煤矿井下开拓巷道掘进支护装置
技术领域
本实用新型属于巷道支护技术领域，具体涉及一种煤矿井下开拓巷道掘进支护装置。
背景技术
太原组(Taiyuan Fm)曾称太原系。时代属晚石炭世逍遥期至早二叠世早期。分布于华北及东北南部等地区。太原组的浅埋煤层厚度变化在2.4-5.5m，平均厚度4.26m，距地表60-110m左右。煤层结构简单-较简单，含0-3层夹矸，为赋存区稳定可采煤层。底板为泥岩，直接顶结构复杂，大部分为K2灰岩，但K2灰岩较破碎，部分区域受“河流冲蚀”地质构造影响，煤层和顶板缺失，缺失区域实际为黄泥层。黄泥层中大部分夹裹碎石，厚度为6-8m，黄泥层遇水易泥化，并带有膨胀性，因黄泥自身强度较低，易发生显著变形。
对于煤层埋深较浅，巷道如在煤层中掘进，矿压现象不明显，因此巷道成型较好。如巷道在黄泥层中掘进，且有淋水现象，则巷道支护存在较大难度，巷道上、下部和左、右帮矿压显现明显，易发生巷道变形和底鼓等现象。巷道维修量大，尤其是底板。
大部分矿井均采用锚矸+锚索+金属网的主动支护方式，但在黄泥沙此种地质条件下无法实现。采用拱形支护方式可以使巷道矿压延拱形钢棚传递到底板上，从而保障巷道顶部支护，但由于顶部矿压传递到底板，导致底板极易底鼓。底板维修量较大。如矿压较大处，拱形钢棚的棚腿易向巷道内侧变形，影响支护效果。另外因黄泥层较密实，同时注浆料与黄泥离层现象较大，因此注浆加固效果较差。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便于安装、支护效果好、安全可靠性强的煤矿井下开拓巷道掘进支护装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：煤矿井下开拓巷道掘进支护装置，包括左竖向钢棚、右竖向钢棚、顶拱形钢棚和反拱底梁，顶拱形钢棚的中部向上凸，反拱底梁的中部向下凸，顶拱形钢棚的左端和右端分别与左竖向钢棚上端和右竖向钢棚上端连接，反拱底梁的左端和右端分别与左竖向钢棚下端右侧和右竖向钢棚的下端左侧接触，左竖向钢棚、右竖向钢棚和顶拱形钢棚的外部均喷有砂浆层，反拱底梁的外部浇筑有混凝土形成底板。
左竖向钢棚、右竖向钢棚和顶拱形钢棚均包括沿巷道走向间隔布置的若干根矿用工字钢梁以及与巷道走向一致的若干根支撑纵梁，顶拱形钢棚的矿用工字钢梁折弯为半圆形结构，左竖向钢棚和右竖向钢棚的矿用工字钢梁上端均通过法兰螺栓连接组件与顶拱形钢棚的矿用工字钢梁左端和右端固定连接，支撑纵梁为槽钢和/或方木，支撑纵梁均设置在矿用工字钢梁的外侧。
反拱底梁也采用矿用工字钢梁折弯而成弧形结构，反拱底梁沿巷道走向间隔均匀布置，该弧形结构的弧心角小于90°，左竖向钢棚的矿用工字钢梁下端右侧和右竖向钢棚的矿用工字钢梁左侧均固定设有限位纵梁，限位纵梁与支撑纵梁平行，反拱底梁左右两端上部与限位纵梁接触。
顶拱形钢棚的矿用工字钢梁前侧的中部、左下部和右下部均分别设有第一连接环、第二连接环和第三连接环，左竖向钢棚的矿用工字钢梁前侧的上部设有第四连接环，右竖向钢棚的矿用工字钢梁前侧的上部设有第五连接环，第二连接环和第三连接环的高度相同，第四连接环和第五连接环的高度相同，第一连接环与第二连接环之间通过第一斜撑杆连接，第一连接环与第三连接环之间通过第二斜撑杆连接，第二连接环与第四连接环之间通过第三斜撑杆连接，第三连接环与第五连接环之间通过第四斜撑杆连接。
左竖向钢棚和右竖向钢棚的矿用工字钢梁的下端均固定设有一块水平设置的支撑板。
采用上述技术方案， 由于巷道部分区域会出现顶板破碎，同时部分区域会揭露黄泥层，因此支护方式的选择需要考虑方面较多，在开拓巷道中，因不涉及对回采工作的影响，同时服务时间较长，因此采用左竖向钢棚、右竖向钢棚和顶拱形钢棚+喷浆+反拱底梁铺地即可完全能够满足要求。反拱底梁可有效使底鼓所产生的矿压传递到巷道帮部，并与巷道帮部矿压相互作用，同时也减少了两帮部所受矿压。
反拱底梁的外部浇筑有混凝土，这样可使反拱底梁与混凝土形成整体结构，进一步提高防底鼓的效果。若干根均匀间隔设置的矿用工字钢梁和若干根支撑纵梁形成钢棚（左竖向钢棚、右竖向钢棚和顶拱形钢棚），形成纵横交错的支护结构，且留有间隙，便于喷射砂浆且可使砂浆层更加稳固。左竖向钢棚和右竖向钢棚用于支护巷道两帮部，顶拱形钢棚用于支护巷道顶板。
限位纵梁起到限定反拱底梁向上移动的作用，起到增强反拱底梁防底鼓的效果。同时限位纵梁与反拱底梁的顶压配合，也起到对巷道顶板良好的支撑作用。
第一斜撑杆、第二斜撑杆、第三斜撑杆和第四斜撑杆均起到进一步提高顶拱形钢棚支撑强度的作用，第三斜撑杆和第四斜撑杆同时也起到增强顶拱形钢棚分别与左竖向钢棚和右竖向钢棚连接强度的作用。第一斜撑杆、第二斜撑杆、第三斜撑杆和第四斜撑杆的两端均被喷在砂浆层内，确保支撑的稳定性。
支撑板的设置，增加竖向设置的矿用工字钢梁下端支撑面积，进一步提高对巷道顶板的支撑强度。
综上所述，本实用新型结构紧凑、便于安装和施工，支护强度高、效果好，并且可避免底鼓情况的产生，特别适用于巷道穿过黄泥层的地质结构。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的煤矿井下开拓巷道掘进支护装置，包括左竖向钢棚4、右竖向钢棚5、顶拱形钢棚6和反拱底梁1，顶拱形钢棚6的中部向上凸，反拱底梁1的中部向下凸，顶拱形钢棚6的左端和右端分别与左竖向钢棚4上端和右竖向钢棚5上端连接，反拱底梁1的左端和右端分别与左竖向钢棚4下端右侧和右竖向钢棚5的下端左侧接触，左竖向钢棚4、右竖向钢棚5和顶拱形钢棚6的外部均喷有砂浆层2，反拱底梁1的外部浇筑有混凝土3形成底板。
左竖向钢棚4、右竖向钢棚5和顶拱形钢棚6均包括沿巷道走向间隔布置的若干根矿用工字钢梁以及与巷道走向一致的若干根支撑纵梁8，顶拱形钢棚6的矿用工字钢梁折弯为半圆形结构，左竖向钢棚4和右竖向钢棚5的矿用工字钢梁上端均通过法兰螺栓连接组件7与顶拱形钢棚6的矿用工字钢梁左端和右端固定连接，支撑纵梁8为槽钢和/或方木，支撑纵梁8均设置在矿用工字钢梁的外侧。
反拱底梁1也采用矿用工字钢梁折弯而成弧形结构，反拱底梁1沿巷道走向间隔均匀布置，该弧形结构的弧心角小于90°，左竖向钢棚4的矿用工字钢梁下端右侧和右竖向钢棚5的矿用工字钢梁左侧均固定设有限位纵梁9，限位纵梁9与支撑纵梁8平行，反拱底梁1左右两端上部与限位纵梁9接触。
顶拱形钢棚6的矿用工字钢梁前侧的中部、左下部和右下部均分别设有第一连接环10、第二连接环11和第三连接环12，左竖向钢棚4的矿用工字钢梁前侧的上部设有第四连接环13，右竖向钢棚5的矿用工字钢梁前侧的上部设有第五连接环14，第二连接环11和第三连接环12的高度相同，第四连接环13和第五连接环14的高度相同，第一连接环10与第二连接环11之间通过第一斜撑杆15连接，第一连接环10与第三连接环12之间通过第二斜撑杆16连接，第二连接环11与第四连接环13之间通过第三斜撑杆17连接，第三连接环12与第五连接环14之间通过第四斜撑杆18连接。
左竖向钢棚4和右竖向钢棚5的矿用工字钢梁的下端均固定设有一块水平设置的支撑板19。
由于巷道部分区域会出现顶板破碎，同时部分区域会揭露黄泥层，因此支护方式的选择需要考虑方面较多，在开拓巷道中，因不涉及对回采工作的影响，同时服务时间较长，因此采用左竖向钢棚4、右竖向钢棚5和顶拱形钢棚6+喷浆+反拱底梁1铺地即可完全能够满足要求。反拱底梁1可有效使底鼓所产生的矿压传递到巷道帮部，并与巷道帮部矿压相互作用，同时也减少了两帮部所受矿压。
反拱底梁1的外部浇筑有混凝土3，这样可使反拱底梁1与混凝土3形成整体结构，进一步提高防底鼓的效果。若干根均匀间隔设置的矿用工字钢梁和若干根支撑纵梁8形成钢棚（左竖向钢棚4、右竖向钢棚5和顶拱形钢棚6），形成纵横交错的支护结构，且留有间隙，便于喷射砂浆且可使砂浆层2更加稳固。左竖向钢棚4和右竖向钢棚5用于支护巷道两帮部，顶拱形钢棚6用于支护巷道顶板。
限位纵梁9起到限定反拱底梁1向上移动的作用，起到增强反拱底梁1防底鼓的效果。同时限位纵梁9与反拱底梁1的顶压配合，也起到对巷道顶板良好的支撑作用。
第一斜撑杆15、第二斜撑杆16、第三斜撑杆17和第四斜撑杆18均起到进一步提高顶拱形钢棚6支撑强度的作用，第三斜撑杆17和第四斜撑杆18同时也起到增强顶拱形钢棚6分别与左竖向钢棚4和右竖向钢棚5连接强度的作用。第一斜撑杆15、第二斜撑杆16、第三斜撑杆17和第四斜撑杆18的两端均被喷在砂浆层2内，确保支撑的稳定性。
支撑板19的设置，增加竖向设置的矿用工字钢梁下端支撑面积，进一步提高对巷道顶板的支撑强度。
本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
