CN111088805A - 一种一体化装配式支护装置及其支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化装配式支护装置及其支护方法，包括杆体、转动杆、转动杆固定座，转动杆固定座固定安装在杆体的端部，多个转动杆等角度均匀铰接在转动杆固定座周向上，转动杆与杆体之间连接转动杆弹簧，相邻的转动杆之间连接若干个伸缩杆，伸缩杆和转动杆构成锚网结构；杆体上设有凹槽，凹槽内分布多组楔形弹片；钢丝绳连接楔形弹片和转动杆。本发明伸缩杆伸长后保证锚网结构为张开状，锚网结构贴紧待支护体表面，对表面不稳定岩土有很好的固定支撑作用；杆体打入待支护体内，杆体上的楔形弹片张开，提供杆体方向更大的抗拔力，对破碎、软弱岩土层达到自身稳固，配合锚杆台车，达到装配式挂网‑锚杆支护一体化，减少施工工序的要求。

Description

一种一体化装配式支护装置及其支护方法

技术领域

本发明涉及岩土施工过程防护技术领域，具体而言，涉及一种一体化装配式支护装置及其支护方法。

背景技术

目前，不管地下矿山掘进巷道冒落区及破碎带的支护，还是公路、铁路等施工过程隧道、边坡支护，通常采取的是用钢筋网(锚索)和锚杆相结合支护方式，遇到破碎带和软弱岩层时，通常用砂浆锚杆，或者用注浆法支护破碎带。不论哪种施工方案，在施工的过程中，工人及设备常常暴露在危险区域，软弱区域随时会发生二次冒落，破碎带随时会发生石块掉落，边坡容易出现垮塌的现象，严重时会造成人员伤亡或设备的损坏。在支护过程中，机械化程度不高，主要是通过人工的方式进行钢筋网(锚索)及锚杆的安装，劳动强度大，施工效率低。

不管是随着浅部资源的枯竭，越来越多的地下矿山进入深地开采，还是我国目前正在大量修建公路、铁路，为了维持深地巷道和高边坡的稳定，保障人员的施工安全，一体化装配式支护施工越来越重要，因此，急需一种能够克服传统支护缺点的新型支护方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体化装配式支护装置及其支护方法，解决目前锚杆和钢筋网(锚索)之间施工整体性差的技术难题，解决支护过程中劳动强度大、机械化程度低等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种一体化装配式支护装置，包括杆体、转动杆、转动杆固定座，所述转动杆固定座固定安装在所述杆体的端部，多个转动杆等角度均匀铰接在所述转动杆固定座周向上，所述转动杆与杆体之间连接转动杆弹簧，相邻的转动杆之间连接若干个伸缩杆，所述伸缩杆和转动杆构成锚网结构；所述的杆体上设有凹槽，所述凹槽内分布多组楔形弹片；钢丝绳连接楔形弹片和转动杆。

进一步，所述楔形弹片由多片与杆体曲率一样的钢片组成，与杆体铰接，设置在所述杆体凹槽内，所述杆体上设置3～5组楔形弹片，楔形弹片与杆体之间设置有楔形弹片弹簧，杆体进入钻孔内楔形弹片可张开。

进一步，所述钢丝绳一端固定在所述楔形弹片的端部，另一端固定连接在所述转动杆上，所述钢丝绳两端分别对楔形弹片和转动杆施加拉力使所述转动杆弹簧和楔形弹片弹簧压缩。

进一步，所述伸缩杆包括多节嵌套的圆管，所述圆管上设有卡扣和孔位，所述伸缩杆伸长后通过所述卡扣和孔位进行固定。

进一步，所述伸缩杆由高强度铝合金材料制成，所述杆体、转动杆和楔形弹片由45#钢制成。

本发明还提供一种一体化装配式支护装置的支护方法，包括如下步骤：

步骤S1.钻孔设备将在巷道或边坡等待支护体指定位置进行钻孔，所钻的孔径大于杆体直径，保证杆体能够放入钻孔内，安放杆体前应将孔内的岩屑和土屑清理干净；

步骤S2.将支护装置杆体放进钻孔内，松开连接在转动杆和楔形弹片之间的钢丝绳，在转动杆弹簧的推力下转动杆角度增大，伸缩杆逐渐伸长，伸缩杆的卡扣进入对应的孔位，锚网结构打开，对待支护体表面有支撑作用；

步骤S3.在钢丝绳松开同时，楔形弹片自动张开，楔入待支护体内，提供杆体方向更大的抗拔力，对破碎、软弱岩土层产生自身稳固作用；

步骤S4.锚网结构形状为正多边形，对表面及深部不稳固岩土层产生足够的支护作用。

与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

本发明解决了传统岩土施工工程单一锚杆支护没有对表面破碎岩土有稳固作用，以及存在锚杆抗拔力不够，锚杆钢筋网(锚索)支护存在杆、网分离等情况，导致支护施工工序复杂，机械化程度低等问题。本发明锚网结构收缩时，其体积小容易携带，锚网结构张开后可以与周围破碎岩土形成整体，能够对表面岩土起到固定支撑作用，杆体上设置的楔形弹片，能提供杆体方向更大的抗拔力，对破碎、软弱岩土层产生自身稳固作用。

附图说明

图1为本发明的锚网结构示意图；

图2为本发明伸缩杆结构示意图；

图3为本发明伸缩杆和转动杆连接处结构示意图；

图4为本发明转动杆固定器结构示意图；

图5为本发明楔形弹片结构示意图；

图6为本发明楔形弹片支护示意图；

图7为本发明收缩示意图；

图8为本发明支护示意图；

图中：1-杆体、2-转动杆、3-转动杆固定座、4-伸缩杆、5-孔位、6-卡扣、7-圆管、8-铰链、9-楔形弹片、10-钢丝绳、11-转动杆弹簧、12-楔形弹片弹簧、13-待支护体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1-8所示，本申请实施例提供了一种一体化装配式支护装置，包括杆体1、转动杆2、转动杆固定座3，所述转动杆固定座3固定安装在所述杆体1的端部，多个转动杆2等角度均匀铰接在所述转动杆固定座3周向上，所述转动杆2与杆体1之间连接转动杆弹簧11，相邻的转动杆2之间连接若干个伸缩杆4，所述伸缩杆4和转动杆2构成锚网结构；所述的杆体1上设有凹槽，所述凹槽内分布多组楔形弹片9；钢丝绳10连接楔形弹片9和转动杆2。

具体地，在上述实施例中，杆体1用于安装在岩土施工破碎软弱区区域中，转动杆固定座3内设有铰链8，转动杆2通过铰链8固定安装在转动杆固定座3上，初始状态下，转动杆2与杆体1呈收缩状态，伸缩杆4处于压缩状态，转动杆2与杆体1之间连接转动杆弹簧11，此时转动杆弹簧11处于压缩状态。

进一步优选的实施例中，所述楔形弹片9由多片与杆体1曲率一样的钢片组成，与杆体1铰接，设置在所述杆体1凹槽内，所述杆体1上设置3～5组楔形弹片9，楔形弹片9与杆体1之间设置有楔形弹片弹簧12，杆体1进入钻孔内楔形弹片9可张开。

在上述实施例中，每组楔形弹片9沿杆体1周向布置，在杆体1的轴向上设有多组楔形弹片9，楔形弹片9与杆体1之间通过转轴铰接，同时设有楔形弹片弹簧12，初始状态时，楔形弹片弹簧12被压缩，楔形弹片9设置在杆体1上的凹槽中。

进一步优选的实施例中，钢丝绳10一端固定在所述楔形弹片9的端部，另一端固定连接在所述转动杆2上，所述钢丝绳10两端分别对楔形弹片9和转动杆2施加拉力使所述转动杆弹簧11和楔形弹片弹簧12压缩。

如图5所示，具体的，在上述实施例中，钢丝绳10的两端分别连接楔形弹片9和转动杆2使楔形弹片弹簧12和转动杆弹簧11均处于压缩状态，当解除钢丝绳10后，楔形弹片弹簧12和转动杆弹簧11的弹性势能均会释放，使楔形弹片9弹出杆体1上的凹槽，转动杆2带动伸缩杆4伸长撑开形成锚网结构，图5(a)为楔形弹片张开状态示意图，图5(b)为楔形弹片收缩状态示意图。

进一步优选的实施例中，伸缩杆4包括多节嵌套的圆管7，所述圆管7上设有卡扣6和孔位5，所述伸缩杆4伸长后通过所述卡扣6和孔位5进行固定。

在上述实施例中，伸缩杆4中每节圆管7的长度根据实际情况进行设计，保证转动杆2完全撑开后与杆体1之间的夹角为90度时，安装在相邻转动杆2之间的多个伸缩杆4的长度刚好满足使用情况，当转动杆2完全撑开后，各个伸缩杆4的多节圆管7刚好能够使卡扣6卡进相应的孔位5，固定伸缩杆4的长度，使转动杆2固定在撑开状态下,每个伸缩杆的圆管的节数应该大于或等于相邻转动杆2之间设置的伸缩杆的个数。

进一步，所述伸缩杆4由高强度铝合金材料制成，所述杆体1、转动杆2和楔形弹片9由45#钢制成。

以6根转动杆，每组相邻转动杆之间设置4根伸缩杆为例，锚网结构选择六根0.6m的转动杆，相邻转动杆之间有四根伸缩杆，从锚网结构中心位置算起四根伸缩杆分别布置在转动杆的0.2m、0.36m、0.49m、0.6m处。转动杆在0.2m、0.36m、0.49m、0.6m处通过转轴连接伸缩杆，伸缩杆可以在转动杆转动，保证锚网结构张开。伸缩杆有四根直径不同的圆管7组成，锚网结构张开之前三根直径较小的圆管7缩进直径最大的圆管7内，当锚网结构张开后，三根圆管7伸出，伸缩杆最长时通过钢管内部卡扣6进入对应孔位5，使得锚网结构固定，所述的伸缩杆由高强度铝合金材料制成。

所述的钢丝绳10通过连接杆体1上的楔形弹片和转动杆，保证锚网结构张开之前，端面是边长约0.2m的正六边形约0.55m高的圆锥型；松开钢丝绳10后，转动杆弹簧11给以转动杆推力，让转动杆角度增大，伸缩杆逐渐伸长，直至卡扣6固定，锚网结构张开，成为边长0.6m的正六边形，对待支护区域表面的不稳定岩土有支护作用。

钢丝绳10一端固定在楔形弹片上，另一端连接在转动杆上，装配之前钢丝绳10拉紧，在钢丝绳10的牵引下，楔形弹片闭合在杆体1的凹槽内，锚网结构呈收缩状。形弹片在杆体1进入钻孔之前，钢丝绳10拉紧，楔形弹片闭合在杆体1的凹槽内，杆体1进入钻孔后，钢丝绳10松开，楔形弹片在弹簧的作用下张开，楔入待支护体13，钢丝绳10连接楔形弹片成为整体，提供杆体1方向更大的抗拔力，对破碎、软弱岩土层产生自身稳固的作用。

本发明具体的支护方法包括如下步骤：步骤S1.钻孔设备将在巷道或边坡等待支护体13指定位置进行钻孔，所钻的孔径大于杆体1直径，保证杆体1能够放入钻孔内，安放杆体1前应将孔内的岩屑和土屑清理干净；

步骤S2.将支护装置杆体1放进钻孔内，松开连接在转动杆和楔形弹片之间的钢丝绳10，在转动杆弹簧11的推力下转动杆角度增大，伸缩杆逐渐伸长，伸缩杆的卡扣进入对应的孔位5，锚网结构打开，对待支护体13表面有支撑作用；

步骤S3.在钢丝绳10松开同时，楔形弹片自动张开，楔入待支护体13内，提供杆体1方向更大的抗拔力，对破碎、软弱岩土层产生自身稳固作用；

步骤S4.锚网结构形状为正六边形，对表面及深部不稳固岩土层产生足够的支护作用。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种一体化装配式支护装置，其特征在于:包括杆体、转动杆、转动杆固定座，所述转动杆固定座固定安装在所述杆体的端部，多个转动杆等角度均匀铰接在所述转动杆固定座周向上，所述转动杆与杆体之间连接转动杆弹簧，相邻的转动杆之间连接若干个伸缩杆，所述伸缩杆和转动杆构成锚网结构；所述的杆体上设有凹槽，所述凹槽内分布多组楔形弹片；钢丝绳连接楔形弹片和转动杆。

2.根据权利要求1所述的一种一体化装配式支护装置，其特征在于：所述楔形弹片由多片与杆体曲率一样的钢片组成，与杆体铰接，设置在所述杆体凹槽内，所述杆体上设置3～5组楔形弹片，楔形弹片与杆体之间设置有楔形弹片弹簧，杆体进入钻孔内楔形弹片可张开。

3.根据权利要求2所述的一种一体化装配式支护装置，其特征在于：所述钢丝绳一端固定在所述楔形弹片的端部，另一端固定连接在所述转动杆上，所述钢丝绳两端分别对楔形弹片和转动杆施加拉力使所述转动杆弹簧和楔形弹片弹簧压缩。

4.根据权利要求1所述的一种一体化装配式支护装置，其特征在于：所述伸缩杆包括多节嵌套的圆管，所述圆管上设有卡扣和孔位，所述伸缩杆伸长后通过所述卡扣和孔位进行固定。

5.根据权利要求1所述的一种一体化装配式支护装置，其特征在于：所述伸缩杆由高强度铝合金材料制成，所述杆体、转动杆和楔形弹片由45#钢制成。

6.根据权利要求1-5所述的一种一体化装配式支护装置的支护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1.钻孔设备将在巷道或边坡等待支护体指定位置进行钻孔，所钻的孔径大于杆体直径，保证杆体能够放入钻孔内，安放杆体前应将孔内的岩屑和土屑清理干净；

步骤S2.将支护装置杆体放进钻孔内，松开连接在转动杆和楔形弹片之间的钢丝绳，在转动杆弹簧的推力下转动杆角度增大，伸缩杆逐渐伸长，伸缩杆的卡扣进入对应的孔位，锚网结构打开，对待支护体表面有支撑作用；

步骤S3.在钢丝绳松开同时，楔形弹片自动张开，楔入待支护体内，提供杆体方向更大的抗拔力，对破碎、软弱岩土层产生自身稳固作用；

步骤S4.锚网结构形状为正多边形，对表面及深部不稳固岩土层产生足够的支护作用。

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