【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿山巷道支护，具体涉及一种深井巷道梯级锚固支护系统及其使用方法。
技术介绍
1、预应力锚索加固已经成为提高岩土工程稳定性、解决复杂岩土工程问题最经济最有效的方法之一，我国自20世纪60年代将锚索锚固技术引入煤矿井巷工程领域，锚索在煤矿巷道中得到了普遍推广。近年来，随着开采强度的不断增大，深部高地应力巷道、特大断面巷道、受强烈采动影响巷道、沿空留巷等复杂困难条件巷道支护比重不断增大，并向常态化发展。部分矿井已进入深部开采，支护困难的巷道比例骤增，由此导致的锚索失效问题日趋严重。
2、申请号为2013100897351专利文件公开了一种巷道软弱顶板锚固梁-拱组合结构支护系统及支护方法，支护系统包括若干锚杆，在巷道顶板以等长、等间距、垂直岩面方式布置，形成锚固组合梁结构，另一部分锚杆在巷道顶板以不等长、等间距、变倾角方式布置，形成锚固组合拱结构，巷道顶板开挖形成的冒落拱结构、组合梁结构与组合拱结构相互耦合，该矩形断面巷道软弱顶板锚固梁-拱组合结构支护系统，支护成本较低，针对矩形断面巷道软弱顶板支护效果良好。但该专利中支护系统为采用单体锚索，仅靠该单根锚索难以阻止顶板岩层的水平位移，从而导致在巷道顶板发生较大变形时，容易受到岩层水平移动变形的软剪切作用，被各个击破，从而发生锚索的破断或内锚失效等严重问题。申请号为2013105430942的专利文件公开了一种薄壁金属结构与巷道锚固围岩耦合作用的防冲支护结构，设置刚性支护体和薄壁金属构件与钢性支护体固定连接抑制锚固区的变形和移动，抑制冲击发生时内部岩体积聚能量的大
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有锚固支护采用单体锚固难以阻止顶板岩层的水平位移，容易受到岩层水平移动变形的软剪切作用，被各个击破，从而发生锚索的破断或内锚失效等严重问题，提供了一种深井巷道梯级锚固支护系统，将多根锚索布置在同一个高强度外锚构件上，并采用不同长度的锚索与其他锚索实现梯级固锚固，避免内锚段在同一岩层层位发生应力集中，同时利用其中的一根中空注浆锚索实现对锚索束中所有锚索实现全长锚固，从而避免锚索被各个击破发生的破断。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种深井巷道梯级锚固支护系统，包括外锚构件，所述外锚构件包括外锚支撑面和托体结构，每个所述外锚构件至少包括三个托体结构，所述托体结构包括向外凸起的半球形支撑主体和位于半球形支撑主体中心的通孔，通过通孔设置对应数量的锚固组件。
3、具体的，外锚构件为一体成型结构，所述外锚支撑面为平面或与巷道顶板匹配的弧面，所述外锚支撑面铺平时的整体结构为正方形、长方形、圆形、三角形或其他形状。
4、具体的，每个所述外锚构件包括3-5个托体结构，为了保证锚固强度，保持至少3个的托体结构，提高单位面积上锚索数量，能抵抗围岩水平变形，如果锚索数量过多会增加安装难度，同时增加设计复杂度。
5、具体的，每个所述外锚构件上托体结构的中心点连线至少能组成一个三角形，能够提高在单位面积的锚固强度；所述锚固组件包括锚索以及与其匹配的锚索锁具，所述锚索锁具包括卡紧器和夹片，所示卡紧器一端设有球头结构，球头结构能以不同的角度与通孔契合，使锚索能以不同角度进行锚固。
6、具体的，所述外锚支撑面的厚度为10-20mm，所述通孔的内径为38-50mm，同一个外锚构件上的通孔可以根据需要设置不同的尺寸，如果有多个不同尺寸的通孔，靠近外锚支撑面中心位置设置大孔径通孔。
7、一种所述深井巷道梯级锚固支护系统的使用方法，包括以下内容：每个所述外锚构件对应的锚索至少有三种长度规格、至少有三种布置角度；具体的，如果设置3根锚索，则3根锚索的长度分别为6m、7m、8m，以巷道进深方向为轴向，巷道断面垂直于轴向，其中8m的锚索垂直于巷道表面，6m和7m的锚索相对于8m的锚索分别在垂直于轴向的断面上向两边倾斜10°-30°。
8、具体的，其特征在于，所述锚固组件中的锚索包含中空注浆锚索，在施工时对所有锚索进行全长锚固，进一步提高抗剪切能力。
9、具体的，所述锚固支护系统使用时选择合适规格的外锚构件，使外锚支撑面与巷道表面贴合，此处贴合为基本贴合即可，主要为保证安装稳定性；所述锚索长度不小于6m。
10、在施工前，根据矿床赋存条件和开采技术条件，合理布置巷道，确定巷道断面的形状、尺寸和支护方式，在开采深度大于800m的巷道内使用梯级锚固支护系统，梯级锚固支护系统的布置密度随开采深度增加而增加。
11、本专利技术相比现有技术具有以下优点：
12、（1）通过在一组外锚构件上设置不同长度的锚索，与其他常规锚索实现梯级锚固，避免内锚段在同一岩层层位发生应力集中；
13、（2）3-5根锚索集中布置，提高单位面积上锚索数量，共同抵抗围岩水平变形，避免锚索各个击破；
14、（3）利用布置的高强度中空注浆锚索实现对锚索束中所有锚索的全长锚固，进一步提高抗剪切能力；
15、（4）通过合理设置锚索锁具结构，使其与外锚构件有效配合，提高支护刚度，避免外锚构件刚度不足导致的锚索孔口剪切破坏；
16、（5）通过提高外锚构件强度及加长锚索的设置，从而构建巷道浅部破坏围岩与深部稳定岩性的力学联系；
17、（6）整体外锚构件为一体成型结构，具有较强的结构稳定性，容易加工推广，生产成本低；施工过程简单，有效提高深井巷道支护效果。
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1.一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，包括外锚构件，所述外锚构件包括外锚支撑面和托体结构，每个所述外锚构件至少包括三个托体结构，所述托体结构包括向外凸起的半球形支撑主体和位于半球形支撑主体中心的通孔，通过通孔设置对应数量的锚固组件。
2.如权利要求1所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，所述外锚支撑面为平面或与巷道顶板匹配的弧面。
3.如权利要求2所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，每个所述外锚构件包括3-5个托体结构。
4.如权利要求1-3中任一项所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，每个所述外锚构件上托体结构的中心点连线至少能组成一个三角形。
5.如权利要求1所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，所述锚固组件包括锚索以及与其匹配的锚索锁具，所述锚索锁具包括卡紧器和夹片，所示卡紧器一端设有球头结构。
6.如权利要求1所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，所述外锚支撑面的厚度为10-20mm，所述通孔的内径为38-50mm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述
8.如权利要求7所述一种深井巷道梯级锚固支护系统的使用方法，其特征在于，所述锚固组件中的锚索包含中空注浆锚索，在施工时对所有锚索进行全长锚固。
9.如权利要求7所述一种深井巷道梯级锚固支护系统的使用方法，其特征在于，所述锚固支护系统使用时选择合适规格的外锚构件，使外锚支撑面与巷道表面贴合。
10.如权利要求7所述一种深井巷道梯级锚固支护系统的使用方法，其特征在于，所述锚索长度不小于6m。
...【技术特征摘要】
1.一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，包括外锚构件，所述外锚构件包括外锚支撑面和托体结构，每个所述外锚构件至少包括三个托体结构，所述托体结构包括向外凸起的半球形支撑主体和位于半球形支撑主体中心的通孔，通过通孔设置对应数量的锚固组件。
2.如权利要求1所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，所述外锚支撑面为平面或与巷道顶板匹配的弧面。
3.如权利要求2所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，每个所述外锚构件包括3-5个托体结构。
4.如权利要求1-3中任一项所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，每个所述外锚构件上托体结构的中心点连线至少能组成一个三角形。
5.如权利要求1所述一种深井巷道梯级锚固支护系统，其特征在于，所述锚固组件包括锚索以及与其匹配的锚索锁具，所述锚索锁具包括卡紧器和夹片，所示...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘结高，杨永刚，张九洲，王庆牛，刘飞，李世辉，王福海，范雪峰，胡伟，李圆鸿，陈康，潘明胜，谢忠领，王威，王波，余大军，
申请(专利权)人：淮南矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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