一种超大断面硐室分次施工钢拱架组合式临时支护装置

摘要

本发明属于煤矿大断面硐室临时支护体系技术领域，涉及一种超大断面硐室分次施工钢拱架组合式临时支护装置。钢拱架为弧形型钢，通过锚索固定在硐室围岩中，连接件a焊接在钢拱架A上，连接件b焊接在钢拱架B上，钢拱架C两端分别插入连接件a和连接件b中，共同支护硐室顶部围岩；连接件a、b相同，包括三块钢板、螺栓和螺母；三块钢板焊接成开口槽钢形状，螺母焊接其上，通过螺栓将开口的槽钢形成密闭空间，限制钢拱架发生位移。本发明作为一种超大断面硐室临时支护方法，型钢拱架通过连接件形成一个整体，并与锚索共同形成索拱联合支护结构作为硐室临时支护，并可作为永久支护的一部分。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿大断面硐室临时支护体系技术领域，涉及一种超大断面硐室分次施工钢拱架组合式临时支护装置。

背景技术

超大断面硐室掘进过程中，因硐室掘进断面较大，围岩受扰动范围大，易发生顶板事故，因此掘进迎头区域的临时支护是硐室安全掘进过程中必不可少的重要环节。目前掘进硐室的临时支护方法主要有机载式前探梁、架棚式和悬挂式等。其中，机载前探梁是固定在综掘机上，需与综掘机配套使用，不适用于炮采工艺，且前探梁的支撑形状固定，不能适应硐室顶板的变化；架棚式临时支护是利用单体液压支柱与顶梁配套，在硐室空顶区域人工架棚，费时费力、操作安全系数低、护顶面积小；悬挂式临时支护是将多条前探梁悬挂在已安装的锚杆、锚索等永久支护上，并沿巷道掘进方向伸至空顶区域，但无初撑力，可靠性及安全性也较差。因此，如何实现快速安全的硐室临时支护，是目前煤矿超大断面硐室临时支护领域面临的重要难题。

发明内容

本发明针对传统超大断面硐室掘进过程中易发生顶板事故的问题提出一种新型的超大断面硐室分次施工钢拱架组合式临时支护装置。

为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

一种超大断面硐室分次施工钢拱架组合式临时支护装置,包括钢拱架A、钢拱架B、钢拱架C、连接件a、连接件b和锚索, 钢拱架为弧形型钢，通过锚索固定在硐室围岩中，所述连接件a焊接在钢拱架A上，连接件b焊接在钢拱架B上，钢拱架C两端分别插入连接件a和连接件b中，使钢拱架A、B、C连为一体，共同支护硐室顶部围岩；所述的连接件a、b相同，包括三块钢板、螺栓和螺母；三块钢板焊接成开口槽钢形状，螺母焊接其上，通过螺栓将开口的槽钢形成密闭空间，限制钢拱架发生位移。

作为优选, 开口槽钢的凹槽开口与硐室轴向平行，长度不小于400mm，宽度比钢拱架多40mm以上，高度比钢拱架多20mm以上。

作为优选,第一钢板和第三钢板上预留螺栓旋入用的圆孔，螺母焊接在第三钢板上。

采用所述超大断面硐室分次施工钢拱架组合式临时支护装置的施工方法，硐室断面为曲线形，采用正台阶法分块段施工；硐室划分为3个块段，各块段间施工滞后距离不小于5m。

作为优选，上述方法的施工步骤为：首先开挖硐室上部台阶块段Ⅰ，成型后铺设钢筋网，利用2根锚索固定钢拱架A；再开挖硐室上部台阶块段Ⅱ，成型后铺设钢筋网，利用1根锚索固定钢拱架B，再将钢拱架C插入连接件a、连接件b中组合成整体结构；然后开挖硐室下部台阶块段Ⅲ，完成一个循环。

作为优选，硐室断面为半圆拱或三心拱等弧形。

作为优选，钢拱架C与钢拱架A、钢拱架B之间的间隙不小于20mm。

本发明作为一种超大断面硐室临时支护方法，型钢拱架通过连接件形成一个整体，并与锚索共同形成索拱联合支护结构作为硐室临时支护，并可作为永久支护的一部分。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1）钢拱架及锚索既为临时支护，也是永久支护的一部分，无需拆除；

2）有效保证了大断面硐室施工，对硐室掘进迎头区域进行及时快速临时支护，为工人完成掘进作业提供必要的安全保障。

3）切实解决了临时支护中的挂网、铺网问题，保证了施工安全，节省永久支护的时间，提高巷道掘进速度。

附图说明

图1为本发明的硐室支护布置断面示意图；

图2为本发明的硐室掘进顺序示意图；

图3为本发明的连接件布置示意图；

图4为本发明的临时支护装置及连接件三维示意图；

图5为型钢拱架B和型钢拱架C固定结构示意图。

图中：1 型钢拱架A；2 型钢拱架B；3 型钢拱架C；4 连接件a；5 连接件b；6 锚索；7钢筋网①；8 钢筋网②；9 弧形钢板；10 钢板；11 弧形钢板；12 螺母；13 螺栓。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

如图1-5所示，本实施例提供超大断面硐室分次施工钢拱架组合式临时支护装置，包括钢拱架A1、钢拱架B2、钢拱架C3、连接件a4、连接件b5和锚索6，钢拱架A1、钢拱架B2、钢拱架C3为弧形型钢，通过锚索固定在硐室围岩中。连接件a4、连接件b5分别焊接在钢拱架A1、钢拱架B2上，钢拱架C3的两端分别插入连接件a4、连接件b5中使钢拱架A1、钢拱架B2、钢拱架C3连为一体，共同支护硐室顶部围岩。本实施例中连接件a4、连接件b5结构相同，都包括钢板9、钢板10、钢板11、螺母12和螺栓13；钢板9、钢板10和钢板11焊接成开口槽钢形状，螺母12焊接在钢板11上，如图4所示，通过螺栓13将开口的槽钢形成密闭空间，限制钢拱架发生位移。

本实施例的工作过程如下：硐室断面为半圆拱，净宽×净高为8.0m×8.0m，采用正台阶法分块段施工方法，硐室划分为3个块段，如图1所示，上部台阶分为块段Ⅰ、块段Ⅱ（高4.0m），下部台阶为块段Ⅲ（高4.0m），块段间施工滞后距离为5m。如图2所示，首先施工硐室上部台阶块段Ⅰ，成型后铺设钢筋网片①7（长×宽=4.2×1.0m），利用2根锚索6（φ18mm，L=6.2m）进行固定钢拱架A1（矿用29U型钢，L=4.2m）。然后施工硐室块段Ⅱ，成型后铺设钢筋网片②8（长×宽=8.4×1.0m），利用1根锚索6（φ18mm，L=6.2m）固定钢拱架B2（矿用29U型钢，L=4.2m），再将钢拱架C3（矿用29U型钢，L=4.2m）插入连接件a4、b5中组合成一个整体结构。连接件a4、b5相同，由钢板9、10和11焊接成槽钢形状，凹槽开口与硐室轴向平行，长度

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。