一种巷道约束支护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及巷道支护技术领域，特别是涉及一种巷道约束支护结构及其施工方法。

背景技术

煤炭作为我国的主体能源，为经济与社会发展起到了至关重要的作用。我国煤矿开采主要为井工开采模式，我国煤炭开发的重心已快速转移到弱胶结地层为主的西部地区。

西部矿区具有煤层埋藏浅、厚度大、地层新的特点，煤系地层以侏罗、白垩和古近纪的弱胶结地层为主的地质条件，导致井工煤矿巷道顶板/两帮的支护难度和成本大大提升。软岩巷道顶板/两帮支护施工难度高、顶板变形严重、易失稳，现有的“锚网喷”联合支护方式是我国巷道的常用支护方式，一度取得较好的支护成果。然而，随着应用的推广逐渐暴露出许多缺点：支护强度不足、性价比不高、工作阻力低、受力结构不合理等，尤其是软岩巷道对支护强度提出了更高的要求。冲击地压严重损坏巷道，瞬间使巷道断面收缩变小，损坏支架，严重时使巷道合拢。软岩巷道/冲击巷道支护随着煤矿开采深度增加变得愈加困难，迫切需要寻找和研究可控变形的支护技术以解决工程实际问题。

针对上述问题，不断有人在尝试新思路、新材料和新技术，其中的波形钢腹板-压型钢板组合梁及其施工方法，能够解决现有的波形钢腹板混凝土组合梁施工难度大且上翼缘混凝土板在正弯矩作用下容易出现开裂的问题，但不能解决巷道顶板/两帮起伏的问题，给该类结构的推广应用造成了一定的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种巷道约束支护结构及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，避免巷道的顶板和两帮出现起伏现象。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种巷道约束支护结构，包括：

支撑板，所述支撑板一侧粘贴有FRP条带；

波形板，所述波形板位于所述支撑板的另一侧，且所述波形板与所述支撑板平行、间隔设置；

框体，所述框体呈长方形，所述框体包括四个首尾依次连接的侧板，所述框体上设置有充填口；

多个直管，所述直管穿过所述支撑板和所述波形板上的预留孔，且所述直管分别与所述支撑板、所述波形板固连；所述直管用于穿过锚杆或锚索；

泡沫混凝土，所述泡沫混凝土通过所述充填口填充在所述框体围成的空间内；

所述支撑板和所述波形板都设置在所述框体内且分别与所述框体连接；

所述巷道约束支护结构设置在巷道的顶板及两帮，所述支撑板较所述波形板靠近所述巷道的中心；所述巷道约束支护结构通过锚杆和/或锚索与所述巷道顶部或两侧的岩体紧密连接；所述波形板的长度方向与所述巷道的长度方向垂直。

优选的，所述波形板的波纹中间密、两端疏。

优选的，所述支撑板、所述波形板、所述侧板及所述直管的材质均为钢。

优选的，所述框体的四个所述侧板中有一个能够拆卸，所有所述充填口设置在能够拆卸的所述侧板上。

优选的，所述FRP条带折叠式粘贴在所述支撑板上，所述折叠式粘贴指所述FRP条带具有折叠部分。

优选的，所述直管的内径大于所述锚杆和所述锚索的直径。

优选的，所述支撑板和所述波形板通过连接卡扣与所述框体连接，所述直管分别与所述支撑板、所述波形板焊接。

本发明还提供一种上述的巷道约束支护结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)预制主体，所述主体包括支撑板、波形板、框体和直管；包括以下步骤：

1)将所述波形板置于所述支撑板上方，在所述支撑板的下侧折叠式粘贴FRP条带；

2)在所述支撑板和所述波形板上设置预留孔，所述预留孔的数量和位置根据巷道的支护设计确定；

3)在步骤2)中设置的预留孔上安装直管，同一个所述直管既穿过所述支撑板上的预留孔也穿过所述波形板上的预留孔；

4)将所述波形板和所述支撑板置于所述框体内，并使所述波形板和所述支撑板分别与所述框体连接；

(2)将预制好的所述主体运输至井下巷道内；

(3)将所述主体上的所有所述直管的孔与所述巷道的顶板和两帮钻好的锚杆孔和锚索孔对齐；然后所述直管向所述巷道的顶板及两帮安装锚杆和锚索；然后安装锚杆和锚索的托盘并通过螺母对锚杆/锚索施加预紧力；

(4)通过所述框体上的充填口向所述框体围成的空间内填充泡沫混凝土；

(5)在已掘进巷道安装支护结构后，在新掘进的巷道重复步骤(3)-(4)，直至完成所有巷道支护工作。

优选的，所述框体的四个所述侧板中有一个能够拆卸，所有所述充填口设置在能够拆卸的所述侧板上；在步骤(4)中所述泡沫混凝土填充完毕且凝固后，将能够拆卸的所述侧板拆卸下来。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的巷道约束支护结构及其施工方法能够避免巷道的顶板和两帮出现起伏现象。本发明通过充填泡沫混凝土来与巷道顶板/两帮紧密贴合，进而解决巷道顶板/两帮不平整的问题，有效提高巷道顶板/两帮平整度，降低通风阻力；通过在地面预制好巷道顶板/两帮支护结构的主体后运输到井下，能够减小井下作业空间小、设备调度困难的影响；

本发明适用于软岩巷道/冲击巷道顶板/两帮支护，具有施工速度快、操作简便的优点，在巷道顶板/两帮发生大变形时起到很好的支护效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的巷道约束支护结构支护巷道的顶板和两帮的结构示意图；

图2为本发明的巷道约束支护结构的结构示意图；

图3为本发明的巷道约束支护结构的施工方法的流程图；

其中，1、巷道；2、波形板；3、支撑板；4、FRP条带；5、泡沫混凝土；6、锚杆；7、锚索；8、支护结构；9、直管；10、框体；11、可拆卸挡板；12、充填口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种巷道约束支护结构及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，避免巷道的顶板和两帮出现起伏现象。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1至图2所示，本实施例提供一种巷道约束支护结构，包括支撑板3、波形板2、框体10、泡沫混凝土5和多个直管9。

其中，支撑板3一侧粘贴有FRP条带4；波形板2位于支撑板3的另一侧，且波形板2与支撑板3平行、间隔设置；框体10呈长方形，框体10包括四个首尾依次连接的侧板，框体10上设置有充填口12；直管9穿过支撑板3和波形板2上的预留孔，且直管9分别与支撑板3、波形板2固连；直管9用于穿过锚杆6或锚索7；

泡沫混凝土5，泡沫混凝土5通过充填口12填充在框体10围成的空间内；泡沫混凝土5具有让压性，能够与巷道1顶板、两帮紧密贴合，并在巷道1顶板和两帮发生大变形时同步发生破断起到释放能量的作用。支撑板3用于支撑波形板2和泡沫混凝土5，而FRP条带4具有优良的抗拉性能，支护结构8及FRP条带4在空间上协同运动，在支撑板3失去效用后FRP条带4仍可对支护结构8提供一定的约束及支撑作用。于本实施例中，FRP条带4折叠式粘贴在支撑板3上，折叠式粘贴指FRP条带4具有折叠部分，在支护结构8发生变形时，原先处于折叠状态的FRP条带4逐渐被拉伸显露出来。

支撑板3和波形板2都设置在框体10内且分别与框体10连接；支撑板3和波形板2通过连接卡扣与框体10连接，直管9分别与支撑板3、波形板2焊接。

巷道约束支护结构设置在巷道1的顶板及两帮，支撑板3较波形板2靠近巷道1的中心；巷道约束支护结构通过锚杆6和/或锚索7与巷道1顶部或两侧的岩体紧密连接。

于本实施例中，支撑板3、波形板2、侧板及直管9的材质均为钢；波形板2的长度方向与巷道1的长度方向垂直，在巷道1顶板/两帮变形时波形板2能够沿波形板2的长度方向延展变形，具有可控让压支护作用，波形板2的波纹中间密、两端疏，用于解决巷道1顶板/两帮中间部位变形大的问题。

框体10的四个侧板中有一个能够拆卸，这个能够拆卸的侧板即为可拆卸挡板11，所有充填口12设置在可拆卸挡板11上。框体10的作用在于封闭支护结构8；可拆卸挡板11用于约束充填的泡沫混凝土5，在泡沫混凝土5凝固之后可拆卸下来重复使用。

直管9的内径大于锚杆6和锚索7的直径，这样能够防止在打锚杆6和锚索7时破坏支护板内部结构。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种巷道约束支护结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)预制主体，主体包括支撑板3、波形板2、框体10和直管9；包括以下步骤：

1)将波形板2置于支撑板3上方，在支撑板3的下侧折叠式粘贴FRP条带4；

2)在支撑板3和波形板2上设置预留孔，预留孔的数量和位置根据巷道1的支护设计确定；

3)在步骤2)中设置的预留孔上安装直管9，同一个直管9既穿过支撑板3上的预留孔也穿过波形板2上的预留孔；

4)将波形板2和支撑板3置于框体10内，并使波形板2和支撑板3分别与框体10连接；

在地面预制支护结构8的主体，能够减小井下作业空间小、设备调度繁琐带来的影响；

(2)将预制好的主体运输至井下巷道1内；

(3)将主体上的所有直管9的孔与巷道1的顶板和两帮钻好的锚杆6孔和锚索7孔对齐；然后直管9向巷道1的顶板及两帮安装锚杆6和锚索7；然后安装锚杆6和锚索7的托盘并通过螺母对锚杆6/锚索7施加预紧力；

(4)通过框体10上的充填口12向框体10围成的空间内填充泡沫混凝土5；泡沫混凝土5填充完毕且凝固后，将可拆卸挡板11拆卸下来，以方便后续进行重复使用。

(5)在已掘进巷道1安装支护结构8后，在新掘进的巷道1重复步骤(3)-(4)，直至完成所有巷道1的支护工作。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。