[实用新型]破碎围岩巷道三区协同耦合支护系统

说明书

破碎围岩巷道三区协同耦合支护系统，包括深度支护结构和周向表面支护结构；深度支护结构包括若干条三区协同支护组合锚杆；三区协同支护组合锚杆沿巷道的顶板、两帮和底板的周向均匀布置并贯穿锚固破裂区、塑性区和弹性区；周向表面支护结构包括钢梁、金属网和混凝土硬化层，钢梁和金属网配合沿巷道的顶板、两帮进行支护，混凝土硬化层铺设在巷道的底板上。本实用新型将“破裂区、塑性区和弹性区”三个区域组合成一个整体，有效提高了巷道围岩的整体承载能力和抗变形能力，可以有效避免破裂区或塑性区出现的垮冒现象，充分调动弹性区的承载能力，确保了巷道围岩的稳定性。

技术领域

本实用新型属于矿山支护工程锚索支护技术领域，具体涉及破碎围岩巷道三区协同耦合支护系统。

背景技术

在煤矿巷道支护工程中，锚索支护是顶板支护的常用形式。煤矿常用的锚索是7股或19股的钢绞线结构，常用的锚索直径为15.2mm、17.8mm、20mm、22mm。与锚杆支护相比，锚索具有强度大、长度大的优点，锚索能够锚固到顶板深部稳定岩层中，因此锚索支护对顶板稳定性控制具有显著成效。但是，随着煤炭资源的逐步开采，巷道围岩应力环境逐渐恶化，在大变形巷道、软弱围岩巷道及高应力动压巷道中，锚索破断问题日益凸显。在一些复杂困难条件下，一些直径22mm的高强锚索甚至也出现了破断。现场观测表明，锚索破断的位置均出现靠近孔口的前1/3段，或者剪切错动的岩层的层理面处；由断口形态来看，锚索是在“剪破坏和拉破坏”共同作用下的破断。究其原因，当前锚索支护主要存在“局部应力集中、钢绞线在拉剪作用下被各个击破而逐根（股）破断”的技术难题，如何提高锚索应力集中段的抗拉强度、抗剪强度以及钢绞线的整体性，成为解决锚索破断的关键问题。

实用新型内容

本实用新型为克服现有技术存在的问题，提供一种破碎围岩巷道三区协同耦合支护系统，旨在通过针对巷道围岩“破裂区、塑性区和弹性区”的三区协同耦合支护技术，有效解决现有技术中存在的“三区关联性差、顶板两帮及底板关联性差、注浆锚杆长度短、破裂区和塑性区极易垮冒”等技术难题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

破碎围岩巷道三区协同耦合支护系统，包括深度支护结构和周向表面支护结构；

深度支护结构包括若干条三区协同支护组合锚杆，所述的三区为破裂区、塑性区和弹性区，紧邻巷道的为破裂区，破裂区内侧为塑性区，塑性区内侧为弹性区；三区协同支护组合锚杆沿巷道的顶板、两帮和底板的周向均匀布置并贯穿锚固破裂区、塑性区和弹性区；

周向表面支护结构包括钢梁、金属网和混凝土硬化层，钢梁和金属网配合沿巷道的顶板、两帮进行支护，混凝土硬化层铺设在巷道的底板上。

三区协同支护组合锚杆包括螺纹钢杆体、连接管、中空杆体、托盘和螺母，螺纹钢杆体的外端通过连接管与中空杆体的内端同轴向连接为一体，中空杆体上开设有若干个注浆孔，螺纹钢杆体内侧一段通过树脂锚固剂锚固在弹性区内，锚固在弹性区内的螺纹钢杆体这一段称为弹性区锚固段，螺纹钢杆体外侧一段与塑性区之间具有环形间隙，在环形间隙内的一段螺纹钢杆体称为塑性区自由段，中空杆体位于破裂区内，中空杆体内注入有水泥浆，水泥浆通过中空杆体上的注浆孔注入到破裂区内，水泥浆在破裂区内的这一段称为破裂区注浆段；托盘穿套在中空杆体外端部并压在钢梁和/或金属网上，螺母螺纹连接在中空杆体外端并与托盘压紧配合。

所述连接管为内细外粗的变径管，中空杆体的外径大于螺纹钢杆体的外径，螺纹钢杆体的外端部和中空杆体内端部分别与连接管的内端口和外端口螺纹连接。

采用上述技术方案，破碎围岩巷道三区协同耦合支护系统的施工方法，包括以下施工步骤：

（1）根据巷道生产条件和地质力学条件、使用用途和服务年限，确定巷道断面设计参数，包括断面形态及其尺寸；

（2）基于巷道断面设计参数，采用理论分析、数值模拟和工程调研方法，研究确定巷道顶板、两帮及底板的破裂区、塑性区、弹性区的边界及范围；