一种基于钢管混凝土支架的让控支护结构

本发明涉及巷道支护，尤其涉及一种基于钢管混凝土支架的让控支护结构。

背景技术：

1、巷道作为煤矿开采的关键通道，确保巷道围岩稳定是安全生产和高效作业的前提。巷道支护技术作为岩层控制的核心，已发展出锚杆、锚索、注浆加固、型钢支架、喷射混凝土、砌碹等多种支护技术，形成了以锚杆锚索为核心、多支护形式并用的支护体系。然而，随着浅部资源的枯竭，煤炭开采向深部扩展，巷道呈现出软岩大变形特征，传统的锚喷支护技术及u型钢联合支护方式显现出承载力局限和结构设计不合理的问题，难以适应深部巷道的安全稳定需求。

2、为应对深部巷道支护面临的挑战，研究人员开发了钢管混凝土支架。钢管混凝土支架充分发挥了钢管与混凝土两者的协同效应，钢管内浇筑的混凝土因受到钢管约束而处于全方位的受压状态，促使混凝土的抗压强度显著增强，往往是未受约束状态下的数倍之多，钢管与混凝土的组合结构有力阻挡了钢管的过早弯曲现象，显著提升了整个结构体系的刚性特质。

3、然而，对于深部高应力大变形软岩巷道而言，钢管混凝土支架作为刚性被动承载结构，其刚性大、变形适应能力差，当巷道围岩局部出现大变形时，容易引起钢管混凝土支架局部过载而破断的问题，影响使用安全。

技术实现思路

1、基于上述问题，本发明的目的是提供一种基于钢管混凝土支架的让控支护结构，以解决上述现有技术存在的问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种基于钢管混凝土支架的让控支护结构，包括钢管混凝土支架、垫木层、柔性充填层、可控让压器、锚杆、卸压孔和让压钢管；所述钢管混凝土支架设置于巷道围岩内侧，所述垫木层设置于所述钢管混凝土支架的顶部与围岩之间，所述柔性充填层设置于所述钢管混凝土支架的帮部、底部与围岩之间；所述可控让压器设置于所述钢管混凝土支架与围岩之间，其一端抵在所述钢管混凝土支架上，另一端与所述锚杆连接，所述锚杆锚入围岩中；所述卸压孔设置在围岩上，所述让压钢管设置于所述卸压孔中；

4、所述钢管混凝土支架包括呈环形布置的钢管和灌注于所述钢管内部的混凝土，所述钢管的内壁上设有加强肋；

5、所述钢管包括顶部钢管、底部钢管、让压套管和帮部钢管，所述顶部钢管、所述底部钢管的两端均通过所述让压套管与所述帮部钢管相连接；

6、所述可控让压器包括回缩柱、连接座一和连接座二，所述回缩柱的一端与所述连接座一铰接，所述连接座一抵在所述钢管上；所述回缩柱的另一端与所述连接座二铰接，所述连接座二与所述锚杆连接。

7、进一步的，所述让压套管包括钢制套管，所述钢制套管的外壁和内壁沿周向均连接有多层橡胶垫。

8、再进一步的，所述加强肋与所述钢管一体成型，且所述加强肋紧贴所述钢管的内壁；所述加强肋可以设置为三角肋、直肋或螺旋肋。

9、再进一步的，所述钢管混凝土支架设置有多个，多个所述钢管混凝土支架并列间隔布置，且相邻的所述钢管混凝土支架之间通过多个顶杆连接。

10、再进一步的，相邻的所述钢管混凝土支架之间的间距为500～1000mm，且相邻的所述钢管混凝土支架之间顶杆的数量为8～12根。

11、再进一步的，所述垫木层包括多组间隔布置的层板钉合木。

12、再进一步的，所述层板钉合木包括多块横截面一致的木板，多块所述木板上垂直钉入有多根钢钉。

13、再进一步的，所述柔性充填层通过多个内部装有矸石的编织袋堆叠而成；灌注于所述钢管内部的混凝土为利用矸石加工成碎石作为骨料制作的矸石混凝土。

14、再进一步的，所述钢管自身的外径设置为150～300mm，所述钢管的壁厚设置为10～20mm；所述钢管的易损坏部位进行加厚强化处理。

15、再进一步的，所述顶部钢管上设有排气溢流口，所述帮部钢管上设有灌浆口。

16、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

17、通过设置的卸压孔、可控让压器、让压套管、柔性充填层与带肋钢管强化、局部薄弱部位加厚强化相结合，实现让压与控制相结合的耦合支护，提高了巷道围岩稳定性和钢管混凝土支架的稳定性；

18、通过在卸压孔内安装让压钢管、调控让压钢管的强度可以实现有控制的卸压；通过调控回缩柱的让压荷载能够实现让压回缩的效果，与设置的柔性充填层以及让压钢管相互配合，能够有效减小巷道围岩变形对钢管混凝土支架的过载作用，避免了钢管混凝土支架因局部过载而出现破断的情况，提高了使用安全性；

19、通过矿山巷道钢管混凝土支架的带肋钢管设计，不仅提高了钢管自身的抗压抗弯能力，还显著提升了钢管与混凝土间的粘结强度，增强了结构的整体性。

技术特征：

1.一种基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：包括钢管混凝土支架(1)、垫木层(2)、柔性充填层(3)、可控让压器(4)、锚杆(5)、卸压孔(6)和让压钢管(7)；所述钢管混凝土支架(1)设置于巷道围岩内侧，所述垫木层(2)设置于所述钢管混凝土支架(1)的顶部与围岩之间，所述柔性充填层(3)设置于所述钢管混凝土支架(1)的帮部、底部与围岩之间；所述可控让压器(4)设置于所述钢管混凝土支架(1)与围岩之间，其一端抵在所述钢管混凝土支架(1)上，另一端与所述锚杆(5)连接，所述锚杆(5)锚入围岩中；所述卸压孔(6)设置在围岩上，所述让压钢管(7)设置于所述卸压孔(6)中；

2.根据权利要求1所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：所述让压套管(113)包括钢制套管(1131)，所述钢制套管(1131)的外壁和内壁沿周向均连接有多层橡胶垫(1132)。

3.根据权利要求1所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：所述加强肋与所述钢管(11)一体成型，且所述加强肋紧贴所述钢管(11)的内壁；所述加强肋可以设置为三角肋(117)、直肋(118)或螺旋肋(119)。

4.根据权利要求1所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：所述钢管混凝土支架(1)设置有多个，多个所述钢管混凝土支架(1)并列间隔布置，且相邻的所述钢管混凝土支架(1)之间通过多个顶杆(8)连接。

5.根据权利要求4所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：相邻的所述钢管混凝土支架(1)之间的间距为500～1000mm，且相邻的所述钢管混凝土支架(1)之间顶杆(8)的数量为8～12根。

6.根据权利要求1所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：所述垫木层(2)包括多组间隔布置的层板钉合木(21)。

7.根据权利要求6所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：所述层板钉合木(21)包括多块横截面一致的木板，多块所述木板上垂直钉入有多根钢钉(22)。

8.根据权利要求1所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：所述柔性充填层(3)通过多个内部装有矸石的编织袋堆叠而成；灌注于所述钢管(11)内部的混凝土(12)为利用矸石加工成碎石作为骨料制作的矸石混凝土。

9.根据权利要求1所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：所述钢管(11)自身的外径设置为150～300mm，所述钢管(11)的壁厚设置为10～20mm；所述钢管(11)的易损坏部位进行加厚强化处理。

10.根据权利要求1所述的基于钢管混凝土支架的让控支护结构，其特征在于：所述顶部钢管(111)上设有排气溢流口(115)，所述帮部钢管(114)上设有灌浆口(116)。

技术总结本发明涉及巷道支护技术领域，公开了一种基于钢管混凝土支架的让控支护结构，包括钢管混凝土支架、垫木层、柔性充填层、可控让压器、锚杆、卸压孔和让压钢管；钢管混凝土支架包括钢管和灌注于钢管内部的混凝土，钢管的内壁上设有加强肋；钢管包括顶部钢管、底部钢管、帮部钢管和让压套管；可控让压器包括回缩柱、连接座一和连接座二。通过设置的卸压孔、可控让压器、让压套管、柔性充填层与带肋钢管强化、局部薄弱部位加厚强化相结合，实现让压与控制相结合的耦合支护，提高了巷道围岩稳定性和钢管混凝土支架的稳定性，同时能够有效减小巷道围岩变形对钢管混凝土支架的过载作用，避免了钢管混凝土支架因局部过载而出现破断的情况。技术研发人员：肖同强,李家豪,尹士花,王文,贾后省,神文龙,王楷博受保护的技术使用者：河南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14