用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构

摘要

本发明公开了一种用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构，包括五通接头、顶杆、帮杆、肩杆和注浆锚杆，所述五通接头包括五个互相连通的接口，顶杆、帮杆、肩杆和注浆锚杆安装在五个接口上并共同组成一个以五通接头为中心的支架，将四个上述支架连接在一起形成以四个五通接头为顶点的方形框架结构，每个方形框架沿五通接头第一接口的轴线方向两侧分别设有一个与其结构相同的方形框架，相邻的两个方形框架之间通过肩杆连接在一起形成以单个方形框架为基础的多连体结构。本发明具有初始支护大、支护强度高、整体性好、支护控顶面积大、护表能力强、施工方便简单和安全可靠的优点，能够大幅度提高松散围岩稳定性。

权利要求

1.一种用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构，其特征在于：包括五通接头、顶杆、帮杆、肩杆和注浆锚杆，所述五通接头包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口和第五接口且五个接口彼此之间互相连通，其中第一接口、第二接口位于同一轴线上，第三接口、第四接口互相垂直且第三接口、第四接口所在平面垂直于第一接口的轴线，所述顶杆安装在五通接头的第三接口上，帮杆安装在五通接头的第四接口上，五通接头的第一接口、第二接口上分别安装有一根肩杆，注浆锚杆的一端安装在五通接头的第五接口上，另一端紧固于巷道围岩内，所述顶杆、注浆锚杆、肩杆和帮杆均为中空钢管，所述五通接头和安装在五通接头上的帮杆、顶杆、肩杆、注浆锚杆共同组成一个以五通接头为中心的支架，将四个上述支架呈方形排列并通过顶杆和帮杆连接在一起形成以四个五通接头为顶点的方形框架结构，四个五通接头上的注浆锚杆均朝向方形框架的外部，每个方形框架沿五通接头第一接口的轴线方向两侧分别设有一个与其结构相同的方形框架，相邻的两个方形框架之间通过肩杆连接在一起形成以单个方形框架为基础的多连体结构。

2.如权利要求1所述的用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构，其特征在于：所述五通接头的五个接口内设有内螺纹，所述顶杆、肩杆、帮杆的两端均设有与所述内螺纹匹配的外螺纹，所述注浆锚杆的一端设有与所述内螺纹匹配的外螺纹。

3.如权利要求2所述的用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构，其特征在于：所述注浆锚杆上套设有垫板和螺母，所述注浆锚杆的外表面上设有与所述螺母的内螺纹匹配的外螺纹。

4.如权利要求3所述的用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构，其特征在于：所述垫板为内凹型垫板。

5.如权利要求1所述的用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构，其特征在于：所述五通接头中，第五接口、第三接口、第四接口位于同一平面内且第五接口与第三接口、第四接口的夹角为135°。

说明书

用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构

技术领域

[0001] 本发明涉及地下采矿领域，特别涉及一种用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构。

背景技术

[0002] 地下采矿前期开采引起的采空区较多，而随着矿井的深入采矿环境也会越来越复杂，所开掘的巷道中常常会遇见松散破碎围岩体，这种松动围岩体的整体性能差，承载能力有限，受到高地应力和扰动应力的作用，就可能会导致随掘随冒或大变形现象。

[0003] 目前，在松动围岩体的巷道进行掘进与维护时，一般采用桩楔、超前反底拱固定锚杆与管棚和预注浆进行超前支护，这些技术在高应力破碎岩体的掘进、维护以及保证工人的施工安全方面发挥了重要作用，但是这些技术的操作复杂、适用范围小和成本较大等缺点，使得其很难广泛地在煤矿破碎带中应用，而且在掘进与支护后会由于受松动压力大而容易使围岩失稳或冒顶，特别是在高应力破碎岩体中，如布置反底拱固定锚杆和锚索支护，由于锚固端不能锚住稳定岩体，极容易造成大量底鼓的产生。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种支护强度高、整体性好、施工方便简单并且安全可靠的用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构。

[0005] 本发明解决上述问题的技术方案是：一种用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构，包括五通接头、顶杆、帮杆、肩杆和注浆锚杆，所述五通接头包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口和第五接口且五个接口彼此之间互相连通，其中第一接口、第二接口位于同一轴线上，第三接口、第四接口互相垂直且第三接口、第四接口所在平面垂直于第一接口的轴线，所述顶杆安装在五通接头的第三接口上，帮杆安装在五通接头的第四接口上，五通接头的第一接口、第二接口上分别安装有一根肩杆，注浆锚杆的一端安装在五通接头的第五接口上，另一端紧固于巷道围岩内，所述顶杆、注浆锚杆、肩杆和帮杆均为中空钢管，所述五通接头和安装在五通接头上的帮杆、顶杆、肩杆、注浆锚杆共同组成一个以五通接头为中心的支架，将四个上述支架呈方形排列并通过顶杆和帮杆连接在一起形成以四个五通接头为顶点的方形框架结构，四个五通接头上的注浆锚杆均朝向方形框架的外部，每个方形框架沿五通接头第一接口的轴线方向两侧分别设有一个与其结构相同的方形框架，相邻的两个方形框架之间通过肩杆连接在一起形成以单个方形框架为基础的多连体结构。

[0006] 上述用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构中，所述五通接头的五个接口内设有内螺纹，所述顶杆、肩杆、帮杆的两端均设有与所述内螺纹匹配的外螺纹，所述注浆锚杆的一端设有与所述内螺纹匹配的外螺纹。

[0007] 上述用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构中，所述注浆锚杆上套设有垫板和螺母，所述注浆锚杆的外表面上设有与所述螺母的内螺纹匹配的外螺纹。

[0008] 上述用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构中，所述垫板为内凹型垫板。

[0009] 上述用于高应力软弱破碎围岩的钢管桁架注浆加固与支护结构中，所述五通接头中，第五接口、第三接口、第四接口位于同一平面内且第五接口与第三接口、第四接口的夹角为135°。

[0010] 与现有技术相比，本发明既发挥了中空钢管注浆和锚杆注浆的锚注作用，又发挥了中空钢管桁架的整体稳定作用。具体表现如下：

[0011] 第一、初始支护力大，能有效地提高松散存在围岩的稳定性。本发明采用高强度中空钢管形成桁架式注浆加固与支护结构，在支护时，可以迅速形成强有力的框架式结构，能有效地阻止围岩进一步松动；随后的锚杆与注浆加固大大提高了破碎岩体的整体性，改善了岩体的承载性能；

[0012] 第二、结构整体性能好，抗压能力强。本发明采用框架结构的桁架式，而且其主体构件为强度较高的中空钢管和注浆锚杆，在进行注浆后，其强度还会进一步提高，这种高强度中空钢管和注浆锚杆所形成的桁架结构不但整体性好，而且抵抗围岩压力的能力非常强；

[0013] 第三、结构简单，安装方便。本发明的主体构件为中空钢管和注浆锚杆，组装时，仅通过五通接头就能将中空钢管和注浆锚杆连接起来，安装更易于掌握；

[0014] 第四、适应能力强。本发明顶杆的形状依据巷道轮廓外形进行设计，不仅适应于矩形巷道，也适应于圆形等其它形状的巷道，而且每一个支架均采用中空钢管和注浆锚杆为主体而连接起来的，施工方便，适合于各种地质条件复杂的地段。

附图说明

[0015] 图1为本发明的结构示意图。

[0016] 图2为图1中五通接头的结构示意图。

[0017] 图3为图1中注浆锚杆的结构示意图。

[0018] 图4为图1中顶杆与帮杆的结构示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0020] 本发明所有构件均为高强度、高刚度钢质材料，构件形状、尺寸大小均依据巷道轮廓外形进行制作，本例中仅以矩形巷道做介绍：

[0021] 如图1、图2所示，本发明包括五通接头1、顶杆2、帮杆3、肩杆4和注浆锚杆5，所述五通接头1包括第一接口1-1、第二接口1-2、第三接口1-3、第四接口1-4和第五接口1-5且五个接口彼此之间互相连通，其中第一接口1-1、第二接口1-2位于同一轴线上，第五接口1-5、第三接口1-3、第四接口1-4位于同一平面内，在此平面内第三接口1-3、第四接口1-4互相垂直，第五接口1-5与第三接口1-3、第四接口1-4的夹角为135°，第三接口1-3、第四接口1-4、第五接口1-5所在平面垂直于第一接口1-1的轴线，所述顶杆2安装在五通接头1的第三接口1-3上，帮杆3安装在五通接头1的第四接口1-4上，五通接头1的第一接口1-1、第二接口1-2上分别安装有一根肩杆4，注浆锚杆5的一端安装在五通接头1的第五接口1-5上，另一端紧固于巷道围岩内，所述顶杆2、注浆锚杆5、肩杆4和帮杆3均为中空钢管，所述五通接头1和安装在五通接头1上的帮杆3、顶杆2、肩杆4、注浆锚杆5共同组成一个以五通接头1为中心的支架，将四个上述支架呈方形排列并通过顶杆2和帮杆3连接在一起形成以四个五通接头1为顶点的方形框架结构，四个五通接头1上的注浆锚杆5均朝向方形框架的外部，每个方形框架沿五通接头1第一接口1-1的轴线方向两侧分别设有一个与其结构相同的方形框架，相邻的两个方形框架之间通过肩杆4连接在一起形成以单个方形框架为基础的多连体结构。

[0022] 如图2所示，所述五通接头1的五个接口内设有内螺纹6，所述顶杆2、肩杆4、帮杆3的两端均设有与所述内螺纹6匹配的外螺纹，所述注浆锚杆5的一端设有与所述内螺纹6匹配的外螺纹。

[0023] 如图3所示，所述注浆锚杆5上套设有内凹型垫板7和螺母8，内凹型垫板7具有一定的让压性能，所述注浆锚杆5的外表面上设有与所述螺母8的内螺纹匹配的外螺纹。

[0024] 施工方法：在巷道顶板肩窝部位倾斜45度斜向上打钻孔及底脚倾斜向下45度打钻孔，清洗钻孔，安装注浆锚杆5与垫板7，拧紧螺母10，裸露注浆锚杆5端部外螺纹，然后用五通接头1的第五接口1-5连接注浆锚杆5端部，待连接稳定后，校正五通接头1位置，将顶杆2、帮杆3、肩杆4和五通接头1连接，五通接头1和安装在五通接头1上的帮杆3、顶杆2、肩杆4、注浆锚杆5共同组成一个以五通接头1为中心的支架，多个支架连接在一起形成以单个支架方形框架为基础的多连体结构。