CN108547653A - 一种刚柔耦合巷道支护系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种刚柔耦合巷道支护系统，包括支架、囊梁、囊梁固定机构、塑料网、锚索、锁具、托盘、电液控制系统和系统主机，支架支撑于囊梁下方，囊梁通过囊梁固定机构固定于支架上或巷道顶板下方，塑料网布置于囊梁与巷道顶板之间，通过锚索和锁具及托盘固定于巷道顶板之上，电液控制系统与支架、囊梁相连接，系统主机与支架、囊梁和电液控制系统均相连接。本发明支护强度利用率高，操作简单，工人劳动强度低，而且囊梁可回收重复使用。

Description

一种刚柔耦合巷道支护系统及方法

技术领域

本发明涉及一种巷道支护系统及方法，尤其是一种刚柔耦合巷道支护系统及方法。

背景技术

我国煤矿煤层赋存条件多样，多数矿区煤层受地质构造影响较大。由于煤层和围岩相比强度较低，在构造应力作用下易产生塑性流动，引起煤层形变，使煤层在不同的区域加厚、变薄甚至尖灭。褶皱和断裂都能引起煤层发生弯曲或变形，导致煤层在弯曲的轴部变厚，翼部变薄，地质构造越强烈的区域，煤层加厚的情况相伴出现的频率越高。

在巷道掘进和工作面回采过程中，遇到煤层加厚的情况时，由于巷道整体高度明细增大，支护变得异常困难。目前采用的加长液压支柱支护效果很不理想。由于顶板凸凹不平，且液压支柱加长情况下变得极易弯曲甚至折断，因此，支护稳定性变得异常差，严重影响生产安全，而且，加长的液压支柱本身更加笨重，工人在进行支护时劳动强度大。

发明内容

为了解决加厚区域巷道支护稳定性问题，并降低支护时的工人劳动强度，本发明提供了一种刚柔耦合巷道支护系统及方法。

本发明采用的技术方案为：

一种刚柔耦合巷道支护系统，包括支架、囊梁、囊梁固定机构、塑料网、锚索、锁具、托盘、电液控制系统和系统主机，所述支架支撑于所述囊梁下方，所述囊梁通过所述囊梁固定机构固定于所述支架上或巷道顶板下方，所述塑料网布置于所述囊梁与所述巷道顶板之间，通过所述锚索和锁具及托盘固定于所述巷道顶板之上，所述电液控制系统与所述支架、所述囊梁相连接，用于控制所述支架和所述囊梁的动作，完成对所述巷道顶板的支护或撤去支护，所述系统主机与所述支架、所述囊梁和所述电液控制系统均相连接，用于监控所述支架的支护强度和支撑力，所述囊梁的内压，同时根据预设的指令要求或所述支架和所述囊梁反馈的支护状况控制所述电液控制系统的动作；所述囊梁包括囊梁气嘴，通过囊梁气嘴充入或排出气体，实现对所述巷道顶板的支护或撤去支护；所述托盘形状为半球体或近似半球体，所述巷道顶板内成形有与所述托盘相适应的半球体或近似半球体的凹洞，使所述托盘整体嵌入所述凹洞内，所述锁具整体嵌入所述托盘内。

上述锚索、托盘和锁具属于一种一体化设计，锁具内嵌在托盘里面，同时将托盘设计为半球体或近似半球体，安装的时候在巷道顶板预先施工与托盘形状相适应的凹洞，保证将托盘及锁具内嵌在巷道顶板里面，而不外露，保证巷道顶板的平整性。

在上述刚柔耦合巷道支护系统中，所述囊梁由多层囊袋组成，囊袋之间互不相通，每一个囊袋具有单独的囊梁气嘴，受所述系统主机分别控制，内部气压由所述系统主机进行调节。

在上述刚柔耦合巷道支护系统中，所述系统主机包括按键输入界面、存储器、单片机、显示电路，所述系统主机与所述电液控制系统连接；所述按键输入界面具有所述支架和所述囊梁的压力值变化区间输入和设置功能；所述存储器可接收并存储所述支架和所述囊梁传输的实时压力数据；所述单片机根据所述支架和所述囊梁传输的压力值进行运算处理，将该信息反馈回所述电液控制系统进行加压或卸压操作；所述显示电路将所述支架和所述囊梁压力数值在所述系统主机附带屏幕上实时显示。

上述刚柔耦合巷道支护系统在工作前，先设定好所述支架和所述囊梁的压力区间，所述系统主机分别发送指令给所述支架和所述囊梁，所述支架升起，所述囊梁进行充气加压。所述支架将刚性的主动力施加给所述囊体，柔性的所述囊梁再将力传递给所述巷道顶板，无论是所述支架和所述囊梁之间还是所述囊梁和所述巷道顶板之间，均为面接触，实现了支护力的高效传递，同时避免了所述支架对所述巷道顶板反复支撑造成破坏。在工作过程中，一旦所述支架或所述囊梁压力高于设定区间，所述系统主机指令与所述支架和所述囊梁连通的安全阀动作，进行卸压。

一种刚柔耦合巷道支护方法，采用上述刚柔耦合巷道支护系统进行支护，包括以下步骤：

(a)在所述巷道顶板上提前施工锚索钻孔，然后用钻头以该孔为圆心施工所述凹洞；

(b)然后将所述锚索和树脂药卷放入锚索钻孔内进行锚固，把所述塑料网紧贴所述巷道顶板，将所述托盘和所述锁具放入所述凹洞内，根据预定支护强度对所述锚索进行张拉，达到额定预紧力后，切割掉外露的钢绞线，保证所述巷道顶板表面没有尖锐突出物，完成顶板锚网支护施工；

(c)在所述巷道顶板施工安装所述囊梁固定机构或在所述支架上预先安装所述囊梁固定机构；

(d)将所述支架安置于所述巷道顶板下方，所述系统主机通过所述电液控制系统分别同时对所述支架进行升架和对所述囊梁进行充气动作；

(e)通过所述支架和所述囊梁刚柔耦合，对所述巷道顶板进行支护，并通过所述系统主机的监测，对所述支架和所述囊梁实时支付强度和气压进行调节，使满足预定的支护要求；

(f)在所述巷道顶板支护结束后，通过所述系统主机控制所述支架降架和所述囊梁排气，并进行回收。

本发明的上述技术方案相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明提供的刚柔耦合巷道支护系统及方法，由于采用支架和囊梁耦合支护，大幅降低了支架重量，且囊梁对巷道顶板完全面支护，因此，本发明支护强度利用率高，操作简单，工人劳动强度低，而且囊梁可回收重复使用。

(2)本发明提供的刚柔耦合巷道支护系统及方法，由于采用系统主机对支架和囊梁的加压、卸载等协同操作，以及支护系统压力区间的实时监控，因此，本发明能够有效提高支护效果，并提高支护效率，为巷道超高区工作面快速推进和复杂条件下煤矿自动化系统应用创造了条件。

(3)本发明提供的刚柔耦合巷道支护系统及方法，由于采用锚索托盘和锁具一体化设计理念、托盘内嵌式安装方法以及铺设塑料网，因此，本发明能够消除巷道顶板的突出结构，确保巷道顶板的平整性，为囊梁和顶板面接触创造了条件，并充分保证了囊梁安全。

(4)本发明提供的刚柔耦合巷道支护系统及方法，由于采用新型的锚索托盘和锁具一体化结构，该结构外形轮廓为半球体或近似半球体，上表面为球面或类球面结构，因此，本发明施工凹洞非常便利，托盘上表面为球面结构有利于预紧力在围岩内部的均匀传递，能够消除托盘应力集中。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明一种刚柔耦合巷道支护系统及方法应用示意图；

图中附图标记表示为：1-支架；2-囊梁；201-囊梁气嘴；3-囊梁固定机构；4-塑料网；5-锚索；6-锁具；7-托盘；8-电液控制系统；9-系统主机；10-巷道顶板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1显示的是本发明一种刚柔耦合巷道支护系统及方法的优选实施例。

所述刚柔耦合巷道支护系统，包括支架1、囊梁2、囊梁固定机构3、塑料网4、锚索5、锁具6、托盘7、电液控制系统8和系统主机9，所述支架1支撑于所述囊梁2下方，所述囊梁2通过所述囊梁固定机构3固定于所述支架1上或巷道顶板10下方，所述塑料网4布置于所述囊梁2与所述巷道顶板10之间，通过所述锚索5和锁具6及托盘7固定于所述巷道顶板10之上，所述电液控制系统与所述支架1、所述囊梁2相连接，用于控制所述支架1和所述囊梁2的动作，完成对所述巷道顶板10的支护或撤去支护，所述系统主机与所述支架1、所述囊梁2和所述电液控制系统8均相连接，用于监控所述支架1的支护强度和支撑力，所述囊梁2的内压，同时根据预设的指令要求或所述支架1和所述囊梁2反馈的支护状况控制所述电液控制系统8的动作；所述囊梁2包括囊梁气嘴201，通过囊梁气嘴201充入或排出气体，实现对所述巷道顶板10的支护或撤去支护；所述托盘7形状为半球体或近似半球体，所述巷道顶板10内成形有与所述托盘7相适应的半球体或近似半球体的凹洞，使所述托盘7整体嵌入所述凹洞内，所述锁具6整体嵌入所述托盘7内。

在本实施例中，所述囊梁2由多层囊袋组成，囊袋之间互不相通，每一个囊袋具有单独的囊梁气嘴，受所述系统主机9分别控制，内部气压由所述系统主机9进行调节。

在本实施例中，所述系统主机9包括按键输入界面、存储器、单片机、显示电路，所述系统主机9与所述电液控制系统8连接；所述按键输入界面具有所述支架1和所述囊梁2的压力值变化区间输入和设置功能；所述存储器可接收并存储所述支架1和所述囊梁2传输的实时压力数据；所述单片机根据所述支架1和所述囊梁2传输的压力值进行运算处理，将该信息反馈回所述电液控制系统8进行加压或卸压操作；所述显示电路将所述支架1和所述囊梁2压力数值在所述系统9主机附带屏幕上实时显示。

所述刚柔耦合巷道支护方法，包括以下步骤：

(a)在所述巷道顶板10上提前施工锚索钻孔，然后用钻头以该孔为圆心施工所述凹洞；

(b)然后将所述锚索5和树脂药卷放入锚索钻孔内进行锚固，把所述塑料网4紧贴所述巷道顶板10，将所述托盘7和所述锁具6放入所述凹洞内，根据预定支护强度对所述锚索5进行张拉，达到额定预紧力后，切割掉外露的钢绞线，保证所述巷道顶板10表面没有尖锐突出物，完成顶板锚网支护施工；

(c)在所述巷道顶板10施工安装所述囊梁固定机构3或在所述支架1上预先安装所述囊梁固定机构3；

(d)将所述支架1安置于所述巷道顶板10下方，所述系统主机9通过所述电液控制系统8分别同时对所述支架1进行升架和对所述囊梁2进行充气动作；

(e)通过所述支架1和所述囊梁2刚柔耦合，对所述巷道顶板10进行支护，并通过所述系统主机9的监测，对所述支架1和所述囊梁2实时支付强度和气压进行调节，使满足预定的支护要求；

(f)在所述巷道顶板10支护结束后，通过所述系统主机9控制所述支架1降架和所述囊梁2排气，并进行回收。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种刚柔耦合巷道支护系统，其特征在于：包括支架(1)、囊梁(2)、囊梁固定机构(3)、塑料网(4)、锚索(5)、锁具(6)、托盘(7)、电液控制系统(8)和系统主机(9)，所述支架(1)支撑于所述囊梁(2)下方，所述囊梁(2)通过所述囊梁固定机构(3)固定于所述支架(1)上或巷道顶板(10)下方，所述塑料网(4)布置于所述囊梁(2)与所述巷道顶板(10)之间，通过所述锚索(5)和锁具(6)及托盘(7)固定于所述巷道顶板(10)之上，所述电液控制系统与所述支架(1)、所述囊梁(2)相连接，用于控制所述支架(1)和所述囊梁(2)的动作，完成对所述巷道顶板(10)的支护或撤去支护，所述系统主机与所述支架(1)、所述囊梁(2)和所述电液控制系统(8)均相连接，用于监控所述支架(1)的支护强度和支撑力，所述囊梁(2)的内压，同时根据预设的指令要求或所述支架(1)和所述囊梁(2)反馈的支护状况控制所述电液控制系统(8)的动作；

所述囊梁(2)包括囊梁气嘴(201)，通过囊梁气嘴(201)充入或排出气体，实现对所述巷道顶板(10)的支护或撤去支护；

所述托盘(7)形状为半球体或近似半球体，所述巷道顶板(10)内成形有与所述托盘(7)相适应的半球体或近似半球体的凹洞，使所述托盘(7)整体嵌入所述凹洞内，所述锁具(6)整体嵌入所述托盘(7)内。

2.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合巷道支护系统，其特征在于：所述囊梁(2)由多层囊袋组成，囊袋之间互不相通，每一个囊袋具有单独的囊梁气嘴，受所述系统主机(9)分别控制，内部气压由所述系统主机(9)进行调节。

3.根据权利要求1或2所述的一种刚柔耦合巷道支护系统，其特征在于：所述系统主机(9)包括按键输入界面、存储器、单片机、显示电路，所述系统主机(9)与所述电液控制系统(8)连接；

所述按键输入界面具有所述支架(1)和所述囊梁(2)的压力值变化区间输入和设置功能；

所述存储器可接收并存储所述支架(1)和所述囊梁(2)传输的实时压力数据；

所述单片机根据所述支架(1)和所述囊梁(2)传输的压力值进行运算处理，将该信息反馈回所述电液控制系统(8)进行加压或卸压操作；

所述显示电路将所述支架(1)和所述囊梁(2)压力数值在所述系统(9)主机附带屏幕上实时显示。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种刚柔耦合巷道支护方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)在所述巷道顶板(10)上提前施工锚索钻孔，然后用钻头以该孔为圆心施工所述凹洞；

(b)然后将所述锚索(5)和树脂药卷放入锚索钻孔内进行锚固，把所述塑料网(4)紧贴所述巷道顶板(10)，将所述托盘(7)和所述锁具(6)放入所述凹洞内，根据预定支护强度对所述锚索(5)进行张拉，达到额定预紧力后，切割掉外露的钢绞线，保证所述巷道顶板(10)表面没有尖锐突出物，完成顶板锚网支护施工；

(c)在所述巷道顶板(10)施工安装所述囊梁固定机构(3)或在所述支架(1)上预先安装所述囊梁固定机构(3)；

(d)将所述支架(1)安置于所述巷道顶板(10)下方，所述系统主机(9)通过所述电液控制系统(8)分别同时对所述支架(1)进行升架和对所述囊梁(2)进行充气动作；

(e)通过所述支架(1)和所述囊梁(2)刚柔耦合，对所述巷道顶板(10)进行支护，并通过所述系统主机(9)的监测，对所述支架(1)和所述囊梁(2)实时支付强度和气压进行调节，使满足预定的支护要求；

(f)在所述巷道顶板(10)支护结束后，通过所述系统主机(9)控制所述支架(1)降架和所述囊梁(2)排气，并进行回收。