CN112412098B - 抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，包括抗三维移动变形的多足液压式支撑单元，抗三维移动变形的多足液压式支撑单元包括多足液压式调整机构；受护建筑物的基础支柱下部与多足液压式调整机构的上端连接，多足液压式调整机构的下端与基座连接；当受护建筑物因地表沉陷发生变形时，多足液压式调整机构通过姿态自动调整使得受护建筑物保持或接近初始姿态。本发明加装在已有或者新建受护建(构)筑物支撑框架上，用以消除地表沉陷对建筑物的损害影响，提高建(构)筑物抵抗地表三维移动变形的能力，从而保障沉陷区建筑物的安全，避免矿区地表建(构)筑物的搬迁，为矿山企业降低了生产成本。

Description

抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构
技术领域
本发明涉及矿山开矿区建筑技术领域。具体地说是一种抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构。
背景技术
地表沉陷，指的是有地下采空区顶板的冒落所造成的地面变形。而为了便于开采出来煤的存放，多数煤炭企业会在煤矿附近建造煤棚。而随着开采进度的进行，煤炭企业会对煤棚下方地层中的煤炭进行开采，此时就会造成煤棚下方地层发生移动或者变形，而煤棚下方地层的移动或变形会对常规结构煤棚的结构产生结构破坏性影响，而为了开采煤棚下方的煤炭，又不会因建筑的倒塌而出现事故，通常会将已有的煤棚拆除，然后再在其他地方修建新的煤棚，不仅增加了企业运营成本，而且会对企业生产造成一定的影响，如缩减产能或者停产。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，加装在已有或者新建受护建(构)筑物支撑框架上，用以消除地表沉陷对建筑物的损害影响，提高建(构)筑物抵抗地表三维移动变形的能力，从而保障沉陷区建筑物的安全，避免矿区地表建(构)筑物的搬迁，为矿山企业降低了生产成本。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，包括抗三维移动变形的多足液压式支撑单元，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元包括多足液压式调整机构；受护建筑物的基础支柱下部与所述多足液压式调整机构的上端连接，所述多足液压式调整机构的下端与基座连接；所述多足液压式调整机构与液压站液压油流体导通连接；当受护建筑物因地表沉陷发生变形时，所述多足液压式调整机构通过姿态自动调整使得受护建筑物保持或接近初始姿态。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元还包括竖向高度调整机构，受护建筑物的基础支柱下部与所述竖向高度调整机构上端固定连接，所述竖向高度调整机构下端与所述多足液压式支撑机构上端连接。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，所述多足液压式支撑机构包括大于或等于3个所述液压缸，所述液压缸的缸筒与所述基座上端铰接，所述液压缸的活塞杆自由端与所述竖向高度调整机构下端铰接。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，所述液压缸缸筒与所述基座的连接点位于同一个圆周上且等距设置，所述液压缸活塞杆自由端与所述竖向高度调整机构下端的连接点位于同一个圆周上且等间距设置。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，所述竖向高度调整机构包括承载块和竖向伸缩设备；受护建筑物的基础支柱下部与所述竖向伸缩设备上端固定连接，所述竖向伸缩设备下端与所述承载块上端连接，所述承载块下端与所述液压缸活塞杆自由端铰接。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，所述竖向伸缩设备下端与所述承载块上端铰接且所述承载块在外力作用下绕所述竖向伸缩设备轴向转动。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，所述竖向伸缩设备下端通过球头轴承与所述承载块上端铰接。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元处于初始平衡状态时，所述液压缸活塞杆轴向与竖直方向之间的夹角α为60～90°。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元上设有地面三维移动变形监测单元，所述地面三维移动变形监测单元与控制台通信连接，所述控制台与所述液压站通信连接和电连接。
上述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，受护建筑物的基础支柱下部通过支撑臂构件与所述竖向高度调整机构上端固定连接；所述支撑臂构件包括左支撑臂、右支撑臂、中支撑臂、上支撑臂和安装结构，所述安装结构包括外安装架和内安装架；受护建筑物基础支柱下部与所述上支撑臂上端固定连接，所述上支撑臂安装在所述外安装架的上端上；所述左支撑臂安装在所述外安装架中段左侧且与位于所述上支撑臂下方的受护建筑物支撑框架连接；所述右支撑臂安装在所述外安装架中段右侧且与位于所述上支撑臂下方的受护建筑物支撑框架连接；所述中支撑臂安装在位于所述左支撑臂和所述右支撑臂之间的所述外安装架中段连接且与位于所述上支撑臂下方的受护建筑物支撑框架连接；所述中支撑臂对受护建筑物支撑框架作用力的方向位于所述左支撑臂对受护建筑物作用力的方向和所述右支撑臂对受护建筑物作用力的方向之间夹角的角平分线上；所述外安装架套在所述内安装架上且通过安装板与所述竖向高度调整机构的上端固定连接；当所述竖向高度调整机构在竖向方向上的长度发生变化时，所述内安装架相对所述外安装架进行竖向移动。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
利用本发明构筑抵抗三维移动变形的多足液压式支撑结构，，对建(构)筑物整体形成有效支撑，当建(构)筑物下方地层发生三维移动变形时，可以利用多足液压式调整机构对建(构)筑物用支撑柱姿态进行调整，以使建(构)筑物用支撑柱对建(构)筑物整体的支撑恢复或接近初始状态，从而使得建(构)筑物结构保持稳定，不会发生结构性损坏，从而在对建(构)筑物下方地层内煤炭开采时无需将建(构)筑物迁往他处，节省了迁移费和新建建(构)筑物所需的费用。
附图说明
图1为本发明抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构的抗三维移动变形的多足液压式支撑单元的结构示意图；
图2为本发明抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构的抗三维移动变形的多足液压式支撑单元与支撑臂构件配合的结构示意图；
图3为图2中抗三维移动变形的多足液压式支撑单元与支撑臂构件配合的另一种结构示意图。
图中附图标记表示为：1-基础支柱；2-竖向伸缩设备；3-承载块；4-球头轴承；5-液压缸；6-基座；7-上支撑臂；8-左支撑臂；9-中支撑臂；10-右支撑臂；11-外安装架；12-内安装架。
具体实施方式
如图1所示，本发明抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，包括抗三维移动变形的多足液压式支撑单元，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元包括多足液压式调整机构；受护建筑物的基础支柱1下部与所述多足液压式调整机构的上端连接，所述多足液压式调整机构的下端与基座6连接；所述多足液压式调整机构与液压站液压油流体导通连接；当受护建筑物因地表沉陷发生变形时，所述多足液压式调整机构通过姿态自动调整使得受护建筑物保持或接近初始姿态。
为了应对受护建筑物下方地面发生较大幅度的竖向移动变形，本实施例中，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元还包括竖向高度调整机构，受护建筑物的基础支柱1下部与所述竖向高度调整机构上端固定连接，所述竖向高度调整机构下端与所述多足液压式支撑机构上端连接。
其中，所述多足液压式支撑机构包括6个所述液压缸5，所述液压缸5的缸筒与所述基座6上端铰接，所述液压缸5的活塞杆自由端与所述竖向高度调整机构下端铰接，且所述液压缸5缸筒与所述基座6的连接点位于同一个圆周上且等距设置，所述液压缸5活塞杆自由端与所述竖向高度调整机构下端的连接点位于同一个圆周上且等间距设置，且所述液压缸5活塞杆自由端与所述竖向高度调整机构下端的连接点在所述基座6上的投影距离所述液压缸5活塞杆自由端与所述竖向高度调整机构2下端的连接点所在圆周的内侧。所述竖向高度调整机构包括承载块3和竖向伸缩设备2；受护建筑物的基础支柱1下部与所述竖向伸缩设备2上端固定连接，所述竖向伸缩设备2下端通过球头轴承4与所述承载块3上端铰接且所述承载块3在外力作用下绕所述竖向伸缩设备2轴向转动，所述承载块3下端与液压缸5活塞杆自由端铰接。
为了本发明具有较强的抗三维移动变形能力的同时，便于所述液压缸5在地面发生移动变形时能够较为容易地进行姿态调整，本实施例中，在所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元处于初始平衡状态时，所述液压缸5活塞杆轴向与竖直方向之间的夹角α为介于60°与90°之间。
为了能够对地面移动变形进行及时响应，本实施例中，在所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元上设有地面三维移动变形监测单元，所述地面三维移动变形监测单元与控制台通信连接，所述控制台与所述液压站通信连接和电连接。
使用本发明抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构作为受护建筑物的支撑主体时，在受护建筑物下方地层发生移动变形情况下，所述地面三维移动变形监测单元将监测到地面三维移动变形信息传输给所述控制台，并由所述控制台根据地面三维移动变形信息计算出每个所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元需要作出的调整，然后根据计算结果控制所述液压站向所述液压缸5和所述竖向伸缩设备泵送液压油或者从所述液压缸5和所述竖向伸缩设备2内抽出液压油，从而实现对所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元姿态的调整，进而实现对受护建筑物支撑结构姿态的调整，从而减少受护建筑物支撑结构受到的应力性破坏，提高受护建筑物的抵抗地面三维移动变形的能力。在所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元姿态调整的过程中，通过调整所述液压缸5活塞杆的伸出量来使所述液压缸5所在的所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元中的所述承载块3的姿态恢复到原来姿态或者接近原来姿态，从而使位于所述承载块3上方的所述竖向伸缩设备2恢复到原来的姿态或者接近原来的姿态，进而使受护建筑物下方地面发生移动变形时受护建筑物结构不发生变化或者不发生结构性损坏。其中，所述液压缸5活塞杆伸出量的调整用于应对小幅度的三维移动变形，所述竖向伸缩设备2用于应对大幅度的地表沉陷。
如图2和3所示，本实施例中，受护建筑物的基础支柱1下部通过支撑臂构件与所述竖向高度调整机构上端固定连接；所述支撑臂构件包括左支撑臂8、右支撑臂10、中支撑臂9、上支撑臂7和安装结构，所述安装结构包括外安装架11和内安装架12；受护建筑物基础支柱1下部与所述上支撑臂7上端固定连接，所述上支撑臂7安装在所述外安装架11的上端上；所述左支撑臂8安装在所述外安装架11中段左侧且与位于所述上支撑臂7下方的受护建筑物支撑框架连接；所述右支撑臂10安装在所述外安装架11中段右侧且与位于所述上支撑臂7下方的受护建筑物支撑框架连接；所述中支撑臂9安装在位于所述左支撑臂8和所述右支撑臂10之间的所述外安装架11中段连接且与位于所述上支撑臂7下方的受护建筑物支撑框架连接；所述中支撑臂9对受护建筑物支撑框架作用力的方向位于所述左支撑臂8对受护建筑物作用力的方向和所述右支撑臂10对受护建筑物作用力的方向之间夹角的角平分线上；所述外安装架11套在所述内安装架12上且通过安装板与所述竖向高度调整机构的上端固定连接；当所述竖向高度调整机构在竖向方向上的长度发生变化时，所述内安装架12相对所述外安装架11进行竖向移动。其中，所述支撑臂构件为钢架结构。
当地面出现较大幅度的隆起或下陷的时候，可以利用所述高度调整用伸缩机构调整所述左支撑臂8、所述中支撑臂9、所述右支撑臂10和所述上支撑臂7与受护建筑物之间竖直方向的位置关系，从而减少所述支撑臂构件与受护建筑物连接点处所受的扭矩，避免所述支撑臂构件和受护建筑物之间连接因受到的扭矩过大而受破坏，而当地面出现小幅度的移动变形，则可通过所述液压缸5调整所述承载块3的高低以及所述承载块3受力情况，从而使受护建筑物结构不会因为地面移动变形而发生大幅度变形，避免了受护建筑物因地面移动变形遭受损坏。
在地面发生移动(包括水平移动和不均匀下沉)时，当受护建筑物处于整体跟随地面发生移动时，其整体结构所受破坏性较小，当受护建筑物所处地面各个部分运动状态不同时，受护建筑物地基会带动地上部分进行不同状态的运动，例如地面一部分静置而另一部分进行水平移动，此时受护建筑物就存在被撕裂成两个及以上部分的可能。
当受护建筑物所处地面发生水平移动时，将受护建筑物整体划分为移动部分和静止部分，在发生移动的地面带动下，移动部分会对静止部分或其他移动部分产生挤压或者牵拉等力学作用，此时，与移动部分受护建筑物主框架侧面固定连接的所述左支撑臂8、所述中支撑臂9和所述右支撑臂10对受护建筑物产生牵拉或推挤的作用，所述液压缸5活塞杆伸出的长度也随之进行适应性调整，以便对所述支撑臂构件形成支持，使得所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元和所述支撑臂构件构成一个杠杆结构，一个以支撑臂构件与受护建筑物支撑框架连接处为支撑点的杠杆结构，以抵消发生移动的地面施加给移动部分的作用力，从而保证受护建筑物的完整性和结构稳定性，即利用所述左支撑臂8、所述中支撑臂9和所述右支撑臂10对受护建筑物主框架施加作用力，使得受护建筑物主框架在两个作用力的作用下达到受力平衡，从而避免了受护建筑物结构被破坏。换言之，所述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构、受护建筑物和地表构成一个杠杆平衡结构，使得受护建筑物在抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构与地表作用力之间处于初始姿态或者接近初始的姿态，即保证受护建筑物从结构性上不会受到破坏。
当建筑物所处地面发生不均匀下沉时，在未受所述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构保护的情况下，建筑物在重力作用下会跟随地面发生不同程度的下沉，进而发生结构性破坏。而在所述抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构保护的情况下，所述竖向伸缩设备调整活塞杆伸缩长度，以通过所述上支撑臂7对受护建筑物的基础支柱1形成推力或者拉力，以避免受护建筑物跟随地面下沉，同时所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元中的所述液压缸5的活塞杆伸出的长度也会随之调整，以使得所述液压缸5的活塞杆对所述支撑臂构件形成支撑或牵拉的作用，进而使得受护建筑物在重力以及所述支撑臂构件的作用下处于力学平衡状态下，避免了受护建筑物出现结构性破坏。其中，为了应对地表不同程度的下沉，在所述左支撑臂8、所述右支撑臂10和所述中支撑臂9对受护建筑物作用力不变的情况下，所述内安装架12和所述外安装架11之间可以相对移动使得所述上支撑臂7对受护建筑的基础支柱1的作用力可以发生大小或/和方向上的变化。
利用本发明对现有的兴峪矿大型储煤棚进行改造，然后对该储煤棚下的煤矿进行开采。通过概算，压煤回收产值为33万t*500元/t＝16500万元，出煤直接效益为33万t*200元/t＝6600万元，储煤棚抗变形技术设计与实施费(包括设计费、设备费、安装费、监测保障费)约为1600万元，如果拆除带沉陷稳定后重建煤棚，则重建费2000万元(2009年造价1400万元)，原煤棚拆除费200万元，另外还有因拆建影响生产带来的间接损失，棚内混凝土柱、选煤皮带走廊支撑柱的拆除由矿方负责，拆除费用估算50万元，拆除费不包含在抗变形技术设计与实施费中，则经济效益：(2)-(3)+(4)+(5)-(6)＝7150万元。
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专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (8)

1.抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，其特征在于，包括抗三维移动变形的多足液压式支撑单元，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元包括多足液压式调整机构；受护建筑物的基础支柱(1)下部与所述多足液压式调整机构的上端连接，所述多足液压式调整机构的下端与基座(6)连接；所述多足液压式调整机构与液压站液压油流体导通连接；当受护建筑物因地表沉陷发生变形时，所述多足液压式调整机构通过姿态自动调整使得受护建筑物保持或接近初始姿态；所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元还包括竖向高度调整机构，受护建筑物的基础支柱(1)下部与所述竖向高度调整机构(2)上端固定连接，所述竖向高度调整机构(2)下端与所述多足液压式支撑机构上端连接；受护建筑物的基础支柱(1)下部通过支撑臂构件与所述竖向高度调整机构上端固定连接；所述支撑臂构件包括左支撑臂(8)、右支撑臂(10)、中支撑臂(9)、上支撑臂(7)和安装结构，所述安装结构包括外安装架(11)和内安装架(12)；受护建筑物基础支柱(1)下部与所述上支撑臂(7)上端固定连接，所述上支撑臂(7)安装在所述外安装架(11)的上端上；所述左支撑臂(8)安装在所述外安装架(11)中段左侧且与位于所述上支撑臂(7)下方的受护建筑物支撑框架连接；所述右支撑臂(10)安装在所述外安装架(11)中段右侧且与位于所述上支撑臂(7)下方的受护建筑物支撑框架连接；所述中支撑臂(9)安装在位于所述左支撑臂(8)和所述右支撑臂(10)之间的所述外安装架(11)中段连接且与位于所述上支撑臂(7)下方的受护建筑物支撑框架连接；所述中支撑臂(9)对受护建筑物支撑框架作用力的方向位于所述左支撑臂(8)对受护建筑物作用力的方向和所述右支撑臂(10)对受护建筑物作用力的方向之间夹角的角平分线上；所述外安装架(11)套在所述内安装架(12)上且通过安装板与所述竖向高度调整机构的上端固定连接；当所述竖向高度调整机构在竖向方向上的长度发生变化时，所述内安装架(12)相对所述外安装架(11)进行竖向移动。
2.根据权利要求1所述的抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，其特征在于，所述多足液压式支撑机构包括大于或等于3个所述液压缸(5)，所述液压缸(5)的缸筒与所述基座(6)上端铰接，所述液压缸(5)的活塞杆自由端与所述竖向高度调整机构下端铰接。
3.根据权利要求2所述的抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，其特征在于，所述液压缸(5)缸筒与所述基座(6)的连接点位于同一个圆周上且等距设置，所述液压缸(5)活塞杆自由端与所述竖向高度调整机构下端的连接点位于同一个圆周上且等间距设置。
4.根据权利要求3所述的抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，其特征在于，所述竖向高度调整机构包括承载块(3)和竖向伸缩设备(2)；受护建筑物的基础支柱(1)下部与所述竖向伸缩设备(2)上端固定连接，所述竖向伸缩设备(2)下端与所述承载块(3)上端连接，所述承载块(3)下端与所述液压缸(5)活塞杆自由端铰接。
5.根据权利要求4所述的抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，其特征在于，所述竖向伸缩设备(2)下端与所述承载块(3)上端铰接且所述承载块(3)在外力作用下绕所述竖向伸缩设备(2)轴向转动。
6.根据权利要求5所述的抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，其特征在于，所述竖向伸缩设备(2)下端通过球头轴承(4)与所述承载块(3)上端铰接。
7.根据权利要求2～6任一所述的抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，其特征在于，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元处于初始平衡状态时，所述液压缸(5)活塞杆轴向与竖直方向之间的夹角α为60～90°。
8.根据权利要求7所述的抵抗三维移动变形的智能多足液压式支撑结构，其特征在于，所述抗三维移动变形的多足液压式支撑单元上设有地面三维移动变形监测单元，所述地面三维移动变形监测单元与控制台通信连接，所述控制台与所述液压站通信连接和电连接。
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