CN104100281A - 一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法，其环形缸体内设置有能沿环形缸体移动的密闭式滑动活塞与滑动连杆活塞，密闭式滑动活塞、滑动连杆活塞与环形缸体内壁之间均为动密封，密闭式滑动活塞上表面与环形缸体顶板之间形成一弹簧缓冲腔，弹簧缓冲腔内布置有第一弹簧，密闭式滑动活塞与滑动连杆活塞之间布置一液压腔；滑动连杆活塞的下表面与环形缸体底板之间形成一缓冲复位腔，缓冲复位腔内布置有第二弹簧；滑动连杆活塞的下表面上设置有多个阻尼孔，液压腔与缓冲复位腔通过阻尼孔相连通。采用液压与强力弹簧耦合的方式控制支护装置的变形，充分利用了两者的优点实现了分级让压，具有让压迅速、持续，让压过程及让压量可控的优点，同时可实现对巷道进行定量支护和补强支护。

Description

一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法

技术领域

本发明涉及矿山压力与巷道支护技术领域，尤其涉及一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法。

背景技术

巷道支护是影响井工开采矿井安全生产及高产高效的关键，其发展经历了木支护、砌碹支护、型钢支护和锚杆支护等，目前最常用的巷道支护方式为锚杆支护和型钢支护，基本解决了普通埋深、围岩条件相对较好的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类巷道的支护问题。然而，在深部高地应力巷道、受强烈采动影响巷道、特大断面巷道及软岩巷道等复杂条件下，现有的支护技术仍不能满足工程需求，巷道断面收缩率大，并经常出现冒顶、片帮等事故，巷道返修率高。研究表明：①仅依靠锚杆本身的支护能力，难以有效地控制围岩的剧烈变形，必须充分发挥巷道围岩自身的承载能力，即支护装置必须具有一定的让压性能，既能降低锚杆载荷，又能充分发挥围岩自身的承载能力；②支护装置要具有一定的防冲性能，在冲击载荷的作用下，既能保证支护装置不被压死的同时释放掉冲击载荷，又要保证冲击载荷作用后支护装置仍具有较好的支护性能。

现有技术中有一种液压耦合锚杆，这种锚杆的下端为一种液压装置，使锚杆具有一定的让压缓冲作用，适应巷道的大变形特点，并可实现对巷道围岩的补强支护。然而，这种锚杆的缺点是：让压灵敏度低，在冲击载荷作用下难以实现快速卸压，反应慢且回馈不准确，易造成锚杆脱锚或液压装置毁坏；补强支护只能通过手动注液实现，且存在不能复位的问题；支护范围受巷道尺寸限制；一次支护设备，成本高，难以推广应用。

目前，还有一种变形局部化的动力吸能锚杆，锚杆体沿长度方向设置有呈粗细相间布置的粗部和细部，粗部能实现多点锚固的效果，提高锚杆锚固强度，在动力的作用下，细部结构能够产生塑性变形以吸收动能，可确保该锚杆体不会发生动力失效。然而，这种锚杆的缺点是：难以实现稳定、持续让压，让压过程不可控制；冲击载荷发生后不能对围岩进行补强支护；支护范围受巷道尺寸限制。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供的一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法，以实现高应力及冲击载荷作用下支护设备的快速、持续、可控让压和补强支护。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种矿用多级让压防冲支护装置，其包括环形缸体，环形缸体的中部设置有用于安装锚杆或锚索的安装孔，其中，环形缸体内设置有能沿环形缸体移动的密闭式滑动活塞与滑动连杆活塞，密闭式滑动活塞、滑动连杆活塞与环形缸体内壁之间均为动密封，密闭式滑动活塞上表面与环形缸体顶板之间形成一弹簧缓冲腔，弹簧缓冲腔内布置有第一弹簧，密闭式滑动活塞与滑动连杆活塞之间布置一液压腔；滑动连杆活塞的下表面与环形缸体底板之间形成一缓冲复位腔，缓冲复位腔内布置有第二弹簧；滑动连杆活塞的下表面上设置有多个阻尼孔，液压腔与缓冲复位腔通过阻尼孔相连通。

所述的矿用多级让压防冲支护装置，其中，第一弹簧处于原始状态，在与液压腔对应的环形缸体中部设置有安全阀，安全阀下方设置有液压传感器，该液压传感器与一数显压力表通信连接。

所述的矿用多级让压防冲支护装置，其中，与安全阀相对一侧的环形缸体上设置有用于向液压腔添加液压油的充液阀，充液阀与安全阀位于同一圆的直径上。

一种使用所述矿用多级让压防冲支护装置的支护系统，其中，在巷道的顶板上设置有多个所述矿用多级让压防冲支护装置，每个矿用多级让压防冲支护装置安装孔内均设置有一锚杆或锚索，锚杆或锚索通过固定螺母固定在对应矿用多级让压防冲支护装置，锚杆或锚索另一端锚固在对应岩石层内。

一种所述矿用多级让压防冲支护装置的使用方法，其包括以下步骤：

步骤一：分别采用锚杆、锚索钻机在预定位置打钻孔，然后在对应钻孔内安装锚杆或锚索，完成巷道支护；

步骤二：巷道受冲击载荷作用时，弹簧缓冲腔迅速做出反应，腔体压缩，实现第一级让压，同时增大支护系统的支护阻力；然后，液压腔做出反应，液压腔内的液压油通过滑动连杆活塞上的阻尼孔进入缓冲复位腔内，实现第二级让压；当冲击载荷非常大，液压油压力超过规定值时，将通过安全阀释放部分液压油，防止支护系统被损坏；

步骤三：冲击载荷消失后，弹簧缓冲腔在第一弹簧的作用下恢复原状，缓冲复位腔在第二弹簧的作用下恢复原状。

步骤四：液压腔内安装有液压传感器，通过数显压力表可实时显示液压油压力p，按式(1)可获得支护系统支护阻力F，

F＝p(πR²-πr²)   (1)

式中：R为弹簧缓冲腔外圆半径，单位为米；r为弹簧缓冲腔内圆半径，单位为米。

所述的使用方法，其中，上述步骤三具体的还包括：若液压腔内液压油出现损失时，通过充液阀向液压腔内加注液压油，可增大支护系统支护阻力，实现对巷道围岩进行定量支护、补强支护。

本发明提供的一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法，采用液压与强力弹簧耦合的方式控制支护装置的变形，充分利用了两者的优点实现了分级让压，由于弹簧反应快且回馈准确，灵敏度高，在冲击载荷的作用下首先做出反应，实现第一级让压，克服了单纯采用液压方式时，反应慢、安全阀频繁开启、支护装置易压死、让压效果差的缺点；而采用液压方式实现第二级让压，让压持续，让压过程及让压量可控，当然也可以将缓冲复位腔作为三级让压。而且在环形缸体上安装有充液阀，可随时改变液压腔内液压油的总量，从而实现了对巷道的主动支护、定量支护和补强支护；采用液压传感器实时监测支护装置内液压油的压力，实时显示并记录支护装置的支护阻力，可随时掌握锚杆、锚索的工作状态；采用本发明替代矿用锚杆、锚索托盘等设备，其安装和使用非常方便，其支护范围不受限制，且可重复利用，节约成本。

附图说明

图1是本发明中矿用多级让压防冲支护装置的结构示意图；

图2是本发明中的环形缸体对应液压腔部分的断面结构示意图；

图3是本发明中支护系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种矿用多级让压防冲支护装置，如图1与图2所示，其包括环形缸体1，环形缸体1的中部设置有用于安装锚杆或锚索的安装孔2，其中，环形缸体1内设置有能沿其内壁移动的密闭式滑动活塞3与滑动连杆活塞4，密闭式滑动活塞3、滑动连杆活塞4与环形缸体1内壁之间均为动密封，密闭式滑动活塞3上表面与环形缸体1顶板之间形成一弹簧缓冲腔5，弹簧缓冲腔5内布置有第一弹簧6，密闭式滑动活塞3与滑动连杆活塞4之间布置一液压腔7；滑动连杆活塞4的下表面与环形缸体1底板之间形成一缓冲复位腔8，缓冲复位腔8内布置有第二弹簧9；滑动连杆活塞4的下表面上设置有多个阻尼孔10，液压腔7与缓冲复位腔8通过阻尼孔10相连通；当密闭式滑动活塞3向下移动时，会压缩液压腔7的容积，液压油会通过阻尼孔10进入缓冲复位腔8内，实现了多级让压防冲支护。

更进一步的，第一弹簧6处于原始状态，在与液压腔7对应的环形缸体1中部设置有安全阀11，安全阀11下方设置有液压传感器12，该液压传感器12与一数显压力表13通信连接，可以通过数显压力表13获知液压腔7内的压力值，可随时掌握矿用多级让压防冲支护装置的运行状态。在与安全阀11相对一侧的环形缸体1上设置有用于向液压腔7添加液压油的充液阀14，充液阀14与安全阀11位于同一圆的直径上，可以根据数显压力表13获取的信息，调整液压腔7内的液压油含量，从而实现了对巷道的主动支护、定量支护和补强支护。

本发明还提供了一种使用所述矿用多级让压防冲支护装置的支护系统，如图3所示的，其中，在巷道15的顶板19上设置有多个所述矿用多级让压防冲支护装置，每个矿用多级让压防冲支护装置安装孔2内均设置有一锚杆17或锚索16，锚杆17或锚索16通过固定螺母18固定在对应矿用多级让压防冲支护装置，锚杆17或锚索16另一端锚固在对应岩石层内，在冲击载荷的作用下弹簧缓冲腔首先做出反应，实现了第一级让压，克服了单纯采用液压方式时，反应慢、安全阀频繁开启、支护装置易压死、让压效果差的缺点；而采用液压方式实现第二级让压，让压持续，让压过程及让压量可控，当然也可以将缓冲复位腔作为三级让压。而且在环形缸体上安装有充液阀，可随时改变液压腔内液压油的总量，从而实现了对巷道的主动支护、定量支护和补强支护。

本发明还提供了一种所述矿用多级让压防冲支护装置的使用方法，其包括以下步骤：

步骤一：分别采用锚杆、锚索钻机在预定位置打钻孔，然后在对应钻孔内安装锚杆17或锚索16，完成巷道支护；

步骤二：巷道受冲击载荷作用时，弹簧缓冲腔5迅速做出反应，腔体压缩，实现第一级让压，同时增大支护系统的支护阻力；然后，液压腔7做出反应，液压腔7内的液压油通过滑动连杆活塞4上的阻尼孔10进入缓冲复位腔8内，实现第二级让压；当冲击载荷非常大，液压油压力超过规定值时，将通过安全阀11释放部分液压油，防止支护系统被损坏；本发明通过连续增阻分级让压消耗掉大部分冲击能量，防止巷道围岩大范围破坏，同时保护支护系统；

步骤三：冲击载荷消失后，弹簧缓冲腔5在第一弹簧6的作用下恢复原状，缓冲复位腔8在第二弹簧9的作用下恢复原状。

步骤四：液压腔7内安装有液压传感器12，通过数显压力表13可实时显示液压油压力p，按式(1)可获得支护系统支护阻力F，

F＝p(πR²-πr²)   (1)

式中：R为弹簧缓冲腔5外圆半径，单位为米；r为弹簧缓冲腔5内圆半径，单位为米。

更进一步的，上述步骤三具体的还包括：若液压腔7内液压油出现损失时，通过充液阀14向液压腔内加注液压油，改变支护系统支护阻力，即根据需要，可由充液阀向液压缓冲腔体内加注液压油，改变支护系统支护阻力，实现主动支护、定量支护和补强支护。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种矿用多级让压防冲支护装置，其包括环形缸体，环形缸体的中部设置有用于安装锚杆或锚索的安装孔，其特征在于，环形缸体内设置有能沿环形缸体移动的密闭式滑动活塞与滑动连杆活塞，密闭式滑动活塞、滑动连杆活塞与环形缸体内壁之间均为动密封，密闭式滑动活塞上表面与环形缸体顶板之间形成一弹簧缓冲腔，弹簧缓冲腔内布置有第一弹簧，密闭式滑动活塞与滑动连杆活塞之间布置一液压腔；滑动连杆活塞的下表面与环形缸体底板之间形成一缓冲复位腔，缓冲复位腔内布置有第二弹簧；滑动连杆活塞的下表面上设置有多个阻尼孔，液压腔与缓冲复位腔通过阻尼孔相连通。

2.根据权利要求1所述的矿用多级让压防冲支护装置，其特征在于，第一弹簧处于原始状态，在与液压腔对应的环形缸体中部设置有安全阀，安全阀下方设置有液压传感器，该液压传感器与一数显压力表通信连接。

3.根据权利要求2所述的矿用多级让压防冲支护装置，其特征在于，与安全阀相对一侧的环形缸体上设置有用于向液压腔添加液压油的充液阀，充液阀与安全阀位于同一圆的直径上。

4.一种使用如权利要求1所述矿用多级让压防冲支护装置的支护系统，其特征在于，在巷道的顶板上设置有多个如权利要求1所述矿用多级让压防冲支护装置，每个矿用多级让压防冲支护装置安装孔内均设置有一锚杆或锚索，锚杆或锚索通过固定螺母固定在对应矿用多级让压防冲支护装置，锚杆或锚索另一端锚固在对应岩石层内。

5.一种如权利要求1所述矿用多级让压防冲支护装置的使用方法，其包括以下步骤：

步骤一：分别采用锚杆、锚索钻机在预定位置打钻孔，然后在对应钻孔内安装锚杆或锚索，完成巷道支护；

步骤二：巷道受冲击载荷作用时，弹簧缓冲腔迅速做出反应，腔体压缩，实现第一级让压，同时增大支护系统的支护阻力；然后，液压腔做出反应，液压腔内的液压油通过滑动连杆活塞上的阻尼孔进入缓冲复位腔内，实现第二级让压；当冲击载荷非常大，液压油压力超过规定值时，将通过安全阀释放部分液压油，防止支护系统被损坏；

步骤三：冲击载荷消失后，弹簧缓冲腔在第一弹簧的作用下恢复原状，缓冲复位腔在第二弹簧的作用下恢复原状。

步骤四：液压腔内安装有液压传感器，通过数显压力表可实时显示液压油压力p，按式(1)可获得支护系统支护阻力F，

F＝p(πR²-πr²)    (1)

式中：R为弹簧缓冲腔外圆半径，单位为米；r为弹簧缓冲腔内圆半径，单位为米。

6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，上述步骤三具体的还包括：若液压腔内液压油出现损失时，通过充液阀向液压腔内加注液压油，改变支护系统支护阻力。