CN1051608A - 可缩的建筑材料伸缩立柱 - Google Patents

Abstract

支护地下采矿和隧道工程采掘空间的结构支承 含有灌有建筑材料的、由相互可滑动的、通过合适机 构可相互与相对于坑顶坑底撑紧的内外管组成的立 柱。这种伸缩立柱先撑紧后灌入建筑材料。利用排 水孔使建筑材料快速有利地硬化而具有高的支撑能 力。建筑材料由起外套作用的内外管支持住，同时还 可加入增强件以提高支撑能力。可用具有内外管的 伸缩立柱构成多构件的结构支撑拱，内外管相应端具 有带孔连接板，从而实现非常简单的铰接连接。

Description

本发明涉及一种用于地下采矿工程或隧道工程的结构支承件。更具体地说，本发明涉及一种用于地下采矿工程或隧道工程的结构支承件，尤其是适用于在采掘、长壁式工作面和延伸断面中所形成的空间的结构支承件。这种支承件具有适合于彼此插入的内管和外管，以及使内外管保持相间距离的填充料。

至今，在地下采矿工程的许多领域中还使用所谓的一次性（不能重复使用的）结构支架。这种支架通常由适当尺寸的木柱、槽形断面支承、双T型托架和类似的零件组成。为此也常辅助地或专门地使用单独的液压支柱，但这样做会由于生产费用高而使得成本明显增加。在这些液压系统中，这种要求的结构支承的压力可以很容易地由液压系统中的压力（300至600巴）和动作灵敏的限压阀来保持。在该系统中的所有立柱均表现出具有同一特性曲线的特点。这种用于岩石的支撑是采用活动类型的液压系统在技术上妥善地加以解决的，当然，在不可动类型的情况下便产生了上述的缺点。在那些希望产生顶板下沉，也就是采用所谓可缩断面巷道的情况下，由于摩擦系数不准确，因此就不可能得到对顶板的可靠的和均匀的支承。这种结构也被用于由DE-PS818332所公开的一种由两部分组成的采矿或断面用立柱，这种立柱的外柱用一种填充物质填充，且这种填充物质可以被压出，由此得到一种可缩的同时又具有刚性的结构。这种构件的缺点是构件不紧密，因而要施加一种有效的填加物质，但所用的沥青型可塑填加物不能产生所需要的支承力。这种结构也同样由DE-PS3236421.0给出的解决方案所采用。在这种解决方案中，在两个空心管之间，设置一种糊状物，且这种糊状物可以从那里排出。

因此本发明的目的在于提供一种结构支承零件，该零件从一开始就能支承，且能够承受相当高的压力，该零件使用方便，并且是做为一次性（不能重复使用的）支承构件使用。

按照本发明，一种用于地下采矿和隧道的结构支承零件，特别是用于支护在采矿、长壁工作面和延伸断面中所形成的空间，这种支承零件具有适合于彼此插入的内管和外管，以及使两根管之间保持一定距离的填充物。这种立柱由两个或多个内管和外管构成，这样就形成了一种内部连通而端部封闭的可伸缩的管;内管和外管设计成相互可伸长的并具有不同的伸出长度;在内外管的整个长度上分布着排水孔，填料是由一种时效硬化的材料芯构成。

在这种结构支承中，首先，仅用一种简单的机构即可将可伸缩柱支撑在顶底板之间这一点是具有优越性的。按照本发明的一次性结构支承，在建筑材料充入其中且硬化之后，该支承便立即对岩石产生巨大的支撑力。另外，一次性结构支承还可以有效地锚固在工作位置上，因此在进行混凝土或建筑材料的充填时无任何危险。由于建筑材料可以在支承锚定后再充填，而且多余的水份可以通过建筑材料的排水结构被排出并被引走，因此混凝土或建筑材料可以以液状泵入管中，所以一次性结构支承可以提供一种有利的操作方法。所谓排水结构是排水孔。由于排出了水份，这种充填的建筑材料就形成了一个能承受负载的建筑材料芯。这种建筑材料芯非常稳定，其形状由包裹于其外的钢套确定。经过适当的设计后，这种建筑材料芯可以承受远远大于100吨的与压力相同的支承力。因为这种建筑材料芯在两个管件中起支撑的作用，在建筑材料芯硬化之后由其所产生的初撑力就不再起作用，因此就可以采用一种简单、经济的机构。按照本发明的这种可伸缩的立柱经适当设计后可产生大约47Kg/N的初撑力。

按照本发明的一个有效的实施例，在外管和内管之间设置了一些钢带，这些钢带一方面与外管的上端连接，另一方面通过围绕内管下端设置的一些孔的引导，连接到一个设置在内管中的汇聚盘上，汇聚盘径中央钢带连接到一个提升滚筒上，该提升滚筒可转动地设置在内管上端。为了将内管从外管中升起，以上述方式可以使得钢带在无撕裂危险的情况下实现其功能。

为了使这种提升滚筒同时做为填入管使用，在本发明中，提升滚筒通过两个U型板支撑在中部凸起的顶板上，且将提升滚筒制成一个两侧开口的中空管，该中空管设置在两个U型板中及内管的一个孔上。在中空管的另一端设置一个单向阀或由弹簧复位的滑板，并将其布置在封堵于内管内壁前面的位置。由于将提升滚筒设置在靠近顶板附近的上端处，因此通过单向阀或靠弹簧复位的滑板即可完成将建筑材料充填入可伸缩立柱中的工作。单向阀或靠弹簧复位的滑板用于保证在充填工作完成之后，在建筑材料仍具有流动性的时候阻止其外流。

为了保证一次形成初撑力，本发明提供了一种绳索反向制动器，绳索在提升滚筒上反复缠绕，并将其两端固定。一个与绳索中点相连接的弹簧设置在靠近第二个U形板处。

这种反向制动器按照绳索摩擦原理运行。在一次缠绕时，用一条绳索提供防止提升滚筒反转所需要的摩擦力。这条绳索围绕着提升滚筒反复缠绕，从而拉紧其两端，绳索的中心与一根弹簧相连。提升滚筒的转动用一个卷绕螺钉来实现，该螺钉连接在一个穿过提升滚筒的张力销上。

按照本发明，还提供了一种用于张紧两个相互内啮合滑动的管件的机构，其中提升滚筒为一个绞盘，并将其设置在外管的上边缘外，在内管的外壁上设置有与绞盘相连的钢带。内管与外管之间的直径公差如此选择，即在内管中的两个或多个细的绳索或薄的钢带被拉紧后，内管仍可在外管中滑动。绳索径导向舌簧片绕过内管的下端，因而不可能出现破坏或损坏的情况。利用绞盘可以得到适当的转动力矩，并可阻止不希望的开卷。

按照另一种实施例，在内管外侧有一条在纵向方向设有部分螺纹的钢带，提升滚筒安装在外管的上边，外管上装有适当的无头止动螺钉，螺钉的自由端上设有内六角。整个提升滚筒可以灵活地转动，并由此用无头止动螺钉将内管从外管中拉出。还可以将单独的钢带分别配置在内外管上，然后采用在包装工业中普遍使用的一种张紧装置使内外管产生相对位移，这种位移使得内管从外管中伸出。特别是当这种钢带和中心带用塑料材料构成时，即由聚酯绳带构成时，即可实现一些安全措施。

在地下采矿中将两种组份的塑料材料用于稳定岩石。这种材料也可作为充填料使用，因而提出，在不打排水孔的情况下，这种充填料由两种组份的塑料构成，并带有一种加强件，该加强件最好是在外管和内管的过渡区域内。通过采用钢纤维或类似的加强物，即可得到一种具有高承载能力的建筑材料芯，这样可使一次性结构支承能够完成高强度支承和保证安全的任务。

为了能始终近似地以一条同样的特性曲线运行并提供一种可屈服的结构支承件，本发明提出，充填料是一种抗横向膨胀的变形单元，最好形成一种以轻质混凝土充填的套筒和一些边缘，它们彼此可以压向一起。这种变形单元或套筒可以预制以使其具有特殊的操作强度。尤其是在处于不利的压力关系时，为保证这种一次性结构支承的使用寿命，上述相互插入的极限位置被保证。当这种单个的一次性结构支承总是装有同一种变形元件时，这种一次性结构即可表现出同样的特性曲线。通过使用一种预制的套筒，当假若给定的反应被克服，而且在横向膨胀方向上产生相互压缩（以%计）时，即可保证在套筒中建立的以N/mm²为单位的压力仅仅生产一种压缩，且上述的横向膨胀可以在所有的方向上加以限制或予以排除。

这种套筒有两个或多个腔室，这些腔室可以由一种膏状物质或一种粒状物质加以充填，两腔利用一个安全盘或一个阀连通，和/或与大气相通，或者一个腔室利用一种不可硬化的封泥填充，而其它腔室利用钢球或砂砾填充，这样即可将横向膨胀有利地避免。在达到设定的屈服之前，利用膏状材料或膏状物质的位移，或者克服安全盘或阀门的阻力，可以承受很高的力。

当立柱没有滑出给定位置时，也可以施加一个大的张紧力，由于顶板设置有一种由建筑材料充填的网垫，且顶板固定在两销之间的外侧，所以确定了上述的给定位置，上述网垫在需要连接的两个支承件之间形成一种密实的填充物。在顶底板之间，用适当的连接链环和螺栓孔以及另外一些零件形成一种多件结构支承拱，由此而形成一种环形结构。若将这些零件设置在链环区域中，则附加力可由网垫承受。

由于本发明制造了一种多用途的，尤其是可预置初撑力的一次性结构支承而显得与众不同，而且这种支承操作容易，运输方便。这种一次性结构明显地提高了结构支承的可靠性，这是因为这种结构可以适用于各种具体的使用情况，而且这种结构具有可以承受高支承力的建筑材料芯。

在两个管利用张力装置有间隙地拉开或保持间隙地压紧之后，这种建筑材料即可在压力下经内管而填入支承中，且这种填入是均匀的和完全的。在建筑材料时效硬化之后，由该管件提供的套筒是特别有用的，另外这种建筑材料芯是适宜的，且被设计成可承受适当载荷条件下的张力。内外管形成了一种模板形式，且在适当选择相应管的质量后，尤其可以避免支承的早期损坏。特别是由于采用变形元件而使得屈服是有限的，因而使得使用寿命明显提高。

下面将通过实施例并参考概略的附图对本发明进行说明。

各附图表示：

图1是本发明的一次性立柱的剖面图;

图2是按照本发明的具有一次性结构支承的井下采区截面图;

图3是图2所示的结构支承拱与伸缩立柱之间连接区域的放大图;

图4是图1所示一次性立柱的另一个纵向剖图;

图5是图1所示的一次性立柱的顶部区域的具有提升滚筒的纵向截面的放大图;

图6是图1所示的一次性立柱顶部区域的提升滚筒的横截面;

图7是设置在图1所示立柱的内管中的充填管的简图;

图8是与图7所示填充管相连的滑板的俯视图;

图9是变形元件的一种两腔室的实施例;

图10是变形元件的可以滑动的一种实施例;

图11是带拉紧装置的伸缩立柱的剖面;

图12是按照本发明的一次性伸缩立柱的另一个实施例;

图13是包装工业中的一种用于内外管的拉紧装置;

图14是具有排水孔和一种加强物的一次性伸缩柱的剖面;

图15由许多链环连接结构件组成的一种一次性伸缩支承。

图1表示，具有一种立柱形式的由零件（1）构成的一次性结构支承（2）由两段管件组成，管件的尺寸如此确定，即使得一段管可装入另一段管中，即内管（4）的直径小于外管（5）。在顶板与底板之间，即在上盘与下盘之间，上述立柱在伸出并撑紧之后（这种情况未示出），一种如图1所示的充填物（6）用作建筑材料芯，利用这种建筑材料芯，一次性结构支承（2）能够承受很高的压缩力。试验表明，一根4.4M长300mm直径的立柱的承载能力为395吨;6M长同样直径的立柱的承载能力为225吨;而4M长200mm直径的立柱的承载能力为170吨。由于内管（4）通到外管（5）中的端部是敞开的，因此可以同时将建筑材料填入两根管子。

钢带（7，8）设置成作用在内管（4）和外管（5）之间，即为了能够在顶底板之间撑紧一次性结构支承（2），这些钢带径开口（9）绕过内管或外管的相应壁，从而使得一次性结构支承（2）可在一种特殊的初撑力状态下安装到位。9及9′表示孔，这些孔通过弯曲适当的部分形成一种舌簧，因此这些孔具有特殊的形状。在图2的下方清楚地表明了这一点。

钢带（7，8）固定在外管（5）的自由端上，另一端则与固定在内管（4）下端部的汇聚盘相连。在图1和2表示的实施例中，三条钢带（7，8）呈环形分别固定在汇聚盘（10）上。在汇聚盘的上侧绕过一条中心钢带（11），该中心钢带固定在提升滚（14）上。提升滚筒（14）在顶板（13）的附近设置于内管的另一端（12）中。提升滚筒（14）从外面控制，这样通过中心钢带（11）绕提升滚筒缠绕因改变汇聚盘（10）的位置，并以此将内管（4）相对于外管（5）向外伸出，即以这种方式实现钢立柱（1）的升柱。重要的是将单个的钢带（7，8）固定在外管（5）的上边缘（15），这样通过缩短中心钢带（11）可使内管（4）可靠地从外管（5）中伸出。为此将导向环（57）设置在外管（5）的开口端（56）上。

提升滚筒（14）牢固地且可转动地支承在支承（16）上，支承（16）与顶板（13）相连。两个U型钢板（17，18）作为支承（16）相间隔地设置，这样使得提升滚筒（14）在四个位置上被支承，因此可以在钢管的外面使提升滚筒在钢管内无困难地转动。

图2表示按照本发明的一次性结构支承的使用情况，（28）表示一个采矿工作面，该工作面用结构支承拱（29）支承。该结构支承拱（29）由不同的弓形体（31，32）通过连接件（30）而固定在一起，当外载超过由连接件（30）所产生的摩擦力时，上述弓形体就彼此插入，这样由结构支承所维护的采矿工作面（28）的横截面就相应地减少。一次性结构支承（12，33）以能够建立适当的支承力的方式固定在底板（36）与工作面顶板（37）之间，以便尽可能地推迟上述插入情况的出现，从而保证运输系统（34），地面运输轨道（35）所需截面以尽可能长的时间加以保持。

在顶板（13）附近于内管（4）中设置一个孔（65）（如图5所示），填充材料可以通过这个孔填入整个支承（1）中，孔（65）用单向阀（67）封闭。单向阀（67）可在填充过程完成之后防止填充到支承中的建筑材料外流。

图3表示立柱的上部，该部分用于支承如图所示结构支承拱（29）的上弓形体。在结构支承拱（29）与顶板（13）之间设置一种网垫（91），网垫（91）中的建筑材料在时效硬化之后便紧贴着结构支承拱（29），由此形成一个紧密配合的接头。图5和6表示一次性结构支承（2）的上端，这种放大的视图表示了提升滚筒（14）的简单有利的支承，以及保证当填充材料（6）时阻止不需要的回流的结构。在提升滚筒（14）的前端设置有一种密封装置（64），该装置的具体位置由内管（4）的壁和U型板（17）限定。U型板（17）提供了密封装（64）的可靠支承，而密封装置（64）有效地密封住孔（65）的周围空间。另外U型板（17）又很好地保证提升滚筒（14）不产生位移。外环（71）支承在U型板（17）的两个壁之间，其上设有张紧销（70），且张紧销（70）同时又是单向阀（67）的回动弹簧（69）的支架。单向阀（67）中设有内导向装置（68），单向阀（67）有效地封闭外管（5）和内管（4）相对于提升滚筒（14）的内空间。提升滚筒（14）的两侧是敞开的。当充填建筑材料时，单向阀开启使建筑材料可以流入内部空间（66）中，当建筑材料减少时，单向阀自动关闭。

U型板（17）用螺栓（72）与顶板（13）相连，同样U型板（18）用螺栓（78）与顶板（13）相连。利用支承螺栓（73）将中心钢带固定在提升滚筒（14）上。

用反向制动器（74）实现对提升滚筒（14）的简单制动。这种反向制动器（74）由反复缠绕在提升滚筒（14）上的绳索组成，该绳索通过一个绳索制动器（79）而固定，弹簧（77）紧扣在绳索活结（76）上，以保证具有不同圈数的绳索始终紧靠在提升滚筒（14）上。图6清晰地表示了这种操作和支承方式，绳索制动器（79）抓住绳索（75）的两端。

图6表示设置于提升滚筒（14）上用于充填的充填管，与充填管相应设置了一个缠绕螺栓，该缠绕螺栓可推入提升滚筒（14）且由倾斜的横槽定位，缠绕螺栓固定在张紧销钉（70）上。

图7和8表示填充管（108）的另一种实施例，在本实施例中填充管（108）是用滑块（109）封闭的。滑块（109）由弹簧（111）复位，以使得当外部的填充管道从填充管（108）中抽出之后，滑块（109）可在内管（4）中自动封闭孔（65）。

图9表示变形元件（95），这种变形元件已在图1中表示过。这种变形元件设置在外管（5）的下端，其形状是呈预先加工好的套筒（96）的形状。应注意表示另一个实施例的图10，在这个实施例中套筒（96）中含有一种特殊的轻质混凝土（97），混凝土（97）用于防止带内配合边缘（98、99）的套筒（96）的各部分被挤压到一起。利用轻质混凝土（97）的变形，可以将一次性结构支承（2）在内管与外管（4，5）的范围内的彼此插入限定在这种轻质混凝土所允许的程度。

按照图9，套筒（96）设有两个腔室（100，101），这两个腔室在一次性结构支承内连成一体，且其中的下腔室（101）由膏状物质（102）填充。两个腔室（100，101）由安全盘（103）隔开，由此保证变形元件（95）不会出现意外的被挤压到一起的情况。砂砾（104）填充到上腔室（100）中，在该腔室中这种膏状物质（102）在冲向安全盘（103）的条件下被压入。采用将膏状物质（102）压入腔室（100）且同时将其压入砂砾（104）中的方法，将变形元件（95）压在一起，同时产生一次性结构支承（2）的回缩。

图11表示前面已叙述过的实施例，其中适当的钢带（7，8）的一端连接到固定点（113）上，然后向下围绕着下端及设置于此的反向轮（112），再向上到达边缘（15），提升滚筒（14）固定在支架（110）上。当利用提升滚筒（14）缠绕钢带（7，8）时，内管（4）从外管（5）中伸出。

图12表示一个实施例，其中提升滚筒（14）也安装在外管（5）的上边缘（15）上。此处提升滚筒（14）由连接在板带（19）上的无头止动螺钉（20）组成，板带（19）设置在内管（4）的外壁上。无头止动螺钉的自由端（22）上设有内六角，由此可很容易地将其转动。板带（19）上设有部分螺纹，如可调节的软管夹上的一样。带内六角（21）的无头止动螺钉（20）支承在外管（5）的上边缘（15），支承（16）呈简单的盖状。

在图13中表示了另一个实施例，这里绳索或钢带围绕着管的圆周设置。钢带（24）在本实施例中固定在内管（4）的下端，如用固定盘固定，然后穿过内管（4）与外管（5）之间的间隙，再导向外管（5）上端的外侧。在外管（5）的上端钢带端头（25）也以钢带的形式固定，然后利用一种通常有效的张紧和止动装置即可使这两条钢带相互移动，从而将内管（4）从外管（5）中伸出。钢带的相互位移靠紧固装置（26）（处于端部位置）来制动。类似的装置以及钢带（24，25）的连接件在包装工业中是公知的技术。

图14表示如何填充建筑材料芯（6），适宜的填充可以尽可能快的排水和尽可能填充均匀。适当的均匀公布的排水部分（47）分布在内管（4）和外管（5）的全长上，排水部分由设置在壁（48）上的排水孔（49，50）构成，这些孔由盖在内管（4）或外管（5）内侧的过滤片（51或52）密封。由于水可以无限制地排出而建筑材料被有效地保持住，因此就在管中形成了一种稳定的建筑材料芯（6）。在过渡区段（46）内有加固件（45），在保持部份内亦可设置这种加固件，以便稳定这种建筑材料芯（6）。

前面已经指出，将不同的钢管（1，1′，1″，1）连接在一起所构成的结构支承拱（89）能够形成这种一次性结构支承（2），为此每个钢管或立柱分别具有带螺钉孔（88）和螺钉（87）的端部连接杆（85，86）。因而使这种装置得以简化，且带初撑力。如上所述的这些立柱中的一部分可以构成伸缩管，而其余的则可构成简单的管。在折点或连接点范围内，可设置网垫（92），这些网垫内填充有建筑材料，因而可大体上构成一个曲线形，这种形状与环形结构相似。

Claims (13)

1、一种用于地下采矿和隧道工程的结构支承件，特别是用于采掘、长壁式工作面和延伸断面中形成的空的空间，该支承件具有适合于彼此插入的内管和外管，以及使两管保持距离的填充物，其特征在于，立柱(1)由两个或多个内管和外管(4，5)组成，它们形成了内部连通的可伸缩的管，可伸缩的管在其两端密封，内管和外管设计成彼此可拉伸的且具有不同的拉伸长度，可伸缩的管沿其整个长度方向上分布有排水孔(49，50)，填充料(6)由一种可硬化的建筑材料芯构成。

2、根据权利要求1所述的结构支承件，其特征在于，一些钢带（7，8）在外管和内管（4，5）之间设置，这些钢带一方面与外管（5）的上端连接，另一方面通过孔（9）绕到内管（4）的下端并与设置于内管（4）中的汇聚盘（10）相连，汇聚盘通过一条中心钢带（11）与提升滚筒（14）相连，提升滚筒（14）可转动地设置在内管的另一端（12）上。

3、根据权利要求2所述的结构支承件，其特征在于，提升滚筒（14）通过两个U型板（17，18）与一个中部凸起的顶板（13）相连，提升滚筒的两侧敞开从而形成一中空管，该管安装在两个U型板（17，18）和设置在内管（4）上的孔（65）上，单向阀（67）或弹簧复位的滑板（109）设置在封堵于内管内壁前的位置上。

4、根据权利要求2和3所述的结构支承件，其特征在于，一种反向制动器（74）由绳索（75）构成，绳索（75）反复缠绕在提升滚筒（14）上，且将其两端固定，设置在第二个U型板（18）附近的弹簧（77）与绳索的中点相连。

5、根据权利要求1所述的结构支承件，其特征在于，提升滚筒（14）为绞盘且安装在外管（5）的上端缘（15）上，钢带（7，8）相应于绞盘设置在内管（4）的外壁上。

6、根据权利要求1所述的结构支承件，其特征在于，内管（4）上设有一些板带（19），板带（19）沿纵向上延伸设置有部分螺纹，具有内六角（21）的无头止动螺钉（20）设置在外管（5）的上边缘（15）的自由端（23）上，从而构成提升滚筒（14）。

7、根据权利要求1或2所述的结构支承件，其特征在于，钢带（7，8）和中心钢带（11）可由塑料材料制成，最好由聚酯绳带制成。

8、根据权利要求1所述的结构支承件，其特征在于，在不打孔（49，50）时，填充料（6）由含两种组份的塑料材料制成，且具有加强件（45），加强件（45）最好设置在外管与内管（4，5）的过渡区域。

9、根据权利要求1所述的结构支承件，其特征在于，填充料（6）为防横向膨胀变形的材料（9），最好为一种套筒（96），该套筒（96）中充填有轻质混凝土（97），边缘（98，99）可以彼此推入。

10、根据权利要求9所述的结构支承件，其特征在于，套筒（96）具有两个或多个腔室（100，101），一个腔室由膏状物质（102）或粒状物质充填，两个腔室利用一个安全盘（103）或一个阀相互连通，和/或与大气连通，或者一个腔室由不可硬化的封泥填充，另一个腔室用钢球或砂砾充填。

11、根据权利要求1和9所述的结构支承件，其特征在于，顶板（13）具有由建筑材料填充的网垫（91），网垫设置在销之间的外侧。

12、根据权利要求1所述的结构支承件，其特征在于，顶板（13）和底板（55）上设置有适于连接的链环（85，86）、螺钉孔（88）及其它零件（1，1′，1″，），以此构成一种多件结构支承拱（89）。

13、一种结构支承实际上参考前述的说明和做为附图的说明。

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