一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺及设备
阅读说明：本技术 一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺及设备 (Soft surrounding rock roadway maintenance process and equipment suitable for high rock burst ) 是由 李明远 郑庆学 胡长岭 张景玉 王满 张建国 曹淑良 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明所述的一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺及设备,通过软围岩的巷道维护工艺减少强韧封层承受的应力,避免深部岩体的应力全部堆积在浅表岩体,将传递向浅表岩体的应力分走部分,使强韧封层对巷道起到更长时间的保护,由于强韧封层中混凝土的强度远大于泄压腔,使岩体深处的应力大部分被传递到泄压腔,减少了强韧封层承受的压力,使巷道不易变形,通过设置的抓取机构可将泄压腔内不同规格的矸石取出,不会造成炮眼堵塞,当抓取的矸石的重量超过电动滑台的承重,电磁铁通电,产生的磁场与磁铁块的磁场相斥,使圆形击块快速弹出,圆形击块将抓取的矸石击碎落回泄压腔,通过复位弹簧使磁铁块和圆形击块复位,磁铁块与电磁铁吸附固定。(The invention relates to a soft surrounding rock roadway maintenance process and equipment suitable for high rock burst, which reduce the stress borne by a tough seal layer through the roadway maintenance process of soft surrounding rock, avoid the stress of a deep rock mass from being totally accumulated on a superficial rock mass, divide the stress transmitted to the superficial rock mass into parts, ensure that the tough seal layer protects the roadway for a longer time, because the strength of concrete in the tough seal layer is far greater than that of a pressure release cavity, ensure that most of the stress in the deep rock mass is transmitted to the pressure release cavity, reduce the pressure borne by the tough seal layer, ensure that the roadway is not easy to deform, can take out waste rocks with different specifications in the pressure release cavity through an arranged grabbing mechanism, cannot cause blast hole blockage, when the weight of the grabbed waste rocks exceeds the bearing capacity of an electric sliding table, and an electromagnet is electrified, a generated magnetic field repels with the magnetic field of a magnet block, ensure that a round impact block is quickly popped, and the grabbed waste rocks fall back to the pressure release cavity, the magnet block and the circular impact block are reset through the reset spring, and the magnet block and the electromagnet are fixed in an adsorption mode.)
技术领域
本发明涉及巷道支护技术领域，特别涉及一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺及设备。
背景技术
支护中经常采用高强支撑型的支护方式和重型U钢支护，高强支撑型的支护方式在围岩来压时，压力在较短的时间内直接施压到支架上，使支架短时间内承受巨大的压力，当压力超过支架的极限阻力后，支架就会因疲劳而破坏，重型U钢支护在初期仅仅是强力支撑围岩，而不能够充分阻止围岩岩体本身破碎和膨胀，破碎和极度膨胀的浅表部围岩的内应力是几乎是零，高强刚性支架也很难抵御深部的高应力，支护体就会崩解；为了缓解、降低浅表围岩和深部围岩的应力差，常采用留压注浆技术，用专用注浆器具，利用较高的注浆压力，将带有压力的浆液留存在浅部围岩中，提高了围岩的预应力，降低了浅表围岩和深部围岩的应力差，使深部围岩的高应力相对于浅部围岩的内应力势能大幅降低，当巷道浅表围岩和深部围岩的应力差减小后，应力传递速度会明显降低，由于应力传递速度的降低，围岩深部压力抵达浅表围岩的时间就会变长，同样的能量由于速度的降低，其冲击力会明显的降低，会使深部围岩的能量相对缓慢地作用在浅表围岩，由于强韧封层具有柔性弹性体的作用，封层能在少量变形的状态下吸收并储存一部分深部来压，会延缓巷道的变形时间，这种支护方法虽然延缓巷道的变形时间，但应力还是堆积在浅表围岩处，当达到承载极限后，会对巷道造成更强烈的破坏。
为此，我们提出一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺及设备，通过软围岩巷道维护工艺减少强韧封层承受的应力，避免深部围岩的应力全部堆积在浅表围岩，将传递向浅表围岩的应力分走部分，使强韧封层对巷道起到更长时间的保护。
发明内容
本发明的客体是一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺和一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护设备。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺，包括以下步骤：
A：岩体内部挖掘处巷道后，在巷道内壁构筑厚度为3m的强韧封层，强韧封层与浅表岩体结合成整体，此时岩体深部的压力到达浅表岩体后，会被强韧封层在少量变形的状态下吸收并储存一部分深部来压；
B：穿过强韧封层在岩体内打出炮眼，炮眼的底部放入适量的炸药，炸出泄压腔，且通过爆破释放出岩体深处的部分应力，使用抓取机构将泄压腔中炸出的矸石取出，由于强韧封层中混凝土的强度远大于泄压腔，使岩体深处的应力大部分被传递到泄压腔，减少了强韧封层承受的压力，使巷道不易变形；
C：岩体深处的应力传递到泄压腔，使泄压腔周围的岩体破碎，产生大量的矸石，定期通过距离传感器检测泄压腔内的空间，当泄压腔的直径小于20cm后，使用抓取机构将泄压腔内堆积的矸石取出。
本发明进一步的改进在于，所述步骤B中的炮眼深度为10m，所述泄压腔位于巷道的左右两侧。
本发明进一步的改进在于，一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护设备，所述包括在炮眼内放置的电动滑台，所述电动滑台的顶部安装有滑动板，所述滑动板在电动滑台上滑动，所述滑动板的上表面设置有连接杆和挡板，所述挡板位于靠近泄压腔的一侧，所述连接杆的顶部固定有第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆的靠近泄压腔的一端安装有抓取机构，所述第一电动伸缩杆与抓取机构间设有转向节，所述抓取机构包括安装块和夹爪，所述夹爪设置在安装块上，且两个夹爪通过向中间移动抓取矸石，所述安装块的内部开设有空腔和放置腔，两个所述放置腔位于空腔的两侧，且空腔与放置腔间开设有空隙，所述空腔的尾端安装有电磁铁，所述空腔的内部设置有磁铁块，所述放置腔的内部安装有复位弹簧，所述磁铁块的两侧均安装有连接块，两块所述连接块均穿入放置腔与复位弹簧连接固定，所述连接块使用时在空腔与放置腔间滑动，所述磁铁块的远离电磁铁的一侧安装有圆形击块。
本发明进一步的改进在于，所述安装块的内部安装有重力传感器和控制器，所述安装块的上下两侧均安装有距离传感器，所述重力传感器用于检测抓取的矸石重量，所述控制器根据重力传感器和两夹爪间的距离数据确定矸石是否过重或过大，所述距离传感器用于定期测量泄压腔内的直径。
本发明进一步的改进在于，四块所述挡板围成矩形用于防止抓取的矸石掉落到炮眼内，所述挡板下方的滑动板开设有投放口，所述投放口处设有控制板用于控制其打开或关闭，每个所述炮眼的位于巷道一侧的下方均设置有矸石收集袋，所述矸石收集袋固定在强韧封层上，所述滑动板与电动滑台间设有转杆，所述滑动板在抓取矸石后滑出炮眼并转动使投放口位于矸石收集袋的正上方。
本发明进一步的改进在于，所述电动滑台的两侧均设有第二电动伸缩杆，所述电动滑台通过两侧若干个第二电动伸缩杆伸出固定在炮眼内。
本发明进一步的改进在于，一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护设备，使用步骤如下：
1）：通过炮眼安装炸药，在岩体内炸出泄压腔后，将电动滑台放入炮眼内，控制第二电动伸缩杆伸出，使电动滑台固定在炮眼内；
2）：电动滑台通过带动滑动板滑动，将抓取机构移动到泄压腔处，通过第一电动伸缩杆伸出长度和调节转向节改变抓取机构的角度，将抓取机构移动到矸石处，控制夹爪收紧抓取矸石，当抓取的矸石的重量不超过电动滑台的承重，矸石的尺寸不超过炮眼的直径，电动滑台带动滑动板滑出炮眼，滑动板转动使投放口位于矸石收集袋的正上方，投放口处的控制板打开，夹爪松开矸石穿过投放口掉入矸石收集袋内；
3）：当抓取的矸石的重量超过电动滑台的承重，电磁铁通电，产生的磁场与磁铁块的磁场相斥，使圆形击块快速弹出，圆形击块将抓取的矸石击碎落回泄压腔，电磁铁断电，通过复位弹簧使磁铁块和圆形击块复位，磁铁块与电磁铁吸附固定，当抓取矸石的尺寸超过炮眼的直径，第一电动伸缩杆收回使矸石位于挡板的正上方，使用圆形击块将矸石击碎，破碎的矸石掉入挡板围成的矩形内，电动滑台带动滑动板滑出炮眼，滑动板转动使投放口位于矸石收集袋的正上方，投放口处的控制板打开，挡板内的矸石穿过投放口掉入矸石收集袋内，重复上述步骤将泄压腔内的矸石取出，及时清理矸石收集袋中的矸石；
4）：定期启动电动滑台，将抓取机构上的距离传感器送入泄压腔内，通过距离传感器检测泄压腔内的剩余空间，当泄压腔受到应力的挤压导致岩体破碎，矸石堆积使空间直径小于20cm后，使用抓取机构按照上述步骤将矸石取出。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、通过软围岩的巷道维护工艺减少强韧封层承受的应力，避免深部岩体的应力全部堆积在浅表岩体，将传递向浅表岩体的应力分走部分，使强韧封层对巷道起到更长时间的保护，由于强韧封层中混凝土的强度远大于泄压腔，使岩体深处的应力大部分被传递到泄压腔，减少了强韧封层承受的压力，使巷道不易变形；
2、通过设置的抓取机构可将泄压腔内不同规格的矸石取出，不会造成炮眼堵塞，当抓取的矸石的重量超过电动滑台的承重，电磁铁通电，产生的磁场与磁铁块的磁场相斥，使圆形击块快速弹出，圆形击块将抓取的矸石击碎落回泄压腔，电磁铁断电，通过复位弹簧使磁铁块和圆形击块复位，磁铁块与电磁铁吸附固定，当抓取矸石的尺寸超过炮眼的直径，第一电动伸缩杆收回使矸石位于挡板的正上方，使用圆形击块将矸石击碎，破碎的矸石掉入挡板围成的矩形内，电动滑台带动滑动板滑出炮眼，滑动板转动使投放口位于矸石收集袋的正上方，投放口处的控制板打开，挡板内的矸石穿过投放口掉入矸石收集袋内，重复上述步骤将泄压腔内的矸石取出，及时清理矸石收集袋中的矸石。
附图说明
图1为本发明一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺的流程示意图。
图2为本发明一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺及设备在使用前的巷道应力示意图。
图3为本发明一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺及设备在使用后的巷道应力示意图。
图4为本发明一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护设备在围岩中的整体结构示意图。
图5为本发明一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护设备的图4中A的放大示意图。
图6为本发明一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护设备的抓取机构剖视示意图。
图7为本发明一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护设备的部分结构俯视示意图。
图中：1、巷道；2、岩体；3、强韧封层；4、炮眼；5、泄压腔；6、电动滑台；7、矸石收集袋；8、滑动板；9、连接杆；10、第一电动伸缩杆；11、抓取机构；12、挡板；13、安装块；14、夹爪；15、空腔；16、电磁铁；17、磁铁块；18、放置腔；19、复位弹簧；20、连接块；21、圆形击块；22、距离传感器；23、重力传感器；24、控制器；25、第二电动伸缩杆；26、投放口。
具体实施方式
实施例1
如图1-7所示，一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺，包括以下步骤：
A：岩体（2）内部挖掘处巷道（1）后，在巷道（1）内壁构筑厚度为3m的强韧封层（3），强韧封层（3）与浅表岩体（2）结合成整体，此时岩体（2）深部的压力到达浅表岩体（2）后，会被强韧封层（3）在少量变形的状态下吸收并储存一部分深部来压；
B：穿过强韧封层（3）在岩体（2）内打出炮眼（4），炮眼（4）的底部放入适量的炸药，炸出泄压腔（5），且通过爆破释放出岩体（2）深处的部分应力，使用抓取机构（11）将泄压腔（5）中炸出的矸石取出，由于强韧封层（3）中混凝土的强度远大于泄压腔（5），使岩体（2）深处的应力大部分被传递到泄压腔（5），减少了强韧封层（3）承受的压力，使巷道（1）不易变形，当岩体（2）为软岩时，需炸出1m直径的泄压腔（5）；
C：岩体（2）深处的应力传递到泄压腔（5），使泄压腔（5）周围的岩体（2）破碎，产生大量的矸石，定期通过距离传感器（22）检测泄压腔（5）内的空间，当泄压腔（5）的直径小于20cm后，使用抓取机构（11）将泄压腔（5）内堆积的矸石取出，当岩体（2）为软岩时，每隔一个月通过距离传感器（22）检测一次泄压腔（5）的直径。
步骤B中的炮眼（4）深度为10m，泄压腔（5）位于巷道（1）的左右两侧，由于巷道（1）承受应力的薄弱处位于两帮，而巷道（1）的顶部为拱形有更大的结构强度，且巷道（1）上方的深处应力有一部分也会被传递到巷道（1）两侧的泄压腔（5），只需在巷道（1）的两侧设置泄压腔（5），当岩体（2）为软岩时，相邻的两炮眼（4）间距为70m。
实施例2
如图1-7所示，一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺，包括以下步骤：
A：岩体（2）内部挖掘处巷道（1）后，在巷道（1）内壁构筑厚度为3m的强韧封层（3），强韧封层（3）与浅表岩体（2）结合成整体，此时岩体（2）深部的压力到达浅表岩体（2）后，会被强韧封层（3）在少量变形的状态下吸收并储存一部分深部来压；
B：穿过强韧封层（3）在岩体（2）内打出炮眼（4），炮眼（4）的底部放入适量的炸药，炸出泄压腔（5），且通过爆破释放出岩体（2）深处的部分应力，使用抓取机构（11）将泄压腔（5）中炸出的矸石取出，由于强韧封层（3）中混凝土的强度远大于泄压腔（5），使岩体（2）深处的应力大部分被传递到泄压腔（5），减少了强韧封层（3）承受的压力，使巷道（1）不易变形，当岩体（2）为极软岩时，需炸出1.5m直径的泄压腔（5）；
C：岩体（2）深处的应力传递到泄压腔（5），使泄压腔（5）周围的岩体（2）破碎，产生大量的矸石，定期通过距离传感器（22）检测泄压腔（5）内的空间，当泄压腔（5）的直径小于20cm后，使用抓取机构（11）将泄压腔（5）内堆积的矸石取出，，当岩体（2）为极软岩时，每隔20天通过距离传感器（22）检测一次泄压腔（5）的直径。
步骤B中的炮眼（4）深度为10m，泄压腔（5）位于巷道（1）的左右两侧，由于巷道（1）承受应力的薄弱处位于两帮，而巷道（1）的顶部为拱形有更大的结构强度，且巷道（1）上方的深处应力有一部分也会被传递到巷道（1）两侧的泄压腔（5），只需在巷道（1）的两侧设置泄压腔（5），当岩体（2）为极软岩时，相邻的两炮眼（4）间距为70m。
实施例3
如图2-7所示，一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护设备，包括在炮眼（4）内放置的电动滑台（6），电动滑台（6）的顶部安装有滑动板（8），滑动板（8）在电动滑台（6）上滑动，滑动板（8）的上表面设置有连接杆（9）和挡板（12），挡板（12）位于靠近泄压腔（5）的一侧，连接杆（9）的顶部固定有第一电动伸缩杆（10），第一电动伸缩杆（10）的靠近泄压腔（5）的一端安装有抓取机构（11），第一电动伸缩杆（10）与抓取机构（11）间设有转向节，抓取机构（11）包括安装块（13）和夹爪（14），夹爪（14）设置在安装块（13）上，且两个夹爪（14）通过向中间移动抓取矸石，安装块（13）的内部开设有空腔（15）和放置腔（18），两个放置腔（18）位于空腔（15）的两侧，且空腔（15）与放置腔（18）间开设有空隙，空腔（15）的尾端安装有电磁铁（16），空腔（15）的内部设置有磁铁块（17），放置腔（18）的内部安装有复位弹簧（19），磁铁块（17）的两侧均安装有连接块（20），两块连接块（20）均穿入放置腔（18）与复位弹簧（19）连接固定，连接块（20）使用时在空腔（15）与放置腔（18）间滑动，磁铁块（17）的远离电磁铁（16）的一侧安装有圆形击块（21）。
安装块（13）的内部安装有重力传感器（23）和控制器（24），安装块（13）的上下两侧均安装有距离传感器（22），重力传感器（23）用于检测抓取的矸石重量，控制器（24）根据重力传感器（23）和两夹爪（14）间的距离数据确定矸石是否过重或过大，距离传感器（22）用于定期测量泄压腔（5）内的直径。
四块挡板（12）围成矩形用于防止抓取的矸石掉落到炮眼（4）内，挡板（12）下方的滑动板（8）开设有投放口（26），投放口（26）处设有控制板用于控制其打开或关闭，每个炮眼（4）的位于巷道（1）一侧的下方均设置有矸石收集袋（7），矸石收集袋（7）固定在强韧封层（3）上，滑动板（8）与电动滑台（6）间设有转杆，滑动板（8）在抓取矸石后滑出炮眼（4）并转动使投放口（26）位于矸石收集袋（7）的正上方。
电动滑台（6）的两侧均设有第二电动伸缩杆（25），电动滑台（6）通过两侧若干个第二电动伸缩杆（25）伸出固定在炮眼（4）内。
通过采用上述技术方案：通过设置的抓取机构（11）可将泄压腔（5）内不同规格的矸石取出，不会造成炮眼（4）堵塞，当抓取的矸石的重量超过电动滑台（6）的承重，电磁铁（16）通电，产生的磁场与磁铁块（17）的磁场相斥，使圆形击块（21）快速弹出，圆形击块（21）将抓取的矸石击碎落回泄压腔（5），电磁铁（16）断电，通过复位弹簧（19）使磁铁块（17）和圆形击块（21）复位，磁铁块（17）与电磁铁（16）吸附固定，当抓取矸石的尺寸超过炮眼（4）的直径，第一电动伸缩杆（10）收回使矸石位于挡板（12）的正上方，使用圆形击块（21）将矸石击碎，破碎的矸石掉入挡板（12）围成的矩形内，电动滑台（6）带动滑动板（8）滑出炮眼（4），滑动板（8）转动使投放口（26）位于矸石收集袋（7）的正上方，投放口（26）处的控制板打开，挡板（12）内的矸石穿过投放口（26）掉入矸石收集袋（7）内，重复上述步骤将泄压腔（5）内的矸石取出，及时清理矸石收集袋（7）中的矸石。
需要说明的是，本发明为一种适用于高冲击地压的软围岩巷道维护工艺及设备，首先，岩体（2）内部挖掘处巷道（1）后，在巷道（1）内壁构筑厚度为3m的强韧封层（3），强韧封层（3）与浅表岩体（2）结合成整体，此时岩体（2）深部的压力到达浅表岩体（2）后，会被强韧封层（3）在少量变形的状态下吸收并储存一部分深部来压，其次，穿过强韧封层（3）在岩体（2）内打出炮眼（4），炮眼（4）的底部放入适量的炸药，炸出泄压腔（5），且通过爆破释放出岩体（2）深处的部分应力，使用抓取机构（11）将泄压腔（5）中炸出的矸石取出，由于强韧封层（3）中混凝土的强度远大于泄压腔（5），使岩体（2）深处的应力大部分被传递到泄压腔（5），减少了强韧封层（3）承受的压力，使巷道（1）不易变形，最后，岩体（2）深处的应力传递到泄压腔（5），使泄压腔（5）周围的岩体（2）破碎，产生大量的矸石，定期通过距离传感器（22）检测泄压腔（5）内的空间，当泄压腔（5）的直径小于20cm后，使用抓取机构（11）将泄压腔（5）内堆积的矸石取出。
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