管中有浆液流出。
6、进一步的，所述腿管、帮管、顶管的管径相同，弯套筒的内径比腿管的外径大8~12mm；腿管在巷道拱基线往上的弧段和帮管、顶管、弯套筒的弯曲半径相同。
7、更进一步，所述弯套筒长度为500~800mm，腿管在巷道拱基线往上的弧段长度为弯套筒长度的一半，腿管在巷道拱基线往下的直段向底部的倾角为2°~5°。
8、进一步的，腿管和帮管内设置的内插筋数量均为5~8根，内插筋焊到管内部的长度和外露长度均为5~8mm；腿管上的限位筋设置在距离腿管上端口长度等于弯套筒长度一半的位置；帮管上的限位筋设置在距离帮管上端口长度等于弯套筒长度一半的位置；所述铆钉布设间距为200~400mm。
9、进一步的，所述腿管、帮管、顶管表面朝巷道开口侧均焊有2个把手，弯套筒中部朝巷道开口侧焊有1个把手；腿管和帮管的靠下侧把手以及顶管的两侧把手的下部位置距离管体下侧端头的长度≥弯套筒的长度，腿管和帮管的靠上侧把手的上部位置距离管体上侧端头的长度≥弯套筒长度的一半。
10、进一步的，所述临时支护包括钢棚架、管棚和金属网；所述钢棚架将管棚和金属网固定在巷壁；所述钢棚架由棚腿和棚拱组成，棚腿的两端和棚拱的两端均设有连接板，棚腿和棚拱之间利用连接板和螺栓连接，钢棚架利用膨胀螺栓固定在巷壁。
11、更进一步，钢管架位于相连两排钢棚架的正中间，钢管架支护间距为600~1000mm。
12、进一步的，所述永久支护为采用镁水泥混凝土进行浇筑。
13、基于一种钾盐矿高本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，包括临时支护、管架支护、永久支护；所述管架支护包括钢管架和支撑底梁，所述钢管架由腿管（10）、帮管（11）、顶管（12）连接形成支护，弯套筒（13）环套在钢管架的各段钢管接头位置，腿管（10）的底端设有垫板（16），腿管（10）在巷道底板位置设有挡块（17），腿管（10）的上端内部和帮管（11）的上端内部分别均匀焊有多根内插筋（20），腿管（10）和帮管（11）邻近各自上端口处均设有限位筋（21）；钢管架的钢管两侧表面焊有多根铆钉（22）；腿管（10）、帮管（11）、顶管（12）内浇筑有细料混凝土（25）；所述支撑底梁包括弧梁（14）和限位梁（15），弧梁（14）两端支撑到巷道两帮腿管（10）的挡块（17）下方，限位梁（15）沿巷道轴向设置在弧梁（14）正中间上方；
2.根据权利要求1所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，其中一帮的腿管（10）设置有管口朝巷道开口侧的灌浆管（18），顶管（12）设有管口朝上的排气管（19），对应灌浆管（18）和排气管（19）位置的管体两侧焊有加强板（23）；细料混凝土
3.根据权利要求1所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，所述腿管（10）、帮管（11）、顶管（12）的管径相同，弯套筒（13）的内径比腿管（10）的外径大8~12mm；腿管（10）在巷道拱基线往上的弧段和帮管（11）、顶管（12）、弯套筒（13）的弯曲半径相同。
4.根据权利要求3所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，所述弯套筒（13）长度为500~800mm，腿管（10）在巷道拱基线往上的弧段长度为弯套筒（13）长度的一半，腿管（10）在巷道拱基线往下的直段向底部的倾角为2°~5°。
5.根据权利要求1所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，腿管（10）和帮管（11）内设置的内插筋（20）数量均为5~8根，内插筋（20）焊到管内部的长度和外露长度均为5~8mm；腿管（10）上的限位筋（21）设置在距离腿管（10）上端口长度等于弯套筒（13）长度一半的位置；帮管（11）上的限位筋（21）设置在距离帮管（11）上端口长度等于弯套筒（13）长度一半的位置；所述铆钉（22）布设间距为200~400mm。
6.根据权利要求1所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，所述腿管（10）、帮管（11）、顶管（12）表面朝巷道开口侧均焊有2个把手（24），弯套筒（13）中部朝巷道开口侧焊有1个把手（24）；腿管（10）和帮管（11）的靠下侧的把手（24）以及顶管（12）两侧的把手（24）的下部位置距离管体下侧端头的长度≥弯套筒（13）的长度，腿管（10）和帮管（11）的靠上侧的把手（24）的上部位置距离管体上侧端头的长度≥弯套筒（13）长度的一半。
7.根据权利要求1所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，所述临时支护包括钢棚架、管棚（1）和金属网（2）；所述钢棚架将管棚（1）和金属网（2）固定在巷壁；所述钢棚架由棚腿（3）和棚拱（4）组成，棚腿（3）的两端和棚拱（4）的两端均设有连接板（5），棚腿（3）和棚拱（4）之间利用连接板（5）和螺栓连接，钢棚架利用膨胀螺栓（6）固定在巷壁。
8.根据权利要求7所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，钢管架位于相连两排钢棚架的正中间，钢管架支护间距为600~1000mm。
9.根据权利要求1所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，所述永久支护为采用镁水泥混凝土（26）进行浇筑。
10.基于如权利要求1-9任一项所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构的支护方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，包括临时支护、管架支护、永久支护；所述管架支护包括钢管架和支撑底梁，所述钢管架由腿管（10）、帮管（11）、顶管（12）连接形成支护，弯套筒（13）环套在钢管架的各段钢管接头位置，腿管（10）的底端设有垫板（16），腿管（10）在巷道底板位置设有挡块（17），腿管（10）的上端内部和帮管（11）的上端内部分别均匀焊有多根内插筋（20），腿管（10）和帮管（11）邻近各自上端口处均设有限位筋（21）；钢管架的钢管两侧表面焊有多根铆钉（22）；腿管（10）、帮管（11）、顶管（12）内浇筑有细料混凝土（25）；所述支撑底梁包括弧梁（14）和限位梁（15），弧梁（14）两端支撑到巷道两帮腿管（10）的挡块（17）下方，限位梁（15）沿巷道轴向设置在弧梁（14）正中间上方；
2.根据权利要求1所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，其中一帮的腿管（10）设置有管口朝巷道开口侧的灌浆管（18），顶管（12）设有管口朝上的排气管（19），对应灌浆管（18）和排气管（19）位置的管体两侧焊有加强板（23）；细料混凝土（25）从灌浆管（18）注入钢管架的各段钢管内部，直到排气管（19）中有浆液流出。
3.根据权利要求1所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，所述腿管（10）、帮管（11）、顶管（12）的管径相同，弯套筒（13）的内径比腿管（10）的外径大8~12mm；腿管（10）在巷道拱基线往上的弧段和帮管（11）、顶管（12）、弯套筒（13）的弯曲半径相同。
4.根据权利要求3所述的一种钾盐矿高应力泥岩段巷道支护结构，其特征在于，所述弯套筒（13）长度为500~800mm，腿管（10）在巷道拱基线往上的弧段长度为弯套筒（13）长度的一半，腿管（10）在巷道拱基线往下的直段向底部的倾角为2°~5°。
5.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽进，高红波，宋搏，
申请(专利权)人：煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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