CN103557020A - 一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置 - Google Patents

Abstract

一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置，属于煤矿巷道支护技术领域，主要应用于深部煤矿冲击地压的吸能防冲支护装置。本发明通过吸能锚杆与巷道围岩耦合成一体，提高了对巷道围岩的支护强度，解决了巷道围岩流变造成的压力过大的问题。本发明包括弧形架，相邻弧形架之间通过吸能连接杆相连接，弧形架由外圈板，吸能垫块及内圈板组成，内圈板与外圈板的两端均通过卡揽相连接，吸能垫块由吸能外筒与吸能板组成，吸能连接杆包括液压缸，液压缸的底端固定有左铰接吊环头，在液压缸内设置有活塞，在液压缸侧壁上设置有注液孔，在液压缸的右端固定有缸盖，支柱的左端与活塞相连接，支柱的右端设置在吸能筒左端内部，吸能筒的底端固定有右铰接吊环头。

Description

一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置

技术领域

本发明属于煤矿巷道支护技术领域，特别是涉及一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置，主要应用于深部煤矿冲击地压的吸能防冲支护装置。

背景技术

随着我国能源需求量的增加以及浅部煤炭资源的枯竭，煤矿开挖深度日趋加深，我国东部部分矿井已经进入到深部开采阶段，数千米深的矿井已屡见不鲜。深部矿井埋深大，原岩应力大，巷道围岩在高地应力下变形大，加之使用现代化开采设备的开采强度的提高，深部矿井冲击地压发生的频率和强度增加，要求巷道支护装置具有吸能防冲功能。

现有的型钢构成的支护装置比较简单、承载能力较大，尤其是封闭式U型钢支护装置具有增阻速度快、支护强度高和可缩性等优点，被广泛应用于变形量较大的软岩巷道，以及受动压影响较大的煤矿回采巷道，其克服了刚性支架的不可收缩的缺点，当围岩作用于封闭式U型钢支护装置上的压力达到一定值时，封闭式U型钢支护装置的架体在连接处发生滑动缩动，滑动缩动的结果使围岩作用于架体上的压力下降，从而避免围岩压力大于架体的承载力而导致架体的破坏。但是目前封闭式U型钢支护装置属于被动支护，无法提高围岩残余强度，无法控制围岩破碎区的扩展，以及与围岩接触的不耦合性，导致封闭式U型钢支护装置的架体受力不均，局部出现集中载荷和偏心载荷，导致架体与围岩的相互作用差，使架体整体承载能力较低，甚至导致架体变形破坏。

对于冲击地压等动力现象较多的巷道，冲击释放大量冲击能量，直接作用在支护装置上，对其产生强烈的冲击破坏，这就要求支护装置不但能承受强大的围岩静载，更要其承受冲击地压产生的高速强烈动载，而现有的封闭式U型钢支护装置抗冲击强度较低，封闭式U型钢支护装置的架体滑移收缩后，卡揽预紧力增大，而卡揽搭接的连接形式无法做到快速收缩卸压，因此无法快速让位、及时吸收冲击地压过程中释放的能量，无法有效抵御冲击地压产生的高强动载。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置，该支护装置通过吸能锚杆与巷道围岩耦合成一体，提高了对巷道围岩的支护强度，利用吸能垫块吸收冲击时的冲击能量，利用吸能连接杆收缩卸压解决了巷道围岩流变造成的压力过大的问题，通过铰接的吸能连接杆和吸能连接杆的串联连接的液压***使支护装置具有自动调整功能，防止局部受力过大。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置，包括若干段弧形架，相邻弧形架之间留有距离，形成不闭合的圆形架体，相邻弧形架之间通过吸能连接杆相连接，形成闭合架体，弧形架由外圈板，若干个吸能垫块及内圈板组成，外圈板，吸能垫块及内圈板均为弧形，外圈板的直径大于内圈板的直径，且设置在内圈板的外侧，吸能垫块设置在外圈板与内圈板之间；每段内圈板与外圈板的两端均通过卡揽相连接，在内圈板内侧、卡揽上均设置有卡揽铰支座，在外圈板上设置有吸能锚杆；所述吸能垫块由吸能外筒与设置在吸能外筒内的若干个吸能板组成，在与内、外圈板相邻的吸能外筒的侧壁上均设置有导轨，导轨分别与内、外圈板相配合，内、外圈板能够沿着吸能外筒的导轨滑动，吸能板为表面具有中空凸起的板，吸能板沿所在圆形架体的直径方向依次设置在吸能外筒的内部；所述吸能连接杆包括液压缸，液压缸的底端固定有左铰接吊环头，在液压缸内设置有活塞，在活塞左侧的液压缸侧壁上设置有注液孔，在液压缸的右端固定具有通孔的缸盖，缸盖的内径小于活塞的外径，支柱的左端通过缸盖的通孔与活塞相连接，支柱的右端设置在吸能筒左端内部，在吸能筒左端侧壁上设置有通槽，在具有通槽的吸能筒外壁上设置有若干个紧固卡子，吸能筒的底端固定有右铰接吊环头。

所述卡揽由卡揽上板、紧固螺栓、卡揽下板组成，卡揽上板与外圈板相配合，卡揽下板与内圈板相配合，卡揽上板与卡揽下板通过紧固螺栓固定连接，所述卡揽铰支座固定在卡揽下板上，所述吸能连接杆的左、右铰接吊环头与相邻弧形架的相邻卡揽铰支座相铰接。

所述内、外圈板的横截面为圆形、方形或U形。

所述相邻弧形架之间留有的距离相同。

所述吸能板为一侧表面具有中空凸起的板。

所述相邻吸能板按照凸起与凸起相对或板与板相对的方式设置在吸能外筒的内部。

所述吸能板的中空凸起为圆台形。

所述支柱与活塞之间以螺纹相连接。

所述液压缸与缸盖之间以螺纹相连接。

所述紧固卡子的端口通过紧固卡子螺杆、紧固卡子螺母相连接。

本发明的有益效果：

本发明支护装置的应用与推广可以显著提高我国煤矿安全的技术水平和防灾、抗灾能力，有效控制动力灾害引起的重大事故的发生，减少人员伤亡，提高煤矿采掘速度和劳动生产率，减少防治工程费用，具有良好的社会效益，具体优势如下：

1、本发明支护装置通过吸能锚杆与巷道围岩耦合成一体，提高了对巷道围岩的支护强度，将支护装置由被动支护变成主动支护，实现预应力支护，增强巷道围岩残余强度；通过吸能连接杆与卡揽铰接形成闭合架体，实现了支护装置随巷道围岩变形自动调整的功能，集防冲吸能于一体，防冲吸能能力强，结构简单，安装方便；

2、本发明的吸能连接杆的液压***为串联连接，防止了因不同吸能连接杆的受力不均造成的局部应力集中引起的局部破坏，提高了支护装置的整体支护性能；

3、本发明的吸能连接杆的液压缸安全阀与紧固卡子可设置不同的安全阀值，实现静、动分离复合吸能，巷道围岩缓慢变形时，通过活塞让位卸压，冲击发生时，液压***来不及让位卸压，则利用吸能筒快速防冲吸能；

4、当本发明的内、外圈板采用内、外圈U型钢时，吸能垫块约束了外圈U型钢和内圈U型钢的翼板外张，增加了支护装置的支护强度，同时吸能垫块起到吸能缓冲作用，保护巷道的最后支护保障内圈U型钢免受冲击破坏，保证了施工人员的人身安全；

5、由于本发明具有可折叠的一体化结构：吸能连接杆与卡揽相铰接，吸能连接杆能够排液收缩，可以方便、快捷的拔出铰接销轴，便于拆卸、安装及搬运。

附图说明

图1是本发明的一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置的结构示意图；

图2是本发明的吸能连接杆的结构示意图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是本发明的吸能板的结构示意图；

图5是图2的B-B剖视图；

图6是本发明的吸能筒的结构示意图；

图7是图6的C-C剖视图；

图中，1—吸能锚杆（锚索），2—外圈U型钢，3—吸能垫块，31—吸能外筒，32—吸能板，33—导轨，4—卡揽，41—卡揽上板，42—紧固螺栓，43—卡揽下板，44—卡揽铰支座，5—吸能连接杆，51—左铰接吊环头，52—注液孔，53—液压缸，54—活塞，55—缸盖，56—支柱，57—紧固卡子，571—紧固卡子螺杆，572—紧固卡子螺母，58—吸能筒，59—右铰接吊环头，6—内圈U型钢，7--弧形架，8--闭合架体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～图5所示，一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置，包括在同一竖直平面内的四段弧形架7，相邻弧形架7之间留有距离，形成不闭合的圆形架体，相邻弧形架7之间通过吸能连接杆5相连接，形成闭合架体8，弧形架7由外圈U型钢2，三个吸能垫块3及内圈U型钢6组成，外圈U型钢2，吸能垫块3及内圈U型钢6为同心弧形，外圈U型钢2的直径大于内圈U型钢6的直径，且设置在内圈U型钢6的外侧；外圈U型钢2的长度大于内圈U型钢6的长度，且外圈U型钢2的两端伸长于内圈U型钢6的两端，吸能垫块3均匀分布在外圈U型钢2与内圈U型钢6之间；每段内圈U型钢6的两端均通过高强卡揽4与外圈U型钢2相连接，在内圈U型钢6内侧、高强卡揽4上均设置有卡揽铰支座44；在不与内圈U型钢6接触的外圈U型钢2的两端设置有吸能锚杆（锚索）1，用于与巷道围岩耦合成一体；所述吸能垫块3由吸能外筒31与设置在吸能外筒31内的若干个吸能板32组成，在与内、外圈U型钢相邻的吸能外筒31的侧壁上均设置有导轨33，导轨33分别与内、外圈U型钢相配合，且内、外圈U型钢能够沿着吸能外筒31的导轨33滑动，吸能外筒31的导轨33可以约束内、外圈U型钢的翼板，防止内、外圈U型钢弯曲时，内、外圈U型钢翼板发生屈曲变形，增强内、外圈U型钢的抗弯强度；吸能垫块3与内、外圈U型钢之间均能够产生沿圆周方向的滑动，防止巷道围岩挤压外圈U型钢2发生变形时，吸能垫块3对外圈U型钢2产生额外的弯矩作用，从而提高了支护装置的抗压能力；吸能板32为一侧表面具有中空凸起的钢板，且中空凸起均匀分布在钢板上，吸能板32沿所在圆形架体的直径方向依次层叠在吸能外筒31的内部；在巷道围岩流变变形时，吸能垫块3、外圈U型钢2和内圈U型钢6可以增加支护装置的抗弯强度，在冲击发生时，巷道围岩快速作用于外圈U型钢2，可使外圈U型钢2发生强烈破坏变形，外圈U型钢2作用于吸能垫块3，吸能垫块3的吸能板32的中空凸起在快速高强载荷作用下，将被挤压发生弹塑性变形与破坏，吸收冲击能，起到缓冲作用，降低作用在内圈U型钢6上的载荷，防止内圈U型钢6发生破坏；

所述吸能连接杆5包括液压缸53，液压缸53的底端固定有左铰接吊环头51，在液压缸53内设置有活塞54，在活塞54左侧的液压缸53侧壁上设置有注液孔52，使用时将四个吸能连接杆5的注液孔52串联连通，并与三用阀相连通，实现注液与过载安全溢流的功能；在液压缸53的右端固定具有通孔的缸盖55，缸盖55的内径小于活塞54的外径，用于防止活塞54从液压缸53中脱离，支柱56的左端通过缸盖55的通孔与活塞54相连接，支柱56的右端设置在吸能筒58左端内部，在吸能筒58左端侧壁上沿轴向设置有通槽，在具有通槽的吸能筒58外壁上设置有若干个紧固卡子57，通过调整紧固卡子57的预紧力来调节吸能筒58与支柱56之间的滑动摩擦力；吸能筒58的底端固定有右铰接吊环头59。

所述高强卡揽4由卡揽上板41、紧固螺栓42、卡揽下板43组成，卡揽上板41与外圈U型钢2相配合，卡揽下板43与内圈U型钢6相配合，卡揽上板41与卡揽下板43通过紧固螺栓42固定连接，所述卡揽铰支座44固定在卡揽下板43上，所述吸能连接杆5的左、右铰接吊环头与相邻弧形架7的相邻卡揽铰支座44相铰接，可避免弧形架7收缩时弧形架7之间产生附加弯矩。

所述相邻弧形架7之间留有的距离相同。

所述相邻吸能板32按照凸起与凸起相对或板与板相对的方式依次层叠在吸能外筒31的内部。

所述吸能板32的中空凸起为圆台形。

所述支柱56与活塞54之间以螺纹相连接。

所述液压缸53与缸盖55之间以螺纹相连接。

所述紧固卡子57的端口通过紧固卡子螺杆571、紧固卡子螺母572相连接。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

如图1～图7所示，首先将吸能垫块3放置在内、外圈U型钢之间，并通过高强卡揽4连接，形成一段弧形架7，用同样方法共做出四段弧形架7，再将相邻弧形架7上相邻的卡揽铰支座44与同一个吸能连接杆5的两端相铰接，最终通过四个吸能连接杆5将四段弧形架7相连接，形成一个闭合架体8；设定吸能连接杆5的液压缸安全阀和紧固卡子57的安全阀值：液压缸安全阀的安全阀值小于紧固卡子57的安全阀值。

通过注液孔52向液压缸53内注入液压液，使闭合架体8升起，支护巷道围岩，闭合架体8接近巷道围岩时，停止充液，使用背板等填充物将闭合架体8与巷道围岩之间的空间填充扎实后，继续向液压缸53内注入液压液，使闭合架体8对巷道围岩产生主动支护力，液压缸53内的液压到达闭合架体8额定阻力后，结束注液。在与吸能锚杆（锚索）1相对应的巷道围岩上钻孔，孔形成后，安装吸能锚杆（锚索）1，使闭合架体8和巷道围岩形成一个整体支护，提高了对巷道围岩的支护强度，将支护装置由被动支护变成主动支护，实现预应力支护，增强围岩残余强度。

在巷道围岩流变缓慢的变形过程中，巷道围岩挤压闭合架体8，当闭合架体8达到其额定工作阻力时，即吸能连接杆5的液压达到额定工作压力时，与吸能连接杆5的注液孔52相连通的三用阀开始溢流卸压，防止闭合架体8超过其额定工作阻力，产生变形与破坏；冲击动载发生时，巷道围岩对闭合架体8施加了快速强烈冲击载荷，冲击载荷远超过闭合架体8的额定工作阻力，巷道围岩对闭合架体8的作用首先通过外圈U型钢2作用到吸能垫块3上，吸能垫块3的吸能板32发生弹塑性变形与破坏，吸收部分冲击能，起到缓冲作用，降低对内圈U型钢6的冲击压力，然后冲击载荷通过内圈U型钢6作用到吸能连接杆5上，冲击载荷远超过吸能连接杆5的液压额定工作压力，吸能连接杆5的排液能力有限，不能及时排液卸压，此时吸能连接杆5的吸能筒31与支柱56开始产生相对滑动收缩，将吸收部分冲击能，吸能筒31收缩为巷道围岩提供变形空间，降低巷道围岩对闭合架体8的作用力，减小闭合架体8的压力，防止闭合架体8整体失稳破坏，避免整个巷道坍塌；

吸能连接杆5与卡揽4铰接及吸能连接杆5的注液孔52串联连通具有自动调整闭合架体8支撑力的功能，当巷道顶板压力增大时，闭合架体8垂直于巷道顶板方向压力增大，闭合架体8将会沿垂直于巷道顶板方向收缩，同时闭合架体8平行于巷道顶板方向的支撑力也随之增大，即闭合架体8对巷道两帮的支撑力增大，巷道两帮受到支撑力，会增加巷道两帮围岩的抗压强度，提高巷道两帮围岩对顶板的支撑力，进而减小巷道顶板对闭合架体8的压力，实现闭合架体8与巷道围岩在变形过程中的自动应力调整，大幅提高对整体巷道围岩的支护强度。

Claims (10)

1.一种复合式圆形巷道吸能防冲支护装置，其特征在于包括若干段弧形架，相邻弧形架之间留有距离，形成不闭合的圆形架体，相邻弧形架之间通过吸能连接杆相连接，形成闭合架体，弧形架由外圈板，若干个吸能垫块及内圈板组成，外圈板，吸能垫块及内圈板均为弧形，外圈板的直径大于内圈板的直径，且设置在内圈板的外侧，吸能垫块设置在外圈板与内圈板之间；每段内圈板与外圈板的两端均通过卡揽相连接，在内圈板内侧、卡揽上均设置有卡揽铰支座，在外圈板上设置有吸能锚杆；所述吸能垫块由吸能外筒与设置在吸能外筒内的若干个吸能板组成，在与内、外圈板相邻的吸能外筒的侧壁上均设置有导轨，导轨分别与内、外圈板相配合，内、外圈板能够沿着吸能外筒的导轨滑动，吸能板为表面具有中空凸起的板，吸能板沿所在圆形架体的直径方向依次设置在吸能外筒的内部；所述吸能连接杆包括液压缸，液压缸的底端固定有左铰接吊环头，在液压缸内设置有活塞，在活塞左侧的液压缸侧壁上设置有注液孔，在液压缸的右端固定具有通孔的缸盖，缸盖的内径小于活塞的外径，支柱的左端通过缸盖的通孔与活塞相连接，支柱的右端设置在吸能筒左端内部，在吸能筒左端侧壁上设置有通槽，在具有通槽的吸能筒外壁上设置有若干个紧固卡子，吸能筒的底端固定有右铰接吊环头。

2.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述卡揽由卡揽上板、紧固螺栓、卡揽下板组成，卡揽上板与外圈板相配合，卡揽下板与内圈板相配合，卡揽上板与卡揽下板通过紧固螺栓固定连接，所述卡揽铰支座固定在卡揽下板上，所述吸能连接杆的左、右铰接吊环头与相邻弧形架的相邻卡揽铰支座相铰接。

3.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述内、外圈板的横截面为圆形、方形或U形。

4.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述相邻弧形架之间留有的距离相同。

5.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述吸能板为一侧表面具有中空凸起的板。

6.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述相邻吸能板按照凸起与凸起相对或板与板相对的方式设置在吸能外筒的内部。

7.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述吸能板的中空凸起为圆台形。

8.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述支柱与活塞之间以螺纹相连接。

9.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述液压缸与缸盖之间以螺纹相连接。

10.根据权利要求1所述的复合式圆形巷道吸能防冲支护装置,其特征在于所述紧固卡子的端口通过紧固卡子螺杆、紧固卡子螺母相连接。

Images