[发明专利]一种用于矿山深部支护工程的底板钢管梁及其使用方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用于矿山深部支护工程的底板钢管梁及其使用方法，特别是应用于水平构造应力突出而无法实施仰拱支护的巷道底臌变形控制。

背景技术

随着国民经济的不断发展，国家对金属材料的需求不断增长，而国内有色金属采矿逐渐进入深部开采环境，在保持不降低金属材料产量的前提下，需要严格控制开采成本，并保证开采过程中的安全问题。由于深部采矿工程需要解决高地压、高渗透压环境下的岩石力学问题，尤其是构造应力突出的矿区，其地压环境更为复杂，岩体稳定条件更差，这就需要在进行巷道掘进过程中，不断增大支护结构的强度与刚度，与之相应的是巷道开掘成本的不断增加，但是矿山公司经济效益方面又决定了矿石开采成本并不能无节制的增加。加上巷道掘进过程中，矿山机械运转频繁，导致理论比较成熟的反拱支护方法无法在应力条件极度复杂的矿山深部巷道掘进中推广应用。目前国内有色金属矿深部巷道支护方法主要是在浅部支护形式的基础上，通过增大支护参数来完成方案设计。这种设计理念存在的问题是：支护体无法形成封闭的承载结构，使得巷道底板成为变形失稳的突破点，尤其是在水平方向上构造应力突出的矿区内，无支护措施的底板往往成为支护结构失效的发起点，巷道底臌严重，进而影响到整个巷道的稳定性。

发明内容

为克服矿山深部井巷掘进过程中，巷道底板无法施加有效支护，或组成封闭支护体有困难时，造成巷道底臌变形严重，进而影响整个巷道的稳定性。本发明设计一种底板钢管梁支护结构，并通过在巷道底板开槽横向铺设钢管梁，形成巷道的底板钢管梁支护，并与现有支护结构联合组成封闭支护体系。

本发明的底板钢管梁，是在钢管两端对称焊接钢垫板，并在钢垫板上每隔60°(或90°)环形焊接6块(或4块)条形垫板，然后将短角肢焊接在条形垫板与钢管上，组成钢管梁，钢垫板形心位于钢管轴心线上。

条形垫板为矩形钢板，且其厚度不小于短角肢钢板厚度，其宽度不小于厚度的3倍。

短角肢为去角矩形钢板，去角切割线与钢管轴线的夹角为30°~45°。

钢管梁在巷道底板铺设的具体施工过程包括如下过程：

（1） 巷道底板开挖沟槽：槽壁与钢管净距不小于100mm，槽底最小深度大于钢管外径不小于200mm，选择槽底为平面或下凹曲面形式。

（2） 预铺槽底碎石：在开好的沟槽内预铺级配良好的碎石，碎石最大粒径不得超过25mm，并将碎石铺至距巷道底板高度不小于钢管外径尺寸，整平碎石表面。

（3） 铺设钢管梁：将焊接组装成型的底板钢管梁铺设在已经预铺碎石的沟槽内，并确保底板钢管梁轴心线在钢拱架平面内，同时校核钢管梁置于底板平面以下，以减小对运转车辆正常运行的干扰。

（4） 固定钢管梁端部：在钢垫板外侧与岩壁间空隙中浇筑混凝土，固定钢管梁与钢拱架的连接，并注意对浇筑体的保护。

（5） 沟槽内回填碎石：向沟槽内的空隙中回填碎石至与巷道底板平齐。

本发明具有以下方面的有益效果：1、底板钢管梁与现有支护体系联合组成封闭支护体系，增强支护体整体强度与刚度，2、端部钢垫板能够增大横向支撑力的作用面积，条形垫板能分散作用在短角肢上的集中应力，短角肢的去角切割线与钢管轴线的夹角为30°~45°，有利于增加其支撑强度和稳定性；3、底板开槽铺设钢管梁，对车辆运转干扰小；4、超挖沟槽内回填碎石，减小了底臌变形对底板钢管梁的扰动；5、钢管采用型钢，材料来源广；6、底板钢管梁加工与铺设方法简便。

附图说明

图1为底板钢管梁联合钢拱架支护正视图。

图2为附图1的A-A剖面图。

图3为钢管梁端部主视图。

图4为附图3的B-B剖面图。

具体实施方式

为详细说明本发明的具体实施方法，下文以钢拱架支护下的底板钢管梁制作与铺设方法为例进行说明。

钢管的选型：根据设计横向支撑力及巷道宽度，在满足轴心受压稳定系数不小于0.8的条件下确定钢管内外径尺寸，并根据钢垫板局部稳定满足整体稳定的要求，根据图4所示样式设计钢垫板4、条形垫板6及短角肢7的尺寸。底板钢管梁的构造是：在钢管1两端焊接钢垫板4，并在钢垫板4上每隔90°环形焊接4块条形垫板6，然后将短角肢7焊接在条形垫板6与钢管1上，组成钢管梁，钢垫板4的形心位于钢管1的轴心线上。

短角肢为去角矩形钢板，去角切割线与钢管轴线的夹角为30°。

钢管梁在巷道底板铺设的具体施工过程包括如下过程：