專利名稱：一種協(xié)調(diào)控制巷道圍巖變形的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種協(xié)調(diào)控制巷道圍巖變形的裝置，可用于回采巷道的支承壓力升高段及軟巖巷道或硐室的較大變形位置。
背景技術(shù)：
井工開采方式下，巷道是所有采礦活動(dòng)發(fā)生的必要通道和主要場(chǎng)所。為保證礦井正常生產(chǎn)及作業(yè)人員安全，需對(duì)巷道進(jìn)行有效的支護(hù)?，F(xiàn)有支護(hù)方式如棚式支護(hù)、錨網(wǎng)噴支護(hù)、砌碹支護(hù)、全封閉(U型鋼)支護(hù)等對(duì)抑制巷道變形起到了重要作用，但對(duì)于受超前支承壓力嚴(yán)重影響的回采巷道(特別是沿空巷道)及深井大斷面軟巖巷道來(lái)說，上述支護(hù)方式效果較差，往往需要多次返修，增加大量支護(hù)成本，并影響礦井正常生產(chǎn)。目前的巷道支護(hù)方式，巷道協(xié)調(diào)變形能力差，一處圍巖的變形或破壞對(duì)其他部位 也帶來(lái)不利影響。如底板鼓起時(shí)，引起兩幫收縮，進(jìn)而頂板下沉；而兩幫破碎收斂量大時(shí)，頂?shù)装逵捎谑ブ味a(chǎn)生較大相對(duì)移近量。如果能將頂?shù)装宓囊平D(zhuǎn)化為對(duì)兩幫的支護(hù)阻力，將兩幫的收斂轉(zhuǎn)化為對(duì)頂?shù)装宓闹ёo(hù)阻力，則可以形成巷道圍巖的協(xié)調(diào)控制機(jī)制，進(jìn)而減少巷道圍巖的整體變形量。本發(fā)明基于巷道圍巖變形的不可抗性，提出一種能夠協(xié)調(diào)控制巷道圍巖變形的裝置，用于大變形巷道的支護(hù)，既有利于礦井安全生產(chǎn)，又可降低支護(hù)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的支護(hù)方式不能有效減少巷道圍巖變形的狀況，提出一種協(xié)調(diào)控制圍巖變形來(lái)提高對(duì)巷道圍巖支護(hù)力，進(jìn)而減少巷道整體變形量的裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)材料消耗、可重復(fù)使用。該裝置可用于協(xié)調(diào)控制回采巷道、軟巖巷道等大變形巷道的變形。本發(fā)明提供一種協(xié)調(diào)控制大變形巷道圍巖變形的裝置。該裝置包括單體液壓支柱、支撐油缸、支撐桿、柱鞋、柱帽、卡箍、齒面壓板、鉸鏈。所述單體液壓支柱，通過柱帽與巷道頂板相接，通過柱鞋與巷道底板相接。柱帽和柱鞋面積要足夠大，防止在壓力增大時(shí)，柱鞋和柱帽陷入頂板和底板。對(duì)于支承壓力升高段的回采巷道，單體液壓支柱是常用的超前支護(hù)方式；對(duì)于大變形軟巖巷道，可專門設(shè)置單體液壓支柱，以便安裝整個(gè)裝置。所述單體液壓支柱油缸上端外側(cè)安裝一只卡箍，卡箍外周兩側(cè)安裝鉸鏈，用于固定傾斜支撐油缸尾部。所述柱帽外周兩側(cè)安裝鉸鏈，用于固定支撐桿的一個(gè)端部?？ü亢椭蓖庵軅?cè)面安裝的鉸鏈要左右對(duì)稱上下等高，從而使整個(gè)裝置在同一平面內(nèi)。所述傾斜油缸的頭部與支撐桿另一端及水平支撐油缸的尾部由鉸鏈連在一起，水平油缸頭部經(jīng)由鉸鏈與齒面壓板連接，所述導(dǎo)向油缸首尾兩端分別固定在柱帽鉸鏈及水平支撐油缸上側(cè)的鉸鏈上。齒面壓板面積要足夠大，防止其陷入巷幫。傾斜支撐油缸分別伸長(zhǎng)和縮短時(shí)，支撐桿可以支撐桿為半徑繞柱帽外周側(cè)面的鉸鏈向上和向下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)水平支撐油缸尾端抬升和下降；通過導(dǎo)向油缸縮短和伸長(zhǎng)來(lái)調(diào)整水平支撐油缸的頭部及齒面壓板的上下位置，盡量保持水平支撐油缸的水平狀態(tài)，以便使齒面壓板對(duì)巷道左右兩幫的水平方向分力最大。在巷道發(fā)生大變形之前，安裝上述裝置。通過為單體液壓支柱提供初撐力，使單體液壓支柱通過柱帽對(duì)頂板施加作用力，通過柱鞋對(duì)底板施加初始作用力。通過增大傾斜支撐油缸、水平支撐油缸和導(dǎo)向油缸壓力，使齒面壓板對(duì)巷道兩幫施加初始作用力。當(dāng)頂?shù)装逡平吭黾訒r(shí)，單體液壓支柱活柱下縮，進(jìn)而導(dǎo)致傾斜支撐油缸、水平支撐油缸和導(dǎo)向油缸的活柱收縮，導(dǎo)致齒面壓板對(duì)兩幫的作用力加大，降低兩幫圍巖破壞變形的程度；當(dāng)兩幫收斂量增大時(shí)，導(dǎo)向油缸、水平支撐油缸和傾斜支撐油缸的活柱收縮。由于兩幫收縮在單體液壓支柱兩側(cè)各類油缸上產(chǎn)生的水平應(yīng)力是大小相等，方向相反的。因此，對(duì)柱帽及卡箍來(lái)說，其增加的水平合力為零。此時(shí)，導(dǎo)向油缸以水平支撐油缸上側(cè)鉸鏈為支點(diǎn)，支撐桿以連接傾斜支撐桿和水平支撐油缸的鉸鏈為支點(diǎn)，增加對(duì)柱帽向上的作用力；傾斜支撐油缸則以連接水平支撐油缸和支撐桿的鉸鏈為支點(diǎn)，增加對(duì)卡箍向下的作用力。這樣可以增加單體液壓支柱對(duì)巷道頂?shù)装宓淖饔昧?，進(jìn)而減少頂?shù)装鍑鷰r的破壞變形程度。頂?shù)装逡平吭龃髸r(shí)，單體液壓支柱活柱被動(dòng)收縮，支柱支護(hù)阻力增大，兩幫對(duì)齒面壓板反力增加，則頂?shù)装迨艿降闹瘟υ黾?，兩幫受到的齒面壓板的作用力也增大；兩幫 收斂量增大時(shí)，單體液壓支柱活柱被動(dòng)伸長(zhǎng)，支柱支護(hù)阻力減小，但導(dǎo)向油缸、支撐桿、傾斜支撐油缸豎向的合力增大，齒面壓板對(duì)巷幫的作用力增大，裝置對(duì)頂?shù)装宓淖饔昧σ苍黾?。?shí)際上，頂?shù)装鍑鷰r及兩幫圍巖均為實(shí)體介質(zhì)，其發(fā)生破壞膨脹變形的可能性較大，而發(fā)生收縮變形的可能性較小。兩幫收斂并不會(huì)導(dǎo)致單體液壓支柱的活柱明顯伸長(zhǎng)，而是增大對(duì)頂?shù)装宓淖饔昧?，頂?shù)装宓姆戳τ挚梢栽龃簖X面壓板對(duì)于巷道兩幫圍巖的作用力。兩幫的收斂能夠減少頂?shù)装宓淖罱K移近量，頂?shù)装逡平材軌驕p少兩幫的最終收斂。因此，可通過本發(fā)明裝置協(xié)調(diào)控制巷道圍巖變形，最終使巷道整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。


圖I是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一種巷道圍巖變形協(xié)調(diào)控制裝置的示意圖。I為單體液壓支柱；2為柱鞋；3為柱帽；4為卡箍；5為傾斜支撐油缸；6為支撐桿；7為水平支撐油缸；8為導(dǎo)向油缸；9為齒面壓板；10為鉸鏈⑴；11為鉸鏈⑵；12為鉸鏈
(3); 13為鉸鏈⑷；14為鉸鏈(5) ; 15為巷道頂板；16為巷道底板；17為巷道左幫；18為巷
道右?guī)汀?br> 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本發(fā)明提供了一種協(xié)調(diào)控制巷道圍巖變形的裝置。如圖I所示，本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)如下本發(fā)明裝置用于協(xié)調(diào)控制巷道圍巖變形，包括單體液壓支柱I、柱鞋2、柱帽3、卡箍4、傾斜支撐油缸5、支撐桿6、水平支撐油缸7、導(dǎo)向油缸8、齒面壓板9、鉸鏈(I) 10、鉸鏈
(2)11、鉸鏈(3) 12、鉸鏈(4) 13和鉸鏈(5) 14。鉸鏈(I) 10連接卡箍4和傾斜支撐油缸5 ；鉸鏈(2) 11連接傾斜支撐油缸5、支撐桿6和水平支撐油缸7 ;鉸鏈(3) 12連接柱帽3、支撐桿6和導(dǎo)向油缸8 ;鉸鏈(4) 13連接水平支撐油缸7和導(dǎo)向油缸8 ;鉸鏈(5) 14連接水平支撐油缸7和齒面壓板9。單體液壓支柱I通過柱鞋2對(duì)巷道底板15施加作用力，通過柱帽3對(duì)巷道頂板16施加作用力。左右兩個(gè)齒面壓板9分別對(duì)巷道左幫17和巷道右?guī)?8施加水平作用力，所述齒面壓板9的齒面釘齒可避免壓板沿巷幫壁面的滑動(dòng)。當(dāng)頂?shù)装逡平吭黾訒r(shí)，單體液壓支柱I活柱下縮，柱帽與卡箍之間的距離減少，鉸鏈11向所在側(cè)巷幫移近，導(dǎo)致水平支撐油缸7的活柱收縮增壓；另外，導(dǎo)向油缸8活柱收縮增壓，也導(dǎo)致水平支撐油缸7的活柱收縮增壓。因此，齒面壓板9對(duì)巷道左幫17、巷道右?guī)?8的水平作用力加大，減少兩幫圍巖變形；同時(shí)，單體液壓支柱I、導(dǎo)向油缸8及支撐桿6對(duì)柱帽的豎向反力加大，單體液壓支柱I對(duì)柱鞋的反力也加大，因而減緩頂?shù)装宓睦^續(xù)移近。當(dāng)兩幫收斂量增加時(shí)，水平支撐油缸7的活柱收縮增壓，使柱帽與卡箍之間的距離增大，鉸鏈11向單體液壓支柱一側(cè)移近；導(dǎo)向油缸8、傾斜支撐油缸5的活柱收縮增壓，支撐桿6軸壓增大。對(duì)柱帽3和卡箍4來(lái)說，桿件及油缸的軸壓增大引起的水平合力為零， 但對(duì)柱帽3向上的分力和對(duì)卡箍4向下的分力增大，也就是增加了對(duì)頂板和底板的作用力，減少頂?shù)装逡平?；同時(shí)由于水平支撐油缸7的收縮增壓，而減緩兩幫的繼續(xù)收斂。所述裝置在安裝時(shí)，在固定好柱鞋2和柱帽3位置的情況下，先通過液壓泵站注液使單體液壓支柱I活柱伸長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)初撐力，而后向傾斜支撐油缸5注液使其活柱伸長(zhǎng)，使鉸鏈11以支撐桿6長(zhǎng)度為半徑繞鉸鏈12轉(zhuǎn)動(dòng)并達(dá)到水平支撐油缸7設(shè)計(jì)高度，而后改變導(dǎo)向油缸8活柱長(zhǎng)度調(diào)整水平支撐油缸7至設(shè)計(jì)高度，最后通過注液使水平支撐油缸7活柱伸長(zhǎng)，將齒面壓板9固定在巷道左幫17和巷道右?guī)?8的設(shè)計(jì)位置。所述裝置在拆卸時(shí)，先要使水平支撐油缸7、導(dǎo)向油缸8和傾斜支撐油缸5活柱同時(shí)回油卸載收縮，使齒面壓板9離開巷道兩幫17、18，最后使單體液壓支柱I活柱回油卸載收縮，使柱帽3離開巷道頂板16。當(dāng)本發(fā)明在回采過程中進(jìn)入回采工作面時(shí)，撤出該裝置，并重新安裝到超前支護(hù)段的末端；當(dāng)本發(fā)明安裝在大變形軟巖巷道時(shí)，巷道廢棄前撤出裝置即可。
權(quán)利要求
1.一種協(xié)調(diào)控制巷道圍巖變形的裝置，包括單體液壓支柱、柱鞋、柱帽、卡箍、傾斜支撐油 缸、支撐桿、水平支撐油缸、導(dǎo)向油缸、齒面壓板及5對(duì)鉸鏈，其特征在于 1)所述裝置各構(gòu)件軸線均在同一平面內(nèi)，且該平面與巷道軸線垂直； 2)所述單體液壓支柱通過柱鞋對(duì)巷道底板施加作用力，通過柱帽對(duì)巷道頂板施加作用力，所述柱帽及柱鞋面積應(yīng)足夠大，以避免陷入巷道頂?shù)装澹? 3)所述單體液壓支柱油缸上端外側(cè)周邊安裝卡箍，卡箍左右兩側(cè)各安裝一個(gè)鉸鏈(I)，所述鉸鏈(I)用于固定傾斜支撐油缸的尾端； 4)所述柱帽外側(cè)兩邊各安裝一個(gè)鉸鏈(3)，用于固定導(dǎo)向油缸的尾端及支撐桿的上端; 5)所述傾斜支撐油缸首端、支撐桿下端及水平導(dǎo)向油缸的尾端固定于鉸鏈(2); 6)所述單體液壓支柱、傾斜支撐油缸和支撐桿借助鉸鏈(I)、鉸鏈(2)和鉸鏈(3)組成一個(gè)三角結(jié)構(gòu)，當(dāng)單體液壓活柱下縮時(shí)，傾斜支撐油缸與支撐桿夾角減小，鉸鏈(2)遠(yuǎn)離單體液壓支柱，水平支撐油缸收縮增壓；當(dāng)水平支撐油缸收縮增壓時(shí)，傾斜支撐油缸與支撐桿夾角增大，鉸鏈(2)靠近單體液壓支柱，支撐桿向上的分力及傾斜支撐油缸向下的分力均增大； 7)所述導(dǎo)向油缸尾端連接于鉸鏈(3)，其活柱首端連接于鉸鏈(4)，可通過調(diào)整鉸鏈(4)的位置來(lái)調(diào)整齒面壓板的位置，并可將頂?shù)装逡平D(zhuǎn)化為水平支撐力的增加，將兩幫收斂轉(zhuǎn)化為豎向支撐力的增加； 8)所述水平支撐油缸上側(cè)由鉸鏈(4)與導(dǎo)向油缸活柱端部連接，活柱端部由鉸鏈(5)與齒面壓板連接，經(jīng)齒面壓板向巷幫施加作用力；所述齒面壓板的釘齒用于防止齒面壓板在巷幫的滑動(dòng)；所述齒面壓板的面積要足夠大，以避免壓力增大時(shí)陷入巷幫。
全文摘要
本發(fā)明一種協(xié)調(diào)控制巷道圍巖變形的裝置，可利用圍巖移近變形來(lái)增加對(duì)巷道其他部位的支護(hù)力，又可提高對(duì)變形處圍巖自身的反力。包括單體液壓支柱，柱鞋，柱帽，卡箍，傾斜支撐油缸、水平支撐油缸、支撐桿、導(dǎo)向油缸、齒面壓板及鉸鏈。當(dāng)頂?shù)装逡平吭黾訒r(shí)，單體液壓支柱活柱下縮，導(dǎo)致水平支撐油缸的活柱收縮增壓，齒面壓板對(duì)巷道兩幫的水平作用力加大，減少兩幫圍巖變形；同時(shí)，柱帽對(duì)巷道頂板的豎向反力及柱鞋對(duì)巷道底板的反力加大，而減緩頂?shù)装宓睦^續(xù)移近。當(dāng)兩幫收斂增大時(shí)，水平支撐油缸的活柱收縮增壓，柱帽對(duì)巷道頂板的豎向反力及柱鞋對(duì)巷道底板的反力加大，頂?shù)装逡平繙p少；同時(shí)，由于水平支撐油缸的收縮增壓，而減緩兩幫的繼續(xù)收斂。
文檔編號(hào)E21D15/44GK102900443SQ20121038921
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者郭保華, 楊曉雨, 席可峰, 馬擎, 陳巖 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)