一種用于沿空巷道頂板的非對稱錨梁結構及其支護方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及采礦領域，尤其涉及一種用于沿空巷道頂板的非對稱錨梁結構及其支 護方法。
【背景技術】
[0002] 沿空掘巷是在上區(qū)段工作面采空區(qū)覆巖運動終止后沿采空區(qū)邊緣掘進巷道，用作 下區(qū)段工作面通風、運料或運輸通道，具有提高煤炭資源回收率、縮短巷道掘進準備時間、 延長礦井生產(chǎn)服務年限等諸多優(yōu)勢，成為我國最為常用的回采巷道開掘方式。
[0003] 大規(guī)模的沿空掘巷工程實踐清楚表明：沿空巷道頂板的圍巖性質(zhì)結構、受采動影 響程度、礦山壓力分布和顯現(xiàn)等沿巷道中心軸兩側(cè)存在明顯的不對稱性，這種不對稱性在 窄煤柱沿空掘巷的條件下尤為明顯和突出。這種不對稱性現(xiàn)象，一方面是由于沿空巷道上 方基本頂斷裂、回轉(zhuǎn)、失穩(wěn)等力學行為對直接頂?shù)挠绊懗潭取⒂绊懛秶陀绊懼芷诓煌?，?成了煤柱幫側(cè)和實體煤幫側(cè)頂板支承壓力分布特征的差異性；另一方面是由于沿空巷道兩 幫圍巖結構、應力賦存狀態(tài)的差異，沿空掘巷一側(cè)是煤柱幫，一側(cè)是實體煤幫，沿空掘巷時 煤柱實際上已經(jīng)遭到嚴重破壞，不僅對頂板支承作用有限，變相增大了巷道的實際跨度，增 大了煤柱幫側(cè)頂板的不穩(wěn)定性和敏感程度，而實體煤幫仍具有相當程度的承載能力，對頂 板支撐作用較好。
[0004] 沿空巷道兩側(cè)支承壓力分布和圍巖性質(zhì)結構的差異性導致了沿巷道中心軸兩側(cè) 不對稱礦壓的顯現(xiàn)，即煤柱側(cè)頂板首先發(fā)生離層、擴容等變形，破壞圍巖整體性，形成許多 松散破碎的小巖塊，煤柱幫與頂板交界處亦會形成大范圍破碎，在支護不利情況下發(fā)生冒 落，而實體煤幫側(cè)頂板及頂幫交界區(qū)域礦壓顯現(xiàn)則相對緩和。在這種情況下，在沿空巷道 頂板中采用常規(guī)的全斷面等強對稱支護形式難以適應頂板的非對稱變形，無法保證巷道穩(wěn) 定，必須采用符合頂板不對稱規(guī)律要求的支護系統(tǒng)。
[0005] 上世紀60年代中期，澳大利亞礦山首次使用錨索進行巖體加固，1996年小孔徑預 應力錨索在我國煤礦回采巷道試驗并獲得成功，由于錨索支護具有預緊力大、承載能力高、 安裝簡便等優(yōu)點，如今錨索支護已經(jīng)成為各類煤礦巷道的主要支護形式。錨索多與W型鋼 帶、槽鋼配合使用作為煤礦巷道的加強支護，通過鋼帶、槽鋼的支護能夠起到很好的控頂作 用。但在窄煤柱沿空掘巷條件下，即便在相鄰采空區(qū)覆巖運動穩(wěn)定后掘進巷道，巷道上位巖 層會存在相當程度的水平運動；部分沿空巷道在上區(qū)段工作面采空區(qū)覆巖運動尚未完全結 束時掘進，甚至出現(xiàn)迎采面掘進的現(xiàn)象，上位巖層水平運動更加劇烈。在巖層水平運動作用 下，巷道頂板圍巖會形成沿巷道走向延伸的擠壓破碎帶，常規(guī)的錨索W鋼帶組合結構會因 頂板水平擠壓運動出現(xiàn)W鋼帶向下嚴重彎曲并導致結構永久失效，錨索槽鋼組合結構亦會 因頂板水平擠壓運動出現(xiàn)槽鋼沿走向撕裂現(xiàn)象，W型鋼帶、槽鋼失效后大大減弱由其產(chǎn)生承 載力，而且還會對錨索本身產(chǎn)生破壞，使得錨索支護質(zhì)量大幅度降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種用于沿空巷道頂 板的非對稱錨梁結構及其支護方法，可有效解決上述沿空巷道頂板礦壓顯現(xiàn)不對稱及常規(guī) 錨索復合結構因水平擠壓，其連接部件失效的問題。
[0007] 為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一方面提供一種沿空巷道頂板的支護方法，包 括在沿空巷道頂板上布置多個連續(xù)的非對稱錨梁結構，
[0008] 所述非對稱錨梁結構包括托梁裝置及固定連接在所述托梁裝置上的多根錨索；
[0009] 所述托梁裝置上設有多個錨索孔，用于所述多根錨索穿過；
[0010] 所述多個錨索孔在托梁裝置煤柱幫側(cè)的分布密度大于其在托梁裝置實體煤幫側(cè) 的分布密度；
[0011] 在支護時，通過使固定到托梁裝置煤柱幫側(cè)上的錨索的數(shù)量大于固定到托梁裝置 實體煤幫側(cè)的錨索的數(shù)量，形成對沿空巷道頂板的不對稱支護；
[0012] 其中，所述錨索孔包括矩形半圓錨索孔和圓形錨索孔。
[0013] 其中，所述托梁裝置煤柱幫側(cè)為托梁裝置靠近巷道煤柱幫的一側(cè)，所述托梁裝置 實體煤幫側(cè)為托梁裝置靠近巷道實體煤幫的一側(cè)。
[0014] 其中，所述托梁裝置包括：圈梁結構和固定在所述圈梁結構上的用于連接錨索的 錨索連接板。
[0015] 其中，所述圈梁結構包括圈內(nèi)梁和圈外梁，所述圈內(nèi)梁嵌入圈外梁的內(nèi)部，并與其 固定連接。
[0016] 特別是，所述圈內(nèi)梁和圈外梁由長鋼筋彎曲后頭尾進行線性接觸并固定連接而 成，并沿寬度方向呈對稱布置。
[0017] 其中，所述錨索連接板包括用于斜拉錨索的斜拉板和用于直拉錨索的直拉板，所 述斜拉板上設有矩形半圓錨索孔，所述直拉板上設有圓形錨索孔。
[0018] 特別是，所述錨索連接板和加固板與圈梁結構采用沖壓包裹連接。
[0019] 其中，所述錨索通過托板和鎖緊器固定在所述錨索連接板上。
[0020] 其中，所述托梁裝置還包括用于加固圈梁結構的加固板，所述加固板位于所述錨 索連接板之間，用于減少托梁跨度，增強結構穩(wěn)定性。
[0021] 需要說明的是，錨索通過錨索連接板與托梁裝置連接，相比傳統(tǒng)的鋼筋梯子梁結 構，其接觸面積更大，連接更為穩(wěn)固；尤其是以沖壓包裹方式連接時，錨索連接板與圈內(nèi)梁 和圈外梁的三面接觸，接觸面積更大，當通過鎖緊器對錨索施加預應力時，隨著垂直方向上 壓力的增長，錨索連接板與托梁裝置間的水平摩擦力大幅度提升，使得所述錨索連接板與 托梁裝置不易沿水平方向滑動。
[0022] 需要進一步說明的是，穿過所述矩形半圓錨索孔的錨索與所述矩形半圓錨索孔的 外邊緣接觸，當沿空巷道頂板運動以水平運動為主時，為錨索預留出水平運動的空間；當沿 空巷道頂板運動以垂直運動為主時，錨索與矩形半圓錨索孔的半圓形過渡接觸，能有效抑 制頂板下沉所引起的應力集中對結構造成的破壞，如W型鋼帶，因頂板水平擠壓運動出現(xiàn) 撕裂，甚至失效的問題。
[0023] 本發(fā)明另一方面提供一種實現(xiàn)所述支護方法的非對稱錨梁結構，包括：
[0024] 托梁裝置；
[0025] 固定連接所述托梁裝置的多根錨索；其中，
[0026] 所述托梁裝置上設有多個錨索孔，用于所述多根錨索穿過；
[0027] 所述多個錨索孔在托梁裝置煤柱幫側(cè)的分布密度大于其在托梁裝置實體煤幫側(cè) 的分布密度；
[0028] 在支護時，通過使固定到托梁裝置煤柱幫側(cè)上的錨索的數(shù)量大于固定到托梁裝置 實體煤幫側(cè)的錨索的數(shù)量，形成對沿空巷道頂板的不對稱支護；
[0029] 所述錨索孔包括矩形半圓錨索孔和圓形錨索孔。
[0030] 其中，所述托梁裝置煤柱幫側(cè)為托梁裝置靠近巷道煤柱幫的一側(cè)，所述托梁裝置 實體煤幫側(cè)為托梁裝置靠近巷道實體煤幫的一側(cè)。
[0031] 其中，所述托梁裝置包括：圈梁結構和固定在所述圈梁結構上的用于連接錨索的 錨索連接板。
[0032] 其中，所述圈梁結構包括圈內(nèi)梁和圈外梁，所述圈內(nèi)梁嵌入圈外梁的內(nèi)部，并與其 線性固定連接。
[0033] 特別是，所述圈內(nèi)梁和圈外梁由長鋼筋彎曲后頭尾固定連接而成，并沿寬度方向 呈對稱布置。
[0034] 其中，所述錨索連接板包括用于斜拉錨索的斜拉板和用于直拉錨索的直拉板，所 述斜拉板上設有矩形半圓錨索孔，所述直拉板上設有圓形錨索孔。
[0035] 其中，所述托梁裝置還包括用于加固圈梁結構的加固板，所述加固板位于所述錨 索連接板之間，用于減少托梁跨度，增強結構穩(wěn)定性。
[0036] 特別是，所述錨索連接板和加固板與圈梁結構采用沖壓包裹連接。
[0037] 其中，所述錨索通過托板和鎖緊器與所述錨索連接板固定連接。
[0038] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下方面：
[0039] 1)采用非對稱錨梁結構進行沿空巷道頂板支護，使相對薄弱的煤柱側(cè)頂板的錨 索支護密度大于實體煤側(cè)支護密度，更有針對性的穩(wěn)定圍巖結構，從而解決了現(xiàn)有的沿空 巷道頂板所存在的因圍巖性質(zhì)結構、受采動影響程度不同造成的礦山顯現(xiàn)不對稱的技術問 題；
[0040] 2)本發(fā)明所述托梁裝置上設有矩形半圓形錨索孔，有利于沿空巷道頂板運動以 水平運動為主時，為錨索預留出水平運動的空間，避免錨索復合結構因圍巖水平運動而失 效；
[0041] 3)本發(fā)明所述托梁裝置上設有矩形半圓形錨索孔，其半圓形與錨索過渡接觸，能 有效抑制沿空巷道頂板運動以垂直運動為主時，頂板下沉所引起的應力集中對結構造成的 破壞。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發(fā)明所述非對稱錨梁結構用于沿空巷道頂板支護的示意圖；
[0043] 圖2是本發(fā)明所述非對稱鋼筋托梁裝置的示意圖；
[0044] 圖3是圖1的俯視圖；