CN107060856B - 一种主动多级变频外让压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种主动多级变频外让压装置，包括：内钢管和外钢管，所述内钢管的装配端套入所述外钢管的装配端并固定，所述内钢管上设有多个环绕所述内钢管的外管壁且具有不同抗剪强度的外箍。本发明通过在内钢管上设置不同抗剪强度的外箍，从而实现逐步让压。使得该装置可以根据围岩压力和变形自动改变让压阻力值和多级让压变形，解决了当前支护体变形受材料性能的限制和目前支护产品仅能载荷让压单一的问题。
Description
技术领域
本发明涉及巷道支护相关技术领域，特别是一种主动多级变频外让压装置。
背景技术
对于煤矿巷道支护来说，随着采深的增加，越来越多的矿井进入深部开采，“三高一扰动”的问题日趋严重。巷道围岩出现了冲击现象以及流变特性。对于有些矿井，几乎90％的巷道每年都要返修3-4遍，大大增加了生产成本，严重制约了矿井正常生产接续，对煤矿安全高效生产带来巨大威胁。原有的技术方法已经无法解决这些问题。为了解决这一问题，许多专家学者提出了多种技术方法。如二次支护理论，首先采用让巷道围岩变形的方法释放围岩应力，在采用刚性支护控制围岩变形。可缩性U型钢发明后则采用被动一次让压支护。随着锚杆支护技术的发展，强力一次支护技术通过高预应力提高围岩刚度，当达到临界刚度时，围岩变形量急剧降低。
上述技术解决了部分问题，但是，由于地质构造的复杂性和采矿条件的多样性，目前深井大变形冲击巷道仍然面临支护成本高，支护难度大，支护体不能随着围岩巷道的变形和应力主动调节等问题。目前，针对上述问题，多种让压结构以及以这些让压结构为部件组合的让压锚杆、锚索被公开。但是这些让压锚杆仍然存在许多问题：
圆球壳状的让压构件及让压锚杆、锚索，按照现有的制造技术难以实现，且多层球壳状让压结构的内嵌，内部让压构件转动会引起安装困难。以木垫板、塑料垫板为基础的让压构件及让压锚杆、锚索强度存在低强度让压问题。这是因为木垫板和塑料垫板抗压强度低，在较低工作阻力时就发生让压与围岩控制要求不符。以橡胶垫或者橡胶板为基础的让压构件和让压锚杆、锚索，存在无法实现预期让压的问题。公知的橡胶就有很好的弹性，可以起到缓冲的压力的作用。但是巷道支护要求支护体提供5吨以上的预紧力，此时，橡胶已经被压实，所提供的让压距离非常有限。以弹簧作为让压装置的制造成本高和精度控制难度大。公知的载重汽车的减震弹簧都是采用多根厘米级厚度的板簧。相对于支护体需要施加5-36吨的预紧力的情况，普通弹簧根本实现不了。尤其是采用钢筋制作的弹簧，其制作材料的钢材直径在15mm左右，做成的弹簧直径远远大于钻孔的尺寸，另外大吨位的弹簧加工难度大，精度不易控制。以化学填充材料作为让压材料的让压结构及让压锚杆、锚索受环境影响大，性能不稳定。井下的淋水、潮湿环境以及温度的变化都会造成化学材料的不稳定，另外化学材料的流变性能比金属材料差，这严重影响让压结构的稳定性。采用孔内结构的让压构件及让压锚杆、锚索，因为让压构件的孔内结构加工的难度和加工成本都非常高，单个让压结构甚至超过了普通锚杆的价格，能满足让压精度的让压构件无法经济的制造。钻孔内让压结构及让压锚杆、锚索，是将让压结构防止到钻孔内部，虽然让压结构受到钻孔的约束，定向性好，但是面临着套孔施工、施工难度大，造价昂贵的难题，在现场难以应用。更重要的当前的让压锚杆都是增阻或者恒阻而不能随着围岩的变形主动实现变阻力。
上述现有的支护技术和装置通过球壳状结构、橡胶板、木板、弹簧、管内结构、化学材料以及钻孔内让压结构等方式，以及带有这些构件的锚杆、锚索解决深井巷道大变形、冲击、围岩流变等支护问题，但无法解决深井大变形冲击让压支护多次返修以及让压构件及锚杆锚索经济、实用、高效制造与使用的问题。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术没有解决巷道多次支护多次返修的问题，提供一种主动多级变频外让压装置。
本发明提供一种主动多级变频外让压装置，包括：内钢管和外钢管，所述内钢管的装配端套入所述外钢管的装配端并固定，所述内钢管上设有多个环绕所述内钢管的外管壁且具有不同抗剪强度的外箍。
进一步的，所述外箍的抗剪强度从所述内钢管的装配端到所述内钢管的承压端依次增大。
进一步的，所述内钢管的承压端的外箍的抗剪强度大于所述内钢管的单轴抗压强度，且所述内钢管的承压端的外箍的抗剪强度大于所述外钢管的单轴抗压强度。
进一步的，所述外箍的抗剪强度的范围为0.2吨～3吨。
进一步的，每个所述外箍的厚度不同。
更进一步的，所述外箍的厚度从所述内钢管的装配端到所述内钢管的承压端依次增大。
进一步的，所述外钢管为两端等粗且中间鼓出的鼓状圆形外钢管，所述内钢管为两端等粗的圆形内钢管。
更进一步的，所述内钢管的外径小于所述外钢管的内径，且所述外箍的外径大于所述外钢管的内径。
更进一步的，所述内钢管的两端径向尺寸为20毫米～50毫米，所述外钢管的两端径向尺寸为20毫米～50毫米，所述内钢管的壁厚为2毫米～12毫米，所述外钢管的壁厚为2毫米～12毫米。
更进一步的，所述的内钢管的轴向长度为15毫米～65毫米，所述的外钢管1的轴向长度为15毫米～65毫米，所述内钢管的装配端套入所述外钢管的装配端并固定后的轴向组合长度为30毫米～130毫米。
本发明通过在内钢管上设置不同抗剪强度的外箍，从而实现逐步让压。使得该装置可以根据围岩压力和变形自动改变让压阻力值和多级让压变形，解决了当前支护体变形受材料性能的限制和目前支护产品仅能载荷让压单一的问题。通过主动多级变频让压，有效的解决了目前支护技术条件下围岩自承能力下降、支护体压坏、围岩弹性能无法释放而导致巷道出现大变形和巷道冲击的问题。同时，本发明的主动多级变频外让压装置，采用内钢管加工外箍的方式，制造工艺简单，可以通过普通的精密铸造和机加工精确的实现让压功能，避免了孔内加工。
附图说明
图1为本发明一种主动多级变频外让压装置的结构示意图。
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详细的说明。
如图1所示为本发明一种主动多级变频外让压装置的结构示意图，包括：内钢管2和外钢管1，所述内钢管2的装配端21入所述外钢管1的装配端11并固定，所述内钢管2上设有多个环绕所述内钢管2的外管壁且具有不同抗剪强度的外箍3。
具体来说，图1中的外箍3包括多个外箍，每个外箍的抗剪强度均不同，从而形成多级让压。可以将本发明的主动多级变频外让压装置应用在巷道围岩，将外钢管1顶紧围岩，内钢管2的承压端22顶紧支护体。当围岩的压力增大到大于内钢管2的装配端21处的外箍3的抗剪强度时，外箍3被剪断，内钢管发生第一级变形，变形到达设定的第一级变形距离停止；随着压力的增加，各级外箍相继依次达到其抗剪强度，并相应变形，以此达到多级变频让压，无需二次支护。
本发明通过在内钢管上设置不同抗剪强度的外箍，从而实现逐步让压。使得该装置可以根据围岩压力和变形自动改变让压阻力值和多级让压变形，解决了当前支护体变形受材料性能的限制和目前支护产品仅能载荷让压单一的问题。通过主动多级变频让压，有效的解决了目前支护技术条件下围岩自承能力下降、支护体压坏、围岩弹性能无法释放而导致巷道出现大变形和巷道冲击的问题。同时，本发明的主动多级变频外让压装置，采用内钢管加工外箍的方式，制造工艺简单，可以通过普通的精密铸造和机加工精确的实现让压功能，避免了孔内加工。
在其中一个实施例中，所述外箍3的抗剪强度从所述内钢管2的装配端21到所述内钢管2的承压端22依次增大。
内钢管2的受力方向从装配端21向承压端发生，因此，外箍3的抗剪强度从所述内钢管2的装配端21到所述内钢管2的承压端22依次增大，使得内钢管2实现逐步让压。
在其中一个实施例中，所述内钢管2的承压端22的外箍3的抗剪强度大于所述内钢管2的单轴抗压强度，且所述内钢管2的承压端22的外箍3的抗剪强度大于所述外钢管1的单轴抗压强度。
内钢管2的承压端22的外箍3为最后一级外箍，因此，其抗剪强度大于内钢管及外钢管的单轴抗压强度，以提供最后一级抗压。
在其中一个实施例中，所述外箍3的抗剪强度的范围为0.2吨～3吨。
外箍3的抗剪强度可以通过采用不同的材质实现，此时外箍3的厚度可以相同。
在其中一个实施例中，每个所述外箍3的厚度不同。
本实施例通过改变外箍3的厚度从而改变外箍3的抗剪强度，从而可以采用相同或不同材质来实现多级外让压。
在其中一个实施例中，所述外箍3的厚度从所述内钢管2的装配端21到所述内钢管2的承压端22依次增大。
本实施例通过从所述内钢管的装配端到所述内钢管的承压端依次增大外箍的厚度，从而使得所述外箍3的抗剪强度从所述内钢管2的装配端21到所述内钢管2的承压端22依次增大。
在其中一个实施例中，所述外钢管1为两端等粗且中间鼓出的鼓状圆形外钢管，所述内钢管2为两端等粗的圆形内钢管。
本实施例采用圆形内钢管套入圆形外钢管的装配端的方式，结构和让压功能稳定，不受环境的影响，且钢材的强度较高可以满足巷道支护对预应力的要求。同时，外钢管中间鼓出可以在外箍剪断后提高装置整体稳定性。
在其中一个实施例中，所述内钢管的外径小于所述外钢管的内径，且所述外箍的外径大于所述外钢管的内径。
在其中一个实施例中，所述内钢管的两端径向尺寸为20毫米～50毫米，所述外钢管的两端径向尺寸为20毫米～50毫米，所述内钢管的壁厚为2毫米～12毫米，所述外钢管的壁厚为2毫米～12毫米。
在其中一个实施例中，所述的内钢管的轴向长度为15毫米～65毫米，所述的外钢管1的轴向长度为15毫米～65毫米，所述内钢管的装配端套入所述外钢管的装配端并固定后的轴向组合长度为30毫米～130毫米。
作为本发明最佳实施例，本发明的主动多级变频外让压装置，由两端等粗且中间鼓出的鼓状圆形外钢管1和两端等粗且加工有外箍3的圆形内钢管2组成；圆形内钢管2和圆形外钢管1的两端径向尺寸为20mm～50mm，壁厚为2～12mm，圆形内钢管2的外径小于圆形外钢管1的内径且外箍3的外径大于圆形外钢管的1内径；圆形内钢管2和圆形外钢管1的轴向长度为15mm～65mm，圆形内钢管2的装配端21套入圆形外钢管1的装配端11并固定，套入后轴向组合长度为30mm～130mm；圆形内钢管2的外箍3的抗剪强度从圆形内钢管的装配端4到圆形内钢管的承压端6依次增大，增大范围为0.2～3吨，圆形内钢管2的承压端22的外箍3的抗剪强度要大于圆形内钢管2和圆形外钢管1的单轴抗压强度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种主动多级变频外让压装置，其特征在于，包括：内钢管和外钢管，所述内钢管的装配端套入所述外钢管的装配端并固定，所述内钢管上设有多个环绕所述内钢管的外管壁且具有不同抗剪强度的外箍；所述外箍的抗剪强度从所述内钢管的装配端到所述内钢管的承压端依次增大；
所述外钢管为两端等粗且中间鼓出的鼓状圆形外钢管，所述内钢管为两端等粗的圆形内钢管。
2.根据权利要求1所述的主动多级变频外让压装置，其特征在于，所述内钢管的承压端的外箍的抗剪强度大于所述内钢管的单轴抗压强度，且所述内钢管的承压端的外箍的抗剪强度大于所述外钢管的单轴抗压强度。
3.根据权利要求1所述的主动多级变频外让压装置，其特征在于，所述外箍的抗剪强度的范围为0.2吨～3吨。
4.根据权利要求1所述的主动多级变频外让压装置，其特征在于，每个所述外箍的厚度不同。
5.根据权利要求4所述的主动多级变频外让压装置，其特征在于，所述外箍的厚度从所述内钢管的装配端到所述内钢管的承压端依次增大。
6.根据权利要求1所述的主动多级变频外让压装置，其特征在于，所述内钢管的外径小于所述外钢管的内径，且所述外箍的外径大于所述外钢管的内径。
7.根据权利要求1所述的主动多级变频外让压装置，其特征在于，所述内钢管的两端径向尺寸为20毫米～50毫米，所述外钢管的两端径向尺寸为20毫米～50毫米，所述内钢管的壁厚为2毫米～12毫米，所述外钢管的壁厚为2毫米～12毫米。
8.根据权利要求1所述的主动多级变频外让压装置，其特征在于，所述的内钢管的轴向长度为15毫米～65毫米，所述的外钢管的轴向长度为15毫米～65毫米，所述内钢管的装配端套入所述外钢管的装配端并固定后的轴向组合长度为30毫米～130毫米。
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