矿山井巷支护钢拱架及其安装方法

1.本发明属于井巷施工支护技术领域，尤其涉及一种矿山井巷支护钢拱架及其安装方法。

背景技术：

2.在地下矿山三心拱巷道开掘成型之后，有多种支护方法方式，其中采用钢拱架进行支护，是成本相对较高，支护相对较为稳定的一种支护方式。

3.现有技术中，采用钢拱架进行支护时，包括如下两种结构：

4.(1)采用型钢紧贴巷道岩壁封闭成圈进行支护。此种方式依靠成型钢材的刚度，形成对巷道周围围岩来压的被动抵抗，是一种较为有效的被动支护方式。该种结构的不足在于，采用这种支护结构，钢材最终将力传递给了巷道底板，即最终依靠的是巷道底板的稳固性及钢材刚度进行支护。

5.(2)在巷道拱架支腿处焊接宽大垫板以支撑巷道的半封闭式的钢拱架支护方式，该型支护方式也是依靠巷道底板的稳固性来支撑支护巷道，当巷道没有稳固底板或底板不够稳固时，该种支护方式容易造成巷道顶板压力压迫钢拱架支腿深入底板岩层，最终导致巷道顶板下移，缩小巷道空间从而影响巷道的使用功能。

6.因此，现有技术的不足在于，采用现有技术中的支护结构，在巷道没有稳固底板或底板不够稳固时，容易造成巷道局部整体下陷，从而在整个巷道底板造成台阶高差，影响巷道的使用功能。

技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题

8.基于此，本发明提出了一种矿山井巷支护钢拱架及其安装方法，该矿山井巷支护钢拱架及其安装方法旨在解决现有技术中的井巷支护容易造成巷道局部整体下陷的技术问题。

9.(二)技术方案

10.为解决上述技术问题，本发明提出了一种矿山井巷支护钢拱架，包括中部钢拱架组件，所述中部钢拱架组件的两侧分别设有一组三角形支架，所述中部钢拱架组件包括拱形的拱顶单元，所述拱顶单元的两端分别设有一根巷道两帮长条u型钢，所述拱顶单元与两根所述巷道两帮长条u型钢共同围成下部开口的拱形，所述拱顶单元的两端分别与两组所述三角形支架的上部相连，两根所述巷道两帮长条u型钢的下端分别与两组所述三角形支架的下部相连，一组所述三角形支架与相邻的一根所述巷道两帮长条u型钢共同围成封闭的三角形区域。

11.优选的，所述三角形支架包括下斜u型钢和上斜u型钢，所述下斜u型钢的一端与拱顶单元相连，所述上斜u型钢的一端与所述巷道两帮长条u型钢的底端相连，所述下斜u型钢远离所述巷道两帮长条u型钢的一端与所述上斜u型钢远离所述巷道两帮长条u型钢的一端

卡接相连，所述上斜u型钢、所述下斜u型钢和所述巷道两帮长条u型钢共同围成封闭的三角形区域。

12.优选的，所述拱顶单元包括弧形的拱顶弧形u型钢，所述拱顶弧形u型钢的两侧分别连接有一根弧形的拱两侧弧形u型钢，所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢之间为柔性连接，所述拱两侧弧形u型钢与所述巷道两帮长条u型钢之间为柔性连接。

13.优选的，所述拱两侧弧形u型钢和所述下斜u型钢之间刚性连接，所述巷道两帮长条u型钢的下端和所述上斜u型钢之间刚性相连。

14.优选的，所述矿山井巷支护钢拱架还包括完全填充所述三角区域的混凝土岩体。

15.优选的，所述拱两侧弧形u型钢和所述下斜u型钢之间通过弧状的第一短弧型u型钢相连；所述巷道两帮长条u型钢底端和所述上斜u型钢之间通过弧状的第二短弧型u型钢相连。

16.优选的，所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢均由u型钢制成，所述拱顶弧形u型钢的两端分别插入相邻的所述拱两侧弧形u型钢内，二者形成0.3

?

0.5m的第一重叠段，所述矿山井巷支护钢拱架还包括用于实现所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢柔性连接的外卡型卡扣，所述外卡型卡扣包括第一夹板和第一螺纹连接件，所述第一夹板为两块且分别设于所述第一重叠段的两侧，所述第一螺纹连接件同时贯穿所述第一夹板及所述第一重叠段用于实现二者的连接；所述巷道两帮长条u型钢由u型钢制成，所述巷道两帮长条u型钢和所述拱两侧弧形u型钢之间形成0.3

?

0.5m的第二重叠段，所述巷道两帮长条u型钢和所述拱两侧弧形u型钢之间也设有用于实现二者柔性连接的所述外卡型卡扣，该外卡型卡扣中的两块第一夹板分别设于所述第二重叠段的两侧，所述第一螺纹连接件同时贯穿所述第一夹板及所述第二重叠段用于实现二者的连接。

17.优选的，所述第一短弧型u型钢与所述下斜u型钢之间固定相连，所述第一短弧型u型钢与所述拱两侧弧形u型钢之间固定相连；所述第二短弧型u型钢与所述上斜u型钢之间固定相连，所述第二短弧型u型钢与所述巷道两帮长条u型钢之间固定相连。

18.优选的，所述第一短弧型u型钢、所述第二短弧型u型钢、所述上斜u型钢和所述下斜u型钢均由u型钢制成，所述上斜u型钢远离所述巷道两帮长条u型钢的一侧部设有用于卡接所述上斜u型钢的凹槽，所述上斜u型钢远离所述巷道两帮长条u型钢的一端焊接有垫板，所述垫板的宽度大于所述上斜u型钢的宽度。

19.本发明还公开一种如上所述的矿山井巷支护钢拱架的安装方法，包括如下步骤：

20.s1，钻孔凿洞：在已成型的三心拱巷道两拱两侧弧形u型钢帮交界处，朝岩壁内开凿下斜钻孔，在巷道两拱两侧弧形u型钢帮交界处各开凿一矩形洞体；在巷道两帮底角处各开凿一倒三角洞体；倒三角洞体大开口端位于巷道帮壁上；下斜钻孔与倒三角洞体均需伸入巷道两侧稳定岩层0.8

?

1.5m，且二者在巷道围岩内相交；

21.s2，安设三角支架：在所述下斜钻孔内安装下斜u型钢，同时在所述倒三角洞体底部向上倾斜的斜边上安装所述上斜u型钢，所述垫板抵接所述倒三角洞体的侧壁，所述下斜u型钢插入所述上斜u型钢的所述凹槽内实现二者的卡接相连，所述下斜u型钢和所述上斜u型钢的开口均朝上；

22.s3，安设拱部弧形支架：在巷道拱部安设所述中部钢拱架组件，且所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢的开口均朝井巷岩壁侧，将所述拱顶弧形u型钢的两端分别插

入相邻的所述拱两侧弧形u型钢内，二者形成第一重叠段，再安装所述外卡型卡扣，实现所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢之间的柔性连接；

23.s4，安设边壁支架：在拱两侧的中部钢拱架组件之下分别架设紧贴巷道的两根所述巷道两帮长条u型钢，将所述拱两侧弧形u型钢的端部插入所述巷道两帮长条u型钢内，二者形成第二重叠段，再安装所述外卡型卡扣，实现所述拱两侧弧形u型钢和所述巷道两帮长条u型钢的柔性连接，所述巷道两帮长条u型钢的开口朝向岩壁；

24.s5，支架细部对接成型：将所述拱两侧弧形u型钢、所述第一短弧型u型钢和所述下斜u型钢顺次端对端对接，且所述第一短弧型u型钢和所述下斜u型钢的开口朝向岩壁，再将对接处刚性连接，将所述巷道两帮长条u型钢、所述第二短弧型u型钢和所述上斜u型钢顺次端对端对接，且所述第二短弧型u型钢和所述上斜u型钢的开口朝向岩壁，再将对接处刚性连接；

25.s6，钻孔及洞体充石灌浆：向拱帮交界处的下斜钻孔、巷道两拱两侧弧形u型钢帮交界处的矩形洞体以及巷道两帮底角处开凿的倒三角洞体充填石块，并灌注水泥浆，经硬化凝结后即完成所述矿山井巷支护钢拱架的安设。

26.优选的，在步骤1之前，还包括如下步骤：参数设计：根据所述矿山井巷支护钢拱架的结构及巷道断面与周边围岩性质进行设计所述下斜钻孔、矩形洞体、倒三角洞体的参数。

27.优选的，实施步骤s6时，石块的充填与水泥浆的灌注同时进行。

28.(三)有益效果

29.本发明与现有技术对比，本发明矿山井巷支护钢拱架及其安装方法的有益效果主要包括：

30.本发明一种矿山井巷支护钢拱架在中部钢拱架组件的基础上，增加三角形支架，通过伸入围岩的三角形支架，扩大拱架受力范围与受力面，分散减小了拱架与支撑围岩所受应力，从而使巷道更加稳固，能有效解决巷道局部受力过大而造成下陷的技术问题。

附图说明

31.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

32.图1为本发明实施方式的矿山井巷支护钢拱架的安装方法中钻孔凿洞的示意图。

33.图2为在巷道中完成本发明实施方式的矿山井巷支护钢拱架的安装后的示意图；

34.图3为本发明实施方式的矿山井巷支护钢拱架中的外卡型卡扣的主视图；

35.图4为图3的俯视图；

36.图5为本发明实施方式的矿山井巷支护钢拱架中的上斜u型钢的主视图；

37.图6为图2中a处的局部放大图；

38.图7为图2中b处的局部放大图。

39.附图标记说明：

40.1.下斜钻孔，2.矩形洞体，3.倒三角洞体，4.下斜u型钢，5.上斜u型钢，6.拱顶弧形u型钢，7.拱两侧弧形u型钢，8.第一短弧型u型钢，9.第二短弧型u型钢，10.巷道两帮长条u型钢，11.外卡型卡扣，12.带螺栓的卡夹，51.凹槽，52.垫板。

具体实施方式

41.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，也可以是“传动连接”，即通过带传动、齿轮传动或链轮传动等各种合适的方式进行动力连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

43.下面结构附图1

?

7对本发明作进一步的说明。

44.请重点参考图2、图6

?

7，本发明公开了一种矿山井巷支护钢拱架，包括中部钢拱架组件，中部钢拱架组件的两侧分别设有一组三角形支架，中部钢拱架组件包括拱形的拱顶单元，拱顶单元的两端分别设有一根巷道两帮长条u型钢10，拱顶单元与两根巷道两帮长条u型钢10共同围成下部开口的拱形，拱顶单元的两端分别与两组三角形支架的上部相连，两根巷道两帮长条u型钢10的下端分别与两组三角形支架的下部相连，一组三角形支架与相邻的一根巷道两帮长条u型钢10共同围成封闭的三角形区域。

45.本实施方式中，本发明一种矿山井巷支护钢拱架在中部钢拱架组件的基础上，增加三角形支架，通过伸入围岩的三角形支架，扩大拱架受力范围与受力面，分散减小了拱架与支撑围岩所受应力，从而使巷道更加稳固。能有效解决巷道局部受力过大而造成下陷的技术问题。

46.根据本发明的具体实施方式，三角形支架包括下斜u型钢4和上斜u型钢5，下斜u型钢4的一端与拱顶单元相连，上斜u型钢5的一端与巷道两帮长条u型钢10的底端相连，下斜u型钢4远离巷道两帮长条u型钢10的一端与上斜u型钢5远离巷道两帮长条u型钢10的一端卡接相连，上斜u型钢5、下斜u型钢4和巷道两帮长条u型钢10共同围成封闭的三角形区域。本实施方式中，通过下斜u型钢4和上斜u型钢5组合形成三角形支架，该结构利于降低三角形支架的成型难度，同时利于三角形支架的分体安装。

47.根据本发明的具体实施方式，拱顶单元包括弧形的拱顶弧形u型钢6，拱顶弧形u型钢6的两侧分别连接有一根弧形的拱两侧弧形u型钢7，拱顶弧形u型钢6和拱两侧弧形u型钢7之间为柔性连接，拱两侧弧形u型钢7与巷道两帮长条u型钢10之间为柔性连接。

48.更具体地，拱两侧弧形u型钢7和下斜u型钢4之间刚性连接，巷道两帮长条u型钢10的下端和上斜u型钢5之间刚性相连。

49.本实施方式中，安装本发明一种矿山井巷支护钢拱架时，采用柔性连接和刚性连接相结构的方式。其拱部各段之间及拱部与边壁支架连接采用柔性连接，其拱部及边壁与三角形支架的连接采用刚性连接。采用该结构的有益效果为：当巷道围岩来压时，u型钢拱架的柔性连接部位，重叠夹紧的翼缘之间产生微变形收缩，让围岩来压充分释放；同时拱部及边壁与三角形支架的刚性连接提高了钢拱架整体的支撑能力，保证了钢拱架能够维持一定的稳定空间。因此，本发明既利用了柔性让压减轻巷道围岩来压对钢拱架压迫，也利用了

刚性连接对钢拱架刚度的提升，进而提高本发明一种矿山井巷支护钢拱架的支撑支护能力。

50.根据本发明的具体实施方式，矿山井巷支护钢拱架还包括完全填充三角区域的混凝土岩体。本实施方式中，采用该结构，使得本发明一种矿山井巷支护钢拱架中，最终受力支撑为深入巷道两侧稳定岩壁约1m左右的封闭型三角形u型钢支架。巷道两侧岩体在充填碎石、石块及水泥浆之后完全密实，封闭型三角形u型钢支架没有变形破坏的条件及空间，因此本发明一种矿山井巷支护钢拱架相对于现有技术中的钢拱架更为稳固。采用该结构，将受力最终传递给巷道两侧厚大密实且稳固的混凝土岩体岩体，从而扩大拱架受力范围与受力面，分散减小了拱架与支撑围岩所受应力，从而使巷道更加稳固。本发明的矿山井巷支护钢拱架的这种受力传递方式，避免了采用现有技术中的钢拱架结构，存在的帮壁及底部支架受力对底角或巷道底板的压迫，而造成的巷道顶板或整体的沉降沉陷的问题。

51.根据本发明的具体实施方式，拱两侧弧形u型钢7和下斜u型钢4之间通过弧状的第一短弧型u型钢8相连；巷道两帮长条u型钢10底端和上斜u型钢5之间通过弧状的第二短弧型u型钢9相连。本实施方式中，利用弧状的第一短弧型u型钢8和第二短弧型u型钢9实现圆弧过渡连接，利于将中部钢拱架组件上的受力充分的传递至两侧的三角形支架上。

52.请重点参考图3

?

4及图6，根据本发明的具体实施方式，拱顶弧形u型钢6和拱两侧弧形u型钢7均由u型钢制成，拱顶弧形u型钢6的两端分别插入相邻的拱两侧弧形u型钢7内，二者形成0.3

?

0.5m的第一重叠段，矿山井巷支护钢拱架还包括用于实现拱顶弧形u型钢6和拱两侧弧形u型钢7柔性连接的外卡型卡扣11，外卡型卡扣11包括第一夹板和第一螺纹连接件，第一夹板为两块且分别设于第一重叠段的两侧，第一螺纹连接件同时贯穿第一夹板及第一重叠段用于实现二者的连接；巷道两帮长条u型钢10由u型钢制成，巷道两帮长条u型钢10和拱两侧弧形u型钢7之间形成0.3

?

0.5m的第二重叠段，巷道两帮长条u型钢10和拱两侧弧形u型钢7之间也设有用于实现二者柔性连接的外卡型卡扣11，该外卡型卡扣11中的两块第一夹板分别设于第二重叠段的两侧，第一螺纹连接件同时贯穿第一夹板及第二重叠段用于实现二者的连接。本实施方式中，拱两侧弧形u型钢7和拱顶弧形u型钢6均采用u型钢制成，形成采用u型钢支架，相对于一般采用的工字钢支架，其弯折性能及加工性能更加优秀，且u型钢之间重叠部位翼缘相互夹紧受力，相对于其它型材更便于实现柔性支护。

53.请重点参考图5，根据本发明的具体实施方式，第一短弧型u型钢8、第二短弧型u型钢9、上斜u型钢5和下斜u型钢4均由u型钢制成，上斜u型钢5远离巷道两帮长条u型钢10的一侧部设有用于卡接上斜u型钢5的凹槽51，上斜u型钢5远离巷道两帮长条u型钢10的一端焊接有垫板52，垫板52的宽度大于上斜u型钢5的宽度。本实施方式中，凹槽51用于卡紧下斜u型钢4，利于实现快速卡接安装。垫板52的宽度大于上斜u型钢5的宽度，该结构利于提供更加稳固地支撑。

54.根据本发明的具体实施方式，第一短弧型u型钢8与下斜u型钢4之间固定相连，第一短弧型u型钢8与拱两侧弧形u型钢7之间固定相连；第二短弧型u型钢9与上斜u型钢5之间固定相连，第二短弧型u型钢9与巷道两帮长条u型钢10之间固定相连。

55.更具体地，请参考图7，通过带螺栓的卡夹12实现上述拼接结合处的固定相连，带螺栓的卡夹12包括三段夹片，利用三段夹片夹紧u型钢两边翼缘和脊背，使相邻的u型钢之间无法产生任何位移，实现刚性连接。

56.具体实施时，将拱两侧弧形u型钢7下端端部与第一短弧型u型钢8一端端部无缝对接，第一短弧型u型钢8另一端端部则与拱帮交界处下斜钻孔1内安设的下斜u型钢4端部无缝对接，两处对接采用带螺栓的卡夹12在u型钢背脊及两翼钻孔拧紧固定；巷道两帮长条u型钢10的底部与第二短弧型u型钢9一端端部无缝对接，第二短弧型u型钢9另一端端部与在巷道帮底角的倒三角洞体3内上斜u型钢5一端无缝对接，两处对接采用带螺栓的卡夹12在u型钢背脊及两翼钻孔拧紧固定刚性连接。所有短弧形u型钢凹面均朝向岩壁或朝上。

57.请重点参考图1

?

2，本发明还公开了一种如上述的矿山井巷支护钢拱架的安装方法，包括如下步骤：

58.s1，钻孔凿洞：在已成型的三心拱巷道两拱两侧弧形u型钢7帮交界处，朝岩壁内开凿下斜钻孔1，在巷道两拱两侧弧形u型钢7帮交界处各开凿一矩形洞体2；在巷道两帮底角处各开凿一倒三角洞体3；倒三角洞体3大开口端位于巷道帮壁上；下斜钻孔1与倒三角洞体3均需伸入巷道两侧稳定岩层0.8

?

1.5m，且二者在巷道围岩内相交；

59.s2，安设三角支架：在下斜钻孔1内安装下斜u型钢4，同时在倒三角洞体3底部向上倾斜的斜边上安装上斜u型钢5，垫板52抵接倒三角洞体3的侧壁，下斜u型钢4插入上斜u型钢5的凹槽51内实现二者的卡接相连，下斜u型钢4和上斜u型钢5的开口均朝上；

60.s3，安设拱部弧形支架：在巷道拱部安设中部钢拱架组件，且拱顶弧形u型钢6和拱两侧弧形u型钢7的开口均朝井巷岩壁侧，将拱顶弧形u型钢6的两端分别插入相邻的拱两侧弧形u型钢7内，二者形成第一重叠段，再安装外卡型卡扣11，实现拱顶弧形u型钢6和拱两侧弧形u型钢7之间的柔性连接；

61.s4，安设边壁支架：在拱两侧的中部钢拱架组件之下分别架设紧贴巷道的两根巷道两帮长条u型钢10，将拱两侧弧形u型钢7的端部插入巷道两帮长条u型钢内，二者形成第二重叠段，再安装外卡型卡扣11，实现拱两侧弧形u型钢7和巷道两帮长条u型钢10的柔性连接，巷道两帮长条u型钢10的开口朝向岩壁；

62.s5，支架细部对接成型：将拱两侧弧形u型钢7、第一短弧型u型钢8和下斜u型钢4顺次端对端对接，且第一短弧型u型钢8和下斜u型钢4的开口朝向岩壁，再将对接处刚性连接，将巷道两帮长条u型钢10、第二短弧型u型钢9和上斜u型钢5顺次端对端对接，且第二短弧型u型钢9和上斜u型钢5的开口朝向岩壁，再将对接处刚性连接；

63.s6，钻孔及洞体充石灌浆：向拱帮交界处的下斜钻孔1、巷道两拱两侧弧形u型钢7帮交界处的矩形洞体2以及巷道两帮底角处开凿的倒三角洞体3充填碎石、石块，并灌注水泥浆，经硬化凝结后即完成矿山井巷支护钢拱架的安设。形成对巷道的有效支护。

64.上述步骤s1中，下斜钻孔1与倒三角洞体3相交的具体实施过程为：在已成型的三心拱巷道两拱两侧弧形u型钢7帮交界处朝岩壁内开凿下斜钻孔1，与在巷道两帮底角处各开凿一较大尺寸的倒三角洞体3；倒三角洞体3大开口位于巷道帮壁上。下斜钻孔1与倒三角洞体3要深入巷道两侧稳定岩层约1m左右，并在巷道围岩深处有相交，相交方式为下斜钻孔1在距倒三角洞体3上部水平直角边与上斜边交点0.3

?

0.5m处与洞体钻透相交。

65.更具体地，巷道两侧拱帮交界处朝岩壁内开凿的下斜钻孔1下斜角度为10

°?

20

°

，在巷道两帮底角处开凿的倒三角洞体3的长斜边与水平方向呈10

°?

20

°

。

66.上述步骤s2中，倒三角洞体3沿斜边向上安设上斜u型钢5端部焊接有垫板52、且端部附近切割有凹槽51，垫板52尺寸比u型钢外截面尺寸略大，凹槽51的方向和尺寸以能卡紧

钻孔内安设的下斜u型钢4端部为准。

67.根据本发明的具体实施方式，在步骤1之前，还包括如下步骤：参数设计：根据矿山井巷支护钢拱架的结构及巷道断面与周边围岩性质进行设计下斜钻孔1、矩形洞体2、倒三角洞体3的参数。

68.即，本实施方式中，在图纸上根据本钢拱架支护方式的单排拱架支护形式、支护架构、细部构造及巷道断面与周边围岩性质进行钻孔、开凿洞口的尺寸、倾角等相关参数设计。

69.根据本发明的具体实施方式，实施步骤s6时，碎石、石块的充填与水泥浆的灌注同时进行。需要说明的是，当不具备同时进行的条件时，则间隔进行碎石、石块的充填与水泥浆的灌注的步骤，具体如下：采用碎石、石块充填与水泥浆的灌注应间断间隔进行，即充填0.3

?

0.5m厚或高的碎石、石块后，再灌注水泥浆，水泥浆要灌至不见碎石、石块为止；然后再充填0.3

?

0.5m厚或高的碎石、石块，再灌注水泥浆，如此循环往复，直至钻孔或洞体灌满。碎石、石块的块度最大边尺寸不大于钻孔与洞体最小边尺寸的1/3，水泥浆宜采用42.5(r)的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

70.与现有技术相比，利用本发明一种矿山井巷支护钢拱架的安装方法得到的矿山井巷支护钢拱架具有以下优点：

71.(1)本发明的矿山井巷支护钢拱架的最终受力支撑为深入巷道两侧稳定岩壁约1m左右的封闭型三角形u型钢支架。巷道两侧岩体在充填碎石、石块及水泥浆之后完全密实，封闭型三角形u型钢支架没有变形破坏的条件及空间，因此，本发明一种矿山井巷支护钢拱架相对于现有技术中的钢拱架更为稳固。

72.(2)本发明的矿山井巷支护钢拱架，将受力最终传递给巷道两侧厚大密实且稳固的岩体，从而扩大拱架受力范围与受力面，分散减小了拱架与支撑围岩所受应力，从而使巷道更加稳固。此种受力传递方式，也避免了现有技术中的钢拱架的帮壁及底部支架受力，对底角或巷道底板的压迫，而造成的巷道顶板或整体的沉降沉陷的问题。

73.(3)本发明的矿山井巷支护钢拱架中，采用柔性连接与刚性连接两种连接方式。其拱部各段之间及拱部与边壁支架连接采用柔性连接，其拱部及边壁与三角形支架的连接采用刚性连接。既利用了柔性让压减轻巷道围岩来压对钢拱架压迫，也利用了刚性连接对钢拱架刚度的提升，进而提高本发明一种矿山井巷支护钢拱架的整体支撑支护能力。

74.由此可见，相对于传统的钢拱架及安装方法，本发明的矿山井巷支护钢拱架及其安装方法灭失了钢拱架变形破坏的条件与空间，扩大了钢拱架受力范围与受力面，从而分散减小了拱架与支撑围岩所受应力，而采用柔性连接与刚性连接结合的连接方式，则既利用了柔性让压减轻巷道围岩来压对钢拱架压迫，也利用了刚性连接对钢拱架刚度的提升。综上，本发明设计巧妙、受力合理、充分利用了钢拱架自身的柔性让压与刚度支撑，特别适用于巷道两侧围岩或两侧围岩有稳固岩层的条件下的巷道支护。

75.虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。技术特征：

1.一种矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，包括中部钢拱架组件，所述中部钢拱架组件的两侧分别设有一组三角形支架，所述中部钢拱架组件包括拱形的拱顶单元，所述拱顶单元的两端分别设有一根巷道两帮长条u型钢，所述拱顶单元与两根所述巷道两帮长条u型钢共同围成下部开口的拱形，所述拱顶单元的两端分别与两组所述三角形支架的上部相连，两根所述巷道两帮长条u型钢的下端分别与两组所述三角形支架的下部相连，一组所述三角形支架与相邻的一根所述巷道两帮长条u型钢共同围成封闭的三角形区域。2.根据权利要求1所述的矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，所述三角形支架包括下斜u型钢和上斜u型钢，所述下斜u型钢的一端与拱顶单元相连，所述上斜u型钢的一端与所述巷道两帮长条u型钢的底端相连，所述下斜u型钢远离所述巷道两帮长条u型钢的一端与所述上斜u型钢远离所述巷道两帮长条u型钢的一端卡接相连，所述上斜u型钢、所述下斜u型钢和所述巷道两帮长条u型钢共同围成封闭的三角形区域。3.根据权利要求2所述的矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，所述拱顶单元包括弧形的拱顶弧形u型钢，所述拱顶弧形u型钢的两侧分别连接有一根弧形的拱两侧弧形u型钢，所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢之间为柔性连接，所述拱两侧弧形u型钢与所述巷道两帮长条u型钢之间为柔性连接。4.根据权利要求3所述的矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，所述拱两侧弧形u型钢和所述下斜u型钢之间刚性连接，所述巷道两帮长条u型钢的下端和所述上斜u型钢之间刚性相连。5.根据权利要求4所述的矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，所述矿山井巷支护钢拱架还包括完全填充所述三角区域的混凝土岩体。6.根据权利要求5所述的矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，所述拱两侧弧形u型钢和所述下斜u型钢之间通过弧状的第一短弧型u型钢相连；所述巷道两帮长条u型钢底端和所述上斜u型钢之间通过弧状的第二短弧型u型钢相连。7.根据权利要求6所述的矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢均由u型钢制成，所述拱顶弧形u型钢的两端分别插入相邻的所述拱两侧弧形u型钢内，二者形成0.3

?

0.5m的第一重叠段，所述矿山井巷支护钢拱架还包括用于实现所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢柔性连接的外卡型卡扣，所述外卡型卡扣包括第一夹板和第一螺纹连接件，所述第一夹板为两块且分别设于所述第一重叠段的两侧，所述第一螺纹连接件同时贯穿所述第一夹板及所述第一重叠段用于实现二者的连接；所述巷道两帮长条u型钢由u型钢制成，所述巷道两帮长条u型钢和所述拱两侧弧形u型钢之间形成0.3

?

0.5m的第二重叠段，所述巷道两帮长条u型钢和所述拱两侧弧形u型钢之间也设有用于实现二者柔性连接的所述外卡型卡扣，该外卡型卡扣中的两块第一夹板分别设于所述第二重叠段的两侧，所述第一螺纹连接件同时贯穿所述第一夹板及所述第二重叠段用于实现二者的连接。8.根据权利要求7所述的矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，所述第一短弧型u型钢与所述下斜u型钢之间固定相连，所述第一短弧型u型钢与所述拱两侧弧形u型钢之间固定相连；所述第二短弧型u型钢与所述上斜u型钢之间固定相连，所述第二短弧型u型钢与所述巷道两帮长条u型钢之间固定相连。9.根据权利要求8所述的矿山井巷支护钢拱架，其特征在于，所述第一短弧型u型钢、所

述第二短弧型u型钢、所述上斜u型钢和所述下斜u型钢均由u型钢制成，所述上斜u型钢远离所述巷道两帮长条u型钢的一侧部设有用于卡接所述上斜u型钢的凹槽，所述上斜u型钢远离所述巷道两帮长条u型钢的一端焊接有垫板，所述垫板的宽度大于所述上斜u型钢的宽度。10.一种如权利要求9所述的矿山井巷支护钢拱架的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：s1，钻孔凿洞：在已成型的三心拱巷道两拱两侧弧形u型钢帮交界处，朝岩壁内开凿下斜钻孔，在巷道两拱两侧弧形u型钢帮交界处各开凿一矩形洞体；在巷道两帮底角处各开凿一倒三角洞体；倒三角洞体大开口端位于巷道帮壁上；下斜钻孔与倒三角洞体均需伸入巷道两侧稳定岩层0.8

?

1.5m，且二者在巷道围岩内相交；s2，安设三角支架：在所述下斜钻孔内安装下斜u型钢，同时在所述倒三角洞体底部向上倾斜的斜边上安装所述上斜u型钢，所述垫板抵接所述倒三角洞体的侧壁，所述下斜u型钢插入所述上斜u型钢的所述凹槽内实现二者的卡接相连，所述下斜u型钢和所述上斜u型钢的开口均朝上；s3，安设拱部弧形支架：在巷道拱部安设所述中部钢拱架组件，且所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢的开口均朝井巷岩壁侧，将所述拱顶弧形u型钢的两端分别插入相邻的所述拱两侧弧形u型钢内，二者形成第一重叠段，再安装所述外卡型卡扣，实现所述拱顶弧形u型钢和所述拱两侧弧形u型钢之间的柔性连接；s4，安设边壁支架：在拱两侧的中部钢拱架组件之下分别架设紧贴巷道的两根所述巷道两帮长条u型钢，将所述拱两侧弧形u型钢的端部插入所述巷道两帮长条u型钢内，二者形成第二重叠段，再安装所述外卡型卡扣，实现所述拱两侧弧形u型钢和所述巷道两帮长条u型钢的柔性连接，所述巷道两帮长条u型钢的开口朝向岩壁；s5，支架细部对接成型：将所述拱两侧弧形u型钢、所述第一短弧型u型钢和所述下斜u型钢顺次端对端对接，且所述第一短弧型u型钢和所述下斜u型钢的开口朝向岩壁，再将对接处刚性连接，将所述巷道两帮长条u型钢、所述第二短弧型u型钢和所述上斜u型钢顺次端对端对接，且所述第二短弧型u型钢和所述上斜u型钢的开口朝向岩壁，再将对接处刚性连接；s6，钻孔及洞体充石灌浆：向拱帮交界处的下斜钻孔、巷道两拱两侧弧形u型钢帮交界处的矩形洞体以及巷道两帮底角处开凿的倒三角洞体充填石块，并灌注水泥浆，经硬化凝结后即完成所述矿山井巷支护钢拱架的安设。11.根据权利要求10所述的矿山井巷支护钢拱架的安装方法，其特征在于，在步骤1之前，还包括如下步骤：参数设计：根据所述矿山井巷支护钢拱架的结构及巷道断面与周边围岩性质进行设计所述下斜钻孔、矩形洞体、倒三角洞体的参数。12.根据权利要求11所述的矿山井巷支护钢拱架的安装方法，其特征在于，实施步骤s6时，石块的充填与水泥浆的灌注同时进行。

技术总结

本发明公开了一种矿山井巷支护钢拱架及其安装方法，矿山井巷支护钢拱架包括中部钢拱架组件，所述中部钢拱架组件的两侧分别设有一组三角形支架，所述中部钢拱架组件包括拱形的拱顶单元，所述拱顶单元的两端分别设有一根巷道两帮长条U型钢，所述拱顶单元与两根所述巷道两帮长条U型钢共同围成下部开口的拱形，所述拱顶单元的两端分别与两组所述三角形支架的上部相连，两根所述巷道两帮长条U型钢的下端分别与两组所述三角形支架的下部相连，一组所述三角形支架与相邻的一根所述巷道两帮长条U型钢共同围成封闭的三角形区域。该发明旨在解决现有技术中的井巷支护容易造成巷道局部整体下陷的技术问题。部整体下陷的技术问题。部整体下陷的技术问题。

技术研发人员：陈忠强 杨志刚 张鹏 齐学元 耿俊俊

受保护的技术使用者：内蒙古工业大学

技术研发日：2021.07.12

技术公布日：2021/10/15