一種用于支護(hù)空區(qū)的支柱裝置及支護(hù)空區(qū)的方法與流程

本發(fā)明涉及地下施工中空區(qū)支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于支護(hù)空區(qū)的支柱裝置及支護(hù)空區(qū)的方法。

背景技術(shù)：

隨著我國采礦工業(yè)的不斷發(fā)展，地下作業(yè)越來越多。在進(jìn)行地下作業(yè)時(shí)，由于地下巖土體性質(zhì)復(fù)雜，不同于地表，不能完全應(yīng)用地表上的支護(hù)理論。因此，如何實(shí)現(xiàn)對地下空區(qū)的安全支護(hù)是地下施工的難點(diǎn)。

目前，對于地下礦地工作面空區(qū)的支護(hù)依然廣泛沿用傳統(tǒng)的“強(qiáng)支硬頂”的支護(hù)理論，即采用鋼筋混凝土樁、木樁、以及單體液壓等支柱進(jìn)行支護(hù)。然而，傳統(tǒng)的支護(hù)方法中，以上支柱變形小，剛度大，不僅難以有效發(fā)揮圍巖的“自承”作用，而且在地下沖擊地壓的作用下，支柱很容易壓彎壓爆而失效；另外，空區(qū)內(nèi)的各支柱承載不均勻，使得部分支柱因受到的承載力大而提前破壞，導(dǎo)致空區(qū)頂部圍巖坍塌，危及施工人員的安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性好的用于支護(hù)空區(qū)的支柱裝置及支護(hù)空區(qū)的方法。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種用于支護(hù)空區(qū)的支柱裝置，包括安設(shè)在空區(qū)內(nèi)部的支柱，支柱的上端固定連接有彈簧支座，彈簧支座的頂部可與空區(qū)頂部圍巖相接觸。

按上述方案，所述彈簧支座包括上座板和下座板，上座板可與空區(qū)頂部圍巖相接觸，下座板與支柱上端相連；所述上座板和下座板之間安設(shè)有彈簧，彈簧的上端與上座板相連，彈簧的下端與下座板相連；上座板和下座板通過連接螺栓和調(diào)整螺母配合相連；所述彈簧始終處于被壓縮狀態(tài)。

按上述方案，所述上座板和下座板均分別開設(shè)有連接孔，連接螺栓的兩端分別穿出上座板和下座板的連接孔，與調(diào)整螺母相配合。

按上述方案，所述下座板上開設(shè)有連接孔，所述連接螺栓的上端與上座板固連，連接螺栓的下端穿出下座板的連接孔后與調(diào)整螺母配合。

按上述方案，所述上座板和下座板均由Q235-C型鋼板制成；上座板和下座板的厚度均為20~25mm。

一種支護(hù)空區(qū)的方法，具體包括以下步驟：

步驟一、提供如上所述的支柱裝置：

（1）、在空區(qū)的合適位置搭設(shè)混凝土柱模板；

（2）、在混凝土柱模板內(nèi)澆筑混凝土，形成混凝土支柱，并在混凝土支柱的上端與空區(qū)頂部圍巖之間預(yù)留間隙；

（3）、根據(jù)空區(qū)的實(shí)際施工情況，制作彈簧支座，保證上座板的上表面與下座板的下表面之間的距離不大于預(yù)留間隙的高度；

（4）、將所述彈簧支座安置在混凝土支柱的上端，下座板與混凝土支柱的上端固定相連；

步驟二、調(diào)節(jié)調(diào)整螺母在螺栓上的位置，增大上座板與下座板之間的距離，釋放彈簧的彈性勢能，使上座板與空區(qū)的頂部圍巖接觸，為空區(qū)提供支撐力。

按上述方案，在步驟一中，所述下座板的中心與混凝土支柱上端面的中心重合。

按上述方案，在步驟一中，預(yù)留間隙的高度為20cm；上座板的上表面與下座板的下表面之間的距離為15~20cm。

按上述方案，所述混凝土支柱的上端面為矩形，所述下座板為對應(yīng)的矩形，下座板的邊長為混凝土支柱上端面邊長的1~2倍。

按上述方案，所述混凝土支柱的上端面為圓形，所述下座板為對應(yīng)的圓盤形，下座板的直徑為混凝土支柱上端面直徑的1~2倍。

本發(fā)明的有益效果為：1)本發(fā)明中的彈簧支座初始狀態(tài)為壓縮狀態(tài)，積聚大量的彈性能，能減少活荷載、彎矩和橫向荷載對支柱的影響，具有較高的緩沖和減振性能，防止支柱壓彎壓爆而失效；2）通過調(diào)整螺母控制上下座板的距離，并在彈簧的作用下實(shí)現(xiàn)支柱與空區(qū)接頂，解決了人工柱難接頂?shù)膯栴}；3）本發(fā)明可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、施工工藝流程短、成本低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，適用范圍廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中彈簧支座的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、上座板；2、混凝土支柱；3、連接螺栓；4、下座板；5、彈簧；6、調(diào)整螺母。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。

如圖1所述的一種用于支護(hù)空區(qū)的支柱裝置，包括安設(shè)在空區(qū)內(nèi)部的支柱，支柱的上端固定連接有彈簧支座，彈簧支座的上端可與空區(qū)的頂部圍巖接觸。如圖2所示,所述彈簧支座包括上座板1和下座板4，上座板1可與空區(qū)頂部圍巖相接觸，下座板4與支柱上端固連，上座板1和下座板4之間安設(shè)有彈簧5，彈簧5的上端與上座板1相連（可焊接），彈簧5的下端與下座板4相連（可焊接）；上座板1和下座板4通過連接螺栓3和調(diào)整螺母6配合相連；所述彈簧5始終處于被壓縮狀態(tài)。

本發(fā)明中，所述上座板1和下座板4均分別開設(shè)有連接孔，連接螺栓3的兩端分別穿出上座板1和下座板4的連接孔，與調(diào)整螺母6相配合；也可是連接螺栓3的上端與上座板1固連，連接螺栓3的下端穿出下座板4的連接孔后與調(diào)整螺母6配合。通過控制下座板4處的調(diào)整螺母6在連接螺栓3上的位置，改變上座板1和下座板4之間的距離。

本發(fā)明中，所述上座板1和下座板4均由Q235-C型鋼板制成；上座板1和下座板4的厚度均為20~25mm。

一種支護(hù)空區(qū)的方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、提供如上所述的支柱裝置：

（1）、在空區(qū)的合適位置搭設(shè)混凝土柱模板；

（2）、在混凝土柱模板內(nèi)澆筑混凝土（可采用C25混凝土），形成混凝土支柱2，并使混凝土支柱2的上端與空區(qū)頂部圍巖之間預(yù)留間隙，該間隙的高度根據(jù)實(shí)際情況而定；

（3）、根據(jù)空區(qū)的實(shí)際施工情況，制作如上所述彈簧支座，保證所述彈簧支座的高度（所述彈簧支座的高度為上座板1的上表面與下座板4的下表面的距離）不大于預(yù)留間隙的高度；

（4）、將所述彈簧支座安放在混凝土支柱2的上端，下座板4與混凝土支柱2固定相連；

步驟二、調(diào)松下座板4處的調(diào)整螺母6，增大上座板1與下座板4之間的距離，釋放彈簧5的彈性勢能，使上座板1與空區(qū)的頂部圍巖接觸，為空區(qū)提供支撐力。

本發(fā)明的步驟一中，所述下座板4的中心與混凝土支柱2上端面的中心重合。

本發(fā)明的步驟一中，預(yù)留間隙的高度為20cm，上座板1上表面到下座板4下表面之間的距離為15~20cm。

本發(fā)明中，混凝土支柱2上端面形狀與上下座板的形狀相匹配，且下座板4與上座板1尺寸、面積相同，均大于混凝土支柱2的上端面面積。如混凝土支柱2的上端面為矩形，所述下座板4與上座板1也為對應(yīng)的矩形，上座板1和下座板4的邊長為混凝土支柱2上端面邊長（該邊長為與下座板4對應(yīng)的邊長）的1~2倍；混凝土支柱2的上端面為圓形，所述上下座板均為圓盤形，上座板1和下座板4的直徑均為混凝土支柱2上端面直徑的1~2倍，如混凝土支柱2上端面直徑為2000mm，上座板1和下座板4的直徑均可為2200mm。對于上座板1，其直徑（或邊長）應(yīng)為其下混凝土支柱2上端面直徑（邊長）的1倍以上，以增大與空區(qū)頂部圍巖的受力面積；對于下座板4，其直徑（邊長）應(yīng)為其下混凝土支柱2上端面直徑（或邊長）的1倍以上，保證混凝土支柱2的周圍有足夠空間便于調(diào)整螺母6的調(diào)節(jié)；上下座板的直徑（或邊長）不超過其下混凝土支柱2上端面直徑（或邊長）的2倍，防止下座板4的尺寸與混凝土支柱2的尺寸相差過大，導(dǎo)致受力不均，使混凝土支柱2提早破壞。

本發(fā)明中，根據(jù)實(shí)際工程情況選擇合適型號的彈簧鋼制作彈簧5，彈簧5采用規(guī)格為55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2MnA、60Si2CrA、60Si2CrVA等其中的一種彈簧鋼制成，以保證強(qiáng)度和彈性。規(guī)格為55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2MnA的彈簧鋼強(qiáng)度高、彈性好；規(guī)格為60Si2CrA、60Si2CrVA的彈簧鋼具有高強(qiáng)度、淬透性好的特性。

本發(fā)明中，所述彈簧支座中的彈簧5初始狀態(tài)為壓縮狀態(tài)（初始狀態(tài)壓縮程度最大），積聚大量的彈性勢能，可實(shí)現(xiàn)緩沖和減振，能減少活荷載、彎矩和橫向荷載對混凝土支柱2的影響，有效防止混凝土支柱2因壓彎壓爆而失效。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。