支撑装置.pdf

本发明公开了一种支撑装置，包括多节钢管，相邻两节钢管之间通过连接管相互连接。钢管内部填装混凝土。相邻两节钢管的对接处设有木垫或其它软垫。软垫的中部开有通孔，便于混凝土流过。支撑装置的侧部管壁上开有灌浆孔，支撑装置的上部管壁上开有排气孔。是一种结构简单、支护能力强、稳定性好、受力合理的矿井巷道的支撑装置。适用于各种巷道的支护，尤其适用于深井、软岩等大变形巷道的支护。

1、  一种支撑装置，其特征在于，包括多节空心管体，所述的多节空心管体相互连接为环状结构，空心管体的内部填装凝固剂。

2、  根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，所述的多节空心管体为弧形的钢管，多节钢管相互连接为环状结构，钢管的内部填装混凝土。

3、  根据权利要求2所述的支撑装置，其特征在于，所述的混凝土为膨胀混凝土。

4、  根据权利要求2所述的支撑装置，其特征在于，所述的多节钢管直径相同，相邻两节钢管之间通过连接管相互连接。

5、  根据权利要求4所述的支撑装置，其特征在于，所述的连接管的内径略大于钢管的外径，所述钢管恰可套入连接管之中。

6、  根据权利要求5所述的支撑装置，其特征在于，所述的连接管的内部相邻两节钢管的对接处设有软垫。

7、  根据权利要求6所述的支撑装置，其特征在于，所述的软垫为木垫。

8、  根据权利要求6所述的支撑装置，其特征在于，所述的软垫的中部开有通孔。

9、  根据权利要求1、2或3所述的支撑装置，其特征在于，所述的支撑装置的侧部管壁上开有灌浆孔，支撑装置的上部管壁上开有排气孔。

10、  根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，所述的空心管体有4～6节。

支撑装置
技术领域
本发明涉及一种支撑装置，尤其涉及一种用于支撑矿井巷道的装置。
背景技术
随着煤炭资源的采出，开采煤层的埋藏深度必然要增加，开采规模扩大和机械化水平提高加速了生产矿井向深部的发展。但是由于开采深度的不断增加，地质环境不断恶化，地应力增大，破碎岩体增多，漏水量加大，地温升高，导致作业环境恶化，巷道维护困难，地质灾害增多等一系列问题。在深井开采条件下，采掘过程中的地质灾害事故如巷道变形、岩爆的表现形式及频度与浅部开采具有明显的区别，这种区别的原因在于岩石所处的应力环境以及由此导致的岩体力学性质的差别。煤矿开采实践说明，在浅部表现为普通坚硬的岩石，在深部可能表现出软岩的特征：大变形、大地压、难支护等，浅部的原岩体大多处于弹性应力状态，而进入深部以后，则可能处于“潜塑性”状态，即由各向不等压的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度，造成岩石的潜在破坏状态。
随着开采深度的增加，围岩的变形破坏愈趋严重，国内外的研究结果表明，从600m开始，采深每增100mm，顶、底板移近量增加10~11％。在深井巷道围岩稳定性控制技术方面，针对深井巷道变形大、支护难的特点，国内外发展了深井巷道的专门支护技术。岩爆巷道中的支护方式有改造的普通锚喷支护、喷射钢纤维支护、柔性钢支架支护、锚喷网与柔性钢支架联合支护等形式，但这些支护方式的效果都不是很理想。
随着煤炭开采越来越向深部发展，软岩工程，软岩巷道问题便越来越突出。由于软岩支护的问题，大约有100km/年的软岩巷道需要返修、维护，所以能否解决好软岩巷道的支护等问题，是我国煤炭开采向纵深发展和安全生产的关键问题之一。
现在矿山巷道支护常用的U型钢可缩性支架在其强度范围内工作时，其工作阻力不取决于U型钢的强度，而只与支架接头处摩擦阻力有关。支架接头处的摩擦阻力又取决于卡缆的锁紧程度。我国的U型钢可缩性支架普遍采用螺栓紧固式卡缆。由于没有专用的动力扳手，卡缆螺母扭矩一般在200N·m以下。这就导致卡缆的锁紧力不足，支架工作阻力较低。大量的试验与实测表明，我国型钢可缩性支架的工作阻力只能达到其极限承载能力的40～60％，支架的支撑能力远没有得到充分发挥。
在地质条件复杂的一些软岩巷道中压力常常呈现明显的不均匀分布特性，由于U型钢支架本身结构上存在的一些问题，导致U型钢支架的承载能力大大降低、破坏严重，不但造成大量人、财、物的浪费，而且影响了矿井的生产和安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、支护能力强、稳定性好、受力合理的矿井巷道的支撑装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的支撑装置，包括多节空心管体，所述的多节空心管体相互连接为环状结构，空心管体的内部填装凝固剂。
所述的多节空心管体为弧形的钢管，多节钢管相互连接为环状结构，钢管的内部填装混凝土。
所述的混凝土为膨胀混凝土。
所述的多节钢管直径相同，相邻两节钢管之间通过连接管相互连接。
所述的连接管的内径略大于钢管的外径，所述钢管恰可套入连接管之中。
所述的连接管的内部相邻两节钢管的对接处设有软垫。
所述的软垫为木垫。
所述的软垫的中部开有通孔。
所述的支撑装置的侧部管壁上开有灌浆孔，支撑装置的上部管壁上开有排气孔。
所述的空心管体有4～6节。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的支撑装置，由于包括多节空心管体，多节空心管体相互连接为环状结构，空心管体的内部填装凝固剂。结构简单、支护能力强、稳定性好、受力合理，且便于搬运、支护工艺简单，支护效率高。
又由于相邻钢管间设有软垫，使支撑装置具有适量的可缩性，合理确定巷道让压的最佳允许变形量，以实现围岩让压、支架自身调整并与围岩协调变形，且支架与巷道全断面的有效接触。
适用于各种巷道的支护，尤其适用于深井、软岩等大变形巷道的支护。
附图说明
图1为本发明支撑装置的结构示意图；
图2为软垫的结构示意图；
图3为相邻钢管连接处的结构示意图。
具体实施方式
本发明较佳的具体实施方式是，包括多节空心管体，所述的多节空心管体相互连接为环状结构，空心管体的内部填装凝固剂。
如图1所示，所述的多节空心管体为弧形相同的钢管1，多节钢管1相互连接为圆环状结构，钢管的内部填装混凝土。
空心管体也可以选用其它的刚性材料，空心管体的横截面最好是圆形，根据需要也可以是其它形状，如椭圆形、方形等。
多节空心管体最好相互连接为封闭的圆环状结构，多节空心管体的弧形相同，根据需要也可以连接成其它的环状结构，如椭圆状、扁圆状等。
所述的混凝土最好是为膨胀混凝土，当然，根据需要也可以采用其它的凝固剂填充空心管体，如硬石膏、聚氨酯或其它建筑材料等。
所述的支撑装置的侧部管壁上开有灌浆孔4，支撑装置的上部管壁上开有排气孔5，混凝土等凝固剂通过灌浆孔4灌入空心管体内部，气体从排气孔5排出。
所述的多节钢管1直径相同，相邻两节钢管1之间通过连接管2相互连接。连接管2的内径略大于钢管1的外径，所述钢管1恰可套入连接管2之中。
由于钢管1的连接处的强度较弱，因此，连接管2的壁厚最好大于钢管1的壁厚。
相邻钢管间的连接方式有多种，如承插管、内连接管、外力拉紧等。
如图3所示，所述的连接管2的内部相邻两节钢管的对接处设有软垫3，使支撑装置具备可缩性，软垫3为木垫，也可以是其它材料的软垫，软垫3的外径与钢管1的外径相同，软垫3可以有多层。钢管1的端部内壁上设有挡圈8，可加大软垫3与钢管1端部的接触面积。钢管1的外壁上设有挡块7，可防止连接管2的滑动。
如图2所示，所述的软垫3的中部开有通孔，便于混凝土6通过。
所述的空心管体根据需要选用节数，最好有4～6节。
本发明的支撑装置：钢管混凝土是一种新型结构。它是在钢管外壳内填装混凝土组成。其工作原理是：借助内填混凝土，增强管壳的稳定性；借助钢管壳的约束作用使混凝土处于三向受压状态，从而使夹心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。
钢管混凝土构件具有圆柱状外形，是当前最科学、最合理的截面形状，它不仅有惯性矩大的特点，而且无异向性，在矿井复杂的应力环境下，不易扭曲变形。圆形外壳不易滞留水分和尘污，对于防锈蚀处理比较方便，钢管混凝土本身就是“外钢筋混凝土”。内钢筋不能做的防腐蚀处理或补强处理，“外钢筋”——钢管管壳就完全可以做到，这是钢筋混凝土构件无法比拟的。因而，钢管混凝土经局部补强修复后还可以重复使用，在自重相近，承载相同的情况下，可节约钢材30％以上。
支撑装置一般由4～6节组成，管内充填高强混凝土，节间接头处有可缩性，使支撑装置本身可承受较大塑性变形而不挠曲。
使用时，首先在现场架设支撑装置之后，再注入支撑装置钢管内的混凝土，使得支撑装置运输、搬动和支护轻便，支护工艺简单，支护效率倍增。
也可以在一次支护：普通锚喷支护，安装锚杆、挂网、薄层喷浆封闭巷道后；进行二次支护：架设本发明的支撑装置，再充填混凝土。
该支撑装置具有适量的可缩性，合理确定巷道让压的最佳允许变形量，以实现围岩让压、支架自身调整并与围岩协调变形，且支架与巷道全断面的有效接触(接触率＞90％)。
本发明的支撑装置参数的设计方法主要包括以下几个方面：
①根据巷道支护强度要求，确定钢管混凝土支架的支护能力，设计钢管的直径和壁厚；
②根据由巷道稳定性需要和支护成本两方面考虑所确定的巷道收敛变形量，确定钢管混凝土支撑装置的允许变形量，设计木垫块的厚度；
③以支撑装置价格性能比最优为目标函数，优化钢管直径与壁比；
④以支撑装置中钢管与混凝土的应力状态同时达到各自的强度极限为准则，设计支架接头处钢管间可压缩间距与混凝土间可压缩间距的比值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。