CN103089282B - 一种高强度轻型防冲支架 - Google Patents

Abstract

一种高强度轻型防冲支架，属于煤矿巷道支护技术领域，特别是涉及一种应用于深部冲击地压的煤矿采矿区的高强度轻型防冲支架。本发明提供一种从动力学的消能减震、吸能防冲角度考虑，把传统支护结构变为可控吸能防冲减震支护结构，提高支护强度，能够吸收冲击地压瞬间释放的冲击变形能的高强度轻型防冲支架。本发明包括弧形支架和锯齿摩擦吸能连接构件，弧形支架的主体设置为箱形梁结构，所述的箱形梁设置为中空梯形管结构，在箱形梁接口端的管壁内安装有梯形连接芯棒；所述的锯齿摩擦吸能连接构件的主体包括U型板和紧固锯齿摩擦板， U型板的内底面设置为锯齿状结构，U型板和紧固锯齿摩擦板通过紧固螺栓和螺母相连接。

Description

一种高强度轻型防冲支架

技术领域

本发明属于煤矿巷道支护技术领域，特别是涉及一种应用于深部冲击地压的煤矿采矿区的高强度轻型防冲支架。

背景技术

随着我国能源需求量的不断增加和开采强度的不断加大，开挖深度日趋加深，数千米深的矿井屡见不鲜。在未来几年大部分矿井将进入深部开采阶段。在深部条件下，随之出现了深部围岩独特的力学特性，以及对经典支护的严峻挑战。现如今，冲击地压发生的频率和强度不断增加，造成大量的巷道支护破坏、垮塌以及人员的伤亡事故，以至于严重的影响了煤矿的安全生产。因此，深部工作面回采巷道支护预防冲击地压问题，已然成为我国在安全高效的开采深部煤炭资源时亟需解决的课题。

目前，对于冲击地压巷道围岩的支护，一般采用锚杆、锚索、注浆、锚网喷、锚注及U型钢支架等一种或几种联合使用，对减轻浅部冲击地压的危害起到了一定作用。但对于深部开采过程中冲击地压产生的强冲击动载荷，往往超出这些常规支护的强度极限，并造成支护及巷道破坏，严重影响了人员的安全与矿井的生产。近期，在深部矿井采用强支护方式对冲击地压起到了有效抑制，但支护设备重量增加了几十倍，支护费用也增加了几十倍，由于回采巷道防冲支护属于短期支护，支架前后搬运频繁、劳动强度大，笨重的强支护方式给支架的移动、安装和搬运带来一定困难。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种从动力学的消能减震、吸能防冲角度考虑，把传统支护结构变为可控吸能防冲减震支护结构，提高支护强度，能够吸收冲击地压瞬间释放的冲击变形能的高强度轻型防冲支架。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高强度轻型防冲支架，包括弧形支架和锯齿摩擦吸能连接构件，所述的弧形支架的主体设置为箱形梁结构，所述的箱形梁设置为中空梯形管结构，在所述的箱形梁的上、下管壁外分别粘接有第一高强度碳纤维板和第二高强度碳纤维板，在箱形梁接口端的管壁内安装有梯形连接芯棒；所述的箱形梁接口端第一高强度碳纤维板与第一锯齿摩擦板的一面相粘接，所述的箱形梁接口端第二高强度碳纤维板与第二锯齿摩擦板的一面相粘接，所述的第一锯齿摩擦板和第二锯齿摩擦板的另一面均设置为锯齿状结构；所述的锯齿摩擦吸能连接构件的主体包括U型板和紧固锯齿摩擦板，所述的U型板的内底面设置为锯齿状结构，在所述的U型板的外底面粘接有第三高强度碳纤维板；所述的紧固锯齿摩擦板的一面设置为锯齿状结构，在所述的紧固锯齿摩擦板的另一面粘接有第四高强度碳纤维板；所述的紧固锯齿摩擦板锯齿面向内安装于U型板的开口端，所述的U型板与紧固锯齿摩擦板通过紧固螺栓和螺母相连接，在所述的U型板与螺母之间的紧固螺栓上设置有调力弹簧；所述的弧形支架之间通过梯形连接芯棒相连接；所述的弧形支架的接口端套装于锯齿摩擦吸能连接构件内，且所述的第一锯齿摩擦板的锯齿面与紧固锯齿摩擦板的锯齿面相配合，所述的第二锯齿摩擦板的锯齿面与U型板的内底面相配合。

所述的箱形梁、第一锯齿摩擦板、第二锯齿摩擦板、U型板、紧固锯齿摩擦板及梯形连接芯棒设置为钢材料。

所述的紧固螺栓设置为玻璃纤维材料。

本发明的有益效果：

1、本发明采用高强度碳纤维板与钢材料的组合结构，在不增加重量和体积的情况下，起到了提高支护强度的作用，同时减轻了移动安装时人员的劳动强度。

2、本发明与强支护方式相比大大降低了制造成本，为生产节省了资金。

3、本发明采用的锯齿摩擦吸能连接构件，提高了连接强度，增大了可调控静力支撑能力，增强了动力吸能功能，很好的解决了预防冲击地压问题。

4、本发明根据动力学理论，在设计中考虑了支架的动力学参数，使支架的固有频率远离强矿震主频，减弱了共振效应对支架的破坏，解决了放炮、地震等动载荷对支护体系的危害，具有调控消能减震的作用。

附图说明

图1为本发明的一种高强度轻型防冲支架结构示意图；

图2为本发明的连接处横截面结构示意图；

图3为本发明的连接处纵截面结构示意图；

图中，1—弧形支架，2—锯齿摩擦吸能连接构件，3—箱形梁，4—第一高强度碳纤维板，5—第一锯齿摩擦板，6—第二高强度碳纤维板，7—第二锯齿摩擦板，8—U型板，9—第三高强度碳纤维板，10—紧固锯齿摩擦板，11—第四高强度碳纤维板，12—紧固螺栓，13—螺母，14—调力弹簧，15—梯形连接芯棒。

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、2、3所示，一种高强度轻型防冲支架，包括弧形支架1和锯齿摩擦吸能连接构件2，所述的弧形支架1的主体设置为箱形梁3结构，所述的箱形梁3设置为中空梯形管结构，在所述的箱形梁3的上、下管壁外分别粘接有第一高强度碳纤维板4和第二高强度碳纤维板6，在箱形梁3接口端的管壁内安装有梯形连接芯棒15；所述的箱形梁3接口端第一高强度碳纤维板4与第一锯齿摩擦板5的一面相粘接，所述的箱形梁3接口端第二高强度碳纤维板6与第二锯齿摩擦板7的一面相粘接，所述的第一锯齿摩擦板5和第二锯齿摩擦板7的另一面均设置为锯齿状结构；所述的锯齿摩擦吸能连接构件2的主体包括U型板8和紧固锯齿摩擦板10，所述的U型板8的内底面设置为锯齿状结构，在所述的U型板8的外底面粘接有第三高强度碳纤维板9；所述的紧固锯齿摩擦板10的一面设置为锯齿状结构，在所述的紧固锯齿摩擦板10的另一面粘接有第四高强度碳纤维板11；所述的紧固锯齿摩擦板10锯齿面向内安装于U型板8的开口端，所述的U型板8与紧固锯齿摩擦板10通过紧固螺栓12和螺母13相连接，在所述的U型板8与螺母13之间的紧固螺栓12上设置有调力弹簧14；所述的弧形支架1之间通过梯形连接芯棒15相连接；所述的弧形支架1的接口端套装于锯齿摩擦吸能连接构件2内，且所述的第一锯齿摩擦板5的锯齿面与紧固锯齿摩擦板10的锯齿面相配合，所述的第二锯齿摩擦板7的锯齿面与U型板8的内底面相配合。

所述的箱形梁3、第一锯齿摩擦板5、第二锯齿摩擦板7、U型板8、紧固锯齿摩擦板10及梯形连接芯棒15设置为钢材料。

所述的紧固螺栓12设置为玻璃纤维材料。

下面结合附图说明本发明的使用过程：

如图1所示，一种高强度轻型防冲支架，由四节弧形支架1和四节锯齿摩擦吸能连接构件2组成。

如图2、3所示，首先，将其中两节弧形支架1通过梯形连接芯棒15按要求尺寸连接在一起。然后，将一节锯齿摩擦吸能连接构件2按要求尺寸套装在弧形支架1的连接处。最后，通过紧固螺栓12和螺母13将弧形支架1与锯齿摩擦吸能连接构件2紧固在一起，形成一个半圆弧形。依照上述步骤，将另两节弧形支架1与一节锯齿摩擦吸能连接构件2紧固连接在一起，形成另一个半圆弧形。此时，将两个半圆弧形的组合体通过梯形连接芯棒15按要求尺寸连接成一个封闭圆环，再将另两节锯齿摩擦吸能连接构件2分别套装在刚组装完的弧形支架1的连接处，并通过紧固螺栓12和螺母13将弧形支架1与锯齿摩擦吸能连接构件2紧固在一起，支架组装完成。最后，通过调整螺母13实现增强调力弹簧14正应力的目的，以增强第一锯齿摩擦板5与紧固锯齿摩擦板10之间的摩擦阻力。

由于强矿震的主频为5至50赫兹，而本发明的高强度轻型防冲支架的固有频率大于200赫兹，远离强矿震的主频，解决了放炮、地震等动载荷对支护体系的危害，以至于减弱了共振效应对支架的破坏。

Claims (2)

1.一种高强度轻型防冲支架，其特征在于：包括弧形支架和锯齿摩擦吸能连接构件，所述的弧形支架的主体设置为箱形梁结构，所述的箱形梁设置为中空梯形管结构，在所述的箱形梁的上、下管壁外分别粘接有第一高强度碳纤维板和第二高强度碳纤维板，在箱形梁接口端的管壁内安装有梯形连接芯棒；所述的箱形梁接口端第一高强度碳纤维板与第一锯齿摩擦板的一面相粘接，所述的箱形梁接口端第二高强度碳纤维板与第二锯齿摩擦板的一面相粘接，所述的第一锯齿摩擦板和第二锯齿摩擦板的另一面均设置为锯齿状结构；所述的锯齿摩擦吸能连接构件的主体包括U型板和紧固锯齿摩擦板，所述的U型板的内底面设置为锯齿状结构，在所述的U型板的外底面粘接有第三高强度碳纤维板；所述的紧固锯齿摩擦板的一面设置为锯齿状结构，在所述的紧固锯齿摩擦板的另一面粘接有第四高强度碳纤维板；所述的紧固锯齿摩擦板锯齿面向内安装于U型板的开口端，所述的U型板与紧固锯齿摩擦板通过紧固螺栓和螺母相连接，在所述的U型板与螺母之间的紧固螺栓上设置有调力弹簧；所述的弧形支架之间通过梯形连接芯棒相连接；所述的弧形支架的接口端套装于锯齿摩擦吸能连接构件内，且所述的第一锯齿摩擦板的锯齿面与紧固锯齿摩擦板的锯齿面相配合，所述的第二锯齿摩擦板的锯齿面与U型板的内底面相配合；所述的紧固螺栓设置为玻璃纤维材料。

2.根据权利要求1所述的一种高强度轻型防冲支架，其特征在于：所述的箱形梁、第一锯齿摩擦板、第二锯齿摩擦板、U型板、紧固锯齿摩擦板及梯形连接芯棒设置为钢材料。