具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架技术领域
本实用新型涉及一种U型钢支架，具体是一可以对巷道围岩局部来压进行让压的具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架，属于煤矿井下支护装备技术领域。
背景技术
U型钢支架是一种被动支护，抗拉强度、抗压强度较高，同时具有良好的韧性性能，支撑力较高，支护强度大，可多次使用，被广泛地应用于矿山巷道，特别是在深部复杂巷道以及松软煤层巷道中，通常主要用于矿井巷道二次支护以及穿山隧道的矿井巷道。
U型钢支架最佳的受力状态是壁后充填密实后使其均匀受压，当作用于U型钢支架上的围岩压力值达到一定值时，支架会产生压缩，使围岩作用于U型钢支架上的压力下降，从而避免围岩压力大于U型钢支架的承载力而使支架破坏。
现有的U型钢支架通常包括顶梁、柱腿和连接件，顶梁和柱腿搭接连接并通过连接件连接，多个U型钢支架之间可以通常通过架间拉杆连接成为一个整体，这种传统结构的U型钢支架对于巷道的大面积的稳固来压能够通过变形收缩吸收能量进行有效支护，但巷道内部来压变化是不能完全预测准确的，传统结构的U型钢支架承受侧向压力的能力较承受顶部压力的能力弱，特别是对于巷道顶板某一位置的小面积局部侧向来压，通常会造成对应位置的U型钢支架顶梁受侧向来压影响而造成支架四周受力不均，易造成支架局部过载、偏载，进而使得支架承载能力下降，稳定性降低，甚至受力过大超出其承载能力而破坏；同时支架产生收缩滑移后其稳定性会进一步下降，易造成支架失稳或者支护失效，影响巷道支护效果并带来较大的安全隐患，不仅不易更换，而且更换通常具有很大的危险性。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提供一种结构简单的具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架，具有较高的侧向支撑强度，能够对于巷道某一位置的小面积局部高应力来压进行横向转移和能量吸收，进而实现减少局部变形、整体结构的支撑能力和稳定性增强，从而实现安全支护。
为实现上述目的，本具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架包括顶梁、柱腿和连接件，顶梁和支腿均采用U型钢制作、且顶梁和支腿上均设有互相配合的弯曲曲率，两件支腿和至少一件顶梁通过连接件搭接连接后共同围成巷道内壁的拱形结构；连接件包括卡缆座Ⅰ和卡缆螺栓，卡缆座Ⅰ内表面设置成与U型钢的外形配合的U形结构，且卡缆座Ⅰ上设有卡缆螺栓安装孔；
本具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架还包括拱形内部支撑部件，拱形内部支撑部件安装在顶梁或支腿上，包括支架连接件、支撑杆和支撑杆连接件；
支架连接件至少设置为两件，包括卡缆板、卡缆座Ⅱ和卡缆螺栓；卡缆板设置在拱形结构的外侧，卡缆板上设有卡缆螺栓安装孔；卡缆座Ⅱ的内侧面设置成与U型钢的外形配合的U形结构，卡缆座Ⅱ上对应卡缆板也设有卡缆螺栓安装孔，卡缆座Ⅱ面向拱形结构内侧的外侧面位置上设有与其固定连接的铰接座；
支撑杆至少设置为两件，支撑杆一端通过铰接销与卡缆座Ⅱ的铰接座铰接连接、另一端通过支撑杆连接件搭接夹紧固定连接；
支撑杆连接件包括上夹板、下夹板和夹板连接螺栓。
作为本实用新型的进一步改进方案，所述的拱形内部支撑部件还包括支架连接件移动装置，支架连接件移动装置安装在顶梁或支腿上、且支架连接件移动装置与卡缆板连接。
作为本实用新型的一种实施方式，所述的支架连接件移动装置是绞盘结构，包括多个绞盘和缠绕在绞盘上的钢丝绳，绞盘对应支架连接件的位置固定安装在支架连接件上方和下方的拱形结构的顶梁或支腿上，所述的顶梁或支腿上对应绞盘的位置设有穿接孔，钢丝绳一端穿过穿接孔设置在U型钢的U型内部并与卡缆板的一端连接、另一端缠绕在绞盘上并与绞盘连接。
作为本实用新型的进一步改进方案，所述的穿接孔和U型钢的U型内表面上设有沿钢丝绳牵拉走向的钢丝绳导向轮或钢丝绳导向辊。
作为本实用新型的优选方案，所述的支架连接件移动装置还包括曲柄，曲柄的一端通过快速连接结构与所述的绞盘的轴线连接。
作为本实用新型的进一步改进方案，所述的支撑杆通过连接机构悬挂连接在顶梁下方。
作为本实用新型的优选方案，所述的连接机构是钢丝绳或链条。
作为本实用新型的进一步改进方案，所述的拱形内部支撑部件沿拱形结构上下设置为多个。
作为本实用新型的进一步改进方案，所述的支撑杆也采用U型钢结构。
作为本实用新型的进一步改进方案，所述的支撑杆连接件在支撑杆长度方向上设置为多件。
与现有技术相比，本具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架由于在顶梁下方设有左右设置的拱形内部支撑部件，且支架连接件的卡缆板面向顶梁和支腿搭接连接后共同围成巷道内壁拱形结构的一面上设有与其固定连接的铰接座、支撑杆一端通过铰接销与支架连接件的铰接座铰接连接、支撑杆的另一端通过支撑杆连接件搭接夹紧固定连接，因此在巷道顶板某一位置的小面积局部来压时，正对此位置的拱形内部支撑部件的搭接夹紧状态的支撑杆具有一定的摩擦工作阻力和一定的可缩量、可支撑拱形结构，当受力过大时，支撑杆可克服摩擦力向内滑移，直到达到新的平衡点，从而保护形成拱形结构的顶梁和支腿，避免顶梁或支腿超出其承载能力而破坏，进而实现有效支护、提高了整个具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架的支撑强度；本具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架结构简单，易于加工制作和安装，特别适用于深部复杂巷道以及松软煤层巷道中的支护。
附图说明
图1是本实用新型的三维结构示意图；
图2是本实用新型是正视图；
图3是本实用新型采用多件拱形内部支撑部件的三维结构示意图。
图中：1、顶梁，2、柱腿，3、连接件，4、拱形内部支撑部件，41、支架连接件，411、卡缆板，412、卡缆座Ⅱ，42、支架连接件移动装置，43、支撑杆，44、支撑杆连接件。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，本具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架包括顶梁1、柱腿2、连接件3和拱形内部支撑部件4。
所述的顶梁1和支腿2均采用U型钢制作、且顶梁1和支腿2上均设有互相配合的弯曲曲率，两件支腿2和至少一件顶梁1通过连接件3搭接连接后共同围成巷道内壁的拱形结构，多个拱形结构之间通过架间拉杆连接成为一个整体。
所述的连接件3包括卡缆座Ⅰ和卡缆螺栓，卡缆座Ⅰ内表面设置成与U型钢的外形配合的U形结构，且卡缆座Ⅰ上设有用于安装卡缆螺栓的卡缆螺栓安装孔，通过在卡缆座Ⅰ上紧固卡缆螺栓实现顶梁1和支腿2的搭接紧固连接。
所述的拱形内部支撑部件4安装在顶梁1或支腿2上，包括支架连接件41、支撑杆43和支撑杆连接件44；
支架连接件41至少设置为两件，包括卡缆板411、卡缆座Ⅱ412和卡缆螺栓；卡缆板411设置在拱形结构的外侧，卡缆板411上设有用于安装卡缆螺栓的卡缆螺栓安装孔；卡缆座Ⅱ412的内侧面设置成与U型钢的外形配合的U形结构，卡缆座Ⅱ412上对应卡缆板411也设有卡缆螺栓安装孔，卡缆座Ⅱ412面向拱形结构内侧的外侧面位置上设有与其固定连接的铰接座，通过在卡缆板411和卡缆座Ⅱ412上穿接卡缆螺栓并紧固实现支架连接件41和顶梁1或支腿2的紧固连接；
支撑杆43至少设置为两件，支撑杆43一端通过铰接销与卡缆座Ⅱ412的铰接座铰接连接、另一端通过支撑杆连接件44搭接夹紧固定连接；
支撑杆连接件44包括上夹板、下夹板和夹板连接螺栓，通过在上夹板、下夹板上穿接夹板连接螺栓并紧固实现两件支撑杆43的搭接紧固连接。
本具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架在使用时，先将支架连接件移动装置42安装在顶梁1或支腿2上，然后将顶梁1和支腿2通过连接件3搭接连接，支撑在巷道顶板和底板上后将顶梁1和支腿2搭接位置的连接件3的卡缆螺栓紧固，然后通过架间拉杆将多个拱形结构连接成为一个整体，然后根据预计巷道来压的计算数据在拱形结构的预计来压位置将卡缆板411塞入在拱形结构外侧与巷道壁之间的间隙中，然后将卡缆座Ⅱ412与卡缆板411通过卡缆螺栓进行紧固连接，然后在卡缆座Ⅱ412上穿入铰接销将支撑杆43进行铰接、并通过支撑杆连接件44将两件支撑杆43搭接固定连接即可，拱形内部支撑部件4即在拱形结构内部形成有效支撑。
在巷道来压或者局部来压时，顶梁1和支腿2之间具有摩擦力，从而保证拱形结构具有一定的工作阻力和一定的可缩量，同时支撑杆43会对支腿2和/或顶梁1产生一定的支撑力，该支撑力的方向沿支撑杆43的轴线方向，当支撑力逐渐增到支撑杆连接件44的最大夹紧摩擦工作阻力时，支撑杆43可克服摩擦力向内滑移，直到达到新的平衡点，从而保护形成拱形结构的支腿2和/或顶梁1，避免支腿2或顶梁1超出其承载能力而破坏，同时支撑杆43可以将一侧高应力转移，使得拱形机构的两侧受力均衡，不仅实现有效支护、提高了整个U型钢支架的支撑强度，而且提高了支架的整体稳定性。
由于巷道来压或者局部来压位置通常只是根据计算得到的预计位置，通常是个非准确的可变值，为了使拱形内部支撑部件4能够根据预计位置的可变性实现有效支撑，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的拱形内部支撑部件4还包括支架连接件移动装置42，支架连接件移动装置42安装在顶梁1或支腿2上、且支架连接件移动装置42与卡缆板411连接，支架连接件移动装置42可以在松开支架连接件41的卡缆螺栓的前提下驱动卡缆板411带动支架连接件41整体在拱形结构上一定范围内位置移动，进行位置调节时先将拱形内部支撑部件4上的各卡缆螺栓和夹板连接螺栓松开，位置调整好后再紧固各卡缆螺栓和夹板连接螺栓即可，进而实现有效支撑。
由于U型钢的U型内部空间相对较小，为了充分利用此狭小空间实现对卡缆板411的移动控制，作为本实用新型的一种实施方式，所述的支架连接件移动装置42是绞盘结构，包括多个绞盘和缠绕在绞盘上的钢丝绳，绞盘对应支架连接件41的位置固定安装在支架连接件41上方和下方的拱形结构的顶梁1或支腿2上，所述的顶梁1或支腿2上对应绞盘的位置设有穿接孔，钢丝绳一端穿过穿接孔设置在U型钢的U型内部并与卡缆板411的一端连接、另一端缠绕在绞盘上并与绞盘连接，通过驱动旋转不同位置的绞盘实现钢丝绳牵拉卡缆板411，进而实现牵拉支架连接件41在拱形结构上移动。
为了防止钢丝绳牵拉过程中与穿接孔和U型钢的U型内表面摩擦造成磨损，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的穿接孔和U型钢的U型内表面上设有沿钢丝绳牵拉走向的钢丝绳导向轮或钢丝绳导向辊。
所述的绞盘可以通过液压或电气驱动旋转，也可以采用曲柄驱动旋转，由于井下工况和环境较复杂，采用前者的结构较复杂且成本较高，而后者结构和操作均较简单且成本较低，因此优选后者，即，作为本实用新型的优选方案，所述的支架连接件移动装置42还包括曲柄，曲柄的一端通过快速连接结构与所述的绞盘的轴线连接，操作者可以通过摇动曲柄实现驱动绞盘旋转，由于拱形结构外侧与巷道壁之间的间隙通常很小甚至没有间隙、卡缆板411移动相对较困难，因此曲柄的旋转半径可以设置足够大即可进一步达到得到较大驱动力的目的。
为了保证拱形内部支撑部件4的支撑杆43在水平方向上均匀受力滑移，防止因自身重力影响产生向下的剪切力，进而影响支撑效果，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的支撑杆43通过连接机构悬挂连接在顶梁1下方。
所述的连接机构可以采用如钢板直接连接的刚性连接结构，也可以采用如钢丝绳或链条连接的柔性连接结构，由于后者更容易根据巷道顶板不同位置的小面积局部来压变更拱形内部支撑部件4的位置，因此优选后者，即，作为本实用新型的优选方案，如图1所示，所述的连接机构是钢丝绳或链条。
为了进一步增强拱形结构的抗压强度，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的拱形内部支撑部件4沿拱形结构上下设置为多个。
为了增大支撑杆43在支撑杆连接件44夹紧状态下的预紧力，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的支撑杆43也采用U型钢结构。
为了进一步增大支撑杆43在支撑杆连接件44夹紧状态下的预紧力，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的支撑杆连接件44在支撑杆43长度方向上设置为多件。
本具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架由于在顶梁1下方设有左右设置的拱形内部支撑部件4，且支架连接件41的卡缆板面向顶梁1和支腿2搭接连接后共同围成巷道内壁拱形结构的一面上设有与其固定连接的铰接座、支撑杆43一端通过铰接销与支架连接件41的铰接座铰接连接、支撑杆43的另一端通过支撑杆连接件44搭接夹紧固定连接，因此在巷道顶板某一位置的小面积局部来压时，正对此位置的拱形内部支撑部件4的搭接夹紧状态的支撑杆43具有一定的摩擦工作阻力和一定的可缩量、可支撑拱形结构，当受力过大时，支撑杆43可克服摩擦力向内滑移，直到达到新的平衡点，从而保护形成拱形结构的顶梁1和支腿2，避免顶梁1或支腿2超出其承载能力而破坏，进而实现有效支护、提高了整个具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架的支撑强度；本具有柔性稳结支撑装置的U型钢支架结构简单，易于加工制作和安装，特别适用于深部复杂巷道以及松软煤层巷道中的支护。