CN102900443A - 一种协调控制巷道围岩变形的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种协调控制巷道围岩变形的装置，可利用围岩移近变形来增加对巷道其他部位的支护力，又可提高对变形处围岩自身的反力。包括单体液压支柱，柱鞋，柱帽，卡箍，倾斜支撑油缸、水平支撑油缸、支撑杆、导向油缸、齿面压板及铰链。当顶底板移近量增加时，单体液压支柱活柱下缩，导致水平支撑油缸的活柱收缩增压，齿面压板对巷道两帮的水平作用力加大，减少两帮围岩变形；同时，柱帽对巷道顶板的竖向反力及柱鞋对巷道底板的反力加大，而减缓顶底板的继续移近。当两帮收敛增大时，水平支撑油缸的活柱收缩增压，柱帽对巷道顶板的竖向反力及柱鞋对巷道底板的反力加大，顶底板移近量减少；同时，由于水平支撑油缸的收缩增压，而减缓两帮的继续收敛。
Description
技术领域
本发明涉及到一种协调控制巷道围岩变形的装置，可用于回采巷道的支承压力升高段及软岩巷道或硐室的较大变形位置。
背景技术
井工开采方式下，巷道是所有采矿活动发生的必要通道和主要场所。为保证矿井正常生产及作业人员安全，需对巷道进行有效的支护。现有支护方式如棚式支护、锚网喷支护、砌碹支护、全封闭(U型钢)支护等对抑制巷道变形起到了重要作用，但对于受超前支承压力严重影响的回采巷道(特别是沿空巷道)及深井大断面软岩巷道来说，上述支护方式效果较差，往往需要多次返修，增加大量支护成本，并影响矿井正常生产。
目前的巷道支护方式，巷道协调变形能力差，一处围岩的变形或破坏对其他部位也带来不利影响。如底板鼓起时，引起两帮收缩，进而顶板下沉；而两帮破碎收敛量大时，顶底板由于失去支撑而产生较大相对移近量。如果能将顶底板的移近转化为对两帮的支护阻力，将两帮的收敛转化为对顶底板的支护阻力，则可以形成巷道围岩的协调控制机制，进而减少巷道围岩的整体变形量。本发明基于巷道围岩变形的不可抗性，提出一种能够协调控制巷道围岩变形的装置，用于大变形巷道的支护，既有利于矿井安全生产，又可降低支护成本。
发明内容
本发明针对现有的支护方式不能有效减少巷道围岩变形的状况，提出一种协调控制围岩变形来提高对巷道围岩支护力，进而减少巷道整体变形量的装置。该装置结构简单、操作方便、无材料消耗、可重复使用。该装置可用于协调控制回采巷道、软岩巷道等大变形巷道的变形。
本发明提供一种协调控制大变形巷道围岩变形的装置。该装置包括单体液压支柱、支撑油缸、支撑杆、柱鞋、柱帽、卡箍、齿面压板、铰链。所述单体液压支柱，通过柱帽与巷道顶板相接，通过柱鞋与巷道底板相接。柱帽和柱鞋面积要足够大，防止在压力增大时，柱鞋和柱帽陷入顶板和底板。对于支承压力升高段的回采巷道，单体液压支柱是常用的超前支护方式；对于大变形软岩巷道，可专门设置单体液压支柱，以便安装整个装置。所述单体液压支柱油缸上端外侧安装一只卡箍，卡箍外周两侧安装铰链，用于固定倾斜支撑油缸尾部。所述柱帽外周两侧安装铰链，用于固定支撑杆的一个端部。卡箍和柱帽外周侧面安装的铰链要左右对称上下等高，从而使整个装置在同一平面内。所述倾斜油缸的头部与支撑杆另一端及水平支撑油缸的尾部由铰链连在一起，水平油缸头部经由铰链与齿面压板连接，所述导向油缸首尾两端分别固定在柱帽铰链及水平支撑油缸上侧的铰链上。齿面压板面积要足够大，防止其陷入巷帮。倾斜支撑油缸分别伸长和缩短时，支撑杆可以支撑杆为半径绕柱帽外周侧面的铰链向上和向下转动，同时带动水平支撑油缸尾端抬升和下降；通过导向油缸缩短和伸长来调整水平支撑油缸的头部及齿面压板的上下位置，尽量保持水平支撑油缸的水平状态，以便使齿面压板对巷道左右两帮的水平方向分力最大。
在巷道发生大变形之前，安装上述装置。通过为单体液压支柱提供初撑力，使单体液压支柱通过柱帽对顶板施加作用力，通过柱鞋对底板施加初始作用力。通过增大倾斜支撑油缸、水平支撑油缸和导向油缸压力，使齿面压板对巷道两帮施加初始作用力。当顶底板移近量增加时，单体液压支柱活柱下缩，进而导致倾斜支撑油缸、水平支撑油缸和导向油缸的活柱收缩，导致齿面压板对两帮的作用力加大，降低两帮围岩破坏变形的程度；当两帮收敛量增大时，导向油缸、水平支撑油缸和倾斜支撑油缸的活柱收缩。由于两帮收缩在单体液压支柱两侧各类油缸上产生的水平应力是大小相等，方向相反的。因此，对柱帽及卡箍来说，其增加的水平合力为零。此时，导向油缸以水平支撑油缸上侧铰链为支点，支撑杆以连接倾斜支撑杆和水平支撑油缸的铰链为支点，增加对柱帽向上的作用力；倾斜支撑油缸则以连接水平支撑油缸和支撑杆的铰链为支点，增加对卡箍向下的作用力。这样可以增加单体液压支柱对巷道顶底板的作用力，进而减少顶底板围岩的破坏变形程度。
顶底板移近量增大时，单体液压支柱活柱被动收缩，支柱支护阻力增大，两帮对齿面压板反力增加，则顶底板受到的支撑力增加，两帮受到的齿面压板的作用力也增大；两帮收敛量增大时，单体液压支柱活柱被动伸长，支柱支护阻力减小，但导向油缸、支撑杆、倾斜支撑油缸竖向的合力增大，齿面压板对巷帮的作用力增大，装置对顶底板的作用力也增加。实际上，顶底板围岩及两帮围岩均为实体介质，其发生破坏膨胀变形的可能性较大，而发生收缩变形的可能性较小。两帮收敛并不会导致单体液压支柱的活柱明显伸长，而是增大对顶底板的作用力，顶底板的反力又可以增大齿面压板对于巷道两帮围岩的作用力。两帮的收敛能够减少顶底板的最终移近量，顶底板移近也能够减少两帮的最终收敛。因此，可通过本发明装置协调控制巷道围岩变形，最终使巷道整体处于稳定状态。
附图说明
图1是实现本发明一种巷道围岩变形协调控制装置的示意图。
1为单体液压支柱；2为柱鞋；3为柱帽；4为卡箍；5为倾斜支撑油缸；6为支撑杆；7为水平支撑油缸；8为导向油缸；9为齿面压板；10为铰链(1)；11为铰链(2)；12为铰链(3)；13为铰链(4)；14为铰链(5)；15为巷道顶板；16为巷道底板；17为巷道左帮；18为巷道右帮。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供了一种协调控制巷道围岩变形的装置。
如图1所示，本发明具体结构如下：
本发明装置用于协调控制巷道围岩变形，包括单体液压支柱1、柱鞋2、柱帽3、卡箍4、倾斜支撑油缸5、支撑杆6、水平支撑油缸7、导向油缸8、齿面压板9、铰链(1)10、铰链(2)11、铰链(3)12、铰链(4)13和铰链(5)14。铰链(1)10连接卡箍4和倾斜支撑油缸5；铰链(2)11连接倾斜支撑油缸5、支撑杆6和水平支撑油缸7；铰链(3)12连接柱帽3、支撑杆6和导向油缸8；铰链(4)13连接水平支撑油缸7和导向油缸8；铰链(5)14连接水平支撑油缸7和齿面压板9。单体液压支柱1通过柱鞋2对巷道底板15施加作用力，通过柱帽3对巷道顶板16施加作用力。左右两个齿面压板9分别对巷道左帮17和巷道右帮18施加水平作用力，所述齿面压板9的齿面钉齿可避免压板沿巷帮壁面的滑动。
当顶底板移近量增加时，单体液压支柱1活柱下缩，柱帽与卡箍之间的距离减少，铰链11向所在侧巷帮移近，导致水平支撑油缸7的活柱收缩增压；另外，导向油缸8活柱收缩增压，也导致水平支撑油缸7的活柱收缩增压。因此，齿面压板9对巷道左帮17、巷道右帮18的水平作用力加大，减少两帮围岩变形；同时，单体液压支柱1、导向油缸8及支撑杆6对柱帽的竖向反力加大，单体液压支柱1对柱鞋的反力也加大，因而减缓顶底板的继续移近。
当两帮收敛量增加时，水平支撑油缸7的活柱收缩增压，使柱帽与卡箍之间的距离增大，铰链11向单体液压支柱一侧移近；导向油缸8、倾斜支撑油缸5的活柱收缩增压，支撑杆6轴压增大。对柱帽3和卡箍4来说，杆件及油缸的轴压增大引起的水平合力为零，但对柱帽3向上的分力和对卡箍4向下的分力增大，也就是增加了对顶板和底板的作用力，减少顶底板移近量；同时由于水平支撑油缸7的收缩增压，而减缓两帮的继续收敛。
所述装置在安装时，在固定好柱鞋2和柱帽3位置的情况下，先通过液压泵站注液使单体液压支柱1活柱伸长达到设计初撑力，而后向倾斜支撑油缸5注液使其活柱伸长，使铰链11以支撑杆6长度为半径绕铰链12转动并达到水平支撑油缸7设计高度，而后改变导向油缸8活柱长度调整水平支撑油缸7至设计高度，最后通过注液使水平支撑油缸7活柱伸长，将齿面压板9固定在巷道左帮17和巷道右帮18的设计位置。
所述装置在拆卸时，先要使水平支撑油缸7、导向油缸8和倾斜支撑油缸5活柱同时回油卸载收缩，使齿面压板9离开巷道两帮17、18，最后使单体液压支柱1活柱回油卸载收缩，使柱帽3离开巷道顶板16。当本发明在回采过程中进入回采工作面时，撤出该装置，并重新安装到超前支护段的末端；当本发明安装在大变形软岩巷道时，巷道废弃前撤出装置即可。
Claims (1)
1.一种协调控制巷道围岩变形的装置，包括单体液压支柱、柱鞋、柱帽、卡箍、倾斜支撑油缸、支撑杆、水平支撑油缸、导向油缸、齿面压板及5对铰链，其特征在于：
1)所述装置各构件轴线均在同一平面内，且该平面与巷道轴线垂直；
2)所述单体液压支柱通过柱鞋对巷道底板施加作用力，通过柱帽对巷道顶板施加作用力，所述柱帽及柱鞋面积应足够大，以避免陷入巷道顶底板；
3)所述单体液压支柱油缸上端外侧周边安装卡箍，卡箍左右两侧各安装一个铰链(1)，所述铰链(1)用于固定倾斜支撑油缸的尾端；
4)所述柱帽外侧两边各安装一个铰链(3)，用于固定导向油缸的尾端及支撑杆的上端；
5)所述倾斜支撑油缸首端、支撑杆下端及水平导向油缸的尾端固定于铰链(2)；
6)所述单体液压支柱、倾斜支撑油缸和支撑杆借助铰链(1)、铰链(2)和铰链(3)组成一个三角结构，当单体液压活柱下缩时，倾斜支撑油缸与支撑杆夹角减小，铰链(2)远离单体液压支柱，水平支撑油缸收缩增压；当水平支撑油缸收缩增压时，倾斜支撑油缸与支撑杆夹角增大，铰链(2)靠近单体液压支柱，支撑杆向上的分力及倾斜支撑油缸向下的分力均增大；
7)所述导向油缸尾端连接于铰链(3)，其活柱首端连接于铰链(4)，可通过调整铰链(4)的位置来调整齿面压板的位置，并可将顶底板移近转化为水平支撑力的增加，将两帮收敛转化为竖向支撑力的增加；
8)所述水平支撑油缸上侧由铰链(4)与导向油缸活柱端部连接，活柱端部由铰链(5)与齿面压板连接，经齿面压板向巷帮施加作用力；所述齿面压板的钉齿用于防止齿面压板在巷帮的滑动；所述齿面压板的面积要足够大，以避免压力增大时陷入巷帮。
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