專利名稱：支撐裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種支撐裝置，尤其涉及一種用于支撐礦井巷道的裝置。
背景技術(shù)：
隨著煤炭資源的采出，開(kāi)采煤層的埋藏深度必然要增加，開(kāi)采規(guī)模擴(kuò)大和機(jī)械化水平提高加速了生產(chǎn)礦井向深部的發(fā)展。但是由于開(kāi)采深度的不斷增加，地質(zhì)環(huán)境不斷惡化，地應(yīng)力增大，破碎巖體增多，漏水量加大，地溫升高，導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境惡化，巷道維護(hù)困難，地質(zhì)災(zāi)害增多等一系列問(wèn)題。在深井開(kāi)采條件下，采掘過(guò)程中的地質(zhì)災(zāi)害事故如巷道變形、巖爆的表現(xiàn)形式及頻度與淺部開(kāi)采具有明顯的區(qū)別，這種區(qū)別的原因在于巖石所處的應(yīng)力環(huán)境以及由此導(dǎo)致的巖體力學(xué)性質(zhì)的差別。煤礦開(kāi)采實(shí)踐說(shuō)明，在淺部表現(xiàn)為普通堅(jiān)硬的巖石，在深部可能表現(xiàn)出軟巖的特征大變形、大地壓、難支護(hù)等，淺部的原巖體大多處于彈性應(yīng)力狀態(tài)，而進(jìn)入深部以后，則可能處于“潛塑性”狀態(tài)，即由各向不等壓的原巖應(yīng)力引起的壓、剪應(yīng)力超過(guò)巖石的強(qiáng)度，造成巖石的潛在破壞狀態(tài)。
隨著開(kāi)采深度的增加，圍巖的變形破壞愈趨嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果表明，從600m開(kāi)始，采深每增100mm，頂、底板移近量增加10~11％。在深井巷道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)方面，針對(duì)深井巷道變形大、支護(hù)難的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了深井巷道的專門支護(hù)技術(shù)。巖爆巷道中的支護(hù)方式有改造的普通錨噴支護(hù)、噴射鋼纖維支護(hù)、柔性鋼支架支護(hù)、錨噴網(wǎng)與柔性鋼支架聯(lián)合支護(hù)等形式，但這些支護(hù)方式的效果都不是很理想。
隨著煤炭開(kāi)采越來(lái)越向深部發(fā)展，軟巖工程，軟巖巷道問(wèn)題便越來(lái)越突出。由于軟巖支護(hù)的問(wèn)題，大約有100km/年的軟巖巷道需要返修、維護(hù)，所以能否解決好軟巖巷道的支護(hù)等問(wèn)題，是我國(guó)煤炭開(kāi)采向縱深發(fā)展和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
現(xiàn)在礦山巷道支護(hù)常用的U型鋼可縮性支架在其強(qiáng)度范圍內(nèi)工作時(shí)，其工作阻力不取決于U型鋼的強(qiáng)度，而只與支架接頭處摩擦阻力有關(guān)。支架接頭處的摩擦阻力又取決于卡纜的鎖緊程度。我國(guó)的U型鋼可縮性支架普遍采用螺栓緊固式卡纜。由于沒(méi)有專用的動(dòng)力扳手，卡纜螺母扭矩一般在200N·m以下。這就導(dǎo)致卡纜的鎖緊力不足，支架工作阻力較低。大量的試驗(yàn)與實(shí)測(cè)表明，我國(guó)型鋼可縮性支架的工作阻力只能達(dá)到其極限承載能力的40～60％，支架的支撐能力遠(yuǎn)沒(méi)有得到充分發(fā)揮。
在地質(zhì)條件復(fù)雜的一些軟巖巷道中壓力常常呈現(xiàn)明顯的不均勻分布特性，由于U型鋼支架本身結(jié)構(gòu)上存在的一些問(wèn)題，導(dǎo)致U型鋼支架的承載能力大大降低、破壞嚴(yán)重，不但造成大量人、財(cái)、物的浪費(fèi)，而且影響了礦井的生產(chǎn)和安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支護(hù)能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、受力合理的礦井巷道的支撐裝置。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的支撐裝置，包括多節(jié)空心管體，所述的多節(jié)空心管體相互連接為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，空心管體的內(nèi)部填裝凝固劑。
所述的多節(jié)空心管體為弧形的鋼管，多節(jié)鋼管相互連接為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，鋼管的內(nèi)部填裝混凝土。
所述的混凝土為膨脹混凝土。
所述的多節(jié)鋼管直徑相同，相鄰兩節(jié)鋼管之間通過(guò)連接管相互連接。
所述的連接管的內(nèi)徑略大于鋼管的外徑，所述鋼管恰可套入連接管之中。
所述的連接管的內(nèi)部相鄰兩節(jié)鋼管的對(duì)接處設(shè)有軟墊。
所述的軟墊為木墊。
所述的軟墊的中部開(kāi)有通孔。
所述的支撐裝置的側(cè)部管壁上開(kāi)有灌漿孔，支撐裝置的上部管壁上開(kāi)有排氣孔。
所述的空心管體有4～6節(jié)。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的支撐裝置，由于包括多節(jié)空心管體，多節(jié)空心管體相互連接為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，空心管體的內(nèi)部填裝凝固劑。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支護(hù)能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、受力合理，且便于搬運(yùn)、支護(hù)工藝簡(jiǎn)單，支護(hù)效率高。
又由于相鄰鋼管間設(shè)有軟墊，使支撐裝置具有適量的可縮性，合理確定巷道讓壓的最佳允許變形量，以實(shí)現(xiàn)圍巖讓壓、支架自身調(diào)整并與圍巖協(xié)調(diào)變形，且支架與巷道全斷面的有效接觸。
適用于各種巷道的支護(hù)，尤其適用于深井、軟巖等大變形巷道的支護(hù)。


圖1為本發(fā)明支撐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為軟墊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為相鄰鋼管連接處的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
是，包括多節(jié)空心管體，所述的多節(jié)空心管體相互連接為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，空心管體的內(nèi)部填裝凝固劑。
如圖1所示，所述的多節(jié)空心管體為弧形相同的鋼管1，多節(jié)鋼管1相互連接為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，鋼管的內(nèi)部填裝混凝土。
空心管體也可以選用其它的剛性材料，空心管體的橫截面最好是圓形，根據(jù)需要也可以是其它形狀，如橢圓形、方形等。
多節(jié)空心管體最好相互連接為封閉的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，多節(jié)空心管體的弧形相同，根據(jù)需要也可以連接成其它的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如橢圓狀、扁圓狀等。
所述的混凝土最好是為膨脹混凝土，當(dāng)然，根據(jù)需要也可以采用其它的凝固劑填充空心管體，如硬石膏、聚氨酯或其它建筑材料等。
所述的支撐裝置的側(cè)部管壁上開(kāi)有灌漿孔4，支撐裝置的上部管壁上開(kāi)有排氣孔5，混凝土等凝固劑通過(guò)灌漿孔4灌入空心管體內(nèi)部，氣體從排氣孔5排出。
所述的多節(jié)鋼管1直徑相同，相鄰兩節(jié)鋼管1之間通過(guò)連接管2相互連接。連接管2的內(nèi)徑略大于鋼管1的外徑，所述鋼管1恰可套入連接管2之中。
由于鋼管1的連接處的強(qiáng)度較弱，因此，連接管2的壁厚最好大于鋼管1的壁厚。
相鄰鋼管間的連接方式有多種，如承插管、內(nèi)連接管、外力拉緊等。
如圖3所示，所述的連接管2的內(nèi)部相鄰兩節(jié)鋼管的對(duì)接處設(shè)有軟墊3，使支撐裝置具備可縮性，軟墊3為木墊，也可以是其它材料的軟墊，軟墊3的外徑與鋼管1的外徑相同，軟墊3可以有多層。鋼管1的端部?jī)?nèi)壁上設(shè)有擋圈8，可加大軟墊3與鋼管1端部的接觸面積。鋼管1的外壁上設(shè)有擋塊7，可防止連接管2的滑動(dòng)。
如圖2所示，所述的軟墊3的中部開(kāi)有通孔，便于混凝土6通過(guò)。
所述的空心管體根據(jù)需要選用節(jié)數(shù)，最好有4～6節(jié)。
本發(fā)明的支撐裝置鋼管混凝土是一種新型結(jié)構(gòu)。它是在鋼管外殼內(nèi)填裝混凝土組成。其工作原理是借助內(nèi)填混凝土，增強(qiáng)管殼的穩(wěn)定性；借助鋼管殼的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使夾心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。
鋼管混凝土構(gòu)件具有圓柱狀外形，是當(dāng)前最科學(xué)、最合理的截面形狀，它不僅有慣性矩大的特點(diǎn)，而且無(wú)異向性，在礦井復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境下，不易扭曲變形。圓形外殼不易滯留水分和塵污，對(duì)于防銹蝕處理比較方便，鋼管混凝土本身就是“外鋼筋混凝土”。內(nèi)鋼筋不能做的防腐蝕處理或補(bǔ)強(qiáng)處理，“外鋼筋”——鋼管管殼就完全可以做到，這是鋼筋混凝土構(gòu)件無(wú)法比擬的。因而，鋼管混凝土經(jīng)局部補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)后還可以重復(fù)使用，在自重相近，承載相同的情況下，可節(jié)約鋼材30％以上。
支撐裝置一般由4～6節(jié)組成，管內(nèi)充填高強(qiáng)混凝土，節(jié)間接頭處有可縮性，使支撐裝置本身可承受較大塑性變形而不撓曲。
使用時(shí)，首先在現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)支撐裝置之后，再注入支撐裝置鋼管內(nèi)的混凝土，使得支撐裝置運(yùn)輸、搬動(dòng)和支護(hù)輕便，支護(hù)工藝簡(jiǎn)單，支護(hù)效率倍增。
也可以在一次支護(hù)普通錨噴支護(hù)，安裝錨桿、掛網(wǎng)、薄層噴漿封閉巷道后；進(jìn)行二次支護(hù)架設(shè)本發(fā)明的支撐裝置，再充填混凝土。
該支撐裝置具有適量的可縮性，合理確定巷道讓壓的最佳允許變形量，以實(shí)現(xiàn)圍巖讓壓、支架自身調(diào)整并與圍巖協(xié)調(diào)變形，且支架與巷道全斷面的有效接觸(接觸率＞90％)。
本發(fā)明的支撐裝置參數(shù)的設(shè)計(jì)方法主要包括以下幾個(gè)方面①根據(jù)巷道支護(hù)強(qiáng)度要求，確定鋼管混凝土支架的支護(hù)能力，設(shè)計(jì)鋼管的直徑和壁厚；②根據(jù)由巷道穩(wěn)定性需要和支護(hù)成本兩方面考慮所確定的巷道收斂變形量，確定鋼管混凝土支撐裝置的允許變形量，設(shè)計(jì)木墊塊的厚度；③以支撐裝置價(jià)格性能比最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化鋼管直徑與壁比；④以支撐裝置中鋼管與混凝土的應(yīng)力狀態(tài)同時(shí)達(dá)到各自的強(qiáng)度極限為準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)支架接頭處鋼管間可壓縮間距與混凝土間可壓縮間距的比值。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種支撐裝置，其特征在于，包括多節(jié)空心管體，所述的多節(jié)空心管體相互連接為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，空心管體的內(nèi)部填裝凝固劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐裝置，其特征在于，所述的多節(jié)空心管體為弧形的鋼管，多節(jié)鋼管相互連接為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，鋼管的內(nèi)部填裝混凝土。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的支撐裝置，其特征在于，所述的混凝土為膨脹混凝土。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的支撐裝置，其特征在于，所述的多節(jié)鋼管直徑相同，相鄰兩節(jié)鋼管之間通過(guò)連接管相互連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的支撐裝置，其特征在于，所述的連接管的內(nèi)徑略大于鋼管的外徑，所述鋼管恰可套入連接管之中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的支撐裝置，其特征在于，所述的連接管的內(nèi)部相鄰兩節(jié)鋼管的對(duì)接處設(shè)有軟墊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的支撐裝置，其特征在于，所述的軟墊為木墊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的支撐裝置，其特征在于，所述的軟墊的中部開(kāi)有通孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的支撐裝置，其特征在于，所述的支撐裝置的側(cè)部管壁上開(kāi)有灌漿孔，支撐裝置的上部管壁上開(kāi)有排氣孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的支撐裝置，其特征在于，所述的空心管體有4～6節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種支撐裝置，包括多節(jié)鋼管，相鄰兩節(jié)鋼管之間通過(guò)連接管相互連接。鋼管內(nèi)部填裝混凝土。相鄰兩節(jié)鋼管的對(duì)接處設(shè)有木墊或其它軟墊。軟墊的中部開(kāi)有通孔，便于混凝土流過(guò)。支撐裝置的側(cè)部管壁上開(kāi)有灌漿孔，支撐裝置的上部管壁上開(kāi)有排氣孔。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支護(hù)能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、受力合理的礦井巷道的支撐裝置。適用于各種巷道的支護(hù)，尤其適用于深井、軟巖等大變形巷道的支護(hù)。
文檔編號(hào)E21D15/00GK1959063SQ20061011380
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者高延法, 牛學(xué)良, 王波 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)