一种支撑刚度可自动调节的矿用支架技术领域
本发明涉属于煤矿巷道支护领域，特别是涉及一种支撑刚度可自动调节的矿用支
架。
背景技术
在煤矿深井开采的过程中，冲击低压煤矿中的重大动力灾害之一，近些年已造成
大量的财产损失与人员伤亡事故。冲击地压发生时，破坏的围岩对支护体产生剧烈的冲击
作用，使支护体上的荷载瞬间激增，超过静压的几倍、十几倍甚至更大，常导致支护体突发
局部损伤、变形或整体的垮塌破坏，对矿下作业人员及生产设备的安全造成了严重威胁。
目前，应用最为广泛的巷道支护当属U 型钢支架，该种支架大多由三节、四节或六
节弧形梁相互搭接而成，并组成拱形支架或者环形支护圈，且在相邻两弧形梁之间通过卡
缆简单箍住，但是这种传统结构的U 型钢支架还存在着明显的缺陷，其中采用平滑型面的
弧形梁韧性普遍很差，导致弧形梁的让位吸能性很差，且支架不具备快速让位吸能功能，一
旦发生冲击地压，弧形梁的局部很容易发生折断或卡缆连接处崩开，最终导致支架的整体
垮塌及支护失效，造成安全事故。
在公开号为CN103821542B的中国发明专利中公开了一种具有波折纹型面的防冲
支架，其利用支架的波折纹型面来吸收冲击地压。虽然在实际应用中上述支架确实有一定
的效果，但是其抗冲击和让位效果还是不能满足实际需求。另外上述支架的支撑刚度是固
定的的，而冲击地压的强度是变化的。在实际应用中往往会出现一整段支架同时损坏严重，
如果上述支架能够根据冲击地压适时调整自身或者附近的支架的支撑刚度，那么不但能够
较好地吸收冲击地压，提高安全性；还能够减少支架的损失，降低开采成本。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种支撑刚度可
自动调节的矿用支架，其不但具备较好的抗冲击和吸能效果，而且还能够根据局部多处冲
击地压的不同来实时调整自身或者附近支架的支撑刚度。
为实现上述目的，本发明提供了一种支撑刚度可自动调节的矿用支架，包括顶部
支撑组件，所述的顶部支撑组件通过缓冲连接组件与支撑柱连接，所述的支撑柱底部通过
缓冲支撑组件与底座装配固定；
所述的顶部支撑组件包括活动支撑板、固定支撑板，所述的固定支撑板两端分别固定
在两个连接座上，所述的两个连接座还分别与安装板两端连接固定，所述的安装板顶部低
于固定支撑板顶部内侧；
所述的安装板与固定支撑板之间通过两块连接板连接，且所述的连接板、安装板和固
定支撑板内侧之间构成容纳腔，所述的容纳腔内安装有高压气囊，所述的高压气囊的出气
口与总气管一端密封连接，所述的总气管另一端与副总气管连接，所述的副总气管上设有
至少三根第一支气管，所述的第一支气管分别通过连接气管与第一气杆、第二气杆、第三气
杆连通，所述的第一气杆、第二气杆、第三气杆的伸缩轴分别与活动支撑板连接固定；
所述的固定支撑板顶部低于活动支撑板顶部；所述的高压气囊中充有高压气体。
作为本发明的进一步改进，所述的高压气体为高压氮气。
作为本发明的进一步改进，所述的安装板顶部应比固定支撑板顶部至少低100㎜。
作为本发明的进一步改进，所述的活动支撑板为两块且对称分布在固定支撑板两
侧；所述的固定支撑板顶部低于活动支撑板顶部.
作为本发明的进一步改进，所述的固定支撑板顶部比活动支撑板顶部低50㎜。
作为本发明的进一步改进，所述的缓冲连接组件包括支撑块和缓冲板簧，所述的
支撑块一端固定在连接座上，另一端装入支撑柱的缓冲槽中；
所述的支撑块底部固定有连接筒，所述的连接筒截面小于支撑块截面；
所述的缓冲槽底部固定有导向柱，所述的导向柱装入连接筒的内孔中；且所述的连接
筒外套有缓冲弹簧；
所述的缓冲弹簧一端与支撑块底面贴紧，另一端与缓冲槽底面贴紧。
所述的缓冲板簧包括两端的安装部分和板簧部分，所述的板簧部分为圆环形；所
述的连接座上设有第一固定槽和第一固定孔；
所述的支撑柱上设有第二固定槽和第二固定孔；
所述的缓冲板簧两端的安装部分分别装入第一固定槽和第二固定槽中，所述的第一固
定槽和第二固定槽中还装有固定块，固定销分别穿过第一固定孔、固定块和第二固定孔、固
定块将固定块分别固定在第一固定槽和第二固定槽中。
作为本发明的进一步改进，所述的缓冲支撑组件包括支撑底座，所述的支撑底座
上设有密封槽，所述的密封槽与缓冲连接柱一端装配，所述的缓冲连接柱另一端固定在支
撑柱底部；
所述的缓冲连接柱底面与密封槽底面之间装有液压油，且所述的密封槽底部设有第一
高压油管，所述的第一高压油管将密封槽与第二高压油管一端连通，所述的第二高压油管
另一端与另一支架的第一高压油管连通。
作为本发明的进一步改进，所述的第二高压油管上设置有压力阀；
所述的压力阀包括本体，所述的本体中设有第一油道、第二油道、开关滑槽；
所述的第一油道一端连通第二油道，另一端与开关滑槽端部连通；
所述的开关滑槽中安装有开关滑块，所述的开关滑块两端与开关滑槽两端面之间分别
设有一复位弹簧，所述的复位弹簧两端分别与开关滑块端面和开关滑槽端面连接固定；
所述的第二油道开口端固定有油道连接管；初始状态时，所述的开关滑块将第二油道
挡断；所述的油道连接管分别与第二高压油管连接。
作为本发明的进一步改进，所述的支撑底座还包括滑块安装腔和通槽，所述的滑
块安装腔中安装有T形滑块，所述的T形滑块的滑块部分穿过通槽与通装配，所述的T形滑块
的端部部分与滑块安装腔侧壁之间设有方簧；所述的滑块安装腔中还安装有凸轮杆，所述
的凸轮杆包括凸轮部分、安装部分、杆体，所述的杆体一端与凸轮部分连接，另一端穿过支
撑底座且伸出支撑底座；所述的安装部分装入安装盲孔中，且与安装盲孔通过螺纹旋合装
配。
作为本发明的进一步改进，在凸轮部分将滑块部分顶出到最大位置时，安装部分
与安装盲孔的螺纹完全旋合。
作为本发明的进一步改进，还包括泄压阀组件，所述的泄压阀组件通过第六气管
一端与高压气囊连通，所述的第六气管另一端与泄压阀组件连通。
所述的泄压阀组件包括第一主体部分、第二主体部分，所述的第二主体部分中设
有第一气道，所述的第六气管与第一气道底部连通；
所述的第二主体部分上还设有密封滑槽，所述的密封滑槽与密封滑块装配；
所述的密封滑块右端装入第一主体部分的动力滑槽中，所述的动力滑槽右端与动力气
管连接，所述的动力气管与第六气管连通；
所述的第二主体部分左侧设置有弹性带，所述的弹性带两端与第二主体部分的左端面
连接固定，中间部分与密封滑块A700左端面接触顶紧或连接固定；
所述的弹性带应采用弹性材料制成；
所述的密封滑槽将第一气道截断成两部分，且所述的密封滑块上设有开关通孔；初始
状态时，所述的开关通孔不与第一气道连通；
所述的第一气道顶部与排气管一端连通，所述的排气管另一端伸出第二主体部分。
本发明的有益效果是：
1、本发明在顶部支撑组件上通过高压气囊、气杆支撑活动支撑板，在发生冲击地压时，
可通过活动支撑板快速吸收冲击地压和让位，防止顶部支撑组件直接被压坏。另外在活动
支撑板达到缓冲后，固定支撑板能与活动支撑板一起支撑，大大提高顶部支撑组件的刚度。
2、本发明在缓冲连接组件处采用缓冲板簧和缓冲弹簧，形成两级吸能缓冲结构，
不仅能够大大提高支架的抗瞬间冲击能力，还大大提高了缓冲连接组件的使用寿命。
3、本发明两两相邻的支架之间的缓冲支撑组件通过第二高压油管连接，当巷道顶
部局部发生冲击地压时，能够瞬间提高与受冲击的支架连接的其它支架的支撑刚度，这既
提高了支架的抗冲击能力，又提高了支架的支撑效果和安全性。
附图说明
图1是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的组合使用状态
图。
图2是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的组合使用状态
的左视图。
图3是图2中缓冲支撑组件A-A剖面图。
图4是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的结构示意图。
图5是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的结构示意图。
图6是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的结构示意图。
图7是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的左视图。
图8是图7中B-B剖视图。
图9是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的缓冲支撑组件
局部结构示意图。
图10是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的压力阀结构
示意图。
图11是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的泄压阀组件
结构示意图。
图12是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的泄压阀组件
结构示意图。
图13是本发明一种支撑刚度可自动调节的矿用支架具体实施方式的泄压阀组件
结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
参见图1至图10，一种支撑刚度可自动调节的矿用支架，包括顶部支撑组件100，所述的
顶部支撑组件100通过缓冲连接组件200与支撑柱300连接，所述的支撑柱300底部通过缓冲
支撑组件400与底座500装配固定。
所述的顶部支撑组件100包括活动支撑板101、固定支撑板103，所述的固定支撑板
103两端分别固定在两个连接座104上，所述的两个连接座104还分别与安装板105两端连接
固定，所述的安装板105顶部低于固定支撑板103顶部内侧，优选的，所述的安装板105顶部
应比固定支撑板103顶部至少低100㎜；
所述的安装板105与固定支撑板103之间通过两块连接板102连接，且所述的连接板
102、安装板105和固定支撑板103内侧之间构成了容纳腔1021，所述的容纳腔1021内安装有
高压气囊108，所述的高压气囊108的出气口与总气管1064一端密封连接，所述的总气管
1064另一端与副总气管107连接，所述的副总气管107上设有三根第一支气管1071，所述的
三根第一支气管1071分别用连接气管1072与第一气杆1061、第二气杆1062、第三气杆1063
连通，所述的第一气杆1061、第二气杆1062、第三气杆1063的伸缩轴分别与活动支撑板101
连接固定，所述的活动支撑板101由第一气杆1061、第二气杆1062、第三气杆1063的伸缩轴
进行支撑；
所述的活动支撑板101最好为两块且对称分布在固定支撑板103两侧；
初始状态时，所述的固定支撑板103顶部略低于活动支撑板101顶部，优选为，所述的固
定支撑板103顶部比活动支撑板101顶部低50㎜。
所述的高压气囊108中充有高压气体，优选为高压氮气。使用时，高压气囊108中的
高压气体依次通过总气管1064、副总气管107、第一支气管1071、连接气管1072进入第一气
杆1061、第二气杆1062、第三气杆1063中使活动支撑板101与巷道顶部接触顶紧。当产生冲
击地压时，巷道顶部会对活动支撑板101产生较大的压力，上述压力会通过活动支撑板101
使第一气杆1061、第二气杆1062、第三气杆1063的伸缩杆回缩以带动活动支撑板101高度下
降，这个过程中高压气体就能吸收大部分的冲击压力而且通过第一气杆1061、第二气杆
1062、第三气杆1063伸缩轴回缩也能使本支架快速让位吸能，防止因为冲击地压过大而瞬
间损坏。当活动支撑板101回缩至其顶部不高于固定支撑板103时，所述的固定支撑板103与
活动支撑板101共同为巷道顶部提供支撑，以提高顶部支撑组件100的刚度。
所述的缓冲连接组件200包括支撑块202和缓冲板簧201，所述的支撑块202一端固
定在连接座104上，另一端装入支撑柱300的缓冲槽305中；
所述的支撑块202底部固定有连接筒2021，所述的连接筒2021截面小于支撑块2021截
面；
所述的缓冲槽305底部固定有导向柱303，所述的导向柱303装入连接筒2021的内孔中；
且所述的连接筒2021外套有缓冲弹簧802；
所述的缓冲弹簧802一端与支撑块202底面贴紧，另一端与缓冲槽305底面贴紧。
所述的缓冲板簧201包括两端的安装部分2011和板簧部分2012，所述的板簧部分
2012为圆环形；这种结构首先能够使缓冲板簧201获得较好的弹性，而且对于冲击地压等瞬
间冲击力具备较好的吸收和让位效果。所述的连接座104上设有第一固定槽1041和第一固
定孔1042；
所述的支撑柱300上设有第二固定槽301和第二固定孔302；
所述的缓冲板簧202两端的安装部分2011分别装入第一固定槽1041和第二固定槽301
中，所述的第一固定槽1041和第二固定槽301中还装有固定块800，固定销801分别穿过第一
固定孔1042、固定块800和第二固定孔302、固定块800将固定块800分别固定在第一固定槽
1041和第二固定槽301中。所述的固定块800用于将安装部分2011顶紧固定在第一固定槽
1041或第二固定槽301中。
当冲击地压产生时，通过巷道顶板对顶部支撑组件100产生的冲击压力会传递到
连接座104上，所述的连接座104会产生向下的冲击力和位移。此时，缓冲板簧201首先会缓
冲掉大部分的冲击力，若是冲击力过大，支撑块202就会向下发生位移，使套在连接筒2021
上的缓冲弹簧802向下压缩以吸收剩余的冲击力。
通过缓冲板簧201和缓冲弹簧802对冲击力进行两级吸收、缓冲，不仅能够使支架
对冲击力的反应非常及时，也能够最大限度地吸收掉冲击力，提高缓冲板簧201和缓冲弹簧
802的使用寿命。
所述的缓冲支撑组件400包括支撑底座401，所述的支撑底座401上设有密封槽
4011，所述的密封槽4011与缓冲连接柱304一端装配，所述的缓冲连接柱304另一端固定在
支撑柱300底部；
所述的缓冲连接柱304底面与密封槽4011底面之间装有液压油（图中未画出），且所述
的密封槽4011底部设有第一高压油管402，所述的第一高压油管402将密封槽4011与第二高
压油管700一端连通，所述的第二高压油管700另一端与压力阀600连通，所述的压力阀600
通过另一第二高压油管700与另一支架的第一高压油管402连通（参见图1）。
当产生冲击地压时，顶部支撑组件100所受的冲击力会通过支撑柱300传递到缓冲
连接柱304上，此时，所述的缓冲连接柱304向下运动挤压密封槽401内的液压油，所述的密
封槽401内的液压油会随着缓冲连接柱304的挤压进入另一与其通过第二高压油管700连接
的支架的密封槽401中，这就能够提高该支架的支撑刚度，使其以较高的刚度支撑巷道顶
板，大大的提高了该支架的抗冲击能力和支撑效果以及对冲击地压的吸收、让位能力。
参见图10，为了防止两个支架间通过第二高压油管700直接连接而导致支架对压
力反应太过灵敏而造成支撑不稳、影响缓冲支撑组件400的使用寿命，可在第二高压油管
700上设置压力阀600；
所述的压力阀600包括本体601，所述的本体601中设有第一油道602、第二油道608、开
关滑槽605；
所述的第一油道603一端连通第二油道608，另一端与开关滑槽605端部连通；
所述的开关滑槽605中安装有开关滑块607，所述的开关滑块607两端与开关滑槽两端
面之间分别设有一复位弹簧606，所述的复位弹簧606两端分别与开关滑块607端面和开关
滑槽605端面连接固定；
所述的第二油道608开口端固定有油道连接管602；初始状态时，所述的开关滑块607正
好将第二油道608挡断，使第二油道608内的液压油无法流通。
所述的油道连接管602分别与第二高压油管700连接，当开关滑块607一侧的第二
油道608中的油压增加时，该侧的液压油会通过第一油道603进入开关滑槽605中，并推动开
关滑块607直到开关滑块607不再挡断第二油道608，此时高压端的液压油就会进入低压端，
最后通过第二高压油管进入低压端的支架中提高该支架的刚性。
所述的支撑底座401还包括滑块安装腔4012和通槽4013，所述的滑块安装腔4012
中安装有T形滑块404，所述的T形滑块404的滑块部分4042穿过通槽4013与通槽4013装配，
所述的T形滑块404的端部部分4041与滑块安装腔4012侧壁之间设有方簧405；所述的滑块
安装腔4012中还安装有凸轮杆403，所述的凸轮杆403包括凸轮部分4031、安装部分4032、杆
体4033，所述的杆体4033一端与凸轮部分4031连接。另一端穿过支撑底座401且伸出支撑底
座401；
所述的安装部分4032装入安装盲孔4014中，且与安装盲孔4014通过螺纹旋合装配。
使用时，转动杆体4033，所述的杆体4033带动凸轮部分4031转动，凸轮部分4032转
动时会顶动端部部分4041，使滑块部分4042向外伸出。优选地，在凸轮部分将滑块部分4042
顶出到最大位置时，安装部分4032与安装盲孔4014的螺纹正好旋合完，这样就能方便使用
者判断滑块部分是否已经伸出到最大位置。
参见图1-图2，当支架与底座500安装时，首先将缓冲支撑组件400的支撑底座401
装入底座安装槽501中，然后转动杆体4033使凸轮部分将T形滑块404顶出，直到滑块部分
4042与安装卡槽502装配、卡紧即可。本结构能够灵活调整支架在底座上的安装位置，同时
安装起来非常的方便。
参见图11-图13冲击地压在对支架产生冲击时，其瞬间冲击力是非常大的，而气杆
与高压气囊是直接连通的，这就可能导致支架被冲击时由于高压气囊内的气压过大而使气
囊损坏。故在支架上接一个泄压阀组件，当压力过大时高压气体能够自动打开泄压阀组件
进行泄压，从而保护高压气囊以及相关的气管。
所述的泄压阀组件通过第六气管A300一端与高压气囊连通，所述的第六气管A300
另一端与泄压阀组件连通。
所述的泄压阀组件包括第一主体部分A600、第二主体部分A100，所述的第二主体
部分A100中设有第一气道A101，所述的第六气管A300与第一气道A101底部连通；
所述的第二主体部分A100上还设有密封滑槽A102，所述的密封滑槽A102与密封滑块
A700装配且所述的密封滑块A700能够在密封滑槽A102中滑动；
参见图13，所述的密封滑块A700右端装入第一主体部分A600的动力滑槽A601中，所述
的动力滑槽A601右端与动力气管A400连接，所述的动力气管A400与第六气管A300连通；
所述的第二主体部分A100左侧设置有弹性带A500，所述的弹性带A500两端与第二主体
部分A100的左端面连接固定，中间部分与密封滑块A700左端面接触顶紧或连接固定。
所述的弹性带应采用弹性材料制成，如橡胶、硅胶等。
所述的密封滑槽A102将第一气道A101截断成两部分，且所述的密封滑块A700上设
有开关通孔A701。初始状态时，所述的开关通孔A701不与第一气道A101正对即不连通第一
气道A101，此时高压气囊内的高压气体无法通过第一气道A101。
所述的第一气道A101顶部与排气管A200一端连通，所述的排气管另一端伸出第二
主体部分A100。
当高压气囊中的压力过大时，高压气体会进入动力滑槽A601中，并推动密封滑块
A700向左运动直到开关通孔A701将第一气道A101连通。此时，高压气囊内的高压气体就会
通过第一气道进入排气管A200排出，从而降低高压气囊内的气压。
当高压气囊内的气压恢复正常后，动力气管A400对密封滑块A700提供的推力会小
于弹性带A500对密封滑块A500的推力，此时，密封滑块A700会在弹性带A500的作用下向右
运动，直到恢复初始位置。
通过泄压阀组件既能够及时打开对高压气囊进行泄压，又能够维持高压气囊内的
气压。故其能够对高压气囊提供很好的保护作用且不影响高压气囊的工作。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无
需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术
人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的
技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。