一种井下软弱工程地质巷道用支撑机构及其使用方法
阅读说明：本技术 一种井下软弱工程地质巷道用支撑机构及其使用方法 (Supporting mechanism for underground weak engineering geological roadway and using method thereof ) 是由 钱叶华 冯胜利 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种井下软弱工程地质巷道用支撑机构及其使用方法,涉及地质巷道支护技术领域,包括多个支护装置单元以及用于将多个支护装置单元串联成为一体的连接器,支护装置单元包括型钢支柱和弧形支架,型钢支柱包括柱体、榫头、开设在柱体中的型腔以及设于柱体顶端的凸台,在凸台上开设有型槽；弧形支架包括第一弧形架构和第二弧形架构,第一弧形架构与第二弧形架构的弧形开口均竖向朝下,在第一弧形架构与第二弧形架构的两端均设有型块,型块与型槽配合的插接实现了弧形支架与型钢支柱的搭接；在沿弧形支架径向上设置有多个支撑装置。本发明的支撑机构结构简单,拆装操作使用简便,结构稳固,可起到主动支撑的作用,支护效果好,安全可靠。(The invention discloses a supporting mechanism for underground weak engineering geological roadways and a using method thereof, and relates to the technical field of geological roadway supporting, and the supporting mechanism comprises a plurality of supporting device units and a connector for connecting the plurality of supporting device units in series into a whole, wherein each supporting device unit comprises a section steel supporting column and an arc-shaped bracket, each section steel supporting column comprises a column body, a tenon, a cavity arranged in the column body and a boss arranged at the top end of the column body, and a groove is arranged on each boss; the arc-shaped support comprises a first arc-shaped framework and a second arc-shaped framework, arc-shaped openings of the first arc-shaped framework and the second arc-shaped framework are vertically downward, the two ends of the first arc-shaped framework and the second arc-shaped framework are respectively provided with a section block, and the section blocks are matched with the section grooves in an inserted mode to realize the overlapping joint of the arc-shaped support and the section steel support columns; a plurality of supporting devices are arranged along the radial direction of the arc-shaped bracket. The support mechanism disclosed by the invention is simple in structure, simple and convenient to assemble, disassemble, operate and use, stable in structure, good in support effect, safe and reliable, and can play an active support role.)
技术领域
本发明涉及地质巷道支护技术领域，具体涉及一种井下软弱工程地质巷道用支撑机构及其使用方法。
背景技术
随着矿山开采深度和强度的不断增加，巷道压力不断加大，巷道变形难以控制，巷道支护难度不断增加，且要求巷道支护速度不断提高。目前矿井巷道主要采用两种支护方式：一是预应力锚杆索主动支护；二是架钢棚被动支护。预应力锚杆索支护为一种主动支护方式，可有效对围岩施加预应力，抑制围岩原生裂隙的张开，维护围岩自身结构的完整，保持围岩的自承能力，在复杂困难巷道条件下取得良好的应用效果。但是锚杆索支护施工过程包括打孔，输送、搅拌锚固剂，安装预紧锚杆索等环节，施工过程较为繁琐，用时长，成巷速度远远低于工作面回采速度，导致采掘接续紧张，不能满足矿山高产高效的要求。架钢棚被动支护施工较为简便，成巷速度快。架钢棚为被动支护，钢棚与岩壁不能抵接贴合，不能起到主动支撑的作用，支护效果较差。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种井下软弱工程地质巷道用支撑机构及其使用方法。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种井下软弱工程地质巷道用支撑机构，包括多个支护装置单元以及用于将多个支护装置单元串联成为一体的连接器；支护装置单元包括一对镜像设置的型钢支柱以及设置于型钢支柱上方的弧形支架，型钢支柱包括柱体、设置在柱体底端的榫头、开设在柱体中段侧部上的型腔以及设于柱体顶端的凸台，且在凸台上开设有型槽，型槽开设的方向与巷道贯通方向一致；
弧形支架包括第一弧形架构和第二弧形架构，第一弧形架构与第二弧形架构的弧形开口均竖向朝下，第二弧形架构的顶部外圈刚好与第一弧形架构的底部内圈配合链接，且第一弧形架构的宽度大于第二弧形架构的宽度，第二弧形架构设置在第一弧形架构底部中间位置；在第一弧形架构与第二弧形架构的两端均设有型块，型块与型槽配合的插接实现了弧形支架与型钢支柱的搭接；
在沿弧形支架径向上设置有多个支撑装置，其包括圆柱状的直推杆，以及分别连接在直推杆两端的弧形支撑板、T形推杆，在第一弧形架构上开设有与支撑板形状相同的容纳腔，容纳腔用于容置支撑板，在第二弧形架构中贯通有第一穿孔和螺纹孔，第一穿孔的半径小于螺纹孔的半径，第一穿孔和螺纹孔沿第二弧形架构径向设置，第一穿孔的一端与容纳腔连通，第一穿孔的另一端与螺纹孔连通，直推杆穿设在第一穿孔中，直推杆贯穿在螺纹孔中，T形推杆包括推筒、设于推筒中的弹簧、设于推筒筒口处的卡环、与推筒尾端连接的把手以及设置在推筒筒体上的外螺纹，直推杆顶端与支撑板背部凹面连接，直推杆底端设有凸缘，凸缘处于推筒中，弹簧一端与把手抵接，弹簧另一端与凸缘底部抵接，在弹簧的作用力下，凸缘与卡环相互抵接，推动把手可使得推筒抵达至螺纹孔处，转动把手可实现推筒上的外螺纹与螺纹孔的螺纹连接。
进一步地，在上述型块与凸台之间连接有定位销，当型块为“工”字形结构，型块的上板体与凸台顶部搭接，型块的中竖板以及下板体配合插接在型槽中，在型块的上板体、凸台以及型块的下板体中竖向开设有第一定位孔，第一定位孔中设置有第一定位销，第一定位销位于第二弧形架构的前侧位置或/和后侧位置；当型块为“匸”字形结构，型块的上板体与凸台顶部搭接，型块的中竖板以及下板体配合插接在型槽中，在型块的上板体、凸台以及型块的下板体中竖向开设有第二定位孔，第二定位孔中设置有第二定位销，第二定位销位于第二弧形架构的前侧位置或/和后侧位置。
进一步地，在上述型钢支柱与第二弧形架构上开设有多个第二穿孔，连接器优选为连接杆，连接杆设置连接在第二穿孔中，用于串联巷道中线性排列的支护装置单元。
更进一步地，在上述型钢支柱的型腔中设有脚踏板，脚踏板一端通过设有的铰链轴翻转设置在柱体上，且在铰链轴一端侧部设有凸延部，在铰链轴侧方的柱体上设有挡块，翻转脚踏板可使得挡块与凸延部抵接，进而限制脚踏板继续翻转，达到脚踏板的水平横置固定。
上述井下软弱工程地质巷道用支撑机构的使用方法，具体包括以下步骤：
(1)在巷道的底部两侧对称的凿开出榫眼；
(2)将一对型钢支柱分别靠设在巷道的两边侧部，型钢支柱的底部榫头配合插接至榫眼中；
(3)将弧形支架通过底部两端的型块分别插接在对应侧型钢支柱顶端的型槽中，搭设完毕后，利用定位销限位固定；
(4)将脚踏板翻转打开，拆装人员借助脚踏板对上方的多个支撑装置进行操作，以实现支撑装置对巷道的抵接支护，具体的，推动把手，支撑板移出容纳腔，直至支撑板顶部抵接至巷道顶部，继续推动，再直至推筒抵达至螺纹孔处，随后通过转动把手，使得推筒与螺纹孔螺旋连接，进而限制固定支撑装置；
(5)将脚踏板翻转收纳至型腔中，重复以上操作，在巷道两侧线性排列设置多个支护装置单元，待支护装置单元布置完毕后，最后将一根根连接杆穿设至各个位置上的第二穿孔中，即完成对支撑机构的安装；
(6)结合以上安装步骤可知，支撑机构的拆卸方法依次先后是：连接杆的拆除、解除支撑装置对巷道顶部的抵接、弧形支架的拆除以及两侧型钢支柱的拆除。
本发明的地质巷道用支撑机构及其使用方法至少包括了如下的有益效果：
本发明的支撑机构结构简单，拆装操作使用简便，结构稳固，解决了现有技术中锚杆索支护施工的繁琐，耗时耗力，不便于拆装的缺点，同时也解决了架钢棚施工的被动支护缺陷，本发明的支撑机构可起到主动支撑的作用，支护效果好，安全可靠。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是实施例1中支撑机构的立体结构简图；
图2是实施例1中支撑机构的结构示意图(脚踏板翻转未打开)；
图3是实施例1中支护装置单元的立体结构简图；
图4是实施例1中弧形支架的立体结构简图(型块为“工”字形结构)；
图5是实施例1中弧形支架的立体结构简图(型块为“匸”字形结构)；
图6是实施例1中弧形支架的截面结构示意图；
图7是实施例1中弧形支架的截面结构示意图(推筒与螺纹孔螺旋连接)；
图8是实施例1中支撑机构的结构示意图(脚踏板翻转打开)；
图9是实施例1中型钢支柱的局部结构示意图(脚踏板收纳于型腔中)；
图10是实施例1中型钢支柱的局部结构示意图(脚踏板翻转打开)。
图中标记为：
1、支护装置单元；101、型钢支柱；102、榫头；103、型腔；104、弧形支架；105、凸台；106、型槽；107、第一弧形架构；108、第二弧形架构；109、型块；110、第一定位销；111、第二定位销；
2、连接杆；201、第二穿孔；
3、支撑装置；301、直推杆；302、支撑板；303、T形推杆；304、容纳腔；305、第一穿孔；306、螺纹孔；307、推筒；308、弹簧；309、卡环；310、把手；311、外螺纹；312、凸缘；
4、脚踏板；401、铰链轴；402、凸延部；403、挡块；
5、巷道；501、榫眼。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电路连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种井下软弱工程地质巷道用支撑机构，如图1-图3所示，包括多个支护装置单元1以及用于将多个支护装置单元1串联成为一体的连接器。
支护装置单元1包括左、右两侧对称设置的型钢支柱101以及设置于型钢支柱101上方的弧形支架104，型钢支柱101包括柱体、设置在柱体底端的榫头102、开设在柱体中段侧部上的型腔103以及设于柱体顶端的凸台105，且在凸台105上开设有型槽106，型槽106开设的方向与巷道5贯通方向一致。
弧形支架104包括上方的第一弧形架构107和下方的第二弧形架构108，第一弧形架构107与第二弧形架构108的弧形开口均竖向朝下，第二弧形架构108的顶部外圈刚好与第一弧形架构107的底部内圈配合链接，且第一弧形架构107的宽度大于第二弧形架构108的宽度，第二弧形架构108设置在第一弧形架构107底部中间位置。
第一弧形架构107与第二弧形架构108的两端均分别共同连接有型块109，型块109与上述型槽106配合插接，通过上述结构的彼此插接，实现弧形支架104与下方两侧型钢支柱101的连接，进一步地，为了限位固定及结构的拆装，型块109与凸台105之间连接有定位销，定位销的设置方式还要依据型块109和凸台105的结构来确定，具体存在以下两种实施方案：
(Ⅰ)如图4所示，上述型块109为“工”字形结构，该种型块109的上板体与凸台105顶部搭接，型块109的中竖板以及下板体配合插接在型槽106中，在型块109的上板体、凸台105以及型块109的下板体中竖向开设有第一定位孔(未示出)，定位孔中设置有第一定位销110，第一定位销110位于第二弧形架构108的前侧位置或/和后侧位置。
(Ⅱ)如图5所示，上述型块109为“匸”字形结构，该种型块109的上板体与凸台105顶部搭接，型块109的中竖板以及下板体配合插接在型槽106中，在型块109的上板体、凸台105以及型块109的下板体中竖向开设有第二定位孔(未示出)，定位孔中设置有第二定位销111，第二定位销111位于第二弧形架构108的前侧位置或/和后侧位置。
借助型块109、型槽106以及定位销的设置，便捷地实现了弧形支架104底部两端与型钢支柱101顶端的可拆卸式装配连接。
承上述，请参阅图6-图7所示，在沿弧形支架104径向上设置有多个支撑装置3，图示为设置有三个，支撑装置3包括圆柱状的直推杆301，以及分别连接在直推杆301两端的弧形支撑板302、T形推杆303，在第一弧形架构107上开设有与支撑板302形状相同的容纳腔304，容纳腔304用于容置支撑板302，在容纳腔304下方的第二弧形架构108中贯通有第一穿孔305和螺纹孔306，第一穿孔305的半径小于螺纹孔306的半径，第一穿孔305和螺纹孔306沿第二弧形架构108径向设置，第一穿孔305的一端与容纳腔304连通，第一穿孔305的另一端与螺纹孔306连通，直推杆301穿设在第一穿孔305中，直推杆301贯穿在螺纹孔306中，T形推杆303包括推筒307、设于推筒307中的弹簧308、设于推筒307筒口处的卡环309、与推筒307尾端(即底端)垂直固接的把手310以及设置在推筒307筒体上的外螺纹311，其中，直推杆301顶端与支撑板302背部凹面连接，直推杆301底端设有凸缘312，凸缘312处于推筒307中，弹簧308一端与把手310抵接，弹簧308另一端与凸缘312底部抵接，常态下，由于弹簧308的作用力，凸缘312与卡环309抵接，借助把手310可推动支撑板302移出容纳腔304，直至支撑板302抵接至巷道5顶部以及推筒307抵达至螺纹孔306处，再通过转动把手310，使得推筒307外部螺纹连接在螺纹孔306中，此时，弹簧308被压缩，推筒307限位，支撑装置3固定；支撑装置3解除时，先是反向转动把手310，使得推筒307旋出螺纹孔306，随即松手即可，支撑装置3在自重作用下下降，直至支撑板302回位至容纳腔304中；进一步地，在支撑板302上设有与支撑板302顶部凸面相匹配的橡胶垫(未示出)，工程实施中，橡胶垫代替支撑板302与巷道5顶部直接抵接，而橡胶垫则是起到缓冲、减震以及防护的作用。
请再次参阅图1所示，在型钢支柱101与第二弧形架构108上开设有多个第二穿孔201，连接器优选为连接杆2，连接杆2设置连接在第二穿孔201中，用于串联巷道5中线性排列的支护装置单元1，提高支撑机构整体的稳固性。
结合图8-图10所示，为了便于对支撑装置3操作，在型钢支柱101的型腔103中设有脚踏板4，脚踏板4一端通过设有的铰链轴401翻转设置在柱体上，且在铰链轴401一端侧部设有凸延部402，在铰链轴401侧方的柱体上设有挡块403，翻转脚踏板4可使得挡块403与凸延部402抵接，进而达到限制脚踏板4的继续翻转的目的，实现脚踏板4的水平横置固定，不需要借助脚踏板4辅助工作时，脚踏板4收纳于型腔103中。
实施例2
上述实施例1中的弧形支架104针对的是半圆拱型的地质巷道,而对于其它截面形状的巷道，如矩形或梯形的巷道，支架的形态不是圆弧形，可以改变优化成对应形态的支架结构。
同样的，支撑板形状也不限于圆弧形，其主要依据巷道顶部结构，当巷道截面为矩形或梯形时，支撑板形状也可为直条板形、十字板形或其它。
实施例3
基于上述实施例1，本实施例进一步说明了实施例1地质巷道用支撑机构的使用方法，具体步骤如下：
(1)在巷道5的底部两侧对称的凿开出榫眼501；
(2)将一对型钢支柱101分别靠设在巷道5的两边侧部，型钢支柱101的底部榫头102配合插接至榫眼501中；
(3)将弧形支架104通过底部两端的型块109分别插接在对应侧型钢支柱101顶端的型槽106中，搭设完毕后，利用定位销限位固定；
(4)将脚踏板4翻转打开，拆装人员借助脚踏板4对上方的多个支撑装置3进行操作，以实现支撑装置3对巷道5的抵接支护，具体的，推动把手310，支撑板302移出容纳腔304，直至支撑板302顶部抵接至巷道5顶部，继续推动，再直至推筒307抵达至螺纹孔306处，随后通过转动把手310，使得推筒307与螺纹孔306螺旋连接，达到限制固定支撑装置3的目的；
(5)将脚踏板4翻转收纳至型腔103中，重复以上操作，在巷道5两侧线性排列设置多个支护装置单元1，待支护装置单元1布置完毕后，最后将一根根连接杆2穿设至各个位置上的第二穿孔201中，即完成对支撑机构的安装；
(6)结合上述安装步骤可知，支撑机构的拆卸方法依次先后是：连接杆2的拆除、解除支撑装置3对巷道5顶部的抵接、弧形支架104的拆除以及两侧型钢支柱101的拆除。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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