技术领域
[0001] 本
发明属于
煤矿支护技术领域，具体涉及一种防止巷道底鼓的支护结构及支护方法。
背景技术
[0002] 矿产资源的开采已逐渐向着深部发展，随着开采深度的增加，巷道
底板受到的高地应
力越来越大，尤其是巷道底鼓的现象最为显著。巷道底鼓会阻碍运输和人员的行走，并会妨碍矿井的通
风，甚至导致整个巷道的失稳，给矿井安全高效生产带来极大的危害。同时，巷底鼓需要进行大量的维修工作，会极大的浪费人力、财力和物力，而且在维修过程中也会存在一定的困难。
[0003] 目前针对巷道底鼓现象的发生，通常采用锚杆进行控制，锚杆支护是一种经济有效的加固手段，能显著提高岩体的承载性能和
稳定性，在矿山中应用较为广泛。但是，传统的锚杆支护均是通过单根锚杆进行的，因其锚固力弱，不得不增加单根锚杆的排布
密度，进而需要增加钻孔的密度，增加了施工成本和工人的劳动强度，但是，这种支护效果依然不理想，并不能有效地控制巷道底鼓现象的产生。另外，在进行锚杆钻孔施工时，需要先在底板上钻孔，再清孔，然后依次装进
树脂锚固剂和锚杆杆体，而底板的钻孔和清孔过程都非常困难，施工过程非常复杂。
发明内容
[0004] 针对上述
现有技术存在的问题，本发明提供一种防止巷道底鼓的支护结构及支护方法，该支护结构支护能力强，支护范围广，能对底板进行稳定的
支撑，可有效防止巷道底鼓的产生，同时，能降低施工成本和工人的劳动强度；该方法能显著的简化支护的施工过程，能有效控制巷道底鼓现象的产生，可简便、快速的对底板进行
变形的控制，可有效保障煤矿的安全生产工作。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种防止巷道底鼓的支护结构，包括在巷道的底板开挖出的多个方形槽；所述方形槽的长度方向垂直于巷道延伸方向，方形槽的宽度大于锚杆托盘的宽度；
[0006] 每个方形槽内设置有一组支护单元和一条填充带；
[0007] 所述支护单元包括多个钻孔、两根
钢筋梁和与钻孔数量相对应的多个锚杆杆体、与多个锚杆杆体数量相对应的多个锚杆托盘及
螺母；钻孔的数量不少于三个，且沿方形槽的长度方向分布；位于两端部的钻孔彼此呈八字形倾斜地设置，位于中部的钻孔垂直于底板地设置；两根
钢筋梁沿方形槽方向延伸，并分别布设在钻孔的两侧；所述锚杆杆体的轴心处设置有轴向空腔，锚杆杆体锚固段的外部固定连接有螺旋绕设于其表面的螺旋
叶片，锚杆杆体自由段的外部设有凸出粗
螺纹；锚杆杆体插装于钻孔中，且螺旋叶片与钻孔的内
侧壁相抵接，且自由段的上端在穿过两钢筋梁后裸露在钻孔的外部；锚杆托盘于两钢筋梁的上部套设于锚杆杆体自由段上端的外部，螺母于锚杆托盘的上部通过螺纹配合套装于锚杆杆体自由段上端的外部；
[0008] 所述填充带填充在支护单元以外的空间中，并将方形槽填满。
[0009] 在该技术方案中，使同一个方形槽中的一排锚固体两端的两根锚杆杆体彼此呈八字形倾斜地设置，中部的锚杆杆体与底板相垂直地设置，能同时对巷道施加下垂向的拉力和外斜向的拉力，而由两个外斜向的拉力呈八字形作用，因此，能进一步对巷道施加下垂向的拉力和外横向的拉力，可以显著减弱巷道两帮对底板形成的
挤压，有效抑制了形变的产生，使对底板的控制产生显著的效果，从而能有效的对巷道进行全方位、可靠和稳定的支护，极大地提高了支护能力。通过在方形槽中布设位于钻孔两侧的两根钢筋梁，能使一排锚固体形成一个整体，进而能进一步有效增加支护强度和支护范围，可有效防止巷道底鼓的产生。同时，该支护结构有效降低了单个锚固体的安装密度，降低了施工成本和工人的劳动强度。
[0010] 进一步，所述锚杆杆体的另一端于轴向空腔中设置有内嵌粗螺纹，内嵌粗螺纹、凸出粗螺纹和螺旋叶片的螺旋方向一致。通过使螺旋方向一致，可以在通过专用钻机对锚杆杆体进行锚固过程中，使相拼接的两根锚杆杆体通过螺纹配合连接得越来越紧密，进而能使锚杆杆体的锚固长度不受连接数量的限制，有效增加了锚固效果。
[0011] 进一步，为了保证承载强度和支护力，所述凸出粗螺纹和内嵌粗螺纹的壁厚为锚杆杆体壁厚的二分之一。
[0012] 进一步，为了便于能在后期进行注浆作业，所述锚杆杆体锚固段的径向上设置有至少一个连通轴向空腔与外部空间的出浆孔。
[0013] 进一步，为了提高支护强度，钻孔的数量为3～5个，倾斜设置的钻孔与竖直平面的夹
角为30°～50°。
[0014] 进一步，为了可以充分利用巷道中的矸石进行填充，以在节省资源的同时，还能同时对矸石进行处理，填充带由若干个矸石组成。
[0015] 本发明还提供了一种防止巷道底鼓的支护方法，包括锚杆杆体，所述锚杆杆体的轴心处设置有轴向空腔，锚杆杆体锚固段的外部固定连接有螺旋绕设于其表面的螺旋叶片，锚杆杆体自由段的外部设有凸出粗螺纹；
[0016] 还包括以下步骤：
[0017] 步骤1：在巷道的底板上开挖出一定深度的方形槽，方形槽的方向垂直于巷道的延伸方向，方形槽宽度大于锚杆托盘的宽度；
[0018] 步骤2：用
钻杆机在方形槽中开设内径小于锚杆杆体直径的钻孔，方形槽内布设不少于3个钻孔，且位于两端的钻孔彼此呈八字形地倾斜设置，位于中间钻孔垂直于底板设置；当钻孔钻到预定深度后，将钻杆和
钻头从钻孔中抽出，再用专用钻机将锚杆杆体打入钻孔中进行单个钻孔的锚固作业，在锚固作业过程中，锚杆杆体依靠其外壁上的螺旋叶片与钻孔的内侧壁自然锚固，在锚固作业完成时，锚杆杆体的自由段裸露出钻孔一部分；
[0019] 步骤3：在方形槽内设置两根钢筋梁，两根钢筋梁沿方形槽方向延伸，并分别布设在钻孔的两侧；将锚杆托盘套设在锚杆杆体自由段的外部，并抵接于两根钢筋梁的上部；将螺母通过螺纹配合套设在锚杆杆体自由段的外部，并抵接于锚杆托盘的上部；
[0020] 步骤4：拧紧螺母对锚杆杆体施加预
应力；
[0021] 步骤5：将巷道内的矸石充填至方形槽的空隙中；
[0022] 步骤6：根据巷道的实际情况，按照一定的间隔，重复步骤1至5，直至整条巷道的底板支护完毕。
[0023] 本方法中：在巷道底板开挖出方形槽，并将锚杆杆体的支护设置在方形槽内，可使巷道底板的平整度不受到影响，省去了传统支护后需要在底板上部铺设混泥土平整底板的步骤，简化了施工过程，该方法实用性高，经济效益明显；在钻孔后省去了清孔的步骤，这样，在打入锚杆杆体时，锚杆杆体外侧的螺旋叶片会与钻孔壁之间作用并产生岩屑，钻孔过程中产生的岩屑和螺旋叶片作用于孔壁过程产生的岩屑会有效地充填在锚杆杆体与钻孔壁之间，有效地挤压螺旋叶片，进而可显著地增加锚杆杆体的锚固力；同时，能使得施工过程进一步简化，实现了巷道的快速可靠的支护。再者，在对锚杆杆体的自由端进行固定时，在锚杆托盘的下方布设了位于钻孔两侧的两根钢筋梁，然后再对自由端施加预应力，能使方形槽内一排各自独立的锚固体形成一个整体，有效增加了支护强度和支护范围，可有效防止巷道底鼓的产生；同时，有效降低了单个锚固体的安装密度，降低了施工成本和工人的劳动强度。最后，同一方形槽两端的两个钻孔彼此呈八字形地设置，可以减弱巷道两帮对底板形成的挤压力，有效抑制了形变的产生，使对底板的控制产生显著的效果。
[0024] 进一步，所述钻孔的数量为3～5个，倾斜设置的钻孔与竖直平面的夹角为30°～50°。通过使夹角在30°～50°之间，可以进一步减弱巷道两帮对底板形成的挤压，更有效抑制了形变的产生，使对底板的控制产生更显著的效果。
[0025] 进一步，在步骤2中，当钻孔的深度大于锚杆杆体的长度时，在锚杆杆体的另一端于轴向空腔中设置与螺旋叶片的螺旋方向一致的内嵌粗螺纹，并使多根锚杆杆体通过凸出粗螺纹和内嵌粗螺纹的配合进行固定连接；在打入锚杆杆体时，控制锚杆杆体的旋转方向与螺旋叶片的螺旋方向一致。锚杆杆体之间直接采用螺纹拼接，且螺纹旋转方向与螺旋叶片的旋转方向一致，可以在锚固时使锚杆杆体之间的连接越来越紧密，进而能使锚杆杆体的锚固长度不受连接数量的限制，有效增加了锚固效果。
[0026] 进一步，为了更有效的提升锚固力，利用锚杆杆体的轴向空腔和出浆孔向锚杆杆体与钻孔之间的间隙中注入浆体或锚固剂。
[0027] 本发明可以布置在传统的底鼓控制
基础上，通过锚杆杆体与孔壁产生的岩屑能有效增加锚固力，再使每个锚固体通过钢筋梁连接为一个整体，实现底板的更稳定控制。该方法不仅减去了清孔的步骤，而且还利用开挖的方形槽使露出钻孔的自由段不影响巷道的平整度，又减去了于底板上部铺设
混凝土层的步骤，本方法工艺简单、成本低廉、施工快速，且能对底板岩层进行主动、及时、快速、可靠的支护与加固。
附图说明
[0028] 图1是本发明的结构示意图；
[0029] 图2是图1沿巷道延伸方向的俯视图；
[0030] 图3是本发明中锚杆杆体锚固状态下的示意图；
[0031] 图4是本发明中锚杆杆体之间拼接装配的示意图。
[0032] 图中：1、螺母，2、凸出粗螺纹，3、锚杆托盘，4、底板，5、钢筋梁，6、螺旋叶片，7、岩屑，8、钻孔，9、出浆孔，10、巷道，11、锚杆杆体，12、方形槽，13、内嵌粗螺纹。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0034] 如图1至图4所示，本发明提供了一种防止巷道底鼓的支护结构，包括在巷道10的底板4开挖出的多个方形槽12；所述方形槽12的长度方向垂直于巷道10延伸方向，方形槽12的宽度大于锚杆托盘3的宽度；
[0035] 每个方形槽12内设置有一组支护单元和一条填充带；
[0036] 所述支护单元包括多个钻孔8、两根钢筋梁5和与钻孔8数量相对应的多个锚杆杆体11、与多个锚杆杆体11数量相对应的多个锚杆托盘3及螺母1；钻孔8的数量不少于三个，且沿方形槽12的长度方向分布；位于两端部的钻孔8彼此呈八字形倾斜地设置，位于中部的钻孔8垂直于底板4地设置；两根钢筋梁5沿方形槽12方向延伸，并分别布设在钻孔8的两侧；所述锚杆杆体11的轴心处设置有轴向空腔，锚杆杆体11锚固段的外部固定连接有螺旋绕设于其表面的螺旋叶片6，锚杆杆体11自由段的外部设有凸出粗螺纹2；锚杆杆体11插装于钻孔8中，且螺旋叶片6与钻孔8的内侧壁相抵接，且自由段的上端在穿过两钢筋梁5后裸露在钻孔8的外部；锚杆托盘3于两钢筋梁5的上部套设于锚杆杆体11自由段上端的外部，螺母1于锚杆托盘3的上部通过螺纹配合套装于锚杆杆体11自由段上端的外部；
[0037] 所述填充带填充在支护单元以外的空间中，并将方形槽12填满。
[0038] 使同一个方形槽中的一排锚固体两端的两根锚杆杆体彼此呈八字形倾斜地设置，中部的锚杆杆体与底板相垂直地设置，能同时对巷道施加下垂向的拉力和外斜向的拉力，而由两个外斜向的拉力呈八字形作用，因此，能进一步对巷道施加下垂向的拉力和外横向的拉力，可以显著减弱巷道两帮对底板形成的挤压，有效抑制了形变的产生，使对底板的控制产生显著的效果，从而能有效的对巷道进行全方位、可靠和稳定的支护，极大地提高了支护能力。通过在方形槽中布设位于钻孔两侧的两根钢筋梁，能使一排锚固体形成一个整体，进而能进一步有效增加支护强度和支护范围，可有效防止巷道底鼓的产生。同时，该支护结构有效降低了单个锚固体的安装密度，降低了施工成本和工人的劳动强度。
[0039] 作为一种优选，锚杆杆体11的外径为46mm，内径为24mm，长度为1600mm，壁厚为8mm；方形槽12的深度为200mm，宽度为200mm；锚杆托盘3的尺寸为150*150*10mm；锚杆杆体
11裸露在钻孔8外部的部分的长度大于80mm，小于200mm；螺母1的内径30mm，厚度8mm，高度
20mm；钢筋梁5为实心钢材质，其直径为20mm，长度小于方形槽12的长度。
[0040] 所述锚杆杆体11的另一端于轴向空腔中设置有内嵌粗螺纹13，内嵌粗螺纹13、凸出粗螺纹2和螺旋叶片6的螺旋方向一致。通过使螺旋方向一致，可以在通过专用钻机对锚杆杆体进行锚固过程中，使相拼接的两根锚杆杆体通过螺纹配合连接得越来越紧密，进而能使锚杆杆体的锚固长度不受连接数量的限制，有效增加了锚固效果。
[0041] 为了保证承载强度和支护力，所述凸出粗螺纹2和内嵌粗螺纹13的壁厚为锚杆杆体11壁厚的二分之一。
[0042] 为了便于能在后期进行注浆作业，所述锚杆杆体11锚固段的径向上设置有至少一个连通轴向空腔与外部空间的出浆孔9。
[0043] 为了提高支护强度，钻孔8的数量为3～5个，倾斜设置的钻孔8与竖直平面的夹角为30°～50°。
[0044] 为了可以充分利用巷道中的矸石进行填充，以在节省资源的同时，还能同时对矸石进行处理，填充带由若干个矸石组成。
[0045] 本发明还提供了一种防止巷道底鼓的支护方法，包括锚杆杆体11，所述锚杆杆体11的轴心处设置有轴向空腔，锚杆杆体11锚固段的外部固定连接有螺旋绕设于其表面的螺旋叶片6，锚杆杆体11自由段的外部设有凸出粗螺纹2；
[0046] 还包括以下步骤：
[0047] 步骤1：在巷道10的底板4上开挖出一定深度的方形槽12，方形槽12的方向垂直于巷道10的延伸方向，方形槽12宽度大于锚杆托盘3的宽度；
[0048] 步骤2：用钻杆机在方形槽12中开设内径小于锚杆杆体11直径的钻孔8，方形槽12内布设不少于3个钻孔8，且位于两端的钻孔8彼此呈八字形地倾斜设置，位于中间钻孔8垂直于底板4设置；当钻孔8钻到预定深度后，将钻杆和钻头从钻孔8中抽出，再用专用钻机将锚杆杆体11打入钻孔8中进行单个钻孔8的锚固作业，在锚固作业过程中，锚杆杆体11依靠其外壁上的螺旋叶片6与钻孔8的内侧壁自然锚固，在锚固作业完成时，锚杆杆体11的自由段裸露出钻孔8一部分；
[0049] 步骤3：在方形槽12内设置两根钢筋梁5，两根钢筋梁5沿方形槽12方向延伸，并分别布设在钻孔8的两侧；将锚杆托盘3套设在锚杆杆体11自由段的外部，并抵接于两根钢筋梁5的上部；将螺母1通过螺纹配合套设在锚杆杆体11自由段的外部，并抵接于锚杆托盘3的上部；
[0050] 步骤4：拧紧螺母1对锚杆杆体11施加预应力；
[0051] 步骤5：将巷道10内的矸石充填至方形槽12的空隙中；
[0052] 步骤6：根据巷道的实际情况，按照一定的间隔，重复步骤1至5，直至整条巷道10的底板4支护完毕。
[0053] 在巷道底板开挖出方形槽，并将锚杆杆体的支护设置在方形槽内，可使巷道底板的平整度不受到影响，省去了传统支护后需要在底板上部铺设混泥土平整底板的步骤，简化了施工过程，该方法实用性高，经济效益明显；在钻孔后省去了清孔的步骤，这样，在打入锚杆杆体时，锚杆杆体外侧的螺旋叶片会与钻孔壁之间作用并产生岩屑，钻孔过程中产生的岩屑和螺旋叶片作用于孔壁过程产生的岩屑7会有效地充填在锚杆杆体与钻孔壁之间，有效地挤压螺旋叶片，进而可显著地增加锚杆杆体的锚固力；同时，能使得施工过程进一步简化，实现了巷道的快速可靠的支护。再者，在对锚杆杆体的自由端进行固定时，在锚杆托盘的下方布设了位于钻孔两侧的两根钢筋梁，然后再对自由端施加预应力，能使方形槽内一排各自独立的锚固体形成一个整体，有效增加了支护强度和支护范围，可有效防止巷道底鼓的产生；同时，有效降低了单个锚固体的安装密度，降低了施工成本和工人的劳动强度。最后，同一方形槽两端的两个钻孔彼此呈八字形地设置，可以减弱巷道两帮对底板形成的挤压力，有效抑制了形变的产生，使对底板的控制产生显著的效果。
[0054] 所述钻孔8的数量为3～5个，倾斜设置的钻孔8与竖直平面的夹角为30°～50°。通过使夹角在30°～50°之间，可以进一步减弱巷道两帮对底板形成的挤压，更有效抑制了形变的产生，使对底板的控制产生更显著的效果。
[0055] 在步骤2中，当钻孔8的深度大于锚杆杆体11的长度时，在锚杆杆体11的另一端于轴向空腔中设置与螺旋叶片6的螺旋方向一致的内嵌粗螺纹13，并使多根锚杆杆体11通过凸出粗螺纹2和内嵌粗螺纹13的配合进行固定连接；在打入锚杆杆体11时，控制锚杆杆体11的旋转方向与螺旋叶片6的螺旋方向一致。锚杆杆体之间直接采用螺纹拼接，且螺纹旋转方向与螺旋叶片的旋转方向一致，可以在锚固时使锚杆杆体之间的连接越来越紧密，进而能使锚杆杆体的锚固长度不受连接数量的限制，有效增加了锚固效果。
[0056] 为了更有效的提升锚固力，利用锚杆杆体11的轴向空腔和出浆孔9向锚杆杆体11与钻孔8之间的间隙中注入浆体或锚固剂。
[0057] 本发明可以布置在传统的底鼓控制基础上，通过锚杆杆体与孔壁产生的岩屑能有效增加锚固力，再使每个锚固体通过钢筋梁连接为一个整体，实现底板的更稳定控制。该方法不仅减去了清孔的步骤，而且还利用开挖的方形槽使露出钻孔的自由段不影响巷道的平整度，又减去了于底板上部铺设混凝土层的步骤，本方法工艺简单、成本低廉、施工快速，且能对底板岩层进行主动、及时、快速、可靠的支护与加固。
