一种用于防治沿空掘巷煤柱侧大变形的吸能装置的制作方法

1.本发明涉及煤矿巷道加固技术领域，具体为一种用于防治沿空掘巷煤柱侧大变形的吸能装置。


背景技术：

2.沿空掘巷指沿采空区边缘或很窄的煤柱掘进巷道，目的是将巷道与采空区隔离。在沿空掘巷过程中，当上区段采空后，其附近岩块会垮落下沉，靠近窄煤柱一侧的岩块旋转下沉时，会对窄煤柱和沿空掘巷产生影响。这种影响表现在：窄煤柱会被压缩，从而造成窄煤柱这一侧变形很大，会产生向巷道内的膨胀挤压变形。同时靠近窄煤柱这一侧的顶板，与实体煤这一侧的顶板相比，下沉更严重。也就是说，如果以沿空掘巷中心线为对称轴，煤柱侧的变形要比实体煤侧的变形大。因此此类巷道控制变形的重点也就放在了煤柱侧。
3.针对煤柱侧变形的防治，目前主要包括：(1)加大煤柱侧支护强度，简而言之，就是煤柱侧的帮部和顶板，用更多地锚索、锚杆来进行支护，加大支护密度和强度。但这种方式，仍存在锚杆拉断、锚索脱落等现象。(2)注浆加固。简而言之，就是通过向煤柱里注浆，提高煤柱的整体强度。但是这种方式，注浆成本较高、工序复杂、效率较低，降低了采掘速度。
4.因为煤柱大变形的本质是岩块旋转下沉，作用在煤柱上，从而使煤柱内部积蓄了大量弹性能。在这种弹性能的驱使下，煤柱以大变形的形式来释放这种弹性能。
5.因此，本领域技术人员提供了一种用于防治沿空掘巷煤柱侧大变形的吸能装置，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于防治沿空掘巷煤柱侧大变形的吸能装置，其包括：
7.防变形装置，纵向设置，安装于窄煤柱左、右侧面，并通过左右贯穿窄煤柱的锚杆二衔接牵拉；
8.吸能装置，设置于上区段采空区与窄煤柱左侧面之间，并位于左侧所述防变形装置左侧，且所述吸能装置包括有呈水平阵列式结构设置多组的吸能组件一、吸能组件二，每组所述吸能组件一上方均安装有嵌入岩块内部的锚杆一，所述吸能组件二与所述吸能组件一一一对应设置，且所述吸能组件二安装于所述吸能组件外侧。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述锚杆一、锚杆二均为多段式拼接结构，其拼接端由铰接连件衔接。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述吸能组件一包括：
11.支撑筒，纵向设置，其内部装有液压油，形成液压腔室，且所述支撑筒底端开设有导油口，相邻所述支撑筒底端的导油口通过连通管相连通，所述连通管上安装有预警阀，所述预警阀内部设有流体测速仪，监测所述连通管内部流体流动状态；
12.密封塞，被配置为两组，上下平行设置，且通过弹力支撑件二相衔接，并嵌入所述
支撑筒内部滑动连接，上下方所述密封塞所夹空腔形成气压腔室，位于上方所述密封塞的内部安装有气泵；
13.顶压杆，纵向设置，其下端与位于上方的所述密封塞上端相连接，其上端安装有负载座二，所述负载座二上端面铰接有锚杆一。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述液压油中设有预警球，所述预警球呈球形空壳结构，其内部安装有压裂感应器，监测预警球结构形态。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述锚杆一以竖向、摆斜结构且呈交替式设置方式，分别安装于不同的所述负载座二上端面上；
16.且竖向结构设置的相邻所述锚杆一水平并列，摆斜结构方式的相邻所述锚杆一所夹角度均为5
°
。
17.作为本发明的一种优选技术方案，与竖向、摆斜结构分别对应的所述锚杆一分别对应的所述顶压杆上下端连接方式分别为铰接连接、固定连接，且其分别对应的所述支撑筒上端分别安装有导向滑罩、转辊，均位于对应所述顶压杆的外侧；
18.且以铰接连接方式对应的所述顶压杆，其下压移至对应所述支撑筒内部，向左、右倾斜的范围夹角均为0
°
至5
°
。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述吸能组件二包括：
20.固定层垫，设置于所述支撑筒底端，且呈层叠结构，并设有间隙监测仪；
21.导轨，被配置为四组，纵向呈圆周排列对应安装于所述支撑筒外侧壁；
22.负载座三，被配置为八组组，四组所述负载座三对应滑动连接在对应所述导轨上，四组所述负载座三对应呈圆周排列固定连接在所述支撑筒下端对应外侧壁上，且位于所述支撑筒对应侧的上下方所述负载座三通过导向杆件衔接，处于水平相对应的对应负载座三通过连杆相衔接；
23.套环板，被配置为两组，均套在所述支撑筒外侧，呈向下平行设置，上方所述套环板固定在上方对应侧所述负载座三下端面，构成整体同步滑动结构，下方所述套环板固定在下方对应侧所述负载座三上端面，构成整体固定结构；
24.弹力支撑件三，套在所述支撑筒外侧，其上下端分别与上下方所述套环板相连接；
25.弹力支撑件四，配置为四组，均铰接在上方对应所述负载座三上，且其中心处均通过液压杆与对应所述负载座二相连接，且相邻相对应所述液压杆初始夹角为45
°
，且其上端铰接在相邻的对应所述负载座二上，其倾斜角与竖平面初始、终止夹角分别为15
°
、30
°
。
26.作为本发明的一种优选技术方案，所述防变形装置包括：
27.凹型板架，被配置为两组，贴附在窄煤柱左右侧面，其内部纵向板件面上安装有隔档板件，呈条形结构设置，相邻所述隔档板件上下端铰接连接，且左右侧所述隔档板件通过锚杆二相衔接，所述凹型板架呈水平形态的上下方内侧板之间安装有纵向的滑轨，且左、右侧所述滑轨分别与内侧板滑动连接、固定连接，位于左侧所述滑轨左侧轨面上安装有负载座一，所述负载座一铰接在位于靠近窄煤柱侧的弹力支撑件四与液压杆同铰接端处；
28.弹力支撑件一，被配置为多组，均横向设置，用于对应侧所述滑轨与隔档板件的衔接。
29.作为本发明的一种优选技术方案，所述隔档板件中隔档板结构以其中心为对称轴，呈上下对称设置。
30.作为本发明的一种优选技术方案，所述锚杆二所处嵌入的杆腔呈后、前交错开设。
31.与现有技术相比，本发明提供了一种用于防治沿空掘巷煤柱侧大变形的吸能装置，具备以下有益效果：
32.1、本发明中在窄煤柱侧设置用于吸收岩块下落后，产生的重力势能，降低重力势能转换至窄煤柱内弹性势能的转换量，进而降低窄煤柱内部弹性势能较大，向外膨胀变形，而本结构中的吸能组件一通过液压油的液体流动性支撑结构方式，及吸能组件二的弹性可变形式结构支撑方式，并由弹性可变形结构触发液体流动性支撑结构相互配合调节，且能够自行适配不同区域的岩块的下压强度，对于下压较强的局部岩块，在油液下降的同时，使得对下压较弱的局部压块产生较大顶压，从而使得岩块不易乱流落，且使得本结构装置对于各区域的岩块的下压强度，均能达到最佳顶压阻力，以及配合定向、可微斜的顶压杆，使得对岩块的固定支承更加稳定牢固，降低了岩块流向窄煤柱侧的概率，进而降低对窄煤柱侧进行挤压，从而避免直接作用至窄煤柱侧，造成窄煤柱内部积累大量弹性势能。
33.2、本发明中通过吸能装置将岩块下落产生的重力势能，分别转换为液压、弹性支承竖向内能，一部分转化传至水平弹性势能，使其相对均匀的横向施压至窄煤柱中，从而使得窄煤柱所受外力较为均为且均相对为横向，从而使得窄煤柱所受外力、所产生的弹性势能均较为均匀，从而有效较低窄煤柱大变形概率。
附图说明
34.图1为本发明的吸能装置安装结构示意图；
35.图2为本发明的吸能装置结构放大示意图；
36.图3为本发明的吸能装置局部结构放大示意图；
37.图4为本发明的吸能装置部分原理放大示意图；
38.图5为本发明的防变形装置中锚杆杆腔右视局部结构放大示意图；
39.图中：1、沿空掘巷；2、窄煤柱；3、铰接连件；4、上区段采空区；5、岩块；6、吸能装置；7、防变形装置；8、吸能组件一；9、吸能组件二；10、连杆；11、锚杆一；12、锚杆二；71、隔档板件；72、凹型板架；73、滑轨；74、负载座一；75、弹力支撑件一；81、支撑筒；82、液压油；83、连通管；84、预警阀；85、预警球；86、密封塞；87、弹力支撑件二；88、顶压杆；89、负载座二；810、气泵；91、固定层垫；92、导轨；93、负载座三；94、套环板；95、弹力支撑件三；96、导向杆件；97、弹力支撑件四；98、液压杆。
具体实施方式
40.参照图1-5，本发明提供一种技术方案：一种用于防治沿空掘巷煤柱侧大变形的吸能装置，其包括：
41.防变形装置7，纵向设置，安装于窄煤柱2左、右侧面，并通过左右贯穿窄煤柱2的锚杆二12衔接牵拉；
42.吸能装置6，设置于上区段采空区4与窄煤柱2左侧面之间，并位于左侧所述防变形装置7左侧，且所述吸能装置6包括有呈水平阵列式结构设置多组的吸能组件一8、吸能组件二9，每组所述吸能组件一8上方均安装有嵌入岩块5内部的锚杆一11，所述吸能组件二9与所述吸能组件一8一一对应设置，且所述吸能组件二9安装于所述吸能组件8外侧；
43.此结构中，防变形装置，主要用于，分化横向施压于窄煤柱的应力，并以纵向相对呈平面式结构贴附于窄煤柱侧，呈左右平行夹持结构，并对，造成窄煤柱横向扩张膨胀的弹性势能进行吸收，并为窄煤柱提供相对横向的牵拉支承力，避免窄煤柱侧膨胀；
44.吸能装置，主要通过，弹性可形变式结构和液压支承结构方式，配合并阻止，相对处于窄煤柱侧与上区段采空区之间的上方岩块的逆时针下旋落，从而，将直接作用至窄煤柱侧，促使窄煤柱内部受到挤压产生的弹性势能，进行纵向吸收，并将水平转化的势能，传递至防变形装置中，对窄煤柱侧横向施压，降低窄煤柱侧所受不规则且多方向的应力；
45.锚杆一，主要用于，强化窄煤柱自身牢固强度；
46.锚杆二，主要用于，与岩石锁紧，并相对阻止岩石下落。
47.本实施例中，所述锚杆一11、锚杆二12均为多段式拼接结构，其拼接端由铰接连件3衔接；
48.此结构设计，能够增强锚杆可形变性能，避免锚杆设置较长，受力易断裂。
49.本实施例中，所述吸能组件一8包括：
50.支撑筒81，纵向设置，其内部装有液压油82，形成液压腔室，且所述支撑筒81底端开设有导油口，相邻所述支撑筒81底端的导油口通过连通管83相连通，所述连通管83上安装有预警阀84，所述预警阀84内部设有流体测速仪，监测所述连通管83内部流体流动状态；
51.密封塞86，被配置为两组，上下平行设置，且通过弹力支撑件二87相衔接，并嵌入所述支撑筒81内部滑动连接，上下方所述密封塞86所夹空腔形成气压腔室，位于上方所述密封塞86的内部安装有气泵810；
52.顶压杆88，纵向设置，其下端与位于上方的所述密封塞86上端相连接，其上端安装有负载座二89，所述负载座二89上端面铰接有锚杆一11；
53.此结构设计，主要用于，适配，岩块下旋落时，不同下落点所相对下落不同的施压强度、距离、方向的岩块，如，在应对岩块下落时，触发液压腔室及其相应构件结构时，对于，下压较强的下落点区域岩块，其对应的支撑筒内部的液压油，与下压较弱的下落点区域岩块，其对应的支撑筒内部的液压油，通过连通管的导流，其液压油液面自行上升、下降配合，并直至所有液压油液面达到某一平衡点，或实时配合岩块的下降，并实时调节配合；
54.需要注意的是，一组支撑筒下端的导油口的开设数量为，与其相邻的支撑筒的设置数量，主要用于，增强液压油的流动调节速率，以及整体结构的整体性、独立性，其中，整体性，即为，整体液压油流动调节，独立性，即为，某一或局部出现液压油漏油状况，由流体测速仪监测对应所处的液压油流速的瞬变量变化，并反馈至预警阀中，关闭对应连通管，从而提高本结构装置的安全运行强度及灵活性；
55.预警阀，流速监测元件，主要用于，隔断受损装置及管道，并传递警报信号，通过监测液压油经管道传递时的流速变化，即，监测流速瞬间增大时，则装置密封受损泄露，由流速监测元件将信号反馈至预警阀，由预警阀瞬间关闭阀门隔断相邻管道；
56.气泵，主要用于，监测和调控气压腔室内部气压。
57.本实施例中，所述液压油82中设有预警球85，所述预警球85呈球形空壳结构，其内部安装有压裂感应器，监测预警球85结构形态；
58.此结构设计，主要用于，监测液压油对支撑筒产生的压强值是否达到最大承压强度，此中，预警球破裂强度值略小于支撑筒最大承压强度值，即，压裂感应器感应到预警球
破裂时，则反馈出对应岩石对应区域的支撑筒即将达到其承压临界值，并发出警报信号，从而提高沿空掘巷的施工作业的安全性能的监测。
59.本实施例中，所述锚杆一11以竖向、摆斜结构且呈交替式设置方式，分别安装于不同的所述负载座二89上端面上；
60.且竖向结构设置的相邻所述锚杆一11水平并列，摆斜结构方式的相邻所述锚杆一11所夹角度均为5
°
；
61.此结构设计，主要用于，监测增强与岩块的固定牵拉强度，使得预应力的方向错落交叉，进一步提高其支承、锁紧牢固强度；
62.作为最佳实施例，其摆斜方向为，远离窄煤柱侧方向，从而能够对岩块下旋落时，产生外扩支承趋势，相对提高岩块流离窄煤柱侧的概率，进而降低岩块流向窄煤柱侧的概率。
63.本实施例中，与竖向、摆斜结构分别对应的所述锚杆一11分别对应的所述顶压杆88上下端连接方式分别为铰接连接、固定连接，且其分别对应的所述支撑筒81上端分别安装有导向滑罩、转辊，均位于对应所述顶压杆88的外侧；
64.且以铰接连接方式对应的所述顶压杆88，其下压移至对应所述支撑筒81内部，向左、右倾斜的范围夹角均为0
°
至5
°
；
65.此结构设计，主要用于，将常规支撑结构中的定向直上直下中的一些装置，转化为可进行微斜调节改变，并与定向直上直下的装置，均呈交替式结构设置，从而降低了其上方支承的岩块的流动性，避免流落与窄煤柱侧，如，一组可微斜调节的顶压杆，及其所关联运行结构，则其相邻并呈十字结构的定向直上直下支承结构的顶压杆，及其对应所关联运行结构，形成外部固定顶托，向中心顶靠，促使岩块具有向中心并下落趋向，进而避免岩块乱流乱落；
66.此中，h1为顶压杆铰接点距其对应密封塞底端面的高度。
67.本实施例中，所述吸能组件二9包括：
68.固定层垫91，设置于所述支撑筒底端，且呈层叠结构，并设有间隙监测仪；
69.导轨92，被配置为四组，纵向呈圆周排列对应安装于所述支撑筒81外侧壁；
70.负载座三93，被配置为八组组，四组所述负载座三93对应滑动连接在对应所述导轨92上，四组所述负载座三93对应呈圆周排列固定连接在所述支撑筒81下端对应外侧壁上，且位于所述支撑筒81对应侧的上下方所述负载座三93通过导向杆件96衔接，处于水平相对应的对应负载座三93通过连杆10相衔接；
71.套环板94，被配置为两组，均套在所述支撑筒81外侧，呈向下平行设置，上方所述套环板94固定在上方对应侧所述负载座三93下端面，构成整体同步滑动结构，下方所述套环板94固定在下方对应侧所述负载座三93上端面，构成整体固定结构；
72.弹力支撑件三95，套在所述支撑筒81外侧，其上下端分别与上下方所述套环板84相连接；
73.弹力支撑件四97，配置为四组，均铰接在上方对应所述负载座三93上，且其中心处均通过液压杆98与对应所述负载座二89相连接，且相邻相对应所述液压杆98初始夹角为45
°
，且其上端铰接在相邻的对应所述负载座二89上，其倾斜角与竖平面初始、终止夹角分别为15
°
、30
°
；
74.此结构中，间隙监测仪，主要用于，监测固定层垫中所留间隙的该变量，进而判断出支撑筒的倾斜趋向，进而得出对应岩块的下压强度较大；
75.弹力支撑件四，其收缩终止时，相邻支撑筒上相近对应的弹力支撑件四，形成等边三角支撑结构，为此弹力支撑件四，终止收缩形态，从而达到最佳支承、稳定强度，且此中，h为弹力支撑件四收缩终止后，上端点下移的竖向距离，且，也为弹力支承杆件二的终止收缩长度，即为h；
76.导向杆，辅助负载座三下移，分化其倾斜扭力应力强度，降低负载座三的受压强度；
77.连杆，保证阵列式结构的支撑筒的稳定性。
78.本实施例中，所述防变形装置7包括：
79.凹型板架72，被配置为两组，贴附在窄煤柱2左右侧面，其内部纵向板件面上安装有隔档板件71，呈条形结构设置，相邻所述隔档板件71上下端铰接连接，且左右侧所述隔档板件71通过锚杆二12相衔接，所述凹型板架72呈水平形态的上下方内侧板之间安装有纵向的滑轨73，且左、右侧所述滑轨73分别与内侧板滑动连接、固定连接，位于左侧所述滑轨73左侧轨面上安装有负载座一74，所述负载座一74铰接在位于靠近窄煤柱2侧的弹力支撑件四97与液压杆98同铰接端处；
80.弹力支撑件一75，被配置为多组，均横向设置，用于对应侧所述滑轨73与隔档板件71的衔接；
81.此中，主要用于，将分化传递的势能，以相对水平的施加方式传至窄煤柱中，并再次配合弹力支撑件进行吸收。
82.本实施例中，所述隔档板件71中隔档板结构以其中心为对称轴，呈上下对称设置；
83.此结构中，如图5，为杆腔开设路径结构，且每层隔档板对应窄煤柱结构中的杆腔转折投影点，均为上一组杆腔中心投影点，从而提高对窄煤柱的牵拉牢固强度，降低窄煤柱大变形的概率。
84.本实施例中，所述锚杆二12所处嵌入的杆腔呈后、前交错开设。
85.在具体实施时，测量窄煤柱高度，以其中心为对称轴，选取合适隔档板件中隔档板的数量，并计算对应杆腔钻孔路径，将锚杆一、锚杆二对应装入岩块、窄煤柱中，将防变形装置安装在窄煤柱侧面，并对锚杆二一一对应衔接，将吸能装置安装在窄煤柱左侧与上区段采空区之间，并与防变形装置、锚杆一对应连接，加入的液压油可保持同一液面，并根据实际施工设置位置等环境因素，可适量调节，且结合弹力支撑件二、弹力支撑件三、弹力支撑件四进行调节，并调节至其对应设置结构位置，当岩块下落时，岩块下压负载座二后，达到由弹力支撑件四、弹力支撑件二配合顶压杆的支承强度的预设值后，其产生对应的收缩、下移，并通过弹力支撑件二、弹力支撑件三、弹力支撑件四级液压油的配合调控，由本装置自行调控适配出，与岩块相对应的最佳顶压，并对其下落产生的重力势能进行吸收，降低转化至窄煤柱中的弹性势能。
86.以上所述，仅为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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。