CN113006831A - 一种巷用矿工钢拱形让压缓冲支架及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种巷用矿工钢拱形让压缓冲支架及其实现方法，该支架包括：顶梁、柱腿和连接构件，连接构件包括上部连杆活塞、缸体、下部连接活塞杆和缓冲料；上部连杆活塞的一端与缸体的上部内壁之间形成第一封闭腔，上部连杆活塞的另一端与顶梁的底部相连接；下部连杆活塞的一端与缸体的下部内壁之间形成第二封闭腔；下部连杆活塞的另一端与柱腿的顶部相连接；其中，位于缸体内的上部连杆活塞的外侧、下部连杆活塞的外侧、缸体的内壁之间形成第三封闭腔；缓冲料填充在第一封闭腔、第二封闭腔和第三封闭腔中。本发明能起到多次减缓冲击载荷的作用，具有安装工序简单、作业效率高、结构牢固可靠等优点。

Description

一种巷用矿工钢拱形让压缓冲支架及其实现方法
技术领域
本发明涉及煤矿安全支护技术领域，尤其涉及一种巷用矿工钢拱形让压缓冲支架及使用方法。
背景技术
随着煤炭开采进入深部之后，在工作面超前支承压力与原始应力共同作用下，回采巷道内易发生冲击地压等动力灾害事故。在冲击地压发生的瞬间，会以波的形式释放大量的弹性冲击能，既有拉伸冲击能，也有压缩冲击能。这些冲击能会使回采巷道围岩不断拉伸和压缩，如不及时支护，围岩将出现破碎、离层乃至失稳，甚至会拉断锚杆锚索等支护***，造成煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、严重的人员伤亡和部分巷道坍塌，已严重制约矿井安全、高效生产，如何保证井下巷道围岩的稳定与使用安全是矿井生产中亟待解决的技术难题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种安装工序简单、作业效率高、安全性高的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架及使用方法。
一种巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其包括：
顶梁，设置在巷道的上部；
柱腿，设置在巷道的底部两侧；
连接构件，设置在所述顶梁和柱腿之间；所述连接构件包括上部连杆活塞、缸体、下部连接活塞杆和缓冲料；
所述上部连杆活塞的一端活动地穿设在所述缸体的上部，且与所述缸体的上部内壁之间形成第一封闭腔，所述上部连杆活塞的另一端与所述顶梁的底部相连接；
所述下部连杆活塞的一端活动地穿设在所述缸体的下部，且与所述缸体的下部内壁之间形成第二封闭腔；所述下部连杆活塞的另一端与所述柱腿的顶部相连接；
其中，位于所述缸体内的所述上部连杆活塞的外侧、所述下部连杆活塞的外侧、所述缸体的内壁之间形成第三封闭腔；所述缓冲料填充在所述第一封闭腔、第二封闭腔和第三封闭腔中。
进一步，所述上部连杆活塞包括依次连接的上连接体、上滑动杆和上活塞，所述上连接体的一端与所述顶梁的底部相连接，所述上连接体的另一端经上滑动杆与所述上活塞相连接；所述下部连杆活塞包括依次连接的下连接体、下滑动杆和下活塞，其中，所述上活塞和所述下活塞活动地设置在所述缸体内。
进一步，所述上连接体的顶部设有第一凹槽，所述下连接体的底部设有第二凹槽，所述顶梁的底部***在所述第一凹槽中，所述柱腿的顶部***在所述第二凹槽中，其中，所述顶梁的形状与所述第一凹槽的形状相配合，所述柱腿的形状与所述第二凹槽的形状相配合。
进一步，所述上连接体的侧壁处设有第一定位销，所述下连接体的侧壁处设有第二定位销，所述顶梁的端部腹板上开设有第一销孔，所述柱腿的端部腹板上开设有第二销孔，所述第一定位销与所述第一销孔相配合，所述第二定位销与所述第二销孔相配合。
进一步，所述上活塞上开设有多个第一通孔，所述下活塞上开设有多个第二通孔，所述第一通孔的位置与所述第二通孔的位置相对应。
进一步，多个所述第一通孔对称设置所述上活塞的两侧，多个所述第二通孔对称设置在所述下活塞的两侧。
进一步，所述上连接体与所述缸体的外表面之间、所述下连接体与所述缸体的外表面之间均设有缓冲件。
进一步，所述缓冲件为泡沫铝，所述泡沫铝的上下两侧分别设有金属薄板。
进一步，所述上活塞和下活塞的外圆周上设有密封胶圈。
进一步，所述缓冲料为阻燃高抗冲聚苯乙烯粒。
本发明巷用矿工钢拱形让压缓冲支架的实现方法包括以下步骤：
第一步、将顶梁和柱腿的腹板平行于巷道壁方向架设；
第二步、将所述连接构件与顶梁和柱腿的端面对应***，再对应第一销孔和第二销孔的位置***第一定位销和第二定位销，完成拼装作业；
第三步、当发生冲击地压时，首先，上部连杆活塞与缸体之间的缓冲件实现恒阻式缓冲吸能，吸收一部分能量；当缓冲件让压达到极限，缸体内部的上活塞会向下运动，压缩第三封闭腔内的缓冲料，当拉力达到设定值时，第三封闭腔内的缓冲料会流向第一封闭腔，实现恒阻缓冲；当上部连杆活塞让压达到极限，会压缩缸体整体向下运动，同时，下部连杆活塞向上运动，压缩第三封闭腔内的缓冲料流向第二封闭腔，再次实现恒阻缓冲；若压力再次增大，则下部连杆活塞与缸体之间的缓冲件再次进行让压，再次消耗和降低一部分冲击能量；
第四步、当发生底鼓时，上部连杆活塞与缸体之间的缓冲件实现恒阻式缓冲吸能，吸收一部分能量；当缓冲件让压达到极限，缸体内部的下活塞会向上运动，压缩第三封闭腔内的缓冲料，当拉力达到设定值时，第三封闭腔内的缓冲料会流向第二封闭腔，实现恒阻缓冲；
第五步、当再次发生冲击地压或底鼓时，重复上述过程。
本发明的优点是：上述巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，通过在所述顶梁和柱腿之间设置连接构件，并将缓冲料填充在连接构件的第一封闭腔、第二封闭腔和第三封闭腔中，当发生冲击地压时，上部连杆活塞会向下运动，压缩第二封闭腔内的缓冲料，同时，下部连杆活塞也会向上运动，压缩第二封闭腔内的缓冲料，从而使本发明能起到多次减缓冲击载荷的作用，其能保证井下巷道围岩的稳定与使用安全，且本发明还具有安装工序简单、作业效率高、结构牢固可靠等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架的结构示意图；
图2是图1在I-I处的剖视图；
图3是本发明的连接构件的第一角度的结构示意图；
图4是本发明的连接构件的第二角度的结构示意图；
图5是本发明的第一凹槽的俯视图；
图6是本发明的连接构件的连接状态图；
图7是本发明的连接构件的让压状态图。
图中：
1-顶梁，11-第一销孔；
2-柱腿，21-第二销孔；
3-连接构件，31-上部连杆活塞，311-上连接体，312-上滑动杆，313-上活塞，314-第一凹槽，315-第一定位销，316-第一通孔，32-缸体，33-下部连杆活塞，331-下连接体、332-下滑动杆，333-下活塞，334-第二凹槽，335-第二定位销，336-第二通孔，34-缓冲料，35-第一封闭腔、36-第二封闭腔，37-第三封闭腔；
4-缓冲件。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
参阅图1-7所示，本发明实施例提供的一种巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其包括：顶梁1、柱腿2和连接构件3。顶梁1设置在巷道的上部；柱腿2设置在巷道的底部两侧；连接构件3设置在所述顶梁1和柱腿2之间；所述连接构件3包括上部连杆活塞31、缸体32、下部连接活塞杆33和缓冲料34；
所述上部连杆活塞31的一端活动地穿设在所述缸体32的上部，且与所述缸体32的上部内壁之间形成第一封闭腔35，所述上部连杆活塞31的另一端与所述顶梁1的底部相连接；
所述下部连杆活塞33的一端活动地穿设在所述缸体32的下部，且与所述缸体32的下部内壁之间形成第二封闭腔36；所述下部连杆活塞33的另一端与所述柱腿2的顶部相连接；本实施例中，上部连杆活塞31和下部连杆活塞33均为刚体，如此，能保证支架的整体结构强度。
其中，位于所述缸体32内的所述上部连杆活塞31的外侧、所述下部连杆活塞33的外侧、所述缸体32的内壁之间形成第三封闭腔37；所述缓冲料34填充在所述第一封闭腔35、第二封闭腔36和第三封闭腔37中。
为了提高装置的抗冲击能力，所述缓冲料34为阻燃高抗冲聚苯乙烯粒，所述阻燃高抗冲聚苯乙烯，呈圆粒状，属于非牛顿流体，是以高抗冲聚苯乙烯树脂与定量阻燃剂及添加剂在混合器内相混加工而成，由于制造方便、成本低，在许多用具和工业上广泛使用，已发展为世界上重要的聚合物商品，它的拉伸强度随应变速率的增加而增加，具有良好的冲击韧性、尺寸稳定性、阻燃性和高流动性。
为了使本发明能起到多次减缓冲击载荷的作用，并能保证井下巷道围岩的稳定与使用安全，上述巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，通过在所述顶梁1和柱腿2之间设置连接构件3，并将缓冲料34填充在连接构件3的第一封闭腔35、第二封闭腔36和第三封闭腔37中，当发生冲击地压时，上部连杆活塞31能够向下运动，压缩第三封闭腔37内的缓冲料34，同时，下部连杆活塞33也能够向上运动，压缩第三封闭腔37内的缓冲料34。采用上述结构本还具有安装工序简单、作业效率高、结构牢固可靠等优点。
所述上部连杆活塞31包括依次连接的上连接体311、上滑动杆312和上活塞313，所述上连接体311的一端与所述顶梁1的底部相连接，所述上连接体311的另一端经上滑动杆312与所述上活塞313相连接；所述下部连杆活塞33包括依次连接的下连接体331、下滑动杆332和下活塞333，其中，所述上活塞313和所述下活塞333活动地设置在所述缸体32内。本实施例中，上连接体311和下连接体331均设置在缸体32的外部。
为了方便顶梁1和柱腿2的安装，所述上连接体311的顶部设有第一凹槽314，所述下连接体331的底部设有第二凹槽334，所述顶梁1的底部***在所述第一凹槽314中，所述柱腿2的顶部***在所述第二凹槽334中，其中，所述顶梁1的形状与所述第一凹槽314的形状相配合，所述柱腿2的形状与所述第二凹槽334的形状相配合。这样可以减小顶梁1与第一凹槽314、柱腿2与第二凹槽334之间的安装间隙，避免相互之间的窜动，从而能够提高其连接强度，
需要说明的是，本实施例中，所述顶梁1和所述柱腿2的截面形状可以相同，也可以不同，如：所述顶梁1和所述柱腿2的截面形状均为工字型，对应地，第一凹槽314和第二凹槽334的形状也为工字型。或者，所述顶梁1的截面形状均为圆形、方形等，所述柱腿2的截面形为工字型、C型等。
为了保证顶梁1、柱腿2连接的位置精度，方便连接构件3的安装和拆卸，所述上连接体311的侧壁处设有第一定位销315，所述下连接体331的侧壁处设有第二定位销335，所述顶梁1的端部腹板上开设有第一销孔11，所述柱腿2的端部腹板上开设有第二销孔21，所述第一定位销315与所述第一销孔11相配合，所述第二定位销335与所述第二销孔21相配合。
为了实现恒阻缓冲，对整个装置及巷道围岩都能起到良好的保护作用，所述上活塞313上开设有多个第一通孔316，所述下活塞333上开设有多个第二通孔336，所述第一通孔316的位置与所述第二通孔的位置336相对应。当上活塞313受力达到设定值时，第三封闭腔37内的阻燃高抗冲聚苯乙烯粒会通过第一通孔316流向第一封闭腔35。同理，当下活塞333受力达到设定值时，第三封闭腔37内的阻燃高抗冲聚苯乙烯粒会通过第二通孔336流向第二封闭腔36，从而实现恒阻缓冲。
为了保证上活塞313和下活塞333的受力均衡，避免上活塞313和下活塞333在受力时出现卡滞和堵塞现象，多个所述第一通孔316对称设置所述上活塞313的两侧，多个所述第二通孔336对称设置在所述下活塞333的两侧。
所述上连接体311与所述缸体32的外表面之间、所述下连接体331与所述缸体32的外表面之间均设有缓冲件4。具体地，本实施例中，所述缓冲件4为泡沫铝，所述泡沫铝的上下两侧分别设有金属薄板。如此，缓冲件4会形成“三明治”结构，其具有质轻，高刚度的特征，可作为优异的结构材料。如：用作汽车的结构件时，重量只有钢结构的一半，而刚度则提高10倍。需要说明的是，泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、导热率低、耐候性强、易加工、易安装。
为了实现上活塞313、下活塞333与缸体32的缸壁紧密接触，起到相对封闭的作用，所述上活塞313和下活塞333的外圆周上设有密封胶圈。
本发明巷用矿工钢拱形让压缓冲支架的实现方法包括以下步骤：
1)、将顶梁1和柱腿2的腹板平行于巷道壁方向架设；
2)、将所述连接构件3与顶梁1和柱腿2的端面对应***，再对应第一销孔11和第二销孔21的位置***第一定位销315和第二定位销335，即完成了矿工钢拱架的拼装作业；
3)、当发生冲击地压时，首先，上部连杆活塞31与缸体32之间的缓冲件4实现恒阻式缓冲吸能，吸收一部分能量；当缓冲件4让压达到极限，缸体32内部的上活塞313会向下运动，压缩第三封闭腔37内的阻燃高抗冲聚苯乙烯粒，当拉力达到设定值时，第三封闭腔37内的阻燃高抗冲聚苯乙烯粒会流向第一封闭腔35，实现恒阻缓冲，对整个装置及巷道围岩起到良好的保护作用；当上部连杆活塞31让压达到极限，会压缩缸体32整体向下运动，同时，下部连杆活塞33向上运动，压缩第三封闭腔37内的阻燃高抗冲聚苯乙烯粒流向第二封闭腔36，再次实现恒阻缓冲；若压力再次增大，则下部连杆活塞33与缸体32之间的缓冲件4再次进行让压，再次消耗和降低一部分冲击能量，从而起到多次减缓冲击载荷的作用。
4)、当发生底鼓时，首先,上部连杆活塞31与缸体32之间的缓冲件4实现恒阻式缓冲吸能，吸收一部分能量；当缓冲件4让压达到极限，缸体32内部的下活塞333会向上运动，压缩第三封闭腔37内的阻燃高抗冲聚苯乙烯粒，当拉力达到设定值时，第三封闭腔37内的阻燃高抗冲聚苯乙烯粒会流向第二封闭腔36，实现恒阻缓冲，起到减缓载荷的作用；
5)、当再次发生冲击地压或底鼓时，重复上述过程。
综上所述，本发明的优点在于：
1)传统的U形钢拱架连接方式为卡箍连接，需要频繁拧螺栓，工作量大，安装过程繁琐，安装效率低。本发明中，连接构件3与顶梁1和柱腿2的连接方式为插接，只需将顶梁1和柱腿2的端面分别***连接构件3的第一凹槽314与第二凹槽334内，继而***第一定位销315和第二定位销335即可完成拼接，其极大简化了矿工钢拱架的拼装工序，减少了拼装作业的劳动量，有利于节约成本，提高作业效率；
2)本发明在受到冲击能的冲击压缩时，缸体32能够整体运动，并能够减缓冲击载荷，消减冲击能对围岩的破坏，且在冲击地压频繁发生时，能够在缓冲件4处和缸体32处起到多次缓冲作用；
3)所述连接构件3的缸体32内充满阻燃高抗冲聚苯乙烯粒，属于非牛顿流体，是以高抗冲聚苯乙烯树脂与定量阻燃剂及添加剂在混合器内相混加工而成，制造方便、成本低，具有良好的冲击韧性、尺寸稳定性、阻燃性和高流动性；
4)本发明将矿工钢腹板平行于巷道壁铺设，腹板与巷道壁之间尚有空间，也可进行小范围的变形让压。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，包括：
顶梁，设置在巷道的上部；
柱腿，设置在巷道的底部两侧；
连接构件，设置在所述顶梁和柱腿之间；所述连接构件包括上部连杆活塞、缸体、下部连接活塞杆和缓冲料；
所述上部连杆活塞的一端活动地穿设在所述缸体的上部，且与所述缸体的上部内壁之间形成第一封闭腔，所述上部连杆活塞的另一端与所述顶梁的底部相连接；
所述下部连杆活塞的一端活动地穿设在所述缸体的下部，且与所述缸体的下部内壁之间形成第二封闭腔；所述下部连杆活塞的另一端与所述柱腿的顶部相连接；
其中，位于所述缸体内的所述上部连杆活塞的外侧、所述下部连杆活塞的外侧、所述缸体的内壁之间形成第三封闭腔；所述缓冲料填充在所述第一封闭腔、第二封闭腔和第三封闭腔中。
2.如权利要求1所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，所述上部连杆活塞包括依次连接的上连接体、上滑动杆和上活塞，所述上连接体的一端与所述顶梁的底部相连接，所述上连接体的另一端经上滑动杆与所述上活塞相连接；所述下部连杆活塞包括依次连接的下连接体、下滑动杆和下活塞，其中，所述上活塞和所述下活塞活动地设置在所述缸体内。
3.如权利要求2所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，所述上连接体的顶部设有第一凹槽，所述下连接体的底部设有第二凹槽，所述顶梁的底部***在所述第一凹槽中，所述柱腿的顶部***在所述第二凹槽中，其中，所述顶梁的形状与所述第一凹槽的形状相配合，所述柱腿的形状与所述第二凹槽的形状相配合。
4.如权利要求3所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，所述上连接体的侧壁处设有第一定位销，所述下连接体的侧壁处设有第二定位销，所述顶梁的端部腹板上开设有第一销孔，所述柱腿的端部腹板上开设有第二销孔，所述第一定位销与所述第一销孔相配合，所述第二定位销与所述第二销孔相配合。
5.如权利要求4所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，所述上活塞上开设有多个第一通孔，所述下活塞上开设有多个第二通孔，所述第一通孔的位置与所述第二通孔的位置相对应。
6.如权利要求5所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，多个所述第一通孔对称设置所述上活塞的两侧，多个所述第二通孔对称设置在所述下活塞的两侧。
7.如权利要求2所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，所述上连接体与所述缸体的外表面之间、所述下连接体与所述缸体的外表面之间均设有缓冲件，所述缓冲件为泡沫铝，所述泡沫铝的上下两侧分别设有金属薄板。
8.如权利要求2所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，所述上活塞和下活塞的外圆周上设有密封胶圈。
9.如权利要求1所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架，其特征在于，所述缓冲料为阻燃高抗冲聚苯乙烯粒。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的巷用矿工钢拱形让压缓冲支架的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将顶梁和柱腿的腹板平行于巷道壁方向架设；
S2、将所述连接构件与顶梁和柱腿的端面对应***，再对应第一销孔和第二销孔的位置***第一定位销和第二定位销，完成拼装作业；
S3、当发生冲击地压时，首先，上部连杆活塞与缸体之间的缓冲件实现恒阻式缓冲吸能，吸收一部分能量；当缓冲件让压达到极限，缸体内部的上活塞会向下运动，压缩第三封闭腔内的缓冲料，当拉力达到设定值时，第三封闭腔内的缓冲料会流向第一封闭腔，实现恒阻缓冲；当上部连杆活塞让压达到极限，会压缩缸体整体向下运动，同时，下部连杆活塞向上运动，压缩第三封闭腔内的缓冲料流向第二封闭腔，再次实现恒阻缓冲；若压力再次增大，则下部连杆活塞与缸体之间的缓冲件再次进行让压，再次消耗和降低一部分冲击能量；
S4、当发生底鼓时，上部连杆活塞与缸体之间的缓冲件实现恒阻式缓冲吸能，吸收一部分能量；当缓冲件让压达到极限，缸体内部的下活塞会向上运动，压缩第三封闭腔内的缓冲料，当拉力达到设定值时，第三封闭腔内的缓冲料会流向第二封闭腔，实现恒阻缓冲；
S5、当再次发生冲击地压或底鼓时，重复上述过程。
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