一种大深埋高应力煤仓支护结构及其施工方法与流程

本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及地下深埋煤仓支护结构的技术领域。

背景技术：

现在随着我国煤炭行业的不断发展，开采技术与装备的不断更新，采煤效率得到大幅提升。为了保证整个生产系统持续高效的产煤，充分发挥运输和提升设备的最大工作能力，使生产正常顺利地进行，在井下主要运输环节设置一定容量的大煤仓是必不可少的。这些煤仓一般深埋地下，位于地下深部软岩层的大煤仓作为矿井的重要的硐室，其具有断面大、围岩应力高等特点，来自四周岩石的压力极易造成煤仓的失稳而使其结构遭到破坏，造成巨大的损失。

目前，常用的深部软岩大煤仓加固方法常采用单一的钢筋混凝土支护或极少数稳定围岩下采用锚杆网喷支护，这种支护方式存在以下缺陷：由于深部软岩的完整性和稳定性较差，传统的锚杆网喷支护无法对深部围岩的加固，且单一的钢筋混凝土支护方式，随着使用期的增长，钢筋锈蚀易脱落，致使保护层开裂、剥落；而且上述施工结构复杂，无法对已经破碎的围岩进行有效加固。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种大深埋高应力煤仓支护结构及其施工方法。

所述的一种大深埋高应力煤仓支护结构，包括煤仓和支护装置。所述煤仓由仓顶硐室、上口段、变径段、主体段、锁口段、分煤漏斗和给煤机硐室组成。所述支护装置由锚杆、锚索、钢丝网、混凝土、煤仓配筋、构造筋和纵筋组成。所述仓顶硐室由穹顶和硐室直墙组成，在硐室直墙的下方设置有上口段，上口段的下方设置有变径段，变径段的下方设置有主体段，主体段的下方设置有锁口段。所述锁口段的内腔内设置有若干个分煤漏斗，在分煤漏斗的下方连通有给煤机硐室。所述仓顶硐室的穹顶和硐室直墙的外壁上固设有锚杆网喷支护和锚索网喷支护。所述上口段、变径段和主体段固设有锚网索喷支护和两层钢筋混凝土浇筑支护。所述锁口段固设有锚网索喷支护和三层钢筋混凝土浇筑支护。所述给煤机硐室固设有锚网索喷支护和两层钢筋混凝土浇筑支护。

所述的一种大深埋高应力煤仓支护结构的施工方法，包括以下步骤：

s1：大深埋高应力煤仓支护采用由下往上、分段浇筑的方式进行施工；

s2：先将给煤机硐室修建好，然后在其直墙段与岩石层之间采用锚网索喷支护和两层钢筋混凝土浇筑支护对其进行结构支护；

s3：然后，在给煤机硐室的基础上修建煤仓的锁口段，在锁口段与岩石层之间采用锚网索喷支护和三层钢筋混凝土浇筑支护对其进行结构支护；

s4：然后，在锁口段的基础上依次向上分段修建煤仓的主体段、变径段和上口段，在上述煤仓的分段部分与岩石层之间采用锚网索喷支护和两层钢筋混凝土浇筑支护对其进行结构支护；

s5：然后，在上口段的基础上建造煤仓仓顶硐室的硐室直墙，在硐室直墙与岩石层之间采用锚杆网喷支护和锚索网喷支护对其进行结构支护；

s6：然后，在仓顶硐室的硐室直墙的基础上建造穹顶，在穹顶与岩石层之间采用锚杆网喷支护和锚索网喷支护对其进行结构支护。

进一步的，所述锚杆网喷支护是指，将钢丝网铺设在煤仓与岩石层之间，然后用锚杆将钢丝网固定，再用混凝土对其进行喷浆作业，混凝土固结后所形成的支护结构。

进一步的，所述锚索网喷支护是指，将钢丝网铺设在煤仓与岩石层之间，然后用锚索将钢丝网固定，再用混凝土对其进行喷浆作业，混凝土固结后所形成的支护结构。

进一步的，所述的锚网索喷支护是指，将钢丝网铺设在煤仓与岩石层之间，然后用锚杆和锚索对其进行固定，再用混凝土对其进行喷浆作业，混凝土固结后所形成的支护结构；所述的锚杆与锚索间隔穿插设置。

进一步的，所述的钢筋混凝土浇筑支护由煤仓配筋、构造筋、纵筋和混凝土组成，煤仓配筋与纵筋交错形成煤仓主体框架，纵筋交错分散在锚杆网喷支护、锚索网喷支护和锚网索喷支护之间，再由混凝土进行浇筑，固结之后形成的煤仓仓壁结构支护。

进一步的，所述锚杆网喷支护，锚杆之间的间距小于或等于1.0*1.0米，所述钢丝网的网格孔隙小于或等于0.1*0.1米。所述锚索网喷支护，锚索之间的间距小于或等于1.0*1.0米，所述钢丝网的网格孔隙小于或等于0.1*0.1米。所述锚网索喷支护，锚杆与锚索的深度差小于或等于4米，锚索与锚杆间隔均匀设置，锚杆之间的间距小于或等于1.0*1.0米，锚索之间的间距小于或等于1.0*1.0米，钢丝网的网格孔隙小于或等于0.1*0.1米。

进一步的，所述两层钢筋混凝土浇筑支护，煤仓配筋直径为ф18mm，纵筋直径为ф14mm，煤仓配筋和纵筋组成的钢筋网网格间隙为300×300mm，钢筋网网层的间距为500mm；构造筋直径为φ8mm，间距600mm，层距300mm；混凝土强度等级为c45，混凝土进行浇筑时，浇筑厚度为600mm，煤仓配筋混凝土保护层浇筑厚度为50mm。

进一步的，所述三层钢筋混凝土浇筑支护，煤仓配筋直径为ф18mm，纵筋直径为ф14mm，煤仓配筋和纵筋组成钢筋网。所述钢筋网网层外层间为距500mm、内层间距600mm，混凝土强度等级为c60，混凝土进行浇筑时，浇筑厚度为1000mm，煤仓配筋混凝土保护层的内、外保护层的浇筑厚度分别为40mm、60mm。

附图说明：

图1：煤仓-支护装置结构示意图；

图2：煤仓-支护装置细节示意图；

图3：煤仓配筋和纵筋结构剖面示意图；

图4：煤仓配筋和纵筋结构俯视示意图；

图5：支护装置剖面结构示意图。

其中：1-煤仓，10-仓顶硐室，101-穹顶，102-硐室直墙，11-上口段，12-变径段，13-主体段，14-锁口段，15-分煤漏斗，16-给煤机硐室，2-支护装置，20-锚杆，21-锚索，22-钢丝网，23-混凝土，24-煤仓配筋，25-构造筋，26-纵筋。

具体实施方式：

下面将结合附图，对本发明进行详细的说明。

结合附图：一种大深埋高应力煤仓支护结构及其施工方法，包括以下步骤：s1：大深埋高应力煤仓支护采用由下往上、分段浇筑的方式进行施工；煤仓1共分为：仓顶硐室10、上口段11、变径段12、主体段13、锁口段14、分煤漏斗15和给煤机硐室16等组成部分；s2：先将给煤机硐室16修建好，然后在其直墙段与岩石层之间采用锚网索喷支护和两层钢筋混凝土浇筑支护对其进行结构支护；s3：然后，在给煤机硐室16的基础上修建煤仓1的锁口段14，在锁口段14与岩石层之间采用锚网索喷支护和三层钢筋混凝土浇筑支护对其进行结构支护；s4：然后，在锁口段14的基础上依次向上分段修建煤仓1的主体段13、变径段12和上口段11，在上述煤仓1的分段部分与岩石层之间采用锚网索喷支护和两层钢筋混凝土浇筑支护对其进行结构支护；s5：然后，在上口段11的基础上建造煤仓1仓顶硐室10的硐室直墙102，在硐室直墙102与岩石层之间采用锚杆网喷支护和锚索网喷支护对其进行结构支护；s6：然后，在仓顶硐室10的硐室直墙102的基础上建造穹顶101，在穹顶101与岩石层之间采用锚杆网喷支护和锚索网喷支护对其进行结构支护。具体结构的施工方式及规格如下：（1）所述锚杆网喷支护是指，将钢丝网22铺设在煤仓1与岩石层之间，然后用锚杆20将钢丝网22固定，再用混凝土23对其进行喷浆作业，混凝土23固结后所形成的支护结构；（2）所述锚索网喷支护是指，将钢丝网22铺设在煤仓1与岩石层之间，然后用锚索21将钢丝网22固定，再用混凝土23对其进行喷浆作业，混凝土23固结后所形成的支护结构；（3）所述的锚网索喷支护是指，将钢丝网22铺设在煤仓1与岩石层之间，然后用锚杆20和锚索21对其进行固定，再用混凝土23对其进行喷浆作业，混凝土23固结后所形成的支护结构；所述的锚杆20与锚索21间隔穿插设置；（4）所述的钢筋混凝土浇筑支护由煤仓配筋24、构造筋25、纵筋26和混凝土23组成，煤仓配筋24与纵筋26交错形成煤仓1主体框架，纵筋26交错分散在锚杆网喷支护、锚索网喷支护和锚网索喷支护之间，再由混凝土23进行浇筑，固结之后形成的煤仓1仓壁结构支护；（5）所述锚杆网喷支护，锚杆20之间的间距小于或等于1.0*1.0米，所述钢丝网22的网格孔隙小于或等于0.1*0.1米；所述锚索21网喷支护，锚索21之间的间距小于或等于1.0*1.0米，所述钢丝网22的网格孔隙小于或等于0.1*0.1米；所述锚网索喷支护，锚杆20与锚索21的深度差小于或等于4米，锚索21与锚杆20间隔均匀设置，锚杆20之间的间距小于或等于1.0*1.0米，锚索21之间的间距小于或等于1.0*1.0米，钢丝网22的网格孔隙小于或等于0.1*0.1米；（6）所述两层钢筋混凝土浇筑支护，煤仓配筋24直径为ф18mm，纵筋26直径为ф14mm，煤仓配筋24和纵筋26组成的钢筋网网格间隙为300×300mm，钢筋网网层的间距为500mm；构造筋25直径为φ8mm，间距600mm，层距300mm；混凝土23强度等级为c45，混凝土23进行浇筑时，浇筑厚度为600mm，煤仓配筋24混凝土23保护层浇筑厚度为50mm；（7）所述三层钢筋混凝土浇筑支护，煤仓配筋24直径为ф18mm，纵筋26直径为ф14mm，煤仓配筋24和纵筋26组成钢筋网；所述钢筋网网层外层间为距500mm、内层间距600mm，混凝土23强度等级为c60，混凝土23进行浇筑时，浇筑厚度为1000mm，煤仓配筋24混凝土23保护层的内、外保护层的浇筑厚度分别为40mm、60mm。施工结束后，煤仓1与支护装置2之间构成如下的结构支护关系：所述仓顶硐室10的穹顶101和硐室直墙102的外壁上固设有锚杆网喷支护和锚索网喷支护；所述上口段11、变径段12和主体段13固设有锚网索喷支护和两层钢筋混凝土浇筑支护；所述锁口段14固设有锚网索喷支护和三层钢筋混凝土浇筑支护；所述给煤机硐室16固设有锚网索喷支护和两层钢筋混凝土浇筑支护。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明的有益之处：（1）施工时间仅需110天，比采用砌碹支护的方式缩短工期约四分之一，而且自竣工以来尚未发现硐室出现砼层开裂和砼体剥落现象；（2）采用锚网临时支护既可以及时封闭围岩表面，阻止围岩风化和遇水膨胀、崩解而导致强度降低，又能允许围岩有一定量的位移和变形以释放部分内聚能；（3）先对硐室进行临时支护，释压后再进行永久支护，符合软岩“先让后挖，抗压平衡”的支护原理；（4）永久支护采用锚杆、钢筋网、锚索组成的“三位一体”结构，可增加支护层的整体性和抗压强度，又和围岩、喷射砼形成共同作用体，使周边围岩处于三向应力平衡状态，可有效地阻止围岩塑性破坏区域范围的扩展；（5）和料石砌碹法比较，不仅施工工期大大缩短，而且可杜绝围岩裸露和壁后充填不实现象，避免空顶作业，减轻劳动强度，改善作业环境，效果较好。