CN114753865B - 一种巷道冒落区的自适应支护装置及其施工方法 - Google Patents

一种巷道冒落区的自适应支护装置及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种巷道冒落区的自适应支护装置及其施工方法，包括多个沿巷道长度方向间隔排列的可调拱架，相邻两可调拱架顶部之间连接有弹性氨纶网；所述可调拱架包括位于两侧的升降立柱以及连接于两侧升降立柱上端的可伸缩拱形杆，所述升降立柱底部安装有滚轮组件。本发明巷道冒落区的自适应支护装置在三维方向上都可以伸缩，灵活性好，自主适应不同尺寸的冒落情况，能够贴合巷道内轮廓，改善工人的作业条件，方便快捷；避免工人长时间暴露在破碎区域内，极大地降低了生产事故发生的可能；不受冒落岩石、涌水等恶劣自然环境的限制。

Description

一种巷道冒落区的自适应支护装置及其施工方法
技术领域
本发明涉及地下工程技术领域，特别是一种巷道冒落区的自适应支护装置及其施工方法。
背景技术
巷道是地下矿山常见的关键工程。在地应力的作用下，地层中经常会出现规模巨大的断层，巷道贯穿断层时，周围的岩石极为破碎，节理裂隙发育，经常导致冒顶、片落的现象，甚至有塌方的可能。当裂隙、破碎带的大小、规模、产状不均一时，垮塌形式差异极大，不可提前预知。支护效果不佳时，甚至会导致整个矿区生产停摆、产量降低。因此，巷道冒落区的安全支护是决策者必须面对和解决的重要问题。目前，支护巷道冒落区的方法多样，常用的有锚杆支护、喷射混凝土支护、钢拱架支护、锚网喷支护等。然而，上述传统支护方法施工时：工人需长时间暴露在采场空区中作业，冒落的岩石极易造成安全事故，甚至是生命危险；尤其是涌水量大的巷道冒落区，不具备传统支护方法安全施工的条件，工人无法进入现场作业。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种灵活性好，安全可靠的巷道冒落区的自适应支护装置及其施工方法，有效改善工人的作业条件，避免工人长时间暴露在冒落区。
本发明采用以下方案实现：一种巷道冒落区的自适应支护装置，包括多个沿巷道长度方向间隔排列的可调拱架，相邻两可调拱架顶部之间连接有弹性氨纶网；所述可调拱架包括位于两侧的升降立柱以及连接于两侧升降立柱上端的可伸缩拱形杆，所述升降立柱底部安装有滚轮组件。
进一步的，还包括可拆卸连接于拱形杆上的可伸缩注浆钢架；所述注浆钢架包括多组由一对钢管交叉铰接而成的伸缩管组，相邻两组伸缩管组的钢管端部之间活动连接形成折叠伸缩结构，各组伸缩管组的钢管上间隔设置有溢浆口，最下方伸缩管组的钢管下端设有与注浆管连接的注浆口。
进一步的，相邻两组伸缩管组的钢管端部在活动连接处设有套设在一起并能相对转动的环形套。
进一步的，所述拱形杆由多段弧形钢管依次套接而成，相邻两弧形钢管之间能相对滑动，位于两端的弧形钢管端部铰接于升降立柱上端。
进一步的，所述升降立柱由套设在一起并能相对滑动的上立柱和下立柱组成，下立柱内部设有驱动上立柱升降的液压缸。
进一步的，所述滚轮组件包括转动连接于下立柱下端的U形转向支架，所述U形转向支架中间安装有轮毂电机轮，U形转向支架上端连接有从下立柱底部通孔伸入下立柱内的转向轴，所述下立柱内部设有与转向轴同轴连接的转向电机；所述U形转向支架上端面与下立柱下端面之间设有滚珠，所述转向轴通过轴承与下立柱底部通孔旋转配合。
进一步的，相邻两可调拱架的升降立柱之间连接有由四根连杆铰接而成的菱形伸缩架。
本发明另一技术方案：一种如上所述巷道冒落区的自适应支护装置的施工方法，包括以下步骤：（1）将整个自适应支护装置移动到巷道冒落区，观察巷道冒落区的情况，拉开相邻两可调拱架之间的距离，并调节可调拱架的宽度和高度使弹性氨纶网展开，整个自适应支护装置贴近巷道冒落区内部轮廓面；（2）隔着弹性氨纶网靠近巷道顶面位置安装模板，并且调节好注浆钢架高度后将其安装在拱形杆上，注浆管与注浆钢架的注浆口连接；（3）向注浆管输入浆液，浆液通过注浆钢架的溢浆口溢入冒落空区，浆液包裹着注浆钢架，凝结后形成钢筋混凝土结构，加强了冒落空区的支护强度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明巷道冒落区的自适应支护装置在三维方向上都可以伸缩，灵活性好，自主适应不同尺寸的冒落情况，能够贴合巷道内轮廓，改善工人的作业条件，方便快捷；尤其是避免工人长时间暴露在破碎区域内，极大地降低了生产事故发生的可能；不受冒落岩石、涌水等恶劣自然环境的限制。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例支护装置收缩状态正视图；
图2是本发明实施例支护装置展开状态正视图；
图3是本发明实施例支护装置展开状态俯视图；
图4是本发明实施例支护装置收缩状态俯视图；
图5是本发明实施例注浆钢架构造示意图；
图6是本发明实施例注浆钢架在可调拱架上的安装示意图；
图7是本发明实施例相邻两组伸缩管组活动连接处构造示意图；
图8是本发明实施例滚轮组件构造示意图；
图9是本发明实施例升降立柱之间连接结构侧视图；
图中标号说明：1-弹性氨纶网、2-升降立柱、3-拱形杆、4-滚轮组件、5-注浆钢架、6-钢管、7-溢浆口、8-注浆口、9-环形套、10-活动连接处、11-上立柱、12-下立柱、13-注浆管、14-U形转向支架、15-轮毂电机轮、16-转向轴、17-转向电机、18-滚珠、19-菱形伸缩架。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1~9所示，一种巷道冒落区的自适应支护装置，包括多个沿巷道长度方向间隔排列的可调拱架，相邻两可调拱架顶部之间连接有弹性氨纶网1，弹性氨纶网1弹性极大，伸展状态下的尺寸可以达到收缩状态下尺寸的6~8倍，弹性氨纶网展开后，可以兜住冒落区落下的大小石块，收缩状态下厚度为15cm左右，最大伸展状态下厚度为5cm左右；所述可调拱架包括位于两侧的升降立柱2以及连接于两侧升降立柱上端的可伸缩拱形杆3，所述升降立柱底部安装有滚轮组件4；施工时，将支护装置移动到冒落区，支护装置可以根据巷道的宽度高度进行调整，使整个自适应支护装置贴近巷道冒落区内部轮廓面；受到弹性氨纶网1的遮挡防护，避免工人长时间暴露在破碎区域内，极大地降低了生产事故发生的可能；不受冒落岩石、涌水等恶劣自然环境的限制；支护装置灵活性好，在三维方向上都可以伸缩，调整长度、高度和宽度，自主适应不同尺寸的冒落情况，能够贴合巷道内轮廓，改善工人的作业条件，降低了劳动强度，提高了施工效率，方便快捷。
在本实施例中，还包括可拆卸连接于拱形杆3上的可伸缩注浆钢架5；所述注浆钢架5包括多组由一对钢管6交叉铰接而成的伸缩管组，相邻两组伸缩管组的钢管端部之间活动连接形成折叠伸缩结构，各组伸缩管组的钢管上间隔设置有溢浆口7，最下方伸缩管组的钢管下端设有与注浆管13连接的注浆口8；除了最下方的钢管下端设有注浆口，其余钢管端部均为封闭结构，钢管外径为2cm，内径为1.7cm，可以输送浆液，溢浆口直径为1.5cm，注浆管可以直接插入注浆口，通过胶布、扎带、绳子捆绑等方式固定，注浆钢架整体可以伸展或者收缩，可以通过螺栓、钉子等方式固定在可调拱架的拱形杆上，通过调整注浆钢架最下方伸缩管组固定的宽度可以调整整个注浆钢架的高度，也可以在其中一组伸缩管组的两钢管之间设置丝杆螺母机构来调整伸缩管组的宽度进而实现高度调节。
在本实施例中，相邻两组伸缩管组的钢管端部在活动连接处设有套设在一起并能相对转动的环形套9。
在本实施例中，所述拱形杆3由多段弧形钢管依次套接而成，相邻两弧形钢管之间能相对滑动，位于两端的弧形钢管端部铰接于升降立柱上端；可伸缩拱形杆3可以实现收缩或者伸长，拱形杆和两侧升降立柱构成与巷道的断面相对应的形状。
在本实施例中，所述升降立柱2由套设在一起并能相对滑动的上立柱和下立柱组成，下立柱内部设有驱动上立柱升降的液压缸；液压驱动的升降立柱能够提供足够的支撑力抵抗地压，底部滚轮组件便于整个支护装置移动，沿着巷道长度方向拉伸或者收缩，调节每个可调拱架之间的距离，滚轮组件也可以采用电动控制，电力来自巷道安全区内的皮卡车电瓶或是车载移动电源。下立柱为空心结构，高度为1.5m，直径为200mm，上立柱为实心结构，直径100mm。
在本实施例中，所述滚轮组件包括转动连接于下立柱下端的U形转向支架14，所述U形转向支架中间安装有轮毂电机轮15，U形转向支架上端连接有从下立柱底部通孔伸入下立柱内的转向轴16，所述下立柱内部设有与转向轴同轴连接的转向电机17；所述U形转向支架上端面与下立柱下端面之间设有滚珠18，所述转向轴通过轴承与下立柱底部通孔旋转配合；轮毂电机轮15和转向电机17的电力来自巷道安全区内的皮卡车电瓶或是车载移动电源；通过控制轮毂电机轮15可以驱动整个支护装置在巷道内移动，工人及其他工作人员只需要在安全区便可以操作，支护装置到达巷道冒落区时，通过转向电机控制轮毂电机轮15转过90°，可以驱动支护装置的升降立柱向两侧移动，实现宽度方向上的自动展开。
在本实施例中，相邻两可调拱架的升降立柱之间连接有由四根连杆铰接而成的菱形伸缩架19，菱形伸缩架19两端铰接于升降立柱的下立柱上，相邻两可调拱架之间的距离可调，通过独立控制各个可调拱架的轮毂电机轮15工作，可以调节相邻两可调拱架之间的距离，实现长度方向上的自动展开。
一种如上所述巷道冒落区的自适应支护装置的施工方法，包括以下步骤：（1）将整个自适应支护装置移动到巷道冒落区，观察巷道冒落区的情况，拉开相邻两可调拱架之间的距离，可以工人手动拉开，也可以工人在安全区独立控制各个可调拱架的轮毂电机轮15工作来实现；并调节可调拱架的宽度和高度使弹性氨纶网展开，整个自适应支护装置贴近巷道冒落区内部轮廓面；（2）隔着弹性氨纶网靠近巷道顶面位置安装模板，并且调节好注浆钢架高度后将其安装在拱形杆上，注浆管与注浆钢架的注浆口连接，如图6所示；（3）向注浆管输入浆液，浆液通过注浆钢架的溢浆口溢入冒落空区，浆液包裹着注浆钢架，凝结后形成钢筋混凝土结构，加强了冒落空区的支护强度；约十二小时后，注入的浆液凝结，待整个自适应支护装置稳定之后，冒落区不再冒落，弹性氨纶网、拱形杆和注浆钢架都埋入混凝土中，可以用木桩作为临时支撑，将升降立柱回收重复利用。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种巷道冒落区的自适应支护装置，其特征在于：包括多个沿巷道长度方向间隔排列的可调拱架，相邻两可调拱架顶部之间连接有弹性氨纶网；所述可调拱架包括位于两侧的升降立柱以及连接于两侧升降立柱上端的可伸缩拱形杆，所述升降立柱底部安装有滚轮组件；还包括可拆卸连接于拱形杆上的可伸缩注浆钢架；所述注浆钢架包括多组由一对钢管交叉铰接而成的伸缩管组，相邻两组伸缩管组的钢管端部之间活动连接形成折叠伸缩结构，各组伸缩管组的钢管上间隔设置有溢浆口，最下方伸缩管组的钢管下端设有与注浆管连接的注浆口；所述升降立柱由套设在一起并能相对滑动的上立柱和下立柱组成，下立柱内部设有驱动上立柱升降的液压缸；所述滚轮组件包括转动连接于下立柱下端的U形转向支架，所述U形转向支架中间安装有轮毂电机轮，U形转向支架上端连接有从下立柱底部通孔伸入下立柱内的转向轴，所述下立柱内部设有与转向轴同轴连接的转向电机；所述U形转向支架上端面与下立柱下端面之间设有滚珠，所述转向轴通过轴承与下立柱底部通孔旋转配合。
2.根据权利要求1所述的巷道冒落区的自适应支护装置，其特征在于：相邻两组伸缩管组的钢管端部在活动连接处设有套设在一起并能相对转动的环形套。
3.根据权利要求1所述的巷道冒落区的自适应支护装置，其特征在于：所述拱形杆由多段弧形钢管依次套接而成，相邻两弧形钢管之间能相对滑动，位于两端的弧形钢管端部铰接于升降立柱上端。
4.根据权利要求1所述的巷道冒落区的自适应支护装置，其特征在于：相邻两可调拱架的升降立柱之间连接有由四根连杆铰接而成的菱形伸缩架。
5.一种如权利要求1所述巷道冒落区的自适应支护装置的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将整个自适应支护装置移动到巷道冒落区，观察巷道冒落区的情况，拉开相邻两可调拱架之间的距离，并调节可调拱架的宽度和高度使弹性氨纶网展开，整个自适应支护装置贴近巷道冒落区内部轮廓面；（2）隔着弹性氨纶网靠近巷道顶面位置安装模板，并且调节好注浆钢架高度后将其安装在拱形杆上，注浆管与注浆钢架的注浆口连接；（3）向注浆管输入浆液，浆液通过注浆钢架的溢浆口溢入冒落空区，浆液包裹着注浆钢架，凝结后形成钢筋混凝土结构，加强了冒落空区的支护强度。
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