【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于采礦巷道支護(hù)的，具體涉及一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)及其施工方法。
技術(shù)介紹
1、由于充填采礦法在地下礦山的推廣使用，對(duì)于充填體包裹條件下的礦柱或者殘礦回收成為了許多礦山后期普遍面臨的問(wèn)題，為了回收此類(lèi)礦體，部分采切工程不得不布置在相鄰已充填采場(chǎng)的充填體內(nèi)，這給巷道掘進(jìn)和支護(hù)帶來(lái)了極大安全隱患。針對(duì)此類(lèi)充填體內(nèi)巷道的支護(hù)一般采用超前鋼管與u型鋼拱架聯(lián)合支護(hù)、超前管棚支護(hù)等超前支護(hù)技術(shù)，這類(lèi)超前支護(hù)技術(shù)都需要配合u型鋼拱架發(fā)揮支護(hù)作用，但是在掘進(jìn)巷道時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)超欠挖情況，這導(dǎo)致實(shí)際開(kāi)挖斷面輪廓與設(shè)計(jì)斷面輪廓存在偏差，造成u型鋼拱架支護(hù)時(shí)在欠挖區(qū)域形成點(diǎn)支護(hù)，產(chǎn)生較大應(yīng)力集中；而在超挖區(qū)域未支護(hù)到實(shí)體，沒(méi)有對(duì)巷道起到實(shí)際支護(hù)作用，這樣的低質(zhì)量支護(hù)不僅使得u型鋼拱架使用壽命大幅度縮短，增加支護(hù)成本，也對(duì)巷道內(nèi)作業(yè)的安全帶來(lái)極大的安全隱患。
2、鑒于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有的u型鋼拱架支護(hù)技術(shù)進(jìn)行改良，提高支護(hù)效果，支護(hù)壽命，降低支護(hù)成本，保障安全生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)及其施工方法，主要解決針對(duì)掘進(jìn)工程中實(shí)際開(kāi)挖斷面存在的超欠挖現(xiàn)象，使用普通u型鋼拱架支護(hù)時(shí)，在巷道欠挖區(qū)域局部應(yīng)力集中區(qū)以及超挖區(qū)域未能有效支護(hù)到圍巖實(shí)體而引起的u型鋼拱架壽命短、支護(hù)效果不佳、拱架大變形失效、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全隱患大等支護(hù)問(wèn)題。該施工方法以超前鋼管與u型鋼拱架聯(lián)合支護(hù)的超前支護(hù)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合填充負(fù)泊松比結(jié)
2、本專(zhuān)利技術(shù)提供一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，采用以下技術(shù)方案：
3、一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，包括負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板、u型鋼拱架、超前鋼管和鎖腳錨桿；
4、所述u型鋼拱架架設(shè)于超挖區(qū)域，所述u型鋼拱架連接鎖腳錨桿和底部基底，所述u型鋼拱架的頂部布設(shè)超前鋼管；
5、所述u型鋼拱架與超挖區(qū)域邊界之間的空隙采用負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充；所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板通過(guò)丙烯酸酯膠粘劑固定在u型鋼拱架邊緣，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板根據(jù)超挖區(qū)域的體積以層狀堆疊的方式設(shè)置，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板之間采用丙烯酸酯膠粘劑粘合連接。
6、作為優(yōu)選的，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板包括若干個(gè)剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元，所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元之間通過(guò)纖維線(xiàn)連接。
7、作為優(yōu)選的，所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元呈半徑為1.5cm的球體，所述球體之間通過(guò)纖維線(xiàn)連接，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板包括五層剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元，五層所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元采用“5-4-5-4-5”的結(jié)構(gòu)排列組合。
8、作為優(yōu)選的，所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元選用pvc材料或pom材料或pet材料。
9、本專(zhuān)利技術(shù)還提供了一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，施工步驟如下：
10、s1、采用掘進(jìn)臺(tái)車(chē)對(duì)回采巷道按照設(shè)計(jì)要求斷面尺寸施工，單次進(jìn)尺施工結(jié)束后，采用無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)出礦；
11、s2、對(duì)出礦完畢的回采巷道進(jìn)行地面碎石清理以及頂板松石的處理，對(duì)斷面輪廓欠挖區(qū)域進(jìn)行二次處理，為后續(xù)架設(shè)u型鋼拱架創(chuàng)造條件，保證作業(yè)安全；
12、s3、將u型鋼拱架提前拼裝焊接好，在回采巷道內(nèi)需要進(jìn)行支護(hù)的區(qū)域采用多用途地下空間三維掃描儀掃描實(shí)際開(kāi)挖邊界輪廓，掃描得到u型鋼拱架與實(shí)際開(kāi)挖輪廓之間的空隙體積大小，根據(jù)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板尺寸計(jì)算填充空隙所需的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板數(shù)量；
13、s4、將負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板通過(guò)丙烯酸酯膠粘劑固定在u型鋼拱架外邊緣對(duì)應(yīng)的超挖區(qū)域范圍，并根據(jù)超挖區(qū)域空隙的體積以層狀堆疊的方式添加負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板之間同樣采用丙烯酸酯膠粘劑粘合連接；
14、s5、將負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板固定完畢的u型鋼拱架對(duì)應(yīng)超挖區(qū)域進(jìn)行架設(shè)，使得負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充超挖區(qū)域的空隙；
15、s6、最后以架設(shè)好的u型鋼拱架為支點(diǎn)，沿回采巷道頂板向斜前方打超前鋼管，結(jié)合u型鋼拱架完成超前支護(hù)。
16、作為優(yōu)選的，在步驟s1中，對(duì)回采巷道掘進(jìn)施工時(shí)，采用光面爆破使得開(kāi)挖輪廓盡可能光滑平整，減少后期二次處理輪廓的工作量，以及為填充負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板創(chuàng)造良好條件。
17、作為優(yōu)選的，在步驟s3中，所述多用途地下空間三維掃描儀在空區(qū)將掃描頭電源開(kāi)啟，通過(guò)控制可以實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)的360°激光掃描，可以精準(zhǔn)得到實(shí)際開(kāi)挖輪廓邊界。
18、作為優(yōu)選的，在步驟s4中，所述丙烯酸酯膠粘劑固化速度快，能夠適應(yīng)惡劣極端環(huán)境，并且具有高剪切強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和抗沖擊性能；不僅能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板與u型鋼拱架之間的牢固粘結(jié)，而且能夠?qū)⑾噜徹?fù)泊松比結(jié)構(gòu)板緊密結(jié)合，將填充在空隙內(nèi)的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板形成一個(gè)整體，充分發(fā)揮負(fù)泊松比效應(yīng)。
19、作為優(yōu)選的，在步驟s5中，每隔1~1.2m架設(shè)一座u型鋼拱架，u型鋼拱架之間采用材料為14#槽鋼的鋼板連接，連接鋼板縱向間距0.5~0.6m；在u型鋼拱架的支架腿窩向下挖100~200?mm，至實(shí)底，一方面使得u型鋼拱架底部架設(shè)更加牢固，另一方面按照支架腿尺寸開(kāi)挖的基底與支架腿成楔型結(jié)構(gòu)耦合，也起到固定作用；在支架腿距離底板1~1.2m處安裝鎖腳錨桿，進(jìn)一步固定u型鋼拱架；最后，在底板采用14#槽鋼的鋼條將u型鋼拱架的左右兩側(cè)再次連接固定，完成u型鋼拱架的安裝。
20、作為優(yōu)選的，在步驟s6中，u型鋼拱架安裝完畢后，在u型鋼拱架頂部安裝超前鋼管，超前鋼管為φ32mm薄壁鋼管，長(zhǎng)2m，以仰角5°安裝，超前鋼管的間距為200mm，最終形成負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充下的超前支護(hù)。
21、本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果：
22、本專(zhuān)利技術(shù)中引入負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板，充分利用負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，負(fù)泊松比材料在受到軸向拉伸（或壓縮）時(shí)，其垂直方向有膨脹（或收縮）的力學(xué)特性，這種負(fù)泊松比效應(yīng)使得負(fù)泊松比材料具有良好的抗沖擊性能、抗斷裂性能、吸能隔振性能。將負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充進(jìn)超挖區(qū)域內(nèi)，使其成為上部充填體與u型鋼拱架之間的緩沖層，一方面當(dāng)充填體由于蠕變效應(yīng)逐漸發(fā)生形變，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板承受來(lái)自充填體施加的壓力，發(fā)生形變，發(fā)揮負(fù)泊松比效應(yīng)，允許上部充填體發(fā)生一定形變，避免傳統(tǒng)剛性u(píng)型鋼拱架支護(hù)所帶來(lái)的應(yīng)力集中；另一方面，當(dāng)鄰近采場(chǎng)爆破作業(yè)時(shí)，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板能夠吸收一部分爆破應(yīng)力波，防止充填體和u型鋼拱架直接承受爆破應(yīng)力波的擾動(dòng)而造成失穩(wěn)。
23、本專(zhuān)利技術(shù)中組成負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板的剛性圓形球體相比其他形狀能夠較好的貼合在u型鋼拱架的外邊緣，并且，能夠較好適應(yīng)超挖區(qū)域內(nèi)的邊界；并且負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板的材料選用pvc或pom或pet此類(lèi)強(qiáng)度高、韌性好且成本較低的材料，材料輕便、生產(chǎn)運(yùn)輸方便、易于安裝，不會(huì)為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)帶來(lái)繁瑣的作業(yè)流程。
24、綜上所述，本專(zhuān)利技術(shù)的結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，由于充分利用負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板的力學(xué)特性，能夠提高充填體的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)支護(hù)設(shè)施的使用壽命，節(jié)約支護(hù)成本，保障井下作業(yè)的安全；此外，作為新型材料的負(fù)泊松比材料在礦山的使用順應(yīng)創(chuàng)新型礦山建本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，其特征在于，包括負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）、U型鋼拱架（2）、超前鋼管（3）和鎖腳錨桿；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，其特征在于，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）包括若干個(gè)剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8），所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8）之間通過(guò)纖維線(xiàn)（9）連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，其特征在于，所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8）呈半徑為1.5cm的球體，所述球體之間通過(guò)纖維線(xiàn)（9）連接，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）包括五層剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8），五層所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8）采用“5-4-5-4-5”的結(jié)構(gòu)排列組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，其特征在于，所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8）選用PVC材料或POM材料或PET材料。
5.一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于，施工步驟如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于，在步驟S3中，所述多用途地下空間三維掃描儀在空區(qū)將掃描頭電源開(kāi)啟，通過(guò)控制可以實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)的360°激光掃描，可以精準(zhǔn)得到實(shí)際開(kāi)挖輪廓邊界。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于，在步驟S4中，所述丙烯酸酯膠粘劑固化速度快，能夠適應(yīng)惡劣極端環(huán)境，并且具有高剪切強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和抗沖擊性能；不僅能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）與U型鋼拱架（2）之間的牢固粘結(jié)，而且能夠?qū)⑾噜徹?fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）緊密結(jié)合，將填充在空隙內(nèi)的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板形成一個(gè)整體，充分發(fā)揮負(fù)泊松比效應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于，在步驟S5中，每隔1~1.2m架設(shè)一座U型鋼拱架（2），U型鋼拱架（2）之間采用材料為14#槽鋼的鋼板連接，連接鋼板縱向間距0.5~0.6m；在U型鋼拱架的支架腿窩向下挖100~200mm，至實(shí)底，一方面使得U型鋼拱架底部架設(shè)更加牢固，另一方面按照支架腿尺寸開(kāi)挖的基底與支架腿成楔型結(jié)構(gòu)耦合，也起到固定作用；在支架腿距離底板1~1.2m處安裝鎖腳錨桿，進(jìn)一步固定U型鋼拱架；最后，在底板采用14#槽鋼的鋼條將U型鋼拱架的左右兩側(cè)再次連接固定，完成U型鋼拱架的安裝。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于，在步驟S6中，U型鋼拱架（2）安裝完畢后，在U型鋼拱架（2）頂部安裝超前鋼管（3），超前鋼管（3）為φ32mm薄壁鋼管，長(zhǎng)2m，以仰角5°安裝，超前鋼管（3）的間距為200mm，最終形成負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充下的超前支護(hù)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，其特征在于，包括負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）、u型鋼拱架（2）、超前鋼管（3）和鎖腳錨桿；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，其特征在于，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）包括若干個(gè)剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8），所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8）之間通過(guò)纖維線(xiàn)（9）連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，其特征在于，所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8）呈半徑為1.5cm的球體，所述球體之間通過(guò)纖維線(xiàn)（9）連接，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）包括五層剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8），五層所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8）采用“5-4-5-4-5”的結(jié)構(gòu)排列組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)，其特征在于，所述剛性圓形節(jié)點(diǎn)單元（8）選用pvc材料或pom材料或pet材料。
5.一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于，施工步驟如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于，在步驟s1中，對(duì)回采巷道掘進(jìn)施工時(shí)，采用光面爆破使得開(kāi)挖輪廓盡可能光滑平整，減少后期二次處理輪廓的工作量，以及為填充負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板（1）創(chuàng)造良好條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)板填充的超前支護(hù)的施工方法，其特征在于，在步驟s3中，所述多用途地下空間三維掃描儀在空區(qū)將掃描頭電源開(kāi)啟，通過(guò)控制可以...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱賢陽(yáng)，邱泓杰，張鵬，許楊豐，王文洋，劉軍，王遠(yuǎn)來(lái)，田志剛，史秀志，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中南大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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