一种矿用巷道吸能防冲液压支架
阅读说明：本技术 一种矿用巷道吸能防冲液压支架 (Mining tunnel energy-absorbing scour protection hydraulic support ) 是由 韩军 崔露郁 曹晨 贾冬旭 惠乾嘉 马双文 陈蓥 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种矿用巷道吸能防冲液压支架,用于矩形回采巷道,包括：侧梁对称设置有两组,分别设置于巷道内,且与巷道煤壁平面平行设置；侧梁中部焊接有单梁,以保证液压支架之间侧梁的连接,两侧梁关于顶梁对称；顶梁与侧梁顶端处于同一水平；每一十字顶梁两端均铰接有顶液压支柱,顶液压支柱安装于侧梁中上部；底梁置于顶梁正下方,巷道中布置的两液压支架之间顶梁包括若干个十字底梁；相邻十字底梁通过第二铰接单梁相连；每一十字底梁两端均通过吸能组件与底液压支柱铰接；底液压支柱还与侧梁底部铰接。单个侧梁面变成由若干侧梁串联成大的作用面,同时液压支架串联组合后形成的支护系统具有更好的稳定性和支护作用。(The invention discloses a mining roadway energy-absorbing impact-proof hydraulic support, which is used for a rectangular stoping roadway and comprises: two groups of side beams are symmetrically arranged, are respectively arranged in the roadway and are parallel to the plane of the coal wall of the roadway; the middle part of the side beam is welded with a single beam to ensure the connection of the side beams between the hydraulic supports, and the two side beams are symmetrical about the top beam; the top ends of the top beam and the side beam are in the same level; two ends of each cross top beam are hinged with top hydraulic pillars which are arranged at the middle upper part of the side beam; the bottom beam is arranged under the top beam, and the top beam between two hydraulic supports arranged in the roadway comprises a plurality of cross bottom beams; the adjacent cross bottom beams are connected through a second hinged single beam; two ends of each cross bottom beam are hinged with the bottom hydraulic support through energy absorption components; the bottom hydraulic prop is also hinged with the bottom of the side beam. A single side beam surface is changed into a large action surface formed by connecting a plurality of side beams in series, and meanwhile, a support system formed by connecting and combining hydraulic supports in series has better stability and support action.)
技术领域
本发明涉及煤矿支护技术领域，特别是涉及一种矿用巷道吸能防冲液压支架。
背景技术
冲击地压是煤矿遇到的最严重的动力灾害之一，是目前国际深部采矿工程和岩石力学工程迫切需要解决的难题，它通常指一定条件下，煤矿巷道或者回采工作面周围煤岩体由于弹性能瞬时释放和产生破坏的矿井动力现象，常伴随有巨大的声响、煤体抛出等现象。
根据之前冲击地压事故的研究，发现巷道冲击地压通常发生在工作面前方高支承压力影响范围内，以煤壁大范围片帮，煤从煤壁中抛出，充满巷道为主。许多专家对这一类冲击地压进行了大量研究，认为这类冲击地压是由于超前支承压力范围内巷道受到高静载作用，巷道塑性区范围煤体基本处于破碎状态，煤壁塑性区向弹性区过度的边界往往处于一种危险状态，当受到动载扰动时，弹性区范围的煤体瞬时释放弹性能，将原本属于塑性区的煤体冲出巷道。
对于这类冲击地压，现有巷道支护方法主要是锚杆索锚固配合注浆，布置在巷道煤壁中的锚杆将破碎的煤体整合为大块，并通过注浆使得煤体改性具有一定承载力，但是在煤体发生推出时，无法起到阻碍作用；向顶板打深钻孔进行锚固，并不能控制煤体与巷道的粘滑离层，只能控制顶板离层；现有防冲支架无论是门式支架还是垛式支架，主要是刚性支护，对于高静载的抵抗能力强，吸能让压能力却很有限，在强动载作用下液压支架变形弯曲甚至破坏；现有吸能防冲液压支架主要的支护方向是竖直方向，当水平方向煤体冲出时，吸能组件还未发生作用，支架便已压坏，无法起到对于煤体推出型冲击地压巷道的有效支护。为了解决上述问题，基于此类冲击地压的特性与发生机理，设计出一种矿用巷道吸能防冲液压支架。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿用巷道吸能防冲液压支架，以解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了如下方案：本发明提供一种矿用巷道吸能防冲液压支架，用于矩形回采巷道，包括：
侧梁；所述侧梁对称设置有两组，分别设置于所述巷道内，且与所述巷道煤壁平面平行设置；所述侧梁中部焊接有第三铰接梁，以保证吸能组件之间侧梁的连接；两侧梁关于顶梁对称设置；
顶梁；所述顶梁与侧梁顶端处于同一水平面；所述顶梁包括若干个十字顶梁，相邻所述十字顶梁通过第一铰接单梁相连；
顶液压支柱；每一所述十字顶梁两端均铰接有所述顶液压支柱，所述顶液压支柱还通过吸能组件安装于所述侧梁中上部；
底梁；所述底梁置于所述顶梁正下方，所述底梁包括若干个十字底梁；相邻所述十字底梁通过第二铰接单梁相连；所述第二铰接单梁与所述第一铰接单梁结构尺寸相同。
底液压支柱；每一所述十字底梁两端均通过所述吸能组件与所述底液压支柱铰接；所述底液压支柱还与所述侧梁底部铰接。
优选的，液压支架包括顶液压支柱和底液压支柱。
优选的，本发明的目的之一在于在满足巷道防冲支护的同时，使顶梁和侧梁尽量减少占据巷道内的有效空间，再有就是尽可能减少安装工作量，因而在顶液压支柱和底液压支柱上均一体成型安装有吸能组件，可根据现场测试将顶液压支柱吸能组件一侧安装于侧梁的中上部。
进一步的，吸能组件内填充有吸能材料，对强烈的冲击作用能迅速响应；当所述侧梁受到一定侧向压力时，所述顶液压柱受力向上支承，由于巷道顶板限制，所述顶液压支柱可提供一定支护力；当强动载使得煤体中弹性能瞬间释放，所述侧梁短时间内受到水平方向的强冲击作用时，所述顶液压支柱和底液压支柱上的吸能组件立刻响应发挥作用，高速位移吸收煤体释放的巨大弹性能，同时侧梁水平滑动，向内收敛，由于顶梁受到顶板岩层压力作用，使得两所述顶液压支柱和两底液压支柱受压支撑，保护回采巷道，使得巷道断面不至于收缩量过大。
进一步的，本结构设置使得巷帮煤体作用面由单个侧梁面变成由若干侧梁串联成大的作用面，同时液压支架串联组合后形成的支护系统具有更好的稳定性和支护作用。
所述侧梁中部焊接有第三铰接梁；所述第三铰接梁与所述第二铰接单梁尺寸相同；所述第三铰接梁与所述侧梁互相垂直。
优选的，侧梁中部焊接第三铰接梁实际为加强侧梁，与在侧梁上设置的若干顶液压支撑柱和底液压支撑柱相配合；侧梁的作用可以抵抗一部分竖直方向的压力，属于刚性支护范围，而顶液压支撑柱和底液压支撑柱使得液压支架在水平方向上具有吸能让压防冲的能力，属于柔性支护，因此本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架具有“刚柔结合”的特点，而将单独的液压支架串联成一个整体，大大提高了支架的支护能力与稳定性，能较好的抵御回采巷道煤体推出型冲击地压，更好的维护回采巷道，保证煤矿安全生产。
所述侧梁底部为内弯设计，所述侧梁底部内弯头处安装有铰接头，且通过所述铰接座与所述底液压支柱铰接；
所述底液压支柱水平设置；
所述底液压支柱包括活动柱，一级缸体和二级缸体；所述活动柱一端安装在二级缸体内，另一端与所述铰接头铰接；所述一级缸体一端安装有所述二级缸体，另一端与所述吸能组件一体成型；所述吸能组件与所述十字底梁铰接。
所述顶液压支柱与所述底液压支柱结构相同；所述顶液压支柱倾斜设置，所述活动柱与所述十字顶梁铰接；所述顶液压支柱与所述吸能组件一体成型，所述吸能组件与所述侧梁铰接处位于所述侧梁中上部，且满足所述侧梁支护力要求规范。
所述吸能组件的最大位移量为120mm，所述吸能组件中的吸能材料为泡沫铝类材料和橡胶材料。
进一步的，吸能组件与液压支柱为一个整体。作为液压支柱的关键部位，吸能组件位于液压支柱底端，与液压支柱上部同轴，其最大位移量可达120mm。吸能组件中填充的吸能材料为具有弹性性能的材料，通常选用泡沫铝类材料和橡胶材料，这两类材料均可迅速吸收冲击能量，起到缓冲减震作用，之后可重新恢复原有状态，因而可以多次使用。
所述第一铰接单梁包括梁体；所述梁体前端形成有一个耳子和一个销孔；所述梁体后端形成有两个对称设置的所述耳子和两个所述销孔；一所述第一铰接单梁前端与另一所述第一铰接单梁后端交叉设置，使两端所述销孔同轴并通过销栓限位；
且在两个所述耳子内侧插设水平销，用于限制两所述第一铰接单梁绕所述销栓的转动角度。
所述十字顶梁由两所述第一铰接单梁垂直布置，在两所述第一铰接单梁交点处固定连接。
所述第三铰接单梁包括梁体；所述梁体前端对称形成有两个耳子和一个销孔；所述梁体后端形成有两个对称设置的所述耳子和两个所述销孔；一所述第三铰接单梁前端与另一所述第三铰接单梁后端交叉设置，使两端所述销孔同轴并通过销栓限位；
且在两组对称设置的所述耳子内侧各插设水平销，用于阻止两所述第三铰接单梁绕所述销栓转动。
所述十字底梁由一所述第二铰接单梁和一第四铰接单梁垂直布置，在所述第二铰接单梁和第四铰接单梁交点处固定连接；所述第四铰接单梁的尺寸长度长于所述第二铰接单梁尺寸长度200mm；所述第四铰接单梁与所述第二铰接单梁结构相同；所述第四铰接单梁两端分别与所述吸能组件铰接。
通过向所述顶液压支柱和底液压支柱内注液，使所述侧梁具有初撑力。
优选的，第一铰接单梁和第二铰接单梁分别用于十字顶梁和十字底梁；十字顶梁可为第一铰接单梁的组合，为了其铰接端方便与第一铰接单梁适配；其使用方式具体有两种；一为十字顶梁与第一铰接单梁连接处耳子朝上设置，防止第一铰接单梁连接处受到竖直向下方向的压力向下弯曲使得支架失稳；二为十字底梁与第二铰接单梁连接处耳子朝下设置，防止第二铰接单梁连接处受到竖直向上方向的压力向上弯曲使得支架失稳；
进一步的，第三铰接单梁在连接时由于有两个耳子与水平销限位，用于侧梁使侧梁架构稳定，能有效承受更大的侧向冲击力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架示意图；
图2本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架液压支柱示意图；
图3本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架Ⅰ-Ⅰ剖面图；
图4本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架Ⅱ-Ⅱ剖面图；
图5本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架Ⅲ-Ⅲ剖面图；
图6本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架十字顶梁结构示意图；
图7本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架第一铰接梁和第三铰接梁铰接结构示意图；
图8本发明所述一种矿用巷道吸能防冲液压支架图1十字顶梁与顶液压支柱铰接示意图。
其中，1、侧梁；2、十字顶梁；3、第三铰接梁；4、十字底梁；5、顶液压支柱；6、吸能组件；7、活动柱；8、一级缸体；9、二级缸体；10、第一铰接单梁；11、第二铰接单梁；12、底液压支柱；13、第四铰接单梁；14、梁体；15、耳子；16、销孔；17、销栓。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种矿用巷道吸能防冲液压支架，用于矩形回采巷道，包括：
侧梁1；侧梁1对称设置有两组，分别设置于巷道内，且与巷道煤壁平面平行设置；侧梁1中部还焊接有第三铰接梁3；
顶梁；顶梁与侧梁1顶端处于同一水平高度；顶梁包括若干个十字顶梁2，相邻十字顶梁2通过第一铰接单梁10相连；
顶液压支柱5；每一十字顶梁2两端均铰接有顶液压支柱5，顶液压支柱5还通过吸能组件6安装于侧梁1中上部；
底梁；底梁置于顶梁正下方，底梁包括若干个十字底梁4；相邻十字底梁4通过第二铰接单梁11相连；第二铰接单梁11与第一铰接单梁10尺寸结构相同。
底液压支柱12；每一十字底梁4两端均通过吸能组件6与底液压支柱12铰接；底液压支柱12还与侧梁1底部铰接。
在本发明一实施例中，工作面回采巷道随着工作面推进会逐渐废弃，因而很多矿井为了掘进方便都将回采巷道设计为矩形巷道，但矩形巷道容易形成应力集中，再加上工作面超前支承压力影响，使得回采巷道维护更不容易，而本发明主要用于这类巷道的防冲支护。
将侧梁1，顶梁，底梁通过液压支架吸能组件和若干个铰接单梁连接成一个大型整体作用面，形成的支护系统可以有更好的稳定性。
设置底液压支柱12主要是在水平方向受冲击压力时起到吸能防冲作用，而顶液压支柱5在受到水平方向和竖直方向时的压力时均可以吸收能量，防止巷道发生破坏。
进一步的，顶梁限制于巷道顶板下方，且与巷道顶板形成互相挤压的支撑作用力。
第三铰接梁3与第二铰接单梁11尺寸相同；第三铰接梁3与侧梁1互相垂直。
侧梁1底部为内弯设计，侧梁1底部内弯头处安装有铰接头，且通过铰接座与底液压支柱12铰接；
在本发明的一个实施例中，如图1所示，内弯结构使得侧梁1与巷道底部的暗转处有更好的支撑力，可以更好的同时满足底液压支柱12和顶液压支柱5在收到侧向压力时的同时作用。
底液压支柱12水平设置；
底液压支柱12包括活动柱7，一级缸体8和二级缸体9；活动柱7一端安装在二级缸体9内，另一端与铰接头铰接；一级缸体8一端安装有二级缸体9，另一端与吸能组件6一体成型；吸能组件6与十字底梁4铰接。
顶液压支柱5与底液压支柱12结构相同；顶液压支柱5倾斜设置，活动柱7与十字顶梁2铰接；顶液压支柱5与吸能组件6一体成型，吸能组件6与侧梁1铰接处位于侧梁的中上部，且满足侧梁1支护力要求规范。
吸能组件6的最大位移量为120mm，吸能组件中的填充材料为泡沫铝类材料和橡胶材料。
第一铰接单梁10包括梁体14；梁体14前端形成有一个耳子15和一个销孔16；梁体14后端形成有两个对称设置的耳子15和两个销孔16；一第一铰接单梁10前端与另一第一铰接单梁10后端交叉设置，使两端销孔16同轴并通过销栓17限位；
且在两个耳子15内侧插设一水平销16，用于限制两第一铰接单梁10绕销栓17的转动角度。
在本发明的一实施例中，如图5所示第一铰接单梁10与第二铰接单梁11的结构相同，但耳子15设置方向不同；具体为十字顶梁2与第一铰接单梁10连接处耳子15朝上设置，防止第一铰接单梁10连接处受到竖直向下方向的压力向下弯曲使得支架失稳；二为十字底梁4与第二铰接单梁11连接处耳子朝下设置，防止第二铰接单梁11连接处受到竖直向上方向的压力向上弯曲使得支架失稳。
十字顶梁2由两第一铰接单梁10垂直布置，在两第一铰接单梁10交点处固定连接。
第三铰接单梁3包括梁体14；梁体14前端对称形成有两个耳子15和一个销孔16；梁体14后端形成有两个对称设置的耳子15和两个销孔16；一第三铰接单梁3前端与另一第三铰接单梁3后端交叉设置，使两端销孔16同轴并通过销栓17限位；
且在两组对称设置的耳子15内侧各插设一水平销16，用于阻止两第三铰接单梁3绕销栓17转动。
十字底梁4由一第二铰接单梁11和一第四铰接单梁13垂直布置，在第二铰接单梁11和第四铰接单梁13交点处固定连接；第四铰接单梁13的尺寸长度长于第二铰接单梁11尺寸长度200mm；第四铰接单梁13与第二铰接单梁11结构相同；第四铰接单梁13两端分别与一吸能组件6铰接。
通过向顶液压支柱5和底液压支柱12内注液，使侧梁1具有初撑力。
在本实施例中，初撑力是指支柱通过泵压而给予顶板的主动支撑力。即较大的初撑力能使支柱较快达到工作阻力，减小顶板下沉量，防止顶板早期离层破碎。初撑力是自移支架的主要参数之一。初撑力又是支架支撑能力的组成部分，对于增强支架支护效果具有重要作用。在实际操作过程中，先将两侧梁1放置于巷道两帮，用竖直液压柱顶住顶梁和底梁，向顶液压支柱5和底液压支柱12注液，使得侧梁具有一定初撑力；再继续注液，使得顶梁向巷道顶板提供一定工作阻力。
在本发明另一实施例中，十字顶梁2和十字底梁4尺寸不一，但第一铰接单梁10，第二铰接单梁11和第三铰接单梁3尺寸必须保持一致。
更具体的，本发明中其中一级缸体8缸径250mm，行程960mm；二级缸体9缸径180mm，行程925mm；活动柱7柱径160mm；顶液压支柱5和底液压支柱12初撑力为30MPa，工作阻力为40MPa，最大长度3900mm。
十字顶梁2的长度尺寸为800mm×800mm，其布置在液压支架顶端，且限定于巷道顶板下方；两十字顶梁2之间通过第一铰接单梁10相互连接；第三铰接单梁3长度为800mm，第三铰接单梁3之间通过第三铰接单梁3连接；十字底梁4长度尺寸为1000mm×800mm，其布置在液压支架底端，与底液压支柱12的一级缸体8端连接，两十字底梁4之间通过第二铰接单梁10连接；巷道中的任意两液压支架排距为1600mm，用于连接两液压支架的第一铰接单梁10梁体长度为800mm。
更进一步的，顶液压支柱5与顶梁与水平面形成的夹角最优为16°；当强动载使得煤体中弹性能瞬间释放，侧梁1短时间内受到水平方向的强冲击作用时，顶液压支柱5和底液压支柱12上的吸能组件6立刻响应发挥作用，高速位移吸收煤体释放的巨大弹性能，同时侧梁1水平滑动，向内收敛，由于十字顶梁2受到顶板岩层压力作用，使得顶液压支柱5和底液压支柱12受压支撑，保护回采巷道，使得巷道断面不至于收缩量过大。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。