專利名稱：煤層巷道專用支護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種煤礦用支護(hù)裝置，特別是一種煤礦井下的煤層巷道專用支護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
煤礦井下煤層巷道開(kāi)鑿后，需要用支護(hù)裝置去支護(hù)已裸露的巷道圍巖，防止其在礦山壓力的作用下，發(fā)生變形，破壞和冒落。以滿足礦井通風(fēng)，運(yùn)輸?shù)男枰?，并保證礦工通行的安全。目前煤礦井下巷道支架有多種，按支架輪廓形狀分有梯形、矩形、拱形、圓形和橢圓形等。按支架工作特性分又有剛性和可縮性等。用礦用鋼材制作的支架，一般拱形、圓形和橢圓形為可縮性支架，梯形、矩形為剛性支架。
由于沉積的緣故，煤層頂板巖層多呈平板狀，反映在剖面上，煤層和頂板巖層的界面是直線狀。此時(shí)如果用拱形、圓形或橢圓形的支架去支護(hù)開(kāi)挖的煤層巷道，弧形的支架頂梁將與直線形的煤層頂板呈點(diǎn)接觸，從而使頂梁觸點(diǎn)在頂板下沉?xí)r承受集中載荷，見(jiàn)


圖1。(
圖1中A是煤層頂板，B是支架頂梁，C是柱腿，D是煤層底板，E是煤層。)故此在礦山壓力的作用下，支架易發(fā)生變形和損壞。若用梯形等剛性支架去支護(hù)煤層巷道，隨著煤礦綜合機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)裝備的應(yīng)用，大型生產(chǎn)設(shè)備越來(lái)越多，對(duì)擔(dān)負(fù)通風(fēng)、運(yùn)輸任務(wù)的煤層巷道斷面跨度的要求也越來(lái)越大。這樣梯形、矩形等剛性支架的直形頂梁會(huì)因其長(zhǎng)度的增加，頂梁本身將產(chǎn)生撓曲變形，見(jiàn)圖2。不僅影響了支架的支撐力，而且在礦山壓力的作用下，支架也易變形、損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種既能提供足夠的支護(hù)阻力，控制巷道圍巖變形，又具備一定的讓壓量，避免或減小支架在礦山壓力作用下產(chǎn)生的損壞。并且與拱形、圓形等弧形頂梁的支架相比，可改善頂梁與頂板的接觸面積；與梯形、矩形等剛性長(zhǎng)頂梁支架相比，可避免因頂梁長(zhǎng)度的增加，自身產(chǎn)生的撓曲變形的煤層巷道專用支護(hù)裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種煤層巷道專用支護(hù)裝置，包括頂梁、柱腿，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是，它為三節(jié)四心拱平直腿結(jié)構(gòu)，頂梁的中間段為直線形，兩端為弧線形，頂梁有兩個(gè)圓心角；柱腿的上段為弧線形，下段為直線形，每一柱腿各有一個(gè)圓心角；頂梁與柱腿的弧線段端部通過(guò)卡纜搭接。
所述的頂梁與柱腿的圓心角不相等，但均大于45°，頂梁與柱腿的曲率半徑的比值≥1.1。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本實(shí)用新型的頂梁、柱腿采用U型鋼材制作，卡纜也為金屬材料制作，故支架整體及各構(gòu)件均有一定的抗壓、抗拉和抗剪強(qiáng)度，可承受巷道頂板巖層施加的載荷。
由于本實(shí)用新型的頂梁中間段為直線形，與拱形、圓形和橢圓形等支架比較，一是和煤層頂板的接觸面積增大，改善了后者因與頂板點(diǎn)接觸而使支架承受的集中載荷，并提高了支架對(duì)頂板，特別是破碎頂板的支護(hù)面積和支護(hù)效果。二是在支架橫斷面內(nèi)，上部斷面的有效利用率較后者提高。
本實(shí)用新型的頂梁、柱腿的圓心角均大于45度，且曲率半徑不相等，從而保證了該裝置既具有可縮性能，又在下縮滑動(dòng)的過(guò)程中，搭接部位在卡纜的作用下產(chǎn)生更大的摩擦阻力。其支撐能力和抗變形能力明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
附圖圖面說(shuō)明
圖1、2是與本實(shí)用新型相比較的現(xiàn)有技術(shù)支護(hù)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型A-A向剖視圖。
圖5是本實(shí)用新型A-A向展開(kāi)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本實(shí)用新型。
本實(shí)用新型由頂梁1、柱腿2、卡纜11組成。如圖4，頂梁1為1節(jié)，柱腿2為2節(jié)，每個(gè)支架的構(gòu)件總數(shù)為3節(jié)，均用U型鋼材制作。本實(shí)用新型的輪廓形狀如圖3，是一三節(jié)四心拱平頂直腿可縮性支架。它的頂梁1的中間段3是一直線形，兩端4為弧線形。頂梁1有兩個(gè)圓心角5。柱腿2的形狀分為兩段，其上部6為弧線形，下部7為直線形，兩個(gè)柱腿各有1個(gè)圓心角8。頂梁1和柱腿2的弧形段的圓心角5、8均大于45度。頂梁1的曲率半徑9和柱腿2的曲率半徑10不相等，其比值≥1.1。頂梁1與柱腿2的弧形段端部相搭接，搭接部位用卡纜11夾緊。卡纜11的扭矩≥0.15KN.m，使得本實(shí)用新型具有巨大的支撐能力。當(dāng)煤層頂板巖石施加的載荷大于本實(shí)用新型的支護(hù)阻力時(shí)，頂梁1與柱腿2的搭接部位向下滑動(dòng)，產(chǎn)生讓壓量，具有可縮性能。
本實(shí)用新型的型式試驗(yàn)按照本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制作了9架不同斷面規(guī)格的支架，在國(guó)家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行了型式試驗(yàn)。試驗(yàn)是在該中心的巷道支架試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，模擬巷道頂板巖層向支架頂梁施加載荷后，測(cè)試支架的工作特點(diǎn)。試驗(yàn)執(zhí)行MT194-89標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)結(jié)果如下表表1 型式試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)支架試驗(yàn)臺(tái)加載油缸施加于支架頂梁的載荷達(dá)到一定值時(shí)，頂梁1與柱腿2的搭接部位產(chǎn)生滑動(dòng)。支架始動(dòng)載荷的大小取決于卡纜11上緊扭矩。當(dāng)扭矩為0.15KN.m時(shí)。始動(dòng)載荷為225KN，當(dāng)扭矩為0.2KN.m時(shí)，始動(dòng)載荷為326.6KN。本實(shí)用新型的始動(dòng)載荷，平均高于相同斷面拱形可縮性支架21.7％。
由于本實(shí)用新型的頂梁1和柱腿2的圓心角及曲率半徑不同，搭接部位在滑動(dòng)過(guò)程中，卡纜11的夾緊程度將逐漸增加，促使支架工作阻力提高，并與頂板壓力相平衡，此時(shí)支架將停止滑動(dòng)，頂板也停止沉降。這樣周而復(fù)始，直到支架的最大承載能力。實(shí)測(cè)的支架平均最大承載能力為405.8KN(此時(shí)實(shí)測(cè)卡纜扭矩已由初始0.15KN.m增加到0.25KN.m)，高于梯形、矩形等剛性支架104.5％。它說(shuō)明，本實(shí)用新型具有增阻工作特性，有利于控制頂板沉降。
實(shí)測(cè)到本實(shí)用新型的搭接部位的滑動(dòng)量為279mm。若是
圖1、2中的剛性支架，在頂板巖層如此大的沉降量下，其構(gòu)件早已發(fā)生了嚴(yán)重的屈服變形或破壞變形。這表明，本實(shí)用新型具有較強(qiáng)的抗變形能力。
當(dāng)加載油缸對(duì)頂梁1施加到最大載荷時(shí)，實(shí)測(cè)到試驗(yàn)臺(tái)支座的被動(dòng)載荷為204.9KN，僅為前者的50.5％。它說(shuō)明，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)可以分解頂板施加于支架的垂直壓力，使頂板壓力通過(guò)柱腿2向煤層巷幫傳遞。其優(yōu)點(diǎn)是，可以控制巷道兩幫煤巖體體向巷道空間的位移。減少了對(duì)煤層底板的壓力，防止或減少了底板向巷道空間鼓起位移。
權(quán)利要求1.一種煤層巷道專用支護(hù)裝置，包括頂梁、柱腿，其特征在于，它為三節(jié)四心拱平頂直腿結(jié)構(gòu)，頂梁的中間段為直線形，兩端為弧線形，頂梁有兩個(gè)圓心角；柱腿的上段為弧線形，下段為直線形，每一柱腿各有一個(gè)圓心角；頂梁與柱腿的弧線段端部通過(guò)卡纜搭接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層巷道專用支護(hù)裝置，其特征在于，頂梁與柱腿的圓心角不相等，但均大于45°，頂梁與柱腿的曲率半徑的比值≥1.1。
專利摘要一種煤層巷道專用支護(hù)裝置，包括頂梁、柱腿。它為三節(jié)四心拱平頂直腿結(jié)構(gòu)，頂梁的中間段為直線形，兩端為弧線形，頂梁有兩個(gè)圓心角；柱腿的上段為弧線形，下段為直線形，每一柱腿各有一個(gè)圓心角；頂梁與柱腿的弧線段端部通過(guò)卡纜搭接。頂梁與柱腿的圓心角不相等，但均大于45°，頂梁與柱腿的曲率半徑的比值≥1.1。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，斷面利用率高，抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，并具有較強(qiáng)的抗變形能力和承載能力，是理想的煤礦井下煤層巷道用支架。
文檔編號(hào)E21D15/00GK2572002SQ0225366
公開(kāi)日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者劉義生, 裴廣文, 趙樹(shù)榮, 溫大維 申請(qǐng)人:開(kāi)灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司錢(qián)家營(yíng)礦業(yè)分公司