CN116201578A - 切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，所述控制系统包括：支撑结构，支撑结构包括可缩支柱与双向承载单元；多个可缩支柱均布在巷道采空区卸压一侧；多个双向承载单元均布在巷道采空区卸压一侧；挡矸复合网，挡矸复合网贴紧支撑结构承载单元靠近采空区一侧架设，挡矸复合网与支撑结构固定连接；连接件，连接件用于将任意相邻的两支撑结构连接为一体。该控制系统通过连接件将相邻支撑结构上的卡揽连接，首先使得支撑结构连接为一个整体，而且连接件与卡揽在相邻支撑结构之间形成的三角形稳定结构能够大大提升该控制系统的抗侧向力性能。
Description
技术领域
本发明属于切顶卸压无煤柱开采技术领域，具体涉及切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统。
背景技术
切顶卸压自动成巷过程中碎石帮受力和承压机制与普通巷帮有本质区别，碎石帮的维护是影响切顶成巷效果的关键。顶板垮落过程中，破碎矸石易冲入巷道，造成安全隐患，且碎石帮是由采空区顶板垮落的块状散体矸石组成，散体结构在垮落至稳定过程中呈现出一定的冲压特性，致使碎石帮矿压显现更为剧烈，导致常规巷旁支护结构折损率高，支护效果差，致使常规护帮结构和控制方法应用于切顶成巷时表现出明显的局限性。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，以至少解决现有技术中存在的上述问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，所述控制系统包括：
支撑结构，所述支撑结构包括可缩支柱与双向承载单元；
多个可缩支柱均布在巷道采空区卸压一侧；
多个双向承载单元均布在巷道采空区卸压一侧；
挡矸复合网，所述挡矸复合网贴紧支撑结构承载单元靠近采空区一侧架设，所述挡矸复合网与支撑结构固定连接；
连接件，所述连接件用于将任意相邻的两支撑结构连接为一体。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，在巷道采空区卸压一侧沿巷道走向方向，任意相邻的两双向承载单元之间设置至少一个可缩支柱，或者任意相邻的两可缩支柱之间设置至少一个双向承载单元。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，所述可缩支柱为可缩U型支柱，所述可缩U型支柱包括两个相互搭接的U型钢，两U型钢相互搭接部分由至少两个卡揽固定连接。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，所述双向承载单元包括可缩支柱与单体支撑结构，可缩支柱与单体支撑结构至少通过两个卡揽连接为一体。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，所述单体支撑结构为单体液压支柱或者装有填充物的钢管。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，所述卡揽包括U型卡具与卡座，固定双向承载单元的U型卡具同时卡在可缩支柱与单体支撑结构上，固定可缩支柱的U形卡具仅卡在可缩支柱上，U型卡具的法兰端部与卡座连接固定；
在所述控制系统中，处于同一高度的卡座连接在一起；
所述卡座将挡矸复合网压紧在支撑结构上。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，所述连接件连接在相邻的任意两个卡揽上。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，所述连接件的一端设置在固定双向承载单元的U型卡具的中部，另一端连接在固定可缩支柱的U型卡具的法兰端部，在一个连接件与相邻两个卡揽之间形成一个三角形稳定结构。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，所述双向承载单元仅包括单体支撑结构，所述单体支撑结构设置在相邻的两个可缩支柱之间；
在垂直与巷道延伸方向上，单体支撑结构与可缩支柱相互错开设置。
如上所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，优选地，在单体支撑结构与可缩支柱上均套设有卡揽；
在单体支撑结构与相邻两可缩支柱的卡揽之间均通过连接件连接，单体支撑结构与相邻两可缩支柱的卡揽以及连接件之间形成三角形稳定结构。
有益效果：
该控制系统通过连接件将相邻支撑结构上的卡揽连接，首先使得支撑结构连接为一个整体，而且连接件与卡揽在相邻支撑结构之间形成的三角形稳定结构能够大大提升该控制系统的抗侧向力性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明一个实施例的控制系统在巷道中结构示意图；
图2为本发明一个实施例的控制系统俯视图；
图3为本发明一个实施例的控制系统正视图；
图4为本发明一个实施例的控制系统侧视图；
图5为本发明一个实施例的控制系统俯视受力图；
图6为本发明另一个实施例的控制系统的俯视图。
图中：1、巷道；2、顶板；3、单体支撑结构；4、可缩支柱；5、卡揽；6、挡矸复合网；7、采空区；8、连接件；22、双向承载单元。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
根据本发明的具体实施例，如图1-6所示，本发明提供切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，控制系统包括：
支撑结构，支撑结构包括可缩支柱4与双向承载单元22。
多个可缩支柱均布在巷道采空区卸压一侧。
多个双向承载单元均布在巷道采空区卸压一侧。
挡矸复合网6，挡矸复合网贴紧支撑结构承载单元靠近采空区一侧架设，挡矸复合网与支撑结构固定连接。
连接件，连接件用于将任意相邻的两支撑结构连接为一体。
巷道1仅通过可缩支柱结构不能达到较好的巷道支撑需求，本申请同时设置双向承载单元，并且将双向承载单元与可缩支柱连接一体结构，不仅大大提高了对巷道竖向支撑能力，而且双向承载单元与可缩支柱形成的一体结构，类似于一体式框架，同时与此框架上挂设的挡矸复合网相互配合，能够实现对巷道采空区产生侧向力的支撑，可缩支柱、双向承载单元与挡矸复合网相互协同配合，从而大大提高了留巷碎石帮的稳定性。
在采空区7卸压一侧沿巷道走向方向，任意相邻的两双向承载单元之间设置至少一个可缩支柱，或者任意相邻的两可缩支柱之间设置至少一个双向承载单元。
在本实施例中，任意相邻的两双向承载单元之间设置一个可缩支柱，也即可缩支柱与双向承载单元交替间隔设置；在其他实施例中，任意相邻的两双向承载单元之间可以设置2、3、4等数量个的可缩支柱，也可以在任意相邻的两可缩支柱之间设置2、3、4等数量个的双向承载单元；其中，可缩支柱与双向承载单元选择的使用数量与排列设置方式，根据具体使用需要设置。
而在本申请中的一个实施例中，双向承载单元承受的竖向力主要来源于巷道顶板2压力（如图1和图4所示），巷道顶板2压力F1主要由双向承载结构中的单体支柱承担，竖向控制顶板2下沉。
双向承载结构承受的横向力F2主要来源于两部分：一是直接顶旋转压力作用在碎石帮产生的侧向力，二是垮落碎石由于碎胀特性对挡矸结构产生的侧向挤压力（如图1所示）。
侧向力
可通过如下公式1确定：
σ h =A（B q +C）（公式1）
其中，
为支护结构面对碎石体的反力，即侧向压力，单位为MPa；
A为侧压力系数；
B、C为根据现场实测与碎石帮岩性相关的计算系数；
q为碎石帮碎石上表面作用荷载，单位为MPa。
本申请综合考虑双向承载控制系统的受力情况，最终选择双向承载单元与可缩支柱交替设置，且双向承载单元与相邻可缩支柱4、挡矸复合网6连接成整体，侧向力通过连接装置均匀分散至整体结构（如图2和图5所示），横向控制侧向力，保证留巷碎石帮稳定。
在本申请的一个实施例中，挡矸复合网由高强度钢筋网制作而成，支撑结构的顶端将挡矸复合网的一侧压紧在巷道的顶板上。
可缩支柱为可缩U型支柱，可缩U型支柱包括两个相互搭接的U型钢，两U型钢相互搭接部分由至少两个卡揽固定连接。
可缩U型支柱在受压时，两节U型钢相对滑动，实现可缩功能。两节U型钢长度根据现场巷道高度确定，搭接长度不小于1000mm。在其他实施例中，可缩支柱也可以为其他截面形状的型钢搭接制作而成，或者是可缩的支护体代替，例如液压支柱等。
双向承载单元22包括可缩支柱4与单体支撑结构3，可缩支柱与单体支撑结构至少通过两个个卡揽连接为一体。单体支撑结构为单体液压支柱或者装有填充物的钢管。
在本实施例中，钢管中的填充物可选择砂土，选择钢管或者单体液压支柱与可缩支柱连接为一体，从而能够大大提高双向承载单元的抗弯性能。
卡揽5包括U型卡具与卡座，固定双向承载单元的U型卡具同时卡在可缩支柱与单体支撑结构上，固定可缩支柱的U形卡具仅卡在可缩支柱上，U型卡具的法兰端部与卡座连接固定；在控制系统中，处于同一高度的卡座连接在一起；卡座将挡矸复合网压紧在支撑结构上。
在本实施例中，卡揽5根据固定需要选择不同的大小规格，在仅固定可缩支柱时，卡揽的U型卡具的截面与可缩支柱的截面相适配，以使U型卡具套设在可缩支柱外围，然后将U型卡具的法兰端部与卡座连接固定；在固定双向承载单元时，卡揽的U型卡具的截面与可缩支柱加单体支撑结构的截面相适配。
在本实施例中，处于同一高度的卡座连接在一起，相邻的卡座可相互焊接在一起，也可制作一体式结构的卡座，更加便于相邻支撑结构连接为一个整体，便于提高控制系统的整体支护性能。
如图2所示，挡矸复合网设置在卡座远离可缩支柱的一侧，也即卡座并未固定挡矸复合网；在其他实施例中，可以通过卡座将挡矸复合网压紧在可缩支柱上，如此设置，能够进一步提升控制系统的整体性。
连接件8连接在相邻的任意两个卡揽上。连接8件的一端设置在固定双向承载单元的U型卡具的中部，另一端连接在固定可缩支柱的U型卡具的法兰端部，在一个连接件与相邻两个卡揽之间形成一个三角形稳定结构。
在该控制系统中，通过连接件将相邻支撑结构上的卡揽连接，首先使得支撑结构连接为一个整体，而且连接件与卡揽在相邻支撑结构之间形成的三角形稳定结构能够大大提升该控制系统的抗侧向力性能。
双向承载单元仅包括单体支撑结构，单体支撑结构设置在相邻的两个可缩支柱之间；在垂直与巷道延伸方向上，单体支撑结构与可缩支柱相互错开设置。
在单体支撑结构与可缩支柱上均套设有卡揽5；在单体支撑结构与相邻两可缩支柱的卡揽之间均通过连接件连接，单体支撑结构与相邻两可缩支柱的卡揽以及连接件之间形成三角形稳定结构。
在本申请的一个实施例中，如图6所示，在任意相邻的两可缩支柱连线的垂直平分线上设置有一个单体支撑结构，该单体支撑结构与相邻的两个可缩支柱的连线为等腰三角形。
在本实施例中，单体支撑结构中的卡揽为两个半圆形卡具相互对合固定在一起，同一个单体支撑结构通过两个连接件与相邻两可缩支柱连接，连接件的一端连接在单体支撑结构的卡揽的法兰端部上，另一端连接在可缩支柱的卡揽的法兰端部，从而形成三角形稳定结构；在此结构中，定义可缩支柱位于单体支撑结构的外侧，也即位于内侧的一排单体支撑结构通过三角形稳定结构与外侧的一排可缩支柱连接，不仅使外侧与内侧的支撑结构连接为一个整体，而且内侧设置单体支撑结构通过三角形稳定结构为外侧设置的可缩支柱提供了足够的支撑，从而对侧向压力具有足够的控制能力，极大的保证了碎石帮的稳定性。
该双向承载控制系统在施工时，包括以下步骤：
步骤（A），在留巷开始后，在巷道采空区卸压一侧架设挡矸复合网；
步骤（B），紧靠挡矸复合网架设可缩支柱，然后每间隔一个可缩支柱设置一个单体支撑结构，并利用卡揽将相邻的可缩支柱与单体支撑结构固定在一起，固定在一起的可缩支柱与单体支撑结构形成双向承载单元，双向承载单元、与相邻可缩支柱、挡矸复合网连接成整体；
步骤（C），将双向承载单元与相邻可缩支柱用连接件连接在一起，成三角形稳定结构。
综上所述，本发明提供的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统的技术方案中，通过连接件将相邻支撑结构上的卡揽连接，首先使得支撑结构连接为一个整体，而且连接件与卡揽在相邻支撑结构之间形成的三角形稳定结构能够大大提升该控制系统的抗侧向力性能。
可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
支撑结构，所述支撑结构包括可缩支柱与双向承载单元；
多个可缩支柱均布在巷道采空区卸压一侧；
多个双向承载单元均布在巷道采空区卸压一侧；
挡矸复合网，所述挡矸复合网贴紧支撑结构承载单元靠近采空区一侧架设，所述挡矸复合网与支撑结构固定连接；
连接件，所述连接件用于将任意相邻的两支撑结构连接为一体。
2.根据权利要求1所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，在巷道采空区卸压一侧沿巷道走向方向，任意相邻的两双向承载单元之间设置至少一个可缩支柱，或者任意相邻的两可缩支柱之间设置至少一个双向承载单元。
3.根据权利要求2所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，所述可缩支柱为可缩U型支柱，所述可缩U型支柱包括两个相互搭接的U型钢，两U型钢相互搭接部分由至少两个卡揽固定连接。
4.根据权利要求3所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，所述双向承载单元包括可缩支柱与单体支撑结构，可缩支柱与单体支撑结构至少通过两个卡揽连接为一体。
5.根据权利要求4所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，所述单体支撑结构为单体液压支柱或者装有填充物的钢管。
6.根据权利要求5所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，所述卡揽包括U型卡具与卡座，固定双向承载单元的U型卡具同时卡在可缩支柱与单体支撑结构上，固定可缩支柱的U形卡具仅卡在可缩支柱上，U型卡具的法兰端部与卡座连接固定；
在所述控制系统中，处于同一高度的卡座连接在一起；
所述卡座将挡矸复合网压紧在支撑结构上。
7.根据权利要求6所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，所述连接件连接在相邻的任意两个卡揽上。
8.根据权利要求7所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，所述连接件的一端设置在固定双向承载单元的U型卡具的中部，另一端连接在固定可缩支柱的U型卡具的法兰端部，在一个连接件与相邻两个卡揽之间形成一个三角形稳定结构。
9.根据权利要求1所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，所述双向承载单元仅包括单体支撑结构，所述单体支撑结构设置在相邻的两个可缩支柱之间；
在垂直与巷道延伸方向上，单体支撑结构与可缩支柱相互错开设置。
10.根据权利要求9所述的切顶卸压自成巷碎石帮双向承载控制系统，其特征在于，在单体支撑结构与可缩支柱上均套设有卡揽；
在单体支撑结构与相邻两可缩支柱的卡揽之间均通过连接件连接，单体支撑结构与相邻两可缩支柱的卡揽以及连接件之间形成三角形稳定结构。
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