專利名稱：一種協調控制巷道圍巖變形的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種協調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：
井工開采方式下，巷道是所有采礦活動發生的必要通道和主要場所。為保證礦井正常生產及作業人員安全，需對巷道進行有效的支護。現有支護方式如棚式支護、錨網噴支護、砌碹支護、全封閉(U型鋼)支護等對抑制巷道變形起到了重要作用，但對于受超前支承壓力嚴重影響的回采巷道(特別是沿空巷道)及深井大斷面軟巖巷道來說，上述支護方式效果較差，往往需要多次返修，增加大量支護成本，并影響礦井正常生產。目前的巷道支護方式，巷道協調變形能力差，一處圍巖的變形或破壞對其他部位 也帶來不利影響。如底板鼓起時，引起兩幫收縮，進而頂板下沉；而兩幫破碎收斂量大時，頂底板由于失去支撐而產生較大相對移近量。如果能將頂底板的移近轉化為對兩幫的支護阻力，將兩幫的收斂轉化為對頂底板的支護阻力，則可以形成巷道圍巖的協調控制機制，進而減少巷道圍巖的整體變形量。本發明基于巷道圍巖變形的不可抗性，提出一種能夠協調控制巷道圍巖變形的裝置，用于大變形巷道的支護，既有利于礦井安全生產，又可降低支護成本。
發明內容
本發明針對現有的支護方式不能有效減少巷道圍巖變形的狀況，提出一種協調控制圍巖變形來提高對巷道圍巖支護力，進而減少巷道整體變形量的裝置。該裝置結構簡單、操作方便、無材料消耗、可重復使用。該裝置可用于協調控制回采巷道、軟巖巷道等大變形巷道的變形。本發明提供一種協調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，柱鞋和柱帽陷入頂板和底板。對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方式；對于大變形軟巖巷道，可專門設置單體液壓支柱，以便安裝整個裝置。所述單體液壓支柱油缸上端外側安裝一只卡箍，卡箍外周兩側安裝鉸鏈，用于固定傾斜支撐油缸尾部。所述柱帽外周兩側安裝鉸鏈，用于固定支撐桿的一個端部。卡箍和柱帽外周側面安裝的鉸鏈要左右對稱上下等高，從而使整個裝置在同一平面內。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，水平油缸頭部經由鉸鏈與齒面壓板連接，所述導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和縮短時，支撐桿可以支撐桿為半徑繞柱帽外周側面的鉸鏈向上和向下轉動，同時帶動水平支撐油缸尾端抬升和下降；通過導向油缸縮短和伸長來調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，以便使齒面壓板對巷道左右兩幫的水平方向分力最大。在巷道發生大變形之前，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頂板施加作用力，通過柱鞋對底板施加初始作用力。通過增大傾斜支撐油缸、水平支撐油缸和導向油缸壓力，使齒面壓板對巷道兩幫施加初始作用力。當頂底板移近量增加時，單體液壓支柱活柱下縮，進而導致傾斜支撐油缸、水平支撐油缸和導向油缸的活柱收縮，導致齒面壓板對兩幫的作用力加大，降低兩幫圍巖破壞變形的程度；當兩幫收斂量增大時，導向油缸、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各類油缸上產生的水平應力是大小相等，方向相反的。因此，對柱帽及卡箍來說，其增加的水平合力為零。此時，導向油缸以水平支撐油缸上側鉸鏈為支點，支撐桿以連接傾斜支撐桿和水平支撐油缸的鉸鏈為支點，增加對柱帽向上的作用力；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，增加對卡箍向下的作用力。這樣可以增加單體液壓支柱對巷道頂底板的作用力，進而減少頂底板圍巖的破壞變形程度。頂底板移近量增大時，單體液壓支柱活柱被動收縮，支柱支護阻力增大，兩幫對齒面壓板反力增加，則頂底板受到的支撐力增加，兩幫受到的齒面壓板的作用力也增大；兩幫 收斂量增大時，單體液壓支柱活柱被動伸長，支柱支護阻力減小，但導向油缸、支撐桿、傾斜支撐油缸豎向的合力增大，齒面壓板對巷幫的作用力增大，裝置對頂底板的作用力也增加。實際上，頂底板圍巖及兩幫圍巖均為實體介質，其發生破壞膨脹變形的可能性較大，而發生收縮變形的可能性較小。兩幫收斂并不會導致單體液壓支柱的活柱明顯伸長，而是增大對頂底板的作用力，頂底板的反力又可以增大齒面壓板對于巷道兩幫圍巖的作用力。兩幫的收斂能夠減少頂底板的最終移近量，頂底板移近也能夠減少兩幫的最終收斂。因此，可通過本發明裝置協調控制巷道圍巖變形，最終使巷道整體處于穩定狀態。
圖I是實現本發明一種巷道圍巖變形協調控制裝置的示意圖。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
道右幫。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明作進一步詳細的描述。本發明提供了一種協調控制巷道圍巖變形的裝置。如圖I所示，本發明具體結構如下本發明裝置用于協調控制巷道圍巖變形，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和導向油缸8 ;鉸鏈(4) 13連接水平支撐油缸7和導向油缸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對巷道底板15施加作用力，通過柱帽3對巷道頂板16施加作用力。左右兩個齒面壓板9分別對巷道左幫17和巷道右幫18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。當頂底板移近量增加時，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向所在側巷幫移近，導致水平支撐油缸7的活柱收縮增壓；另外，導向油缸8活柱收縮增壓，也導致水平支撐油缸7的活柱收縮增壓。因此，齒面壓板9對巷道左幫17、巷道右幫18的水平作用力加大，減少兩幫圍巖變形；同時，單體液壓支柱I、導向油缸8及支撐桿6對柱帽的豎向反力加大，單體液壓支柱I對柱鞋的反力也加大，因而減緩頂底板的繼續移近。當兩幫收斂量增加時，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移近；導向油缸8、傾斜支撐油缸5的活柱收縮增壓，支撐桿6軸壓增大。對柱帽3和卡箍4來說，桿件及油缸的軸壓增大引起的水平合力為零， 但對柱帽3向上的分力和對卡箍4向下的分力增大，也就是增加了對頂板和底板的作用力，減少頂底板移近量；同時由于水平支撐油缸7的收縮增壓，而減緩兩幫的繼續收斂。所述裝置在安裝時，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活柱伸長達到設計初撐力，而后向傾斜支撐油缸5注液使其活柱伸長，使鉸鏈11以支撐桿6長度為半徑繞鉸鏈12轉動并達到水平支撐油缸7設計高度，而后改變導向油缸8活柱長度調整水平支撐油缸7至設計高度，最后通過注液使水平支撐油缸7活柱伸長，將齒面壓板9固定在巷道左幫17和巷道右幫18的設計位置。所述裝置在拆卸時，先要使水平支撐油缸7、導向油缸8和傾斜支撐油缸5活柱同時回油卸載收縮，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。當本發明在回采過程中進入回采工作面時，撤出該裝置，并重新安裝到超前支護段的末端；當本發明安裝在大變形軟巖巷道時，巷道廢棄前撤出裝置即可。
權利要求
1.一種協調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、導向油缸、齒面壓板及5對鉸鏈，其特征在于 1)所述裝置各構件軸線均在同一平面內，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巷道底板施加作用力，通過柱帽對巷道頂板施加作用力，所述柱帽及柱鞋面積應足夠大，以避免陷入巷道頂底板； 3)所述單體液壓支柱油缸上端外側周邊安裝卡箍，卡箍左右兩側各安裝一個鉸鏈(I)，所述鉸鏈(I)用于固定傾斜支撐油缸的尾端； 4)所述柱帽外側兩邊各安裝一個鉸鏈(3)，用于固定導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)組成一個三角結構，當單體液壓活柱下縮時，傾斜支撐油缸與支撐桿夾角減小，鉸鏈(2)遠離單體液壓支柱，水平支撐油缸收縮增壓；當水平支撐油缸收縮增壓時，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)，可通過調整鉸鏈(4)的位置來調整齒面壓板的位置，并可將頂底板移近轉化為水平支撐力的增加，將兩幫收斂轉化為豎向支撐力的增加； 8)所述水平支撐油缸上側由鉸鏈(4)與導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；所述齒面壓板的面積要足夠大，以避免壓力增大時陷入巷幫。
全文摘要
本發明一種協調控制巷道圍巖變形的裝置，可利用圍巖移近變形來增加對巷道其他部位的支護力，又可提高對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、導向油缸、齒面壓板及鉸鏈。當頂底板移近量增加時，單體液壓支柱活柱下縮，導致水平支撐油缸的活柱收縮增壓，齒面壓板對巷道兩幫的水平作用力加大，減少兩幫圍巖變形；同時，柱帽對巷道頂板的豎向反力及柱鞋對巷道底板的反力加大，而減緩頂底板的繼續移近。當兩幫收斂增大時，水平支撐油缸的活柱收縮增壓，柱帽對巷道頂板的豎向反力及柱鞋對巷道底板的反力加大，頂底板移近量減少；同時，由于水平支撐油缸的收縮增壓，而減緩兩幫的繼續收斂。
文檔編號E21D15/44GK102900443SQ20121038921
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者郭保華, 楊曉雨, 席可峰, 馬擎, 陳巖 申請人:河南理工大學