權利要求

1.吸能抗沖擊的巷道支護方法，包括如下步驟：

步驟1：首先進行掘進巷道，巷道掘進斷面的寬度比巷道設計斷面寬1～4m，巷道掘進斷面高度比巷道設計斷面高1～4m，然后采用錨桿對巷道掘進斷面頂板和兩幫進行支護，錨桿長度為1.8～2.4m，錨桿的間距為800～1200mm，排距為800～1200mm；

步驟2：在滯后掘進工作面30～50m進行鋪設金屬模板，金屬模板斷面為無底邊的矩形或直墻拱形，金屬模板的長度為3～5m；

步驟3：在預制泡沫混凝土中加入體積百分比為2～4％的鋼纖維，鋼纖維采用5D 65/60BG端部帶彎鉤型鋼纖維，采用煤礦用混凝土充填泵在金屬模板與掘進巷道壁之間由下至上充填膏體泡沫混凝土；

步驟4：待泡沫混凝土達到設計強度等級后，在金屬模板形成的巷道頂板和兩幫向深部圍巖安裝錨索，錨固段位于泡沫混凝土以外的堅固煤巖體區(qū)域；

步驟5：在掘進巷道底面鋪設一層500mm厚的泡沫混凝土，待泡沫混凝土達到設計強度等級后，再鋪設一層300mm厚的普通混凝土，形成巷道底板。

2.根據(jù)權利要求1所述的吸能抗沖擊的巷道支護方法，其特征在于，所述的步驟2中，金屬模板由預制形狀的鋼板在井下巷道拼接而成，在金屬模板表面分布有用于安裝錨索的孔洞。

3.根據(jù)權利要求1所述的吸能抗沖擊的巷道支護方法，其特征在于，所述的步驟2中，金屬模板鋪設的寬度和高度結(jié)合巷道設計斷面進行確定，寬度為巷道設計斷面寬度，高度為巷道設計斷面高度與掘進巷道底面鋪設混凝土厚度之和。

4.根據(jù)權利要求1所述的吸能抗沖擊的巷道支護方法，其特征在于，所述的步驟4中，泡沫混凝土的設計強度等級不小于C20。

5.根據(jù)權利要求1所述的吸能抗沖擊的巷道支護方法，其特征在于，所述的步驟4中，錨索的間距為1200～2000mm，排距為1200～2000mm，錨索長度為4～7m，錨固段長度為2～5m。

6.根據(jù)權利要求1所述的吸能抗沖擊的巷道支護方法，其特征在于，所述的步驟5中，泡沫混凝土的設計強度等級不小于C20。

說明書

技術領域

本發(fā)明屬于礦山安全技術領域，特別涉及吸能抗沖擊的巷道支護方法。

背景技術

沖擊地壓是煤炭開采過程中突發(fā)的一種動力災害，由于煤巖體中集聚的高應力和高能量突然猛烈釋放，通常會瞬間造成采掘空間的垮塌、冒落甚至閉合堵塞。震源擾動型沖擊是擾動源(爆破或頂板斷裂)和沖擊地壓發(fā)生地相距一定距離，通過巖層斷裂、回轉(zhuǎn)等傳遞震動能量，或使巖層中斷裂面滑移或斷層活化導致沖擊。

泡沫混凝土主要由硅質(zhì)材料(石英砂、礦渣、粉煤灰、頁巖等)、鈣質(zhì)材料(石灰、水泥)，加入適量的引氣劑，經(jīng)過攪拌、饒筑等過程行成的一種多孔超輕材料。泡沫結(jié)構內(nèi)分布著大量孔隙的性質(zhì)，使得泡沫混凝土具備顯著的抗沖擊吸能特性，在破壞時能夠吸收沖擊動能，此外在混凝土材料孔隙中的自由面內(nèi)沖擊波會發(fā)生多次折射、反射、疊加等作用，該作用能夠進一步削弱沖擊波能量從而達到吸能的作用，在實際工程應用中其抗沖擊吸能主要是依靠泡沫混凝土層的變形破壞來實現(xiàn)。泡沫混凝土主要應用在人防、軍事、車輛攔阻系統(tǒng)和結(jié)構抗震等方面。

現(xiàn)有技術中，通過增強巷道圍巖自身強度和提高支架承載能力，不能解決強沖擊波造成的破壞問題。本發(fā)明從多孔介質(zhì)材料的吸能特性出發(fā)，在泡沫混凝土中加入一定比例的5D端部帶彎鉤型鋼纖維進一步提高混凝土強度，將其應用到?jīng)_擊地壓支護結(jié)構中，構建“金屬模板+泡沫混凝土+錨索”吸能抗震支護體系，可有效吸收大量沖擊能量，緩沖動力載荷作用，提高巷道的安全程度，降低和避免沖擊地壓災害。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種吸能抗沖擊的巷道支護方法，通過采用“金屬模板+泡沫混凝土+錨索”聯(lián)合支護體系，提高巷道的抗震和防沖能力，其具體的技術方案，包括如下步驟：

步驟1：首先進行掘進巷道，巷道掘進斷面的寬度比巷道設計斷面寬1～4m，巷道掘進斷面高度比巷道設計斷面高1～4m，然后采用錨桿對巷道掘進斷面頂板和兩幫進行支護，錨桿長度為1.8～2.4m，錨桿的間距為800～1200mm，排距為800～1200mm；

步驟2：在滯后掘進工作面30～50m進行鋪設金屬模板，金屬模板斷面為無底邊的矩形或直墻拱形，金屬模板的長度為3～5m；

步驟3：在預制泡沫混凝土中加入體積百分比為2～4％的鋼纖維，采用煤礦用混凝土充填泵在金屬模板與掘進巷道壁之間由下至上充填膏體泡沫混凝土；

步驟4：待泡沫混凝土達到設計強度等級后，在金屬模板形成的巷道頂板和兩幫向深部圍巖安裝錨索，錨固段位于泡沫混凝土以外的堅固煤巖體區(qū)域；

步驟5：在掘進巷道底面鋪設一層500mm厚的泡沫混凝土，待泡沫混凝土達到設計強度等級后，再鋪設一層300mm厚的普通混凝土，形成巷道底板；

上述的一種吸能抗沖擊的巷道支護方法，其中：

所述的步驟2中，金屬模板由預制形狀的鋼板在井下巷道拼接而成，在金屬模板表面分布有用于安裝錨索的孔洞；

所述的步驟2中，金屬模板鋪設的寬度和高度結(jié)合巷道設計斷面進行確定，寬度為巷道設計斷面寬度，高度為巷道設計斷面高度與掘進巷道底面鋪設混凝土厚度之和；

所述的步驟3中，鋼纖維采用5D 65/60BG端部帶彎鉤型鋼纖維；

所述的步驟4中，泡沫混凝土的設計強度等級不小于C20；

所述的步驟4中，錨索的間距為1200～2000mm，排距為1200～2000mm，錨索長度為4～7m，錨固段長度為2～5m；

所述的步驟5中，泡沫混凝土的設計強度等級不小于C20。

本發(fā)明的一種吸能抗沖擊的巷道支護方法，與現(xiàn)有技術相比，有益效果為：

一、本發(fā)明是采用“金屬模板+泡沫混凝土+錨索”聯(lián)合支護體系，對巷道進行支護，有沖擊震動發(fā)生時，從沖擊震源傳遞而來的強烈沖擊載荷，在該支護體系作用下，傳遞到巷道表面的沖擊載荷可大大減弱。

二、該支護體系對沖擊應力波起到明顯的衰減吸收效應，消除或減弱沖擊災害程度，有效防止沖擊礦壓，與現(xiàn)有技術相比，可將沖擊載荷降低60％以上，提高了巷道的穩(wěn)定性。

三、本發(fā)明工藝較為簡單，可操作性強，對保障煤礦安全高效開采、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益、維護社會穩(wěn)定等方面具有重要的現(xiàn)實意義和重大的社會效益，具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種吸能抗沖擊的巷道支護方法巷道斷面布置示意圖：1-錨桿，2-錨索，3-泡沫混凝土，4-金屬模板，5-掘進巷道底面，6-底面泡沫混凝土，7-普通混凝土。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施案例和附圖1對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。

實施例1

一種吸能抗沖擊的巷道支護方法，包括如下步驟：

步驟1：首先進行掘進巷道，結(jié)合設計巷道斷面尺寸為：寬×高＝5m×3m，確定巷道掘進斷面尺寸為：寬×高＝6m×4.3m；然后采用錨桿1對巷道掘進斷面頂板和兩幫進行支護，錨桿1的長度為1.8m，錨桿1的間距為1200mm，排距為1200mm；

步驟2：在滯后掘進工作面50m進行鋪設金屬模板4，金屬模板4斷面為無底邊的矩形或直墻拱形，金屬模板4的長度為5m；

步驟3：在預制泡沫混凝土中加入體積百分比為2％的鋼纖維，采用煤礦用混凝土充填泵在金屬模板4與掘進巷道壁之間由下至上充填膏體的泡沫混凝土3；

步驟4：待泡沫混凝土3達到設計強度等級后，在金屬模板4形成的巷道頂板和兩幫向深部圍巖安裝錨索2，錨固段位于泡沫混凝土3以外的堅固煤巖體區(qū)域；

步驟5：在掘進巷道底面5鋪設一層500mm厚的底面泡沫混凝土6，待底面泡沫混凝土6達到設計強度等級后，再鋪設一層300mm厚的普通混凝土7，形成巷道底板；斷面布置示意圖如圖1所示；

上述的一種吸能抗沖擊的巷道支護方法，其中：

所述的步驟2中，金屬模板4由預制形狀的鋼板在井下巷道拼接而成，金屬模板4的表面分布有用于安裝錨索的孔洞；

所述的步驟2中，金屬模板4鋪設的寬度和高度結(jié)合巷道設計斷面進行確定，寬度為巷道設計斷面寬度，高度為巷道設計斷面高度與掘進巷道底面5鋪設混凝土厚度之和；

所述的步驟3中，鋼纖維采用5D 65/60BG端部帶彎鉤型鋼纖維；

所述的步驟4中，泡沫混凝土3的設計強度等級為C20；

所述的步驟4中，錨索2的間距為2000mm，排距為2000mm，錨索2長度為4m，錨固段長度為2m；

所述的步驟5中，底面泡沫混凝土6的設計強度等級為C20。

本實施例經(jīng)測試，巷道在強沖擊載荷作用下，沖擊載荷降低了80％，巷道表面變形量較小。

實施例2

一種吸能抗沖擊的巷道支護方法，包括如下步驟：

步驟1：首先進行掘進巷道，結(jié)合設計巷道斷面尺寸為：寬×高＝5m×3m，確定巷道掘進斷面尺寸為：寬×高＝9m×5.8m。，然后采用錨桿1對巷道掘進斷面頂板和兩幫進行支護，錨桿1的長度為2.4m錨桿1的間距為800mm，排距為800mm；

步驟2：在滯后掘進工作面30m進行鋪設金屬模板4，金屬模板4斷面為無底邊的矩形或直墻拱形，金屬模板4的長度為3m；

步驟3：在預制泡沫混凝土中加入體積百分比為4％的鋼纖維，采用煤礦用混凝土充填泵在金屬模板4與掘進巷道壁之間由下至上充填膏體的泡沫混凝土3；

步驟4：待泡沫混凝土3達到設計強度等級后，在金屬模板4形成的巷道頂板和兩幫向深部圍巖安裝錨索2，錨固段位于泡沫混凝土3以外的堅固煤巖體區(qū)域；

步驟5：在掘進巷道底面5鋪設一層500mm厚的底面泡沫混凝土6，待底面泡沫混凝土6達到設計強度等級后，再鋪設一層300mm厚的普通混凝土7，形成巷道底板；斷面布置示意圖如圖1所示；

上述的一種吸能抗沖擊的巷道支護方法，其中：

所述的步驟2中，金屬模板4由預制形狀的鋼板在井下巷道拼接而成，金屬模板4的表面分布有用于安裝錨索的孔洞；

所述的步驟2中，金屬模板4鋪設的寬度和高度結(jié)合巷道設計斷面進行確定，寬度為巷道設計斷面寬度，高度為巷道設計斷面高度與掘進巷道底面5鋪設混凝土厚度之和；

所述的步驟3中，鋼纖維采用5D 65/60BG端部帶彎鉤型鋼纖維；

所述的步驟4中，泡沫混凝土3的設計強度等級為C20；

所述的步驟4中，錨索2的間距為1200mm，排距為1200mm，錨索2長度為7m，錨固段長度為5m；

所述的步驟5中，底面泡沫混凝土6的設計強度等級為C20。

本實施例經(jīng)測試，巷道在強沖擊載荷作用下，沖擊載荷降低了70％，巷道表面變形量較小。