CN103075168A - 可缩性支架及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于矿井的可缩性支架，包括从矿井底板处延伸的第一金属管，该第一金属管并包括具有第一外径的第一部分和具有第二外径的第二部分。该支架包括第二金属管，所述第二金属管设置在第一部分周围，并朝着矿井顶板延伸，当第二管接受来自矿井顶板的负载时，该第二部分使第二管变形，并使第二管扩大，产生应对来自矿井顶板的负载的阻力。一种支撑矿井顶板的方法。一种建立可缩性矿井支架的方法。

Description

可缩性支架及方法

技术领域

本发明涉及一种可缩性矿井支架，该支架包括具有第一外径的第一部分，和具有第二外径的第二部分，当第二管接受来自矿井顶板的负载时，该第二外径对该支架的第二管产生阻力。（在此，“本发明”或“发明”指代示例性的实施例，并不一定指代权利要求所包括的每个实施例）。本发明更具体地涉及一种可缩性矿井支架，该支架包括具有第一外径的第一部分和具有第二外径的第二部分，当第二管接受来自矿井顶板负载时，该第二外径对该支架的第二管产生阻力，其中该第二部分为焊珠或焊环。

背景技术

这部分将给读者介绍可能会与本发明各个方面有关的不同技术方面。以下讨论将提供有助于对本发明理解的信息。因此，以下讨论应该按此理解，而不应该理解为对背景技术的承认。

长期以来，在开采业，尤其在煤炭和金属开采的情况下，支撑物接受地面移动，并保持该支撑物完整性的能力被认为是比较有用的特点，其中在所述的煤炭和金属开采情况中，开采材料提取的方法会导致高垂直或水平的压力环境，以及开采出口和进入通道的关闭。在过去，会利用钢筋和水泥基的结构，来提供支撑。所公开的技术解决了目前钢铁伸长的支撑技术的缺点。

发明内容

本发明涉及矿井的可缩支架。该支架包括从矿井底板延伸的第一金属管，该第一金属管包括具有第一外径的第一部分和具有第二外径的第二部分。该支架包括第二金属管，该第二金属管设置在该第一部分周围，并朝着矿井顶板延伸，当所述第二管接受来自矿井顶板的负载时，所述第二部分使第二管变形，并扩大该第二管，从而产生对抗所述来自矿井顶板的负载的阻力。

本发明涉及一种支撑矿井顶板的方法。该方法包括在矿井内放置可缩性矿井支架的步骤，这种放置使得支架的第一金属管从矿井底板延伸，支架的第二金属管从第一管处，朝着矿井顶板延伸。并有用第二管接受来自矿井顶板负载的步骤。还有应对第一管的第二部分的阻力来移动负载下的第二管的步骤，该第二部分从第一管的第一部分开始延伸，并使第二管变形。

本发明涉及一种建立可缩性矿井支架的方法。该方法包括使第二金属管的底端适配到第一金属管的顶端之上。并有使第二管的底端抵靠着第一管的第二部分移动的步骤，该第一管的第二部分从第一管的第一部分处开始延伸。

附图说明

以下通过附图，优选实施例和优选方法来说明本发明：

图1展示了本发明的可缩性矿井支架。

图2展示了本发明的负载下变形的可缩性矿井支架。

图3为具有可调节高度的支架。

图4展示了高度伸长后的支架。

图5展示了高度伸长后并在负载下变形的支架。

图6展示了具有焊珠的可缩性矿井支架。

图7展示了具有焊环的可缩性矿井支架。

图8a-8c为第一管第二部分的侧视，俯视和截面图。

图9展示了具有两个楔形焊环的第一管。

图10a, b和c为环的侧视，俯视和截面图。

图11为具有图10所示的具有多种楔形设计容量的实施例。

具体实施方式

在所有附图中，尤其是图6和7中，相同的附图标记表示相似或相同的零件。附图展示矿井的可缩性支架10。该支架10包括从矿井底板34延伸的第一金属管，该第一金属管包括具有第一外径的第一部分14和具有第二外径的第二部分16。所述支架10包括第二金属管，该第二金属管设置在所述第一部分14的周围，并朝着矿井顶板36延伸。当第二管18受到来自矿井顶板36的负载时，该第二部分16使第二管18变形，并使第二管18扩张，产生对抗来自矿井顶板36的负载的阻力。

第二部分16可以包括至少一个焊接在所述第一部分14的金属珠20，或焊接在所述第一部分的金属环22。第二部分16的高度可从第一部分14处延伸出来，该高度至少比所述第二管18的内径大0.15英寸。第一管12的屈服强度可大于第二管18的屈服强度。该第一管12具有顶端38，而第二部分16设置在距离该第一管12顶端38约3~9英寸的位置上。

 第二管18可具有底端40，该底端40适配在第一管12的顶端38上，并往外张开以便该第二管18在第一管12上的放置。第一管12的长度可以为H减去X，其中的H为矿井的高度，X在3-20英寸之间。支架10可以包括至少一个焊接至第一管12和第二管18处的保持片24，以将该第一和第二管12和18保持在一起。支架10包括安装在第二管18顶端42处的金属上板46，以及包括安装在第一管12底端44处的脚板48。该支架10可以包括安装在第一管12处的把手26。第二部分16的环22可以具有楔子状，如图9所示。

第一管12可具有第三部分28，该第三部分28具有位于第二部分16之下的第三外径，与第二外径距离第一部分14的高度相比，该第三外径具有距离第一部分14更大的高度，这样通过多阶式作用第二管18的金属，产生递增的支撑阻力。该第三部分28可以包括至少一个珠20，珠20所具有的高度大于第二部分16的珠20的高度。该第三部分28可以包括第二环50，该第二环50所具有的高度大于第二部分16的环22的高度。

支架10可以包括容器30，所述第一管12放置于该容器30中，使得第一管12从延伸地面的高度可以调节，如图3-5所示。该容器30可包括沙子32，所述沙子的水平用于调节第一管12的高度。

本发明涉及一种支撑矿井顶板36的方法。该方法包括将可缩性矿井支架10放置于矿井的步骤，使得支架10的第一金属管从矿井底板34延伸，以及支架10的第二金属管从第一管12处，朝着矿井顶板36延伸。还有通过第二管18接受来自矿井顶板36的负载的步骤。还有应对来自第一管12的第二部分16的阻力来移动负载之下的第二管18的步骤，该第一管12的第二部分16从使第二管18变形的第一管12的第一部分14处延伸。还可以有调节支架10的长度的步骤。

本发明涉及一种建立可缩性矿井支架10的方法。该方法包括将第二金属管的底端40适配到第一金属管顶端38之上。还有使第二管18的底端40抵靠着第一管12的第二部分16移动的步骤，该第一管12的第二部分16从第一管12的第一部分14处延伸。

还有将第二部分16焊接至第一部分14的步骤。还有将保持片24焊接至第一管12和第二管18处，使该第一和第二环24保持在一起的步骤。还有将第二管18的底端40向外扩大，以便将所述第二管18适配到所述第一管12之上的步骤。

关于本发明的操作，提供两种供选择的方法。两种方法都包括一个支架10，该支架10由至少两个钢管18组成，其中的一个钢管具有外径，该外径小于第二管18的内径。这样可得套管式的装配，以致在第一和第二管12,18之间没有干涉。这种半径关系的管不会产生支撑，直到产生第二部分或“干涉机构”（interference mechanism），使得穿过第二管18的第一管12的自由通道之间产生阻力。

产生“干涉机构”的两种设计。

第一种设计在第一管12上产生一个或多个焊接珠20，使得焊接珠20的有效外径与第二管18内径产生干涉。这种干涉会导致第一管12自由通向第二管趋势的阻碍，并使焊接珠20对第二管18产生摩擦或刮削，并可能取决于第二管18的机械特性而使第二管18同心扩张以容纳内管和焊接珠20的有效半径。与两个相对的石块表面（例如：地面和矿井的顶部）接触的这两条管对石块表面的关闭产生阻力。

第二种设计使用机器或铸件的，钢或延性铁制成的尖细或球状的环。该环可以焊接至第一管12处，而第一管12和环的结合半径将产生有效外径和第二管18内径之间的干涉。如第一种设计一样，第二种设计将产生摩擦和刮削作用，以及第二管18可能的同心扩张。如第一种设计一样，该第二种设计当置于两种石块表面之间时，产生关闭的阻力。

可以预见，在生产时，具有干涉机构的两个管可以安装以产生有效的关闭阻力。在生产时，具有干涉机构的第一管12将被组装到第二管18内，从而在安装到矿井巷道内时，对关闭提供即时阻力。管的尺寸可被制造为恰好匹配所述矿井巷道，或者，如果矿井巷道的尺寸与结合后管的制造长度不是恰好匹配的话，则用木制或钢制楔子52将管固阻在适当位置，如图7所示。 

图1展示了本发明的可缩性矿井支架10。

图2展示了本发明的可缩性矿井支架10在负载下变形。

图2提供了在对抗矿井巷道关闭的情况下支持物是如何变形的实施例。

可替代地，两个管可以安装至可调节安装机构中，这样可以使管适用于不同的矿井巷道尺寸。一种这样的设置为将两个管安装在目前Strata Products公司销售的叫做SandProp?的装置中，SandProp?使用了一种调节机构，这种结构容许伸长的支撑件来容纳不同矿井巷道的尺寸。这种SandProp?装置一般为非可缩性支撑，当达到其最大强度时，便会在两个石块表面关闭的趋势下倾向发生变形，并减低其支撑能力。

为了具有所公开的设计的屈服特性，可以使用SandProp?的上管（较小半径）作为第一较小半径管，该管可以安装焊接珠20或机器的或铸造的焊接环22。该第二管18可以在生产时候强加在第一管12上。末端产品为支撑件，该支撑件在制造时具有石块关闭阻力，以及可调节特性，以容纳不同矿井巷道的尺寸。上管或第一管12随后在其底部具有开口，用于装载例如沙子的材料，沙子装入第一管，以避免装入SandProp?装置的较低管内，在此该较低管为第三管。通过将沙子倾倒出开口，并装入第三管的较低部分来提升第一管至理想高度。现在的沙子处于第三管，该第三管用作升高的第一管的基础。在这种实施例中，第三管可以比第一管更牢固。

图3展示了具有可调节高度的支架10。

图4展示了高度被伸长后的支架10。

图5展示了高度被伸长后，并在负载下变形的支架10。

图6展示了具有焊接珠20的可缩性矿井支架10。

图7展示了具有焊接环22的可缩性矿井支架10。

建筑钢管为支架10结构的理想材料。用焊接珠20后焊接环22来实现，使用两种半径和强度的管。

第一管12，例如，为空心并具有大约2.875的外径和2.375的内径。制造时所使用的钢的屈服强度在60,000 psi至100,000 psi，并优选为约80,000 psi，以在负载时对弯曲提供较高的阻力。

第二管18具有3.500的外径和3.000的内径。制造这种空心管时使用的钢的屈服强度为约35,000 psi至75,000 psi，并优选为约55,000 psi，以在回应负载时通过干涉机构来四周延伸。第二管的屈服强度应小于第一管的屈服强度。可以看到，有了这种半径关系，在第一管12和第二管18之间不存在固有的干涉。

每个管的厚度为0.5英寸，但可以在0.3~0.7英寸厚度之间，而管的厚度不需一样，取决于管之间理想的强度和关系。

所使用的各个管的长度取决于矿井巷道的高度，在该矿井的开口处，安装有支撑件以及设计在支撑件内的一定数量的关闭件。这在以下将进行讨论。

焊接珠20的设计

图6展示了焊接珠20的一个优选结构。焊接珠20围绕所述第一管的整个圆周设置，并位于距第一管12的一端为3~9英寸处，优选位于约6英寸处。一般来说，利用MIG焊接过程来产生这种焊接珠20。这种情况下的珠厚度为0.600，以此提供用具有焊接珠20的管外径为3.475。这样清楚地在第一和第二管12,18之间建立了尺寸干涉。

对于设备的组装，第二管18的一个末端将用硬芯棒使半径向外扩张至3.500，以接受具有合适位置的焊接珠20的第一管12。一旦组装的径向相对的“保持片”（keeper tab）以合适位置焊接在第二管18上，以保持作为单一单元的两条管在一起。为了轻便，把手26同样加装到结合单元处。钢制的上板46和脚板48焊接至组装装置的任一端。上板46和脚板48为A36钢制成，并具有0.250的厚度，和最小平方尺寸4.00。一旦该单元处于合适位置并工作时，上板46和脚板48使轴承负载紧贴着矿井顶板36和地面向外传播。

如图1所示，为了具体的应用和使用最简单形式的支撑件，管的相对长度如下确定：采矿高度为H，并提供可以接受达到12的关闭件的支撑则比较理想，第一管12的最大长度为H-12。由于支撑物是预先装备的，该支撑物用去了第二管18中6个长度，需要用18的长度来提供12的关闭物。在实际应用中，第一管12的长度将会小于最大长度约4-6，使其更容易控制进入位置，随后使用木枕和楔子来固定该支撑物在合适位置上。图2展示了图1中支撑物在关闭后的状态。

作为单一焊接珠20的其它选择，如图6所示，可以将多个焊接珠20设置在第一管12上。该多个焊接珠20以约一英寸的间隔相隔，而珠20具有不同的厚度以通过多阶式作用第二管18的金属来产生递增的支撑阻力。该多个焊接珠20可以分步在第一管12的较长长度上，例如从一端起的8，而不是6。组装时，扩张，足够的深度和第二管18扩张的形状必须能容纳额外的焊接珠长度。具有焊接珠20的支撑件的安装和使用与上述相同。

机器环22的设计

第二优选结构用于取代具有机器环的焊接珠20，测试表明这种结构为更可靠的结构，因为机器环的表面抛光更受控，负载容量更稳定。该环可以具有不同的形式，在产生干涉机构时比较有效，并因此支撑阻力。一种简单的形式是在横截面为半球状，这种形状如焊接珠形式的形状一样，如图7所示。可以像使用多个焊接珠20来同样使用多个这些环。这些环可以具有逐渐变大的径向尺寸，这使第二管在几个阶段中变形。这些环可以焊接至第一管12上，以在合适位置上固定它们。

楔子状的机器环被证明可以提供最稳定的性能。为了制造楔子状的环，使用513类的 DOM管。这种管的标称尺寸为3.5 OD和375壁。图8a-8c为成件的侧视，俯视和截面图。一旦加工，该楔形环加热处理，并回火，以获得最后的Rockwell C标准的30-35的硬度。为了防止楔子环的毛边，并提供增加的强度，需要加热处理过程，以保证环22的几何学不会改变支撑件变形的距离。环22可以随后焊接至第一管12的理想位置。一般来说，楔子状环22可以距离第一管12的一端6的位置上。

图8a-8c为第一管12的第二部分16的侧视，俯视和截面图。

如在其它设计中一样，如图9所示，多个焊接珠中可以在每个环具有稍微大的尺寸下使用。为了生产需要，制造具有多重逐渐增大楔状的焊接环22同样实际。应该意识到，具有多个焊接表面的单一环可以提高加工和组装的过程。这种环在图中展示，图10a-10c为侧视，俯视和截面图。

图10a, b和c为环22的侧视，俯视和截面图。

图11为具有如图10所示的具有多个楔子设计容量的实施例。

在另一个实施例中，第二部分16位于第一管12之内，而第二管18安装在第一管12之内。而在另一个替代性的实施例中，第二管18可以在其外部具有第二部分16，而第二管18安装在第一管12内；或第二部分16安装在第二管18之内，第二管18适配在第一管12之上。在两种情况下，第一管12的屈服强度小于第二管18的屈服强度。基本上，所描述的所有其它的特点都可应用。

尽管在前述实施例中已详细描述了本发明，但该详细的描述仅为说明需要，在不偏离本发明精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以作出改变，本发明通过以下权利要求进行限定。

Claims (22)

1.一种用于矿井的可缩性支架，其特征在于，所述支架包括：

第一金属管，该第一金属管从矿井底板伸出，并包括具有第一外径的第一部分和具有第二外径的第二部分；和

第二金属管，该第二金属管围绕所述第一部分设置，并朝着矿井顶板延伸，当第二管接受来自矿井顶板的负载时，所述第二部分使第二管变形，并使该第二管扩张，产生对抗来自矿井顶板的负载的阻力。

2.根据权利要求1所述的支架，其特征在于，所述第二部分包括至少一个焊接至所述第一部分的金属珠，或者，所述第二部分包括焊接至所述第一部分的金属环。

3.根据权利要求2所述的支架，其特征在于，所述第二部分的高度从所述第一部分处延伸出来，该高度至少比第二管的内径大0.15英寸。

4.根据权利要求3所述的支架，其特征在于，所述第一管的屈服强度大于所述第二管的屈服强度。

5.根据权利要求4所述的支架，其特征在于，所述第一管具有顶端，而所述第二部分设置为距第一管顶端约3~9英寸。

6.根据权利要求5所述的支架，其特征在于，所述第二管具有底端，该底端适配在所述第一管的顶端上，并向外扩张以便于将所述第二管放置在所述第一管上。

7.根据权利要求6所述的支架，其特征在于，所述第一管的长度为H减去X，其中的H为矿井高度，而X处在3~20英寸之间。

8.根据权利要求7所述的支架，其特征在于，至少一个保持片焊接至所述第一管和第二管，以将该第一管和第二管保持在一起。

9.根据权利要求8所述的支架，其特征在于，所述支架包括连接至所述第二管顶端的金属上板，和连接至所述第一管底端的金属脚板。

10.根据权利要求9所述的支架，其特征在于，所述支架包括连接至所述第一管的把手。

11.根据权利要求10所述的支架，其特征在于，所述第二部分的所述金属环为楔形。

12.根据权利要求10所述的支架，其特征在于，所述第一管具有第三部分，所述第三部分具有位于第二部分之下的第三外径，从而通过多阶式作用第二管金属来产生递增的支撑阻力。

13.根据权利要求12所述的支架，其特征在于，所述第三部分包括至少一个珠，所述第三部分的珠的高度大于第二部分的珠的高度。

14.根据权利要求12所述的支架，其特征在于，所述第三部分包括第二环，所述第三部分的第二环的高度大于第二部分的所述金属环的高度。

15.根据权利要求10所述的支架，其特征在于，所述支架包括放置第一管的容器，使得该第一管从地面延伸的高度可以进行调节。

16.根据权利要求15所述的支架，其特征在于，所述容器包括沙子，所述沙子的水平用于调节所述第一管的高度。

17.一种支撑矿井顶板的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在矿井中放置可缩性矿井支架，使得支架的第一金属管从矿井底板延伸，并使支架的第二金属管从第一管处朝着矿井顶板延伸；

通过第二管接受来自矿井顶板的负载；

在来自第一管的第二部分的抗负载阻力作用下移动第二管，所述第一管的第二部分从使第二管变形的第一管的第一部分处延伸。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括调节支架长度的步骤。

19.一种用于建立可缩性矿井支架的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将第二金属管的底端适配到第一金属管的顶端之上；

使第二管的底端抵靠着第一管的第二部分移动，所述第一管的第二部分从第一管的第一部分处延伸出来。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述第二部分焊接至所述第一部分的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法包括将保持片焊接至第一管和第二管，以将所述第一和第二管保持在一起的步骤。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法包括使第二管的底端向外扩张的步骤，以便于将所述第二管适配在所述第一管之上。

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