CN110030024A - 恒阻可缩的柔性支护装置及切顶沿空留巷挡矸支护系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及煤炭开采技术领域，具体而言，涉及一种恒阻可缩的柔性支护装置及切顶沿空留巷挡矸支护系统。恒阻可缩的柔性支护装置包括缸体﹑杆体和支撑部，缸体包括依次连接的托盘、直筒部和锥型筒，直筒部内部形成有导向杆，导向杆一端固定在托盘上，另一端延伸至锥型筒内，锥型筒的内径和外径由与直筒部连接的一端至另一端渐扩；杆体包括锥头和直杆，杆体内部形成有导向孔，锥头匹配套接于锥型筒内，且导向杆匹配插入导向孔内。该装置在竖向具有一定的让位特性，避免竖向受压弯曲破坏，并能保持较大的工作阻力用以支撑顶板，尤其适用于易产生围岩大变形的切顶沿空留巷工程，可为深部或厚煤层切顶沿空留巷的成功实施奠定基础。

Description

恒阻可缩的柔性支护装置及切顶沿空留巷挡矸支护系统

技术领域

本申请涉及煤炭开采技术领域，具体而言，涉及一种恒阻可缩的柔性支护装置及切顶沿空留巷挡矸支护系统。

背景技术

切顶沿空留巷是一种新型的无煤柱开采技术，切断一定高度内采空区顶板与巷道顶板的力学关系，充分利用矿山压力及采空区矸石碎胀承载特性自动成巷，优化了顶板结构，改善了围岩应力，并且取消了巷旁充填，降低了留巷成本，且不影响工作面正常回采，更能适应现代化高强度的开采要求。

切顶沿空留巷稳定后，上覆岩层压力主要由实体煤帮和采空区矸石两大支撑系统承担，由此可知，切顶沿空留巷的最终稳定是由实体煤帮和采空区矸石共同决定的，因此矸石巷帮的稳定显得尤为重要。矸石巷帮主要是由巷旁挡矸支护装置进行维控，普通地质条件下切顶巷道常采用刚性支护进行巷旁挡矸并能取的较好效果，而深部切顶巷道动压影响显著，厚煤层工作面采出空间大﹑矿压显现剧烈，此时顶底板移近量大，并且挡杆结构布置在切缝侧，切缝侧顶板下沉较实体煤侧更为明显，刚性支护装置往往因无法与顶底板协调变形而竖向受压产生弯曲、折断现象，从而丧失挡矸支护能力，造成矸石帮变形严重，甚至留巷失败。

现有技术中切顶沿空留巷常采用刚性工字钢或可缩性U型钢进行巷旁挡矸支护，刚性工字钢一般只适用于浅部较薄煤层，因浅部薄煤层留巷顶底板移近量较小，采用刚性工字钢即能取得较好效果；深部和厚煤层切顶沿空留巷因顶底板移近量大，刚性支护常常受压弯曲破坏，因此常采用可缩性U型钢进行挡矸支护，工作时两段U型钢产生相对滑动而达到可缩让位效果，但该装置有一弊端是两段U型钢相对滑动力是由卡缆的松紧程度决定的，在该装置滑动力设定过大时，U型钢受顶板压力将产生弯曲变形，从而失去挡矸效果，因此可缩性U型钢滑动力设定值一般较小，基本对顶板不起到支护作用，仅仅起到侧向抵抗采空区矸石的作用，并且卡缆的松紧程度并不能直接量化成装置的竖向滑动值，滑动力的设置只能通过现场反复试验得到合适值。

发明内容

为了解决上述技术问题，需研发一种挡矸支护装置，在竖向具有一定的让位特性，避免竖向受压弯曲破坏，并能保持较大的工作阻力用以支撑顶板，以达到与深部或厚煤层切顶巷道顶底板协调变形的目的。本申请提供了一种恒阻可缩的柔性支护装置及切顶沿空留巷挡矸支护系统。

为了实现上述目的，根据本申请的第一个方面，提供了一种恒阻可缩的柔性支护装置。

根据本申请实施例提供的恒阻可缩的柔性支护装置，其包括缸体和﹑杆体和支撑部，其中：

所述缸体包括依次连接的托盘、直筒部和锥型筒，所述直筒部内部形成有导向杆，所述导向杆一端固定在所述托盘上，另一端延伸至所述锥型筒内，所述锥型筒的内径和外径由与所述直筒部连接的一端至另一端渐扩；

所述杆体包括锥头和直杆，所述杆体内部形成有导向孔，所述锥头匹配套接于所述锥型筒内，且所述导向杆匹配插入所述导向孔内。

进一步的，所述导向杆与所述直筒部同轴设置，所述导向孔与所述杆体同轴设置。

进一步的，所述直筒部内壁形成有螺纹。

进一步的，所述托盘上开设有多个锚杆固定孔。

进一步的，所述托盘为矩形结构，所述锚杆固定孔设置为四个且分别布置在所述托盘的四个顶角处。

进一步的，所述支撑部包括底座和套管，所述直杆插接在所述套管内并可沿所述套管滑动。

进一步的，所述套管上开设有螺孔，所述直杆和所述套管通过螺钉固定，所述螺钉螺接在所述螺孔内。

为了实现上述目的，根据本申请的第一个方面，提供了一种切顶沿空留巷挡矸支护系统。

根据本申请实施例提供的切顶沿空留巷挡矸支护系统，其包括挡矸支柱、顶网、挡矸网和锚杆，其中：

所述挡矸支柱为本申请提供的上述恒阻可缩的柔性支护装置，所述挡矸支柱在巷道内沿切顶线间隔布置，所述托盘紧贴顶板；

所述顶网沿顶板铺设；

所述挡矸网与所述顶网连接且固定在所述挡矸支柱上；

所述托盘通过所述锚杆固定在顶板岩层中。

进一步的，所述挡矸网为金属网，所述挡矸网通过金属丝绑在所述挡矸支柱上。

本申请的恒阻可缩的柔性支护装置在竖向具有一定的让位特性，避免竖向受压弯曲破坏，并能保持较大的工作阻力用以支撑顶板，尤其适用于深部或厚煤层工作面等易产生围岩大变形的切顶沿空留巷工程，实现了高恒阻、竖向可缩让位卸压等功能，可为深部或厚煤层切顶沿空留巷的成功实施奠定基础。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性的给出了本申请恒阻可缩的柔性支护装置的结构参考图；

图2示意性的给出了本申请缸体的结构参考图；

图3示意性的给出了本申请缸体的俯视图；

图4示意性的给出了本申请缸体的仰视图；

图5示意性的给出了图4中的A-A剖视图；

图6示意性的给出了本申请杆体的结构参考图；

图7示意性的给出了本申请杆体的仰视图；

图8示意性的给出了图7中的B-B剖视图；

图9示意性的给出了本申请支撑部的结构参考图；

图10示意性的给出了本申请支撑部的俯视图；

图11示意性的给出了图10中的C-C剖视图；

图12示意性的给出了本申请恒阻可缩的柔性支护装置工作后的结构参考图；以及

图13示意性的给出了本申请切顶沿空留巷挡矸支护系统的结构参考图。

图中：

1、缸体；2、锥体杆；3、支撑部；4、托盘；5、直筒部；6、锥型筒；7、锚杆固定孔；8、导向杆；9、螺纹；10、锥头；11、直杆；12、导向孔；13、套管；14、底座；15、螺钉；16、锚杆；17、挡矸网；18、挡矸支柱。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-13并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

如图1所示，本申请实施例提供了一种恒阻可缩的柔性支护装置，其包括缸体1和杆体2和支撑部3。

如图2-5所示，缸体1包括依次连接的托盘4、直筒部5和锥型筒6，直筒部5内部形成有导向杆8，导向杆8一端固定在托盘4上，另一端延伸至锥型筒6内，锥型筒6的内径和外径由与直筒部5连接的一端至另一端渐扩。托盘4用于与贴合在需要支护的顶板上，如图所示，托盘4与直筒部5垂直设置，托盘4与顶板贴合后，可以保证直筒部5的垂直度。

如图6-8所示，杆体2包括锥头10和直杆11，杆体2内部形成有导向孔12，锥头10匹配套接于锥型筒6内，且导向杆8匹配插入导向孔12内。本申请实施例中恒阻可缩的柔性支护装置的恒定工作阻力主要靠锥头10和缸体1之间的滑动摩擦力提供，锥头和缸体1内壁的滑动摩擦力即为恒阻可缩的柔性支护装置的恒阻力，可通过调节锥头的硬度和缸体1内壁的螺纹参数来改变该柔性支护装置的恒阻力的大小。

随着该柔性支护装置所支护的结构逐渐下沉，恒阻可缩的柔性支护装置所受压力逐渐增大，当压力达到其恒阻值(即锥头10与缸体1之间的滑动摩擦力)时，锥体杆2可以沿导向杆8在缸体1中产生相对滑动，可使恒阻可缩的柔性支护装置内竖向压力降低，从而起到让位卸压的作用，以适应顶部支护结构的变形，恒阻可缩的柔性支护装置发生让位卸压后的工作状态如图12所示。随着顶部支护结构的进一步下沉，重复上述过程。锥体杆2在缸体1滑动过程中，导向杆8和导向孔12的配合可保证锥体杆2运动的直线性，防止锥头10产生偏转，避免装置产生弯曲失效。优选的，导向杆8的轴线平行于直筒部5的轴线，导向孔12的轴线平行于直杆11的轴线，如此设置即可保证锥体杆2在缸体1中的滑动方向严格平行于与缸体1的轴线，在支护过程中，滑动方向垂直于托盘4。

更为优选的，如图所示，导向杆8与直筒部5同轴设置，导向孔12与杆体2同轴设置，导向杆8和导向孔12均设置在装置的中心位置，使得结构的受力更加均匀，稳定性更强。

在一些实施例中，如图5所示，为了进一步提高恒阻可缩的柔性支护装置的恒阻力，直筒部5内壁形成有螺纹9，此时恒阻可缩的柔性支护装置的恒阻值为锥头10与螺纹9的滑动摩擦力，螺纹9可以明显提高锥头10与缸体1之间的滑动摩擦力，得到提供较大恒阻值的目的。恒阻可缩的柔性支护装置的恒定工作阻力主要靠锥头和套管内部螺纹滑动摩擦力提供，可通过调节锥头的硬度和螺纹参数来改变该设备恒阻力的大小。

在一些实施例中，如图2-4所示，托盘4上开设有多个锚杆固定孔7，用以安装短锚杆固定支撑。优选的，托盘4为矩形结构，锚杆固定孔7设置为四个且分别布置在托盘4的四个顶角处，可以按照四个短锚杆进行固定支撑，保证锚固力的前提下托盘4的受力会更加均匀。

在一些实施例中，如图9-11所示，支撑部3包括底座14和套管13，直杆11插接在套管13内并可沿套管13滑动。可以通过调节直杆11插入套管13内的长度以适应不同的支护高度，调整完成后，将直杆11与套管13固定即可，当然，直杆11与套管13之间的固定作用力应当大于恒阻可缩的柔性支护装置的恒阻力。优选的，套管13上开设有螺孔，直杆11和套管13通过螺钉15固定，螺钉15螺接在螺孔内，调整完成后，拧紧支撑部3的套管13上的螺钉15就可以实现紧固。为了提供固定力，套管13上设计有四个螺孔，还可以在直杆11的不同高度位置也开设螺孔，通过螺钉15依次穿过套管13和直杆11上的螺孔，固定效果更优。

本发明提出的恒阻可缩的柔性支护装置在工作过程中能提供较大的工作阻力，对顶部被支护结构能形成较好的支护作用，限制被支护结构的下沉，恒阻力可根据缸体内螺纹和锥头的配合关系改变，可以在实验室中对该装置的恒阻值进行测试标定，然后根据待支护结构的力学特性(例如地应力的大小)来选取合适的恒阻值。

实施例2

如图13所示，本申请实施例还提供了一种切顶沿空留巷挡矸支护系统，其包括挡矸支柱18、顶网(图中未示出)、挡矸网17和锚杆16，挡矸支柱18为本申请实施例1提供的恒阻可缩的柔性支护装置，挡矸支柱18在巷道内沿切顶线间隔布置，所托盘4紧贴顶板，顶网沿顶板铺设，挡矸网17与顶网连接且固定在挡矸支柱18上，托盘4通过锚杆16固定在顶板岩层中。

在一些实施例中，挡矸网17为优选为金属网，挡矸网17通过金属丝绑在挡矸支柱18上，且挡矸网17与顶网之间也可以通过金属丝绑接。

在切顶沿空留巷的过程中，本申请实施例提供的切顶沿空留巷挡矸支护系统可以通过如下的方式来实现：

(1)回采时，先将帮部挡矸网17用金属丝与顶网连接，并紧贴工作面支架沿切顶线布置恒阻可缩的柔性支护装置。

具体的，将缸体1通过四根短锚杆16穿过托盘4上的锚杆固定孔7固定在顶板岩层中，顶部的托盘4与顶板岩面贴平以保证缸体1的垂直度；然后，将锥体杆2的直杆11插入支撑部3的套管13中，通过调节直杆11插入套管13的长度可改变锥体杆2和底部支撑体3的总高度，进而可适应不同的巷道高度，将锥头10通过导向孔12和导向杆8插入到锥型筒6中，并与锥型筒6内侧贴紧，此时，将螺钉15拧紧(螺钉15提供的竖向抵抗力需大于该装置恒阻力)，从而固定锥体杆2和支撑部3的相对位置。至此，安装完成，并将挡矸网通过金属丝与恒阻可缩的柔性支护装置绑紧扎牢，防止采空区矸石窜入巷道内。

(2)工作面回采推过后，采空区岩层沿切顶线垮落形成巷帮，巷道顶板向采空区偏转下沉。随着顶板的逐渐下沉，恒阻可缩的柔性支护装置所受压力逐渐增大，当压力达到其恒阻值(即锥头10与螺纹9的滑动摩擦力)时，锥体杆2沿导向杆8在缸体1中产生相对滑动，可使恒阻可缩挡矸装置内竖向压力降低，从而起到让位卸压的作用，以适应巷道顶底板变形。随着顶板的进一步下沉，重复上述过程。锥体杆2在缸体1滑动过程中，导向杆8可保证锥体杆2运动的直线性，防止锥头10产生偏转，避免装置产生弯曲失效，并且锥体杆2在缸体1中相对滑动的过程中，该装置可保持较高的工作阻力，对巷道顶板形成较好的支撑作用，一定程度上限制顶板的下沉。

(3)采空区矸石垮落压实后，巷道处于稳定状态，顶底板不再产生移近，此时恒阻可缩的柔性支护装置也处于稳定状态，恒阻可缩挡矸装置此时具有两个功能：一是支撑巷道顶板；二是阻挡采空区矸石。

(4)工作面推进一个布局时，及时进行挡矸支护(即上述的1和2过程)，恒阻可缩的柔性支护装置的间距可根据采空区矸石、顶板和埋深等情况进行调整。

(5)下一个工作面回采时，可将该恒阻可缩的柔性支护装置进行回撤，重新加工后可循环使用。

上述恒阻可缩的柔性支护装置尤其适用于深部或厚煤层工作面等易产生围岩大变形的切顶沿空留巷工程，实现了高恒阻、竖向可缩让位卸压等功能，并且由于装置的伸缩结构以及导向杆和导向孔的配合，可以使得恒阻可缩的柔性支护装置有效抵抗矸石的横向冲击，具有一定的抗弯曲效应，可为深部或厚煤层切顶沿空留巷的成功实施奠定基础。

本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种恒阻可缩的柔性支护装置，其特征在于，包括缸体(1)和杆体(2)和支撑部(3)，其中：

所述缸体(1)包括依次连接的托盘(4)、直筒部(5)和锥型筒(6)，所述直筒部(5)内部形成有导向杆(8)，所述导向杆(8)一端固定在所述托盘(4)上，另一端延伸至所述锥型筒(6)内，所述锥型筒(6)的内径和外径由与所述直筒部(5)连接的一端至另一端渐扩；

所述杆体(2)包括锥头(10)和直杆(11)，所述杆体(2)内部形成有导向孔(12)，所述锥头(10)匹配套接于所述锥型筒(6)内，且所述导向杆(8)匹配插入所述导向孔(12)内。

2.根据权利要求1所述的恒阻可缩的柔性支护装置，其特征在于，所述导向杆(8)与所述直筒部(5)同轴设置，所述导向孔(12)与所述杆体(2)同轴设置。

3.根据权利要求1所述的恒阻可缩的柔性支护装置，其特征在于，所述直筒部(5)内壁形成有螺纹(9)。

4.根据权利要求1所述的恒阻可缩的柔性支护装置，其特征在于，所述托盘(4)上开设有多个锚杆固定孔(7)。

5.根据权利要求4所述的恒阻可缩的柔性支护装置，其特征在于，所述托盘(4)为矩形结构，所述锚杆固定孔(7)设置为四个且分别布置在所述托盘(4)的四个顶角处。

6.根据权利要求1所述的恒阻可缩的柔性支护装置，其特征在于，所述支撑部(3)包括底座(14)和套管(13)，所述直杆(11)插接在所述套管(13)内并可沿所述套管(13)滑动。

7.根据权利要求6所述的恒阻可缩的柔性支护装置，其特征在于，所述套管(13)上开设有螺孔，所述直杆(11)和所述套管(13)通过螺钉(15)固定，所述螺钉(15)螺接在所述螺孔内。

8.一种切顶沿空留巷挡矸支护系统，其特征在于，包括挡矸支柱(18)、顶网、挡矸网(17)和锚杆(16)，其中：

所述挡矸支柱(18)为权利要求1-7任一项所述的恒阻可缩的柔性支护装置，所述挡矸支柱(18)在巷道内沿切顶线间隔布置，所述托盘(4)紧贴顶板；

所述顶网沿顶板铺设；

所述挡矸网(17)与所述顶网连接且固定在所述挡矸支柱(18)上；

所述托盘(4)通过所述锚杆(16)固定在顶板岩层中。

9.根据权利要求8所述的切顶沿空留巷挡矸支护系统，其特征在于，所述挡矸网(17)为金属网，所述挡矸网(17)通过金属丝绑在所述挡矸支柱(18)上。