一种用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法技术

一种用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法是将所用钢筋砼支柱设计加工成不同规格标准的若干预制件，包括底座、过渡段、主承载段和主承载接顶段，其中主承载段由若干节组成，相邻两节标准预制件之间通过埋设其中的钢质子母套管相插结。本发明专利技术克服了矿井巷道现场浇注支柱在养护阶段被压垮以及地面整体浇注成的支柱重量大难于搬运支设等不足，在确保支柱具有足够承载强度的基础上，综合考虑支柱对巷道高度、围岩压力及围岩强度的适应性，化整为零，分节预制，使其具有强度高、便于装卸、运输与支设等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法
本专利技术涉及一种矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法，尤其是将所用钢筋砼支柱设计加工成不同规格标准的若干预制件，包括底座、过渡段、主承载段和主承载接顶段，其中主承载段由若干节组成，相邻两节标准预制件之间通过埋设其中的钢质子母套管插结的一种用于矿井巷道高度、围岩压力及围岩强度变化具有较强适应性的钢筋砼支柱的制作方法。
技术介绍
在现有矿井巷道的支护过程中，需要高强度、低成本、不回收的支护构筑物来控制巷道围岩变形及破坏，钢筋砼支柱恰好具备这些特性。现有矿井巷道所用钢筋混凝土支柱的制作方法有两种：一种是现场整体浇注，这种方法只需要浇注模具和钢筋混凝土材料即可完成，但该方法存在诸多弊端，一是由于矿井巷道内空间狭小，现场浇注工作较为困难；二是浇注制成的支柱初期强度低，由于高应力巷道围岩变形速度快，在支柱干燥养护过程中即被压垮而丧失支护功能；三是现场浇注支柱的横截面一般是按照顶板的压力确定的，常因支柱横截面积不足，在围岩压力作用下插入松软底板岩层而失去支护作用，若采取加大支柱横截面积的方法解决这一问题，会导致制作成本增加；四是浇注模具对巷道高度变化适应性较差，支柱接顶效果不佳。另一种方法是地面整体浇注法，该方法的制作空间广阔，支柱养护干燥充分，承载能力强，但最严重的不足在于重量大，给支柱的装卸、运输及井下支设造成了极大的困难，在一些环境中是难以克服的，工人劳动强度大，支设工期长，严重影响了矿井采掘的正常进程。在公开报道的现有技术中，还未能查询到有关矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法，迫切需要设计一种新的钢筋砼支柱并加以制作来满足矿井高应力软岩巷道支护中广泛应用的高强度钢筋砼支柱的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对具体矿井巷道的高度、围岩压力及围岩强度，提供一种适应性较强的用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的。一种用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法，其所述制作方法是按下列步骤进行的：（一）根据巷道设计净断面高度X，确定出用于矿井巷道钢筋砼支柱的总装高度Y，使支柱的总装高度Y等于巷道设计净断面高度X；（二）所述总装高度Y是由一支柱底座[1]、一支柱过渡段[2]、若干节支柱主承载段[3]和一支柱主承载接顶段[4]构成；（三）根据普氏冒落拱理论计算出每棵支柱需承受的顶板载荷：式中：L为巷道跨度，单位m；M为巷道高度，单位m；φ为顶板岩层内摩擦角，单位度；f为巷道顶板岩层的坚固性系数；b为在巷道中布置时相邻两柱中心距，单位m，一般小于4m；γ为顶板岩层的容重，单位kN/m3；λ为支柱强度设计安全系数，一般取3～4；（四）选定钢筋砼支柱加工所需混凝土标号和钢筋配比参数，根据上述步骤（三）所得钢筋砼支柱承受载荷，由钢筋砼支柱强度验算公式反算钢筋砼支柱的支柱主承载段[3]及支柱主承载接顶段[4]的支柱横截面核心区直径dcor；式中：N为支柱承受荷载，单位N；fc为混凝土轴心抗压强度设计值，N/mm2；dcor为支柱横截面核心区直径，单位mm；纵筋抗压强度设计值，单位N/mm2；fy纵筋抗拉强度设计值，单位N/mm2；为纵筋总面积，单位mm2；为箍筋横截面面积，单位mm2；S为箍筋间距，单位mm；（五）由上述步骤（四）所得支柱主承载段[3]及支柱主承载接顶段[4]的支柱核心区直径dcor，计算出支柱主承载段[3]及支柱主承载接顶段[4]的支柱直径D：式中：a为支柱保护外皮厚度，一般取25mm～30mm；（六）根据巷道底板岩层比压与上述步骤（三）中所得钢筋砼支柱承受载荷计算出支柱底座[1]的直径dC：式中：dC为支柱底座直径，单位mm2；Q为支柱载荷，单位N；qc为巷道底板比压，单位MPa；（七）当上述步骤（六）计算所得支柱底座[1]横截面直径与上述步骤（五）计算所得支柱主承载段[3]横截面直径差值不小于200mm时，在支柱底座[1]与支柱主承载段[3]之间设置支柱过渡段[2]，支柱过渡段[2]的支柱直径dG：；（八）钢筋砼支柱制作时，在支柱底座[1]、支柱过渡段[2]和支柱主承载段[3]上截面中心位置埋设长为55mm的钢管作为母管[5]，在过渡段[2]、主承载段[3]和主承载接顶段[4]下截面中心位置埋设一长度为150mm的钢管作为子管[6]，子套管外露长度50mm，埋入混凝土内长度100mm；所述母管内径与子管外径差值不大于4mm；钢质子母套管壁厚不小于3mm；（九）将预制的支柱底座[1]、支柱过渡段[2]、支柱主承载段[3]和支柱主承载接顶段[4]运送到矿井巷道中，根据设计布设，由支柱底座[1]、支柱过渡段[2]、支柱主承载段[3]和支柱主承载接顶段[4]依次插接安装，构成整体矿井巷道钢筋砼支柱。在上述技术方案中进一步的附加技术特征如下。所述支柱底座的高是200～250mm；所述支柱过渡段的高是200～250mm；所述支柱主承载段的高是300～350mm；所述支柱主承载接顶段的高是100mm、150mm或是200mm。所述支柱主承载段分节预制的重量≤80kg。所述钢筋砼支柱的横截面是圆形、矩形和方形中的一种。所述支柱底座的横截面直径与所述支柱过渡段的横截面直径之比≤3:2。所述支柱过渡段的横截面直径与所述支柱主承载段的横截面直径之比≤3:2。所述支柱主承载段的横截面直径与所述支柱主承载接顶段的横截面直径之比是1:1。所述支柱底座与所述支柱主承载段的直径差≤200mm时，不设支柱过渡段。所述支柱总装高度Y与支柱主承载段的直径之比≤12:1。所述支柱底座（1）、支柱过渡段（2）、支柱主承载段（3）和支柱主承载接顶段（4）预制件的保护外皮厚度均取25mm～30mm。实现上述本专利技术所提供的一种用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法，是对具体矿井巷道的高度、围岩压力及围岩强度，设计的一种适应性较强的用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法，与现有制作支柱的方法相比，其优点与积极效果集中体现如下。本方法制作的支柱突破了传统的钢混支柱整体浇注的结构模式，克服了矿井巷道现场浇注支柱在养护阶段被压垮以及地面整体浇注成的支柱重量大难于搬运支设等不足，在确保支柱具有足够承载强度的基础上，综合考虑支柱对巷道高度、围岩压力及围岩强度的适应性，化整为零，分节预制，使其具有强度高、便于装卸、运输与支设等积极优点。本方法制作的支柱底座是根据底板比压设计制作，避免了由于支柱断面小而发生的插底现象；并采用支柱分节之间的钢质子母套管，不仅在组装时具有中心定位的作用，而且在应用上使支柱具备了一定的防侧推抗弯能力，进一步提高了支柱的稳定性。附图说明图1是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的整体结构图。图2是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的巷道支护结构效果图。图3是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的底座钢筋配置主视结构图。图4是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的底座钢筋配置俯视结构图。图5是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的过渡段钢筋配置主视结构图。图6是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的过渡段钢筋配置俯视结构图。图7是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的主承载段钢筋配置主视结构图。图8是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的主承载段钢筋配置俯视结构图。图9是本方法制作的用于矿井巷道钢筋砼支柱的主承载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法，其所述制作方法是按下列步骤进行的：（一）根据巷道设计净断面高度X，确定出用于矿井巷道钢筋砼支柱的总装高度Y，使支柱的总装高度Y等于巷道设计净断面高度X；（二）所述总装高度Y是由一支柱底座[1]、一支柱过渡段[2]、若干节支柱主承载段[3]和一支柱主承载接顶段[4]构成；（三）根据普氏冒落拱理论计算出每棵支柱需承受的顶板载荷：式中：L为巷道跨度，单位m；M为巷道高度，单位m；φ为顶板岩层内摩擦角，单位度； f为巷道顶板岩层的坚固性系数；b为在巷道中布置时相邻两柱中心距，单位m，一般小于4m；γ为顶板岩层的容重，单位kN/m3；λ为支柱强度设计安全系数，一般取3～4；（四）选定钢筋砼支柱加工所需混凝土标号和钢筋配比参数，根据上述步骤（三）所得钢筋砼支柱承受载荷，由钢筋砼支柱强度验算公式反算钢筋砼支柱的支柱主承载段[3]及支柱主承载接顶段[4]的支柱横截面核心区直径dcor；式中：N为支柱承受荷载，单位N；fc为混凝土轴心抗压强度设计值，N/mm2；dcor为支柱横截面核心区直径，单位mm；纵筋抗压强度设计值，单位N/mm2；fy纵筋抗拉强度设计值，单位N/mm2；为纵筋总面积，单位mm2；为箍筋横截面面积，单位mm2；S为箍筋间距，单位mm；（五）由上述步骤（四）所得支柱主承载段[3]及支柱主承载接顶段[4]的支柱核心区直径dcor，计算出支柱主承载段[3]及支柱主承载接顶段[4]的支柱直径D：式中：a为支柱保护外皮厚度，一般取25mm～30mm；（六）根据巷道底板岩层比压与上述步骤（三）中所得钢筋砼支柱承受载荷计算出支柱底座[1]的直径dC：式中：dC为支柱底座直径，单位mm2；Q为支柱载荷，单位N；qc为巷道底板比压，单位MPa；（七）当上述步骤（六）计算所得支柱底座[1]横截面直径与上述步骤（五）计算所得支柱主承载段[3]横截面直径差值不小于200mm时，在支柱底座[1]与支柱主承载段[3]之间设置支柱过渡段[2]，支柱过渡段[2]的支柱直径dG：；（八）钢筋砼支柱制作时，在支柱底座[1]、支柱过渡段[2]和支柱主承载段[3]上截面中心位置埋设长为55mm的钢管作为母管[5]，在过渡段[2]、主承载段[3]和主承载接顶段[4]下截面中心位置埋设一长度为150mm的钢管作为子管[6]，子套管外露长度50mm，埋入混凝土内长度100mm；所述母管内径与子管外径差值不大于4mm；钢质子母套管壁厚不小于3mm；（九）将预制的支柱底座[1]、支柱过渡段[2]、支柱主承载段[3]和支柱主承载接顶段[4]运送到矿井巷道中，根据设计布设，由支柱底座[1]、支柱过渡段[2]、支柱主承载段[3]和支柱主承载接顶段[4]依次插接安装，构成整体矿井巷道钢筋砼支柱。...

【技术特征摘要】
1.一种用于矿井巷道钢筋砼支柱的制作方法，所述制作方法是按下列步骤进行的：（一）根据巷道设计净断面高度X，确定出用于矿井巷道钢筋砼支柱的总装高度Y，使支柱的总装高度Y等于巷道设计净断面高度X；（二）所述总装高度Y是由一支柱底座（1）、一支柱过渡段（2）、若干节支柱主承载段（3）和一支柱主承载接顶段（4）构成；（三）根据普氏冒落拱理论计算出每棵支柱需承受的顶板载荷：式中：L为巷道跨度，单位m；M为巷道高度，单位m；φ为顶板岩层内摩擦角，单位度；f为巷道顶板岩层的坚固性系数；b为在巷道中布置时相邻两柱中心距，单位m，小于4m；γ为顶板岩层的容重，单位kN/m3；λ为支柱强度设计安全系数，取3～4；（四）选定钢筋砼支柱加工所需混凝土标号和钢筋配比参数，根据上述步骤（三）所得钢筋砼支柱承受载荷，由钢筋砼支柱强度验算公式反算钢筋砼支柱的支柱主承载段（3）及支柱主承载接顶段（4）的支柱横截面核心区直径dcor；式中：N为支柱承受荷载，单位N；fc为混凝土轴心抗压强度设计值，N/mm2；dcor为支柱横截面核心区直径，单位mm；纵筋抗压强度设计值，单位N/mm2；fy纵筋抗拉强度设计值，单位N/mm2；为纵筋总面积，单位mm2；为箍筋横截面面积，单位mm2；S为箍筋间距，单位mm；（五）由上述步骤（四）所得支柱主承载段（3）及支柱主承载接顶段（4）的支柱横截面核心区直径dcor，计算出支柱主承载段（3）及支柱主承载接顶段（4）的支柱直径D：式中：a为支柱保护外皮厚度，取25mm～30mm；（六）根据巷道底板岩层比压与上述步骤（三）中所得钢筋砼支柱承受载荷计算出支柱底座（1）的直径dC：式中：dC为支柱底座直径，单位mm2；Q为支柱载荷，单位N；qc为巷道底板比压，单位MPa；（七）当上述步骤（六）计算所得支柱底座（1）直径与上述步骤（五）计算所得支柱主承载段（3）直径差值不小于200mm时，在支柱底座（1）与支柱主承载段（3）之间设置支柱过渡段（2），支柱过渡段（2）的支柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，郝兵元，姚建新，魏红，乔永凤，
申请(专利权)人：山西工程技术学院，
类型：发明
国别省市：山西;14