CN113339029B - 一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构及方法，属于煤矿安全支护领域，包括锚索、圆环形连接盘和槽钢梁，圆环形连接盘包括中部的圆环结构和四段连接槽钢，圆环结构和四段连接槽钢为一体结构；多个圆环形连接盘沿巷道长度纵向分布；每个圆环形连接盘的两横向方向的连接槽钢分别连接短槽钢的一端，短槽钢的另一端与锚索连接打入岩体；圆环形连接盘的两纵向方向的连接槽钢分别连接长槽钢的一端，该长槽钢的另一端连接相邻圆环形连接盘的其中一个纵向连接槽钢的端部，即多个圆环形连接盘通过长槽钢连接为一个整体。本发明整体性好，在回采巷道中可快速实现及时支护，显著提高巷道的支护质量和掘进作业的效率。

Description

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支 护结构及方法

技术领域

本发明涉及一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构及方法，属于煤矿安全支护技术领域。

背景技术

随着煤炭开采进入深部之后，在工作面超前支承压力与原始应力共同作用下，回采巷道内易发生顶板灾害事故。在顶板来压的瞬间，会以波的形式释放大量的弹性冲击能，这些冲击能会使回采巷道顶板出现破碎、离层乃至失稳，造成煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、严重的人员伤亡和部分巷道坍塌。巷道顶板管理是矿井安全生产的重中之重，如何管理好顶板成为亟待解决的重大难题。

而常规锚杆支护已不能适应不稳定顶板支护的需要，常规的锚(杆)索支护方式呈点荷载，支护范围较小，在一定程度上不能适用巷道顶板水平运动而引起的变形破坏；锚网带(梁)喷等的联合支护以及二次或多次的锚索补强加固支护效果不明显。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构及方法，整体性好，在回采巷道中可快速实现及时支护，显著提高巷道的支护质量和掘进作业的效率。

本发明采用以下技术方案：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，包括锚索、圆环形连接盘和槽钢梁，所述圆环形连接盘包括中部的圆环结构和圆环结构四周外接的四段连接槽钢，所述圆环结构和四段连接槽钢为一体结构，圆环形连接盘呈

型；

所述圆环形连接盘的数量为多个，多个圆环形连接盘沿巷道长度纵向分布；

所述槽钢梁包括短槽钢和长槽钢，每个圆环形连接盘的两横向方向的连接槽钢分别连接短槽钢的一端，短槽钢的另一端与锚索配合连接打入岩体；所述圆环形连接盘的两纵向方向的连接槽钢分别连接长槽钢的一端，该长槽钢的另一端连接相邻圆环形连接盘的其中一个纵向连接槽钢的端部，即多个圆环形连接盘通过长槽钢连接为一个整体。

优选的，所述连接槽钢与短槽钢之间、以及连接槽钢与长槽钢之间均通过销连接，具体的，所述连接槽钢的端部两翼板上各冲有一长条销孔A，短槽钢的一端、以及长槽钢的两端两翼板上各冲一长条销孔B，该长条销孔B的尺寸与长条销孔A的尺寸相同，并且，连接槽钢两翼板之间的空隙宽度W1大于短槽钢/长槽钢腹板的宽度W2，连接时，短槽钢/长槽钢嵌入连接槽钢内，连接后，连接槽钢的长条销孔A与短槽钢/长槽钢的长条销孔B位置对应，并通过一长条销插入。

优选的，所述短槽钢与锚索配合连接的一端腹板上冲有一圆形孔，锚索穿过该圆形孔打入岩体内部，即圆环形连接盘通过两短槽钢与施加预应力的锚索配合，使得圆环形连接盘紧贴岩壁固定。

优选的，所述圆环形连接盘的圆环中央通过预备锚索孔打入中央锚索，并配合托盘进一步加固，托盘作为支护系统中一个重要部位，其性能直接影响到支护效果。托盘的作用是把螺母锁紧力矩所产生的推力传递给顶帮，产生初锚力，同时又将巷道顶帮的压力传递给锚杆(索)，产生工作阻力，共同加固围岩，阻止巷道顶帮的位移。

本发明中，中央锚索安装在巷道顶板的垂直方向，两侧与短槽钢连接的锚索安装在偏离垂直方向30°～40°。

优选的，所述纵向分布的多个圆环形连接盘通过长槽钢连接为一个整体，形成一列，沿巷道横断面间隔一定排距分布有多列，排距可根据巷道围岩状况而定，围岩软弱可适当缩短排距，围岩强度高可适当增加排距。

优选的，所述圆环形连接盘的圆环结构为矿工钢，矿工钢用于煤矿支护钢构，用于强力支护。

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构的支护方法，包括以下步骤：

步骤1：在巷道的位于同一断面的顶板两侧分别钻凿出一个钻孔，将两根锚索分别锚固在两个钻孔内；

步骤2：将圆环形连接盘顶至贴合巷道顶板；

步骤3：通过人工作业方式将圆环形连接盘横向两侧的连接槽钢与短槽钢连接，使翼板上的长条销孔A和长条销孔B对应，插入长条销固定，同时将步骤1的锚索端头穿过短槽钢另一侧上的圆形孔；

步骤4：安装垫板和托盘，再用螺母对锚索施加预应力，此时在锚索的预应力下圆环形连接盘和短槽钢被固定在巷道顶板上，安装完成；

步骤5：根据巷道顶板岩性及地质条件沿巷道纵向设置多个圆环形连接盘，对多个圆环形连接盘进行纵向连接，将长槽钢分别与前后相邻的圆环形连接盘的纵向的连接槽钢连接起来，使翼板上的长条销孔A和长条销孔B对应，插入长条销固定；

步骤6：再按照一定排距重复步骤1～步骤5，得到多列。

优选的，步骤5中，纵向两相邻圆环形连接盘之间的距离即排距，一般为2～3米，具体可根据巷道围岩状况或顶板稳定性进行选择，本发明按以下原则选择：

Ⅰ级：岩层完整，完整性系数0.95，节理间隙>3米，层理间距>2米，排距为5米；

Ⅱ级：岩层较完整，完整性系数0.85，节理间隙1-3米，层理间距1-2米，排距为4米；

Ⅲ级：岩层一般，完整性系数0.75，节理隙0.4-1米，层理间距0.3-1米，排距为2～3米，挂钢筋网以免碎石掉落。

Ⅳ级：岩层破碎，完整性系数0.65，节理间隙0.1-0.4米，层理间距0.05-0.3米，排距为1.5米，挂钢筋网以免碎石掉落。

Ⅴ级：很破碎，完整性系数0.55，节理间隙＜0.1米，层理间距＜0.05米，排距为1米，挂钢筋网以免碎石掉落。

本发明的工作原理为：

圆环形连接盘先在横向上通过短槽钢和长条销与锚索连接为一个整体，再进行纵向连接，即通过长槽钢和长条销将已连接完好的相邻横向结构连接起来，形成“十字”形结构，协调变形，共同承载上覆岩层的压力，明显提高巷道顶板稳定性；

本发明的连接方式为先横后纵，又与岩体内的锚索共同形成一个三维空间，形成抗变形很强的支护整体；本发明在顶板两侧和正中央将锚索打入稳定岩层中，大大提高了整体强度。

本发明除了先在巷道横断面方向上通过长条销将短槽钢与圆环形连接盘进行连接形成组合梁结构，然后通过锚索使该组合梁结构和巷道顶板围岩形成一个整体，最后在巷道纵向方向上通过长槽钢将巷道横截面方向上的组合梁结构与锚索形成的单排整体支护结构连接起来，大大提高了整体性，在顶板来压时，可以实现多个单排整体支护结构的整体承载作用；

另外，本发明中的长槽钢和短槽钢的腹板均与顶板岩层接触，增大受力面积；本发明在顶板正中央位置还安装一根中央锚索，可将巷道顶板较软弱岩石悬吊在上部稳定岩层之上，支护效果大大提升。

本发明未详尽之处，均可参见现有技术。

本发明的有益效果为：

(1)本发明从整体性思想出发，把巷道围岩与支护看做一个有机整体，与巷道顶板保持紧贴，充分发挥围岩自承能力和支护体系支承能力，在受到采动影响时，保证巷道围岩不破碎，并能够起到很好的稳固作用。

(2)本发明应用广泛，特别是围岩软弱、稳定性差的深部井巷，可在上述圆环形连接盘的圆环中央打入中央锚索，将围岩中两个或两个以上稳定岩层连接在一起(因为打入岩体长度较长，将巷道顶板较软弱岩石悬吊在上部两个或两个以上稳定岩层之上)，承载能力将会大大增长，增加了顶板岩层的抗弯能力，对顶板围岩起到进一步的稳固作用。

(3)本发明使用相对较少的锚索数量就可达到预期效果，零部件数量使用较少，给井下安装操作、运输、贮存带来极大方便。

(4)发明中的圆环形连接盘和槽钢梁均可回收，锚索也可用退锚器回收，拆卸步骤为：先把两侧对锚索施加预紧力的螺母拧下，卸下垫板和托盘，同时拔出横向和纵向各构件连接处的长条销即拆卸完成。本发明回收率高，可多次复用，节省大量经济成本，安装和拆卸容易迅速，可提高掘进作业效率。

综上，本发明在回采巷道中可快速实现及时支护，其设计合理，顶板支护结构纵向连接可靠，支护结构的整体性增强，显著提高巷道的支护质量和掘进作业的效率。

附图说明

图1为本发明的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构整体结构示意图；

图2为圆环形连接盘的结构示意图；

图3(a)为圆环形连接盘与短槽钢的连接关系示意图；

图3(b)为圆环形连接盘与长槽钢的连接关系示意图；

图3(c)为圆环形连接盘的连接关系示意图；

图4为本发明的支护原理示意图；

图5为圆环形连接盘的连接槽钢与长槽钢的连接处结构示意图；

其中，1-圆环形连接盘，2-长槽钢，3-短槽钢，4-长条销，5-圆形孔，6-长条销孔A，7-连接槽钢，8-预备锚索孔，9-锚索，10-中央锚索，11-托盘。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，如图1～5所示，包括锚索、圆环形连接盘1和槽钢梁，圆环形连接盘1包括中部的圆环结构和圆环结构四周外接的四段连接槽钢7，圆环结构和四段连接槽钢7为一体结构，圆环形连接盘1呈

型；

圆环形连接盘1的数量为多个，多个圆环形连接盘1沿巷道长度纵向分布；

槽钢梁包括短槽钢3和长槽钢2，每个圆环形连接盘1的两横向方向的连接槽钢分别连接短槽钢3的一端，短槽钢3的另一端与锚索9配合连接打入岩体；圆环形连接盘1的两纵向方向的连接槽钢分别连接长槽钢2的一端，该长槽钢2的另一端连接相邻圆环形连接盘1的其中一个纵向连接槽钢的端部，即多个圆环形连接盘通过长槽钢2连接为一个整体。

实施例2：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，如实施例1所示，所不同的是，连接槽钢7与短槽钢3之间、以及连接槽钢7与长槽钢2之间均通过销连接，具体的，连接槽钢7的端部两翼板上各冲有一长条销孔A 6，短槽钢3的一端、以及长槽钢2的两端两翼板上各冲一长条销孔B，该长条销孔B的尺寸与长条销孔A 6的尺寸相同，并且，连接槽钢7两翼板之间的空隙宽度W1大于短槽钢/长槽钢腹板的宽度W2(参见图5截面放大图的尺寸标注)，连接时，短槽钢/长槽钢嵌入连接槽钢7内，连接后，连接槽钢的长条销孔A与短槽钢/长槽钢的长条销孔B位置对应，并通过一长条销4插入。

实施例3：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，如实施例2所示，所不同的是，短槽钢3与锚索配合连接的一端腹板上冲有一圆形孔5，锚索穿过该圆形孔5打入岩体内部，即圆环形连接盘1通过两短槽钢3与施加预应力的锚索9配合，使得圆环形连接盘紧贴岩壁固定。

实施例4：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，如实施例3所示，所不同的是，圆环形连接盘1的圆环中央通过预备锚索孔8打入中央锚索10(预备锚索孔为圆环结构中央的孔)，并配合托盘11进一步加固，托盘11作为支护系统中一个重要部位，其性能直接影响到支护效果。托盘的作用是把螺母锁紧力矩所产生的推力传递给顶帮，产生初锚力，同时又将巷道顶帮的压力传递给锚杆(索)，产生工作阻力，共同加固围岩，阻止巷道顶帮的位移。

实施例5：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，如实施例4所示，所不同的是，中央锚索10安装在巷道顶板的垂直方向，两侧与短槽钢连接的锚索9安装在偏离垂直方向30°～40°，如图4所示。

实施例6：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，如实施例5所示，所不同的是，纵向分布的多个圆环形连接盘1通过长槽钢2连接为一个整体，形成一列，沿巷道横断面间隔一定排距分布有多列，排距可根据巷道围岩状况而定，围岩软弱可适当缩短排距，围岩强度高可适当增加排距。

实施例7：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，如实施例6所示，所不同的是，圆环形连接盘1的圆环结构为矿工钢，矿工钢用于煤矿支护钢构，用于强力支护。

实施例8：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构的支护方法，包括以下步骤：

步骤1：在巷道的位于同一断面的顶板两侧分别钻凿出一个钻孔，将两根锚索9分别锚固在两个钻孔内；

步骤2：将圆环形连接盘1顶至贴合巷道顶板；

步骤3：通过人工作业方式将圆环形连接盘1横向两侧的连接槽钢7与短槽钢3连接，使翼板上的长条销孔A6和长条销孔B对应，插入长条销4固定，同时将步骤1的锚索9端头穿过短槽钢另一侧上的圆形孔；

步骤4：安装垫板和托盘，再用螺母对锚索施加预应力，此时在锚索的预应力下圆环形连接盘和短槽钢被固定在巷道顶板上，安装完成；

步骤5：根据巷道顶板岩性及地质条件沿巷道纵向设置多个圆环形连接盘1，对多个圆环形连接盘1进行纵向连接，将长槽钢2分别与前后相邻的圆环形连接盘的纵向的连接槽钢连接起来，使翼板上的长条销孔A和长条销孔B对应，插入长条销4固定；

步骤6：再按照一定排距重复步骤1～步骤5，得到多列。

实施例9：

一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构的支护方法，如实施例8所示，所不同的是，步骤5中，纵向两相邻圆环形连接盘1之间的距离即排距，一般为2～3米，具体可根据巷道围岩状况或顶板稳定性进行选择，本发明按以下原则选择：

Ⅰ级：岩层完整，完整性系数0.95，节理间隙>3米，层理间距>2米，排距为5米；

Ⅱ级：岩层较完整，完整性系数0.85，节理间隙1-3米，层理间距1-2米，排距为4米；

Ⅲ级：岩层一般，完整性系数0.75，节理隙0.4-1米，层理间距0.3-1米，排距为2～3米，挂钢筋网以免碎石掉落。

Ⅳ级：岩层破碎，完整性系数0.65，节理间隙0.1-0.4米，层理间距0.05-0.3米，排距为1.5米，挂钢筋网以免碎石掉落。

Ⅴ级：很破碎，完整性系数0.55，节理间隙＜0.1米，层理间距＜0.05米，排距为1米，挂钢筋网以免碎石掉落。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，其特征在于，包括锚索、圆环形连接盘和槽钢梁，所述圆环形连接盘包括中部的圆环结构和圆环结构四周外接的四段连接槽钢，所述圆环结构和四段连接槽钢为一体结构；

所述圆环形连接盘的数量为多个，多个圆环形连接盘沿巷道长度纵向分布；

所述槽钢梁包括短槽钢和长槽钢，每个圆环形连接盘的两横向方向的连接槽钢分别连接短槽钢的一端，短槽钢的另一端与锚索配合连接打入岩体；所述圆环形连接盘的两纵向方向的连接槽钢分别连接长槽钢的一端，该长槽钢的另一端连接相邻圆环形连接盘的其中一个纵向连接槽钢的端部，即多个圆环形连接盘通过长槽钢连接为一个整体。

2.根据权利要求1所述的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，其特征在于，所述连接槽钢与短槽钢之间、以及连接槽钢与长槽钢之间均通过销连接，所述连接槽钢的端部两翼板上各冲有一长条销孔A，短槽钢的一端、以及长槽钢的两端两翼板上各冲一长条销孔B，该长条销孔B的尺寸与长条销孔A的尺寸相同，并且，连接槽钢两翼板之间的空隙宽度W1大于短槽钢/长槽钢腹板的宽度W2，连接时，短槽钢/长槽钢嵌入连接槽钢内，连接后，连接槽钢的长条销孔A与短槽钢/长槽钢的长条销孔B位置对应，并通过一长条销插入。

3.根据权利要求2所述的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，其特征在于，所述短槽钢与锚索配合连接的一端腹板上冲有一圆形孔，锚索穿过该圆形孔打入岩体内部。

4.根据权利要求2所述的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，其特征在于，所述圆环形连接盘的圆环中央通过预备锚索孔打入中央锚索，并配合托盘进一步加固。

5.根据权利要求4所述的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，其特征在于，中央锚索安装在巷道顶板的垂直方向，两侧与短槽钢连接的锚索安装在偏离垂直方向30°～40°。

6.根据权利要求2所述的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，其特征在于，所述纵向分布的多个圆环形连接盘通过长槽钢连接为一个整体，形成一列，沿巷道横断面间隔一定排距分布有多列。

7.根据权利要求6所述的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构，其特征在于，圆环形连接盘的圆环结构为矿工钢。

8.一种权利要求2所述的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构的支护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在巷道的位于同一断面的顶板两侧分别钻凿出一个钻孔，将两根锚索分别锚固在两个钻孔内；

步骤2：将圆环形连接盘顶至贴合巷道顶板；

步骤3：通过人工作业方式将圆环形连接盘横向两侧的连接槽钢与短槽钢连接，使翼板上的长条销孔A和长条销孔B对应，插入长条销固定，同时将步骤1的锚索端头穿过短槽钢另一侧上的圆形孔；

步骤4：安装垫板和托盘，再用螺母对锚索施加预应力，此时在锚索的预应力下圆环形连接盘和短槽钢被固定在巷道顶板上，安装完成；

步骤5：根据巷道顶板岩性及地质条件沿巷道纵向设置多个圆环形连接盘，对多个圆环形连接盘进行纵向连接，将长槽钢分别与前后相邻的圆环形连接盘的纵向的连接槽钢连接起来，使翼板上的长条销孔A和长条销孔B对应，插入长条销固定；

步骤6：再按照一定排距重复步骤1～步骤5，得到多列。

9.根据权利要求8所述的锚索与槽钢梁经圆环形连接盘十字连接组合整体顶板支护结构的支护方法，其特征在于，步骤5中，纵向两相邻圆环形连接盘之间的距离即排距，按以下原则选择：

Ⅰ级：岩层完整，完整性系数0.95，节理间隙>3米，层理间距>2米，排距为5米；

Ⅱ级：岩层较完整，完整性系数0.85，节理间隙1-3米，层理间距1-2米，排距为4米；

Ⅲ级：岩层一般，完整性系数0.75，节理隙0.4-1米，层理间距0.3-1米，排距为2～3米，挂钢筋网以免碎石掉落；

Ⅳ级：岩层破碎，完整性系数0.65，节理间隙0.1-0.4米，层理间距0.05-0.3米，排距为1.5米，挂钢筋网以免碎石掉落；

Ⅴ级：很破碎，完整性系数0.55，节理间隙＜0.1米，层理间距＜0.05米，排距为1米，挂钢筋网以免碎石掉落。

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