一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统及支护方法

专利名称：一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统及支护方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201911343170.9

专利申请（专利权）人：鄂尔多斯市昊华红庆梁矿业有限公司,山东科技大学
权利人地址：内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗昭君镇高头窑红庆梁煤矿

专利发明（设计）人：张广山,马成甫,任强,张闯,杨富强,王成武,于凤海,罗波远,杜盼,王博,张远志,贾敬龙,计鹏举,惠永岗

专利摘要：本发明提供了一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统及支护方法，涉及巷道支护技术领域，包括临时托盘、临时螺母和护顶式前探梁，临时托盘包括平面托盘和U形把手，平面托盘上设置有U形开口；临时螺母的橡胶垫设置在卡槽内侧，卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ通过插接配合，高强磁铁保证卡槽固定连接；护顶式前探的前探梁通过锁页和护顶装置相连；巷道掘进施工时，首先挂设护顶式前探梁，在掘进迎头安装锚杆、临时托盘和临时螺母，继续掘进，拆除临时托盘和临时螺母，进行锚网网片的搭接，关闭护顶装置后前移护顶式前探梁，并安装螺母托盘进行永久支护；其解决了反复拆卸托盘和螺母导致挂网护顶效果不佳的技术问题，提高了煤矿巷道临时支护的效率。

主权利要求：
1.一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统，其特征在于，包括临时托盘、临时螺母和护顶式前探梁，所述临时托盘和临时螺母设置在锚网网片搭接处并安装在锚杆上，护顶式前探梁设置在掘进迎头，护顶装置压紧锚网网片紧密接触顶板从而控制顶板冒落；
所述临时托盘包括平面托盘和U形把手，平面托盘上设置有U形开口，U形把手固定在平面托盘上U形开口侧的对边；所述临时螺母包括橡胶垫、高强磁铁、卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ，橡胶垫设置在卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ的内侧，卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ通过插接配合，高强磁铁设置在卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ的插接位置；所述护顶式前探梁包括前探梁、锁页和护顶装置，前探梁通过锁页和护顶装置相连，前探梁通过吊环固定在顶板上，锁页限定护顶装置的转动范围为0‑90°，护顶装置为弹性伸缩结构；所述临时螺母的橡胶垫内外表面均设置有螺纹，橡胶垫内表面的螺纹和锚杆配合，外表面的螺纹和卡槽配合；所述卡槽Ⅰ设置有凸起部，卡槽Ⅱ设置有凹陷部；所述高强磁铁设置在凸起部和凹陷部的位置；所述锁页分别和前探梁、护顶装置焊接固定，所述护顶装置包括外套管、内套管、弹簧和开关销，内套管设置在外套管内，外套管内设置有弹簧，弹簧连接外套管底部和内套管的底部，开关销设置在外套管的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统，其特征在于，所述临时托盘的U形开口从托盘中心至托盘边缘，U形开口的宽度等于锚杆直径，平面托盘和U形把手所在平面的钝角夹角为120‑150°。
3.一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统，施工步骤包括：步骤A.掘进巷道后，在掘进头后方巷道顶板挂设护顶式前探梁，护顶装置转动90°支撑巷道顶板，在掘进迎头侧安装锚杆；
步骤B.掘进迎头侧安装的锚杆安装临时托盘和临时螺母，形成临时支护区域；
步骤C.继续掘进巷道，拆除临时托盘和临时螺母，在临时支护区域进行锚网网片搭接；
步骤D.转动护顶装置至平行于前探梁，前移护顶式前探梁；
步骤E.护顶装置转动90°支撑顶板，通过螺母和托盘对临时支护区域进行永久支护；
步骤F.继续掘进巷道，重复步骤A至E至完成全巷道永久支护。
4.根据权利要求3所述的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护方法，其特征在于，所述临时托盘安装时，平面托盘的U形开口朝向掘进迎头方向，锚杆卡合在平面托盘的中心；所述临时托盘拆除时，握紧U形把手沿U形开口将临时托盘快速抽出。
5.根据权利要求3所述的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护方法，其特征在于，所述临时螺母安装时，先将橡胶垫包裹与临时托盘相邻的锚杆段，再用卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ紧扣于橡胶垫上，高强磁铁紧固卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ；所述临时螺母拆卸时直接掰开卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ，取下橡胶垫。
6.根据权利要求3述的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护方法，其特征在于，所述护顶式前探梁通过吊环挂设在顶板上，护顶装置设置在靠近掘进迎头的一侧；护顶装置和前探梁呈直角时打开开关销护顶装置伸长。 说明书 : 一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统及支护方法技术领域[0001] 本发明涉及矿井巷道支护技术领域，尤其是一种应用于易冒落顶板的煤矿巷道内顶板锚杆临时支护系统及支护方法。背景技术[0002] 随着西部矿区开采深度不断增大，矿井巷道的支护遇到的问题也增大，由于西部矿区岩层多为弱胶结软岩，浅部开采时对巷道掘进支护影响不明显，进入中‑深部以后，巷道掘进时易发生顶板冒落现象，这严重制约着巷道掘进效率。[0003] 巷道内大多采用锚杆(索)联合支护技术，锚杆与锚网及时支护是有效防控顶板冒落的有效手段之一，锚杆安设时应及时挂网，并保证锚网与顶板壁面贴紧，锚网对顶板起到一定的支护作用，防止出现顶板大范围空顶。为保证及时护顶的效果，现场多采用锚杆螺母托盘紧固网片，在巷道继续掘进后，进行网片搭接，位于搭接区域的锚杆螺母托盘卸下取出、压紧两网片搭接区域后再次紧固。由于前排锚杆位置处为两网片搭接位置，采用螺母、托盘紧固方式使网片贴紧壁面的方式，在网片搭接过程中存在螺母、托盘反复拆卸安装过程，反复拆卸对顶板造成较大影响，容易发生小块破碎顶板掉落伤人，且工艺复杂，影响巷道正常掘进；为此需要对现有的临时支护系统及支护方法做进一步的改进。发明内容[0004] 为了解决易冒落顶板区域巷道支护时反复拆卸托盘和螺母，导致挂网护顶效果不佳的技术问题，提高煤矿巷道临时支护的效率，有效并及时的实现护顶，本发明提供了一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统及支护方法，具体技术方案如下。[0005] 一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统，包括临时托盘、临时螺母和护顶式前探梁，所述临时托盘和临时螺母设置在锚网网片搭接处并安装在锚杆上，护顶式前探梁设置在掘进迎头，护顶装置压紧锚网网片紧密接触顶板从而控制顶板冒落；临时托盘包括平面托盘和U形把手，平面托盘上设置有U形开口，U形把手固定在平面托盘上U形开口侧的对边；所述临时螺母包括橡胶垫、高强磁铁、卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ，橡胶垫设置在卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ的内侧，卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ通过插接配合，高强磁铁设置在卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ的插接位置；所述护顶式前探梁包括前探梁、锁页和护顶装置，前探梁通过锁页和护顶装置相连，前探梁通过吊环固定在顶板上，锁页限定护顶装置的转动范围为0‑90°，护顶装置为弹性伸缩结构。[0006] 优选的是，临时托盘的U形开口从托盘中心至托盘边缘，U形开口的宽度等于锚杆直径，平面托盘和U形把手所在平面的钝角夹角为120‑150°。[0007] 还优选的是，临时螺母的橡胶垫内外表面均设置有螺纹，橡胶垫内表面的螺纹和锚杆配合，外表面的螺纹和卡槽配合；所述卡槽Ⅰ设置有凸起部，卡槽Ⅱ设置有凹陷部；所述高强磁铁设置在凸起部和凹陷部的位置。[0008] 还优选的是，锁页分别和前探梁、护顶装置焊接固定，所述护顶装置包括外套管、内套管、弹簧和开关销，内套管设置在外套管内，外套管内设置有弹簧，弹簧连接外套管底部和内套管的底部，开关销设置在外套管的侧壁上。[0009] 一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护方法，利用上述的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统，施工步骤包括：[0010] 步骤A.掘进巷道后，在掘进头后方巷道顶板挂设护顶式前探梁，护顶装置转动90°支撑巷道顶板，在掘进迎头侧安装锚杆；[0011] 步骤B.掘进迎头侧安装的锚杆安装临时托盘和临时螺母，形成临时支护区域；[0012] 步骤C.继续掘进巷道，拆除临时托盘和临时螺母，在临时支护区域进行锚网网片搭接；[0013] 步骤D.转动护顶装置至平行于前探梁，前移护顶式前探梁；[0014] 步骤E.护顶装置转动90°支撑顶板，通过螺母和托盘对临时支护区域进行永久支护；[0015] 步骤F.继续掘进巷道，重复步骤A至E至完成全巷道永久支护。[0016] 进一步优选的是，临时托盘安装时，平面托盘的U形开口朝向掘进迎头方向，锚杆卡合在平面托盘的中心；所述临时托盘拆除时，握紧U形把手沿U形开口将临时托盘快速抽出。[0017] 进一步优选的是，临时螺母安装时，先将橡胶垫包裹与临时托盘相邻的锚杆段，再用卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ紧扣于橡胶垫上，高强磁铁紧固卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ；所述临时螺母拆卸时直接掰开卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ，取下橡胶垫。[0018] 进一步优选的是，护顶式前探梁通过吊环挂设在顶板上，护顶装置设置在靠近掘进迎头的一侧；护顶装置和前探梁呈直角时打开开关销护顶装置伸长。[0019] 本发明的有益效果是：[0020] (1)提供了一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统，利用临时托盘和临时螺母组合实现了锚杆托盘的快速装修，结合护顶式前探梁及时护顶，改善了锚杆临时支护过程中挂网护顶的效果，避免了反复拆卸螺母和托盘的问题。[0021] (2)该系统的临时托盘通过把手拆装，从而操作更加方便，简化了施工，提高了工作效率；临时螺母通过橡胶垫防止卡槽组成的螺母掉落，增大了锚杆与临时螺母的摩擦力，高强磁铁保证了螺母的紧固作用，同时也方便了临时螺母的拆卸；护顶式前探梁的护顶装置保证了锚网网片和顶板的紧密接触，还能提供一定的支撑力，起到支撑顶板的作用。[0022] (3)提供的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护方法，考虑了易冒落顶板的特点，通过护顶式前探梁及时对掘进后的顶板进行支护，利用临时托盘和临时螺母快速固定锚杆，随后在临时支护区域搭接锚网网片时，快速且方便的拆卸临时托盘和临时锚杆；随工作面推进循环向前移近护顶式前探梁，完成锚杆螺母和托盘的安装，实现对巷道的永久支护。附图说明[0023] 图1是临时托盘结构示意图；[0024] 图2是卡槽Ⅰ结构示意图；[0025] 图3是卡槽Ⅱ结构示意图；[0026] 图4是临时螺母结构示意图；[0027] 图5是护顶式前探梁结构示意图；[0028] 图6是护顶装置的结构示意图；[0029] 图7是另一种护顶装置的结构示意图；[0030] 图8是煤矿巷道顶板锚杆临时支护结构示意图；[0031] 图9是图8的A‑A巷道截面示意图；[0032] 图10是图8的B‑B巷道截面示意图；[0033] 图中：1‑临时托盘；11‑平面托盘；12‑U形把手；2‑临时螺母；21‑橡胶垫；22‑高强磁铁；23‑卡槽Ⅰ；24‑卡槽Ⅱ；3护顶式前探梁；31‑前探梁；32‑锁页；33‑护顶装置；331‑外套管；332‑内套管；333‑弹簧；334‑开关销；335‑挡块；34‑吊环；4‑锚杆托盘；5‑锚杆螺母；6‑锚杆；7‑锚网网片。具体实施方式[0034] 结合图1至图10所示，本发明提供的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统及支护方法具体实施方式如下。[0035] 巷道掘进后，需要进行锚网网片搭接，若采用前探梁支撑，伸出前探梁后，支撑控制前部的锚网；需要将位于搭接区域的锚杆螺母和托盘卸下取出，压紧锚网网片的搭接区域后再次紧固螺母和托盘。巷道掘进方向的前排锚杆位置处为两网片搭接的位置，采用螺母、托盘紧固方式使网片贴紧壁面，在网片搭接过程中需要反复拆卸安装螺母和托盘，螺母和托盘拆装不方便，反复拆卸可能会对顶板造成较大影响，容易发生小块破碎顶板掉落。另外锚杆托盘和螺母的拆装工艺复杂，影响巷道正常掘进；如果仅采用前探梁对新敷设网片进行支撑，由于前探梁与顶板之间的空隙较大，仅能防止顶板掉落大块矸石伤人，而对顶板的控制效果较差。[0036] 一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统，具体包括临时托盘1、临时螺母2和护顶式前探梁3，临时托盘1和临时螺母2设置在锚网网片7搭接处并安装在锚杆6上，从而方便临时支护区域螺母和托盘的拆卸，另外护顶式前探梁3设置在掘进迎头，护顶装置压紧锚网网片紧密接触顶板从而控制顶板冒落；利用了临时托盘和临时螺母组合实现了锚杆托盘的快速装修，结合护顶式前探梁及时护顶，改善了锚杆临时支护过程中挂网护顶的效果。[0037] 其中，临时托盘1包括平面托盘11和U形把手12，平面托盘11和U形把手12的制作材料与普通的托盘材料相同，选用钢材料；平面托盘11的尺寸也与选用的矿井锚杆托盘尺寸相同，从而方便制作。平面托盘11上设置有U形开口，U形把手12固定在平面托盘11上U形开口侧的对边，U形把手12可以焊接固定在平面托盘上。临时托盘1的U形开口从托盘中心至托盘边缘，U形开口的宽度等于锚杆直径方便安装固定和拆卸；平面托盘11和U形把手12所在平面的钝角夹角为120‑150°，便于临时托盘的拆卸。[0038] 临时螺母2包括橡胶垫21、高强磁铁22、卡槽Ⅰ23和卡槽Ⅱ24，卡槽包括卡槽Ⅰ23和卡槽Ⅱ24，卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ组合后的形状与六角锚杆螺母5相同。其橡胶垫21设置在卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ的内侧，与卡槽的弧面槽相配合，卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ通过插接配合，插接属于结构体中构件之间的连接方式之一，属于刚连接。高强磁铁22设置在卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ的插接位置，具体是卡槽Ⅰ设置有凸起部，卡槽Ⅱ设置有凹陷部；高强磁铁22设置在凸起部和凹陷部的位置，凸起部和凹陷部对接面上开设安装槽用于安装高强磁铁，高强磁体22提供强吸引力，由于锚杆螺母实际安装后只是受到沿锚杆轴向的力而不会受到径向掰开螺母的力，所以该形式的结构能够保证安装安全。临时螺母的橡胶垫内外表面均设置有螺纹，橡胶垫内表面的螺纹和锚杆配合，外表面的螺纹和卡槽配合，该结构能够为临时螺母提供较大的摩擦力。[0039] 护顶式前探梁3包括前探梁31、锁页32和护顶装置33，锁页32分别和前探梁31、护顶装置33焊接固定，前探梁通过锁页和护顶装置相连，前探梁通过吊环固定在顶板上，锁页32限定护顶装置的转动范围为0‑90°，并且护顶装置可以在0°和90°的位置固定，其护顶装置33为弹性伸缩结构。护顶装置33可以是如图6所示，包括外套管331、内套管332、弹簧333和开关销334，内套管332设置在外套管331内，外套管331内设置有弹簧333，弹簧333连接外套管331底部和内套管332的底部，开关销334设置在外套管的侧壁上。[0040] 护顶装置33还可以是如图7所示，包括外套管331、内套管332、弹簧333和挡块335，外套管内设置有弹簧333，弹簧333连接外套管331底部和内套管332的底部，外套管331上设置有一段螺纹，压缩外套管后转动拧紧螺纹，护顶装置收缩，伸缩方向上在内套管上还设置有挡块335，挡块335位置确定护顶装置的最大伸缩长度，拧开螺纹后护顶装置33伸长；此外护顶装置33还可以使用其它弹性伸缩杆的结构。[0041] 一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护方法，主要是应用于弱胶结软岩巷道内，以及顶板容易冒落的情况下，利用了上述的一种煤矿巷道顶板锚杆临时支护系统，具体的施工步骤包括：[0042] 步骤A.掘进巷道后，在掘进头后方巷道顶板挂设护顶式前探梁，护顶装置转动90°支撑巷道顶板，在掘进迎头一侧安装锚杆。[0043] 步骤B.掘进迎头侧安装的锚杆安装临时托盘和临时螺母，形成临时支护区域。[0044] 步骤C.继续掘进巷道，拆除临时托盘和临时螺母，在临时支护区域进行锚网网片搭接。[0045] 步骤D.转动护顶装置至护顶装置平行于前探梁，前移护顶式前探梁。[0046] 步骤E.护顶装置转动90°支撑顶板，在护顶式前探梁的后方，通过螺母和托盘对临时支护区域进行永久支护。[0047] 步骤F.继续掘进巷道，重复步骤A至E至完成全巷道永久支护。[0048] 在上述的方法中：临时托盘安装时，平面托盘的U形开口朝向掘进迎头方向，锚杆卡合在平面托盘的中心；临时托盘拆除时，握紧U形把手沿U形开口将临时托盘快速抽出。临时螺母安装时，先将橡胶垫包裹与临时托盘相邻的锚杆段，再用卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ紧扣于橡胶垫上，高强磁铁紧固卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ；临时螺母拆卸时直接掰开卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ，取下橡胶垫。护顶式前探梁通过吊环挂设在顶板上，护顶装置设置在靠近掘进迎头的一侧；护顶装置和前探梁呈直角时打开开关销护顶装置伸长。[0049] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

专利地区：内蒙古

专利申请日期：2019-12-24

专利公开日期：2024-05-24

专利公告号：CN110939475B