一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置

1.本发明涉及巷道支护技术领域，适用于煤矿井下松软破碎带巷道，该类巷道在矿井某一采区或阶段的采矿作业接近尾声时，巷道围岩发生变形破碎，巷道有一定冒顶危险性，但是重新支护又存在成本高，工序繁杂的巷道工程条件，具体涉及松软破碎带巷道“四柱两梁一面”的组合支架及其施工方法。


背景技术：

2.井工巷道支护工程稳定是地下资源安全开采的重要保障，但由于地下岩层条件的复杂恶劣，加之受到采动矿压的剧烈影响，即使开掘初期围岩条件好的巷道，在某一采区或阶段的采矿作业接近尾声时也会产生围岩破碎，松软等现象。对于煤矿井下的锚喷网支护的巷道，在某一采区或阶段的采矿作业接近尾声时，巷道围岩发生变形破碎，且有一定冒顶危险的巷道工况，传统的技术方法及其经验是修复破损巷道，重新支护的技术方案，但存在成本高、支护工序繁杂等问题。
3.针对此类松软破碎带巷道支护问题，以及当前先修复巷道破碎围岩，然后重新支护的技术方案的经济性欠缺的缺陷，在分析松软破碎带巷道围岩破坏变形力学机理及巷道围岩控制力学原理的基础上，提出一种结构简单、施工操作简单、制造成本低、承载能力大、可组合拆解重复利用的，并实现在松软破碎带巷道冒顶后，组合支架可沿着预设的轨迹滑移，在巷道中形成三角形稳定区，目的是经济有效地预防松软破碎带巷道的冒顶堵巷风险，满足地下支护工程的安全需求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置，旨在解决上述技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置，包括两根承重立柱和两根阻尼立柱；两根所述承重立柱之间的顶端连接有第一承压纵梁；对应的所述承重立柱和所述阻尼立柱之间的顶端连接有收缩横梁，所述收缩横梁与所述阻尼立柱的连接端能够沿着所述阻尼立柱向下滑移；两根所述收缩横梁远离所述第一承压纵梁的端头之间连接有第二承压纵梁；所述第一承压纵梁和所述第二承压纵梁之间连接有收缩式副梁；所述收缩式副梁能够实现在所述第一承压纵梁和所述第二承压纵梁之间的伸长。
7.本发明为解决煤矿井下开掘初期围岩条件好的锚喷网支护的巷道，因受到采动矿压的影响，在某一采区或阶段的采矿作业接近尾声时产生围岩破碎，松软等现象且有一定冒顶危险的巷道的工况安全问题，并满足此类巷道支护的快速施工，以及生产运输和通风安全要求。本发明提出一种通过由承重立柱，阻尼立柱，收缩横梁及收缩式副梁组成“四柱两梁一面”的组合支架结构，进而实现巷道顶板冒顶后，支架会在巷道横截面处形成三角形的安全空间，在发生巷道冒顶事故后，防止人员被冒落岩块砸伤以及冒顶岩石堵巷情况的
发生，方便巷道冒顶后施工人员逃生，以及为后续救援工作展开提供通道，并同时满足支护装置的快速安装与拆卸的巷道组合支架。
8.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，所述承重立柱和所述阻尼立柱底端均具有支架固定底座，所述承重立柱和所述阻尼立柱外侧均套设有支架固定器，所述支架固定底座和所述支架固定器均通过支架固定锚杆固定在围岩的底板和岩帮上。
9.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，所述承重立柱和所述阻尼立柱顶端均安装有固定液压千斤顶，与所述固定液压千斤顶依次连接的千斤顶乳化液管和千斤顶注液口沿所述承重立柱和所述阻尼立柱内侧布置。
10.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，所述阻尼立柱内部布置有倒梯形阻尼槽，所述倒梯形阻尼槽底部与所述阻尼立柱底部相连，所述倒梯形阻尼槽顶部连接有收缩横梁安装凹槽；所述收缩横梁安装凹槽布置在阻尼立柱的顶端，所述收缩横梁安装凹槽上部外侧布置收缩横梁安装凹槽防突盖板，所述收缩横梁安装凹槽防突盖板能够沿着盖板活动轴开合，且可由盖板固定螺丝固定在所述阻尼立柱上；所述收缩横梁的端头能够连接在所述收缩横梁安装凹槽内，且在顶板竖直方向的压力作用下沿着所述倒梯形阻尼槽向下滑移。
11.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，所述收缩横梁包括伸缩套设的收缩横梁固定端和收缩横梁移动端；所述收缩横梁固定端上部连接有收缩横梁弹性卡扣，所述收缩横梁移动端上部具有斜槽型收缩横梁卡槽，所述收缩横梁弹性卡扣与所述收缩横梁卡槽具有单向伸缩性，使得所述收缩横梁进行单向伸缩运动；所述收缩横梁移动端端头固定有阻尼滑动端头，所述阻尼滑动端头安装在所述收缩横梁安装凹槽内，所述收缩横梁和所述收缩式副梁上部受力后，所述阻尼滑动端头沿着所述倒梯形阻尼槽向所述阻尼立柱下部滑移。
12.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，所述收缩式副梁包括多个并列连接在两根所述收缩横梁之间的多个收缩式支护板单元，多个所述收缩式支护板单元的两侧与所述收缩横梁连接。
13.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，所述收缩式支护板单元包括收缩式支护板移动端和收缩式支护板固定端；所述收缩式支护板移动端和所述收缩式支护板固定端两侧各连接一个收缩式支护板副梁，所述收缩式支护板副梁之间连接多个收缩式支护板横梁移动端和所述收缩式支护板横梁固定端，铁丝网焊接在所述收缩式支护板横梁移动端和所述收缩式支护板横梁固定端，以及所述收缩式支护板副梁上；所述收缩式支护板移动端和收缩式支护板固定端之间形成滑动开槽，使得所述收缩式支护板移动端和收缩式支护板固定端之间能够相互滑动。
14.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，所述收缩式支护板单元之间的连接，以及与所述收缩横梁、所述第一承压纵梁和所述第二承压纵梁之间的连接，均通过多个铰接扣连接。
15.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，所述承重立柱和所述阻尼立柱与所述收缩横梁和所述第一承压纵梁之间的连接，以及所述收缩横梁与所述第二承压纵梁之间的连接，均通过底座和销轴连接。
16.优选的，在上述一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置中，两根所述承重立柱布置的一侧的围岩坚硬度大于两根所述阻尼立柱布置的一侧的围岩坚硬度。
17.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置，这种支护装置布置在顶板为松软破碎带的巷道，当顶板冒顶时，顶板岩块压在收缩横梁，第一承压纵梁，第二承压纵梁和收缩式副梁上，阻尼滑动端头沿着阻尼立柱的倒梯形阻尼槽下滑，顶板处的收缩横梁、收缩式副梁沿着阻尼立柱一侧下移至巷道底板，从而在巷道形成一个三角形安全空间，防止人员被冒落岩块砸伤以及冒顶堵巷事故发生，方便巷道冒顶后施工人员逃生，以及为后续救援工作展开提供通道。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
19.图1为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的结构透视示意图；
20.图2为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的侧视结构示意图；
21.图3为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的正视结构示意图；
22.图4为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的俯视结构示意图；
23.图5为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的承重立柱结构透视示意图；
24.图6为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的承重立柱结构正视示意图；
25.图7为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的承重立柱结构侧视示意图；
26.图8为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的承重立柱结构俯视示意图；
27.图9为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的阻尼立柱结构透视示意图；
28.图10为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的阻尼立柱结构正视示意图；
29.图11为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的阻尼立柱结构侧视示意图；
30.图12为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的阻尼立柱结构俯视示意图；
31.图13为本发明提供的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的收缩横梁
收缩式支护板固定端；30-螺栓固定孔；31-第二承压纵梁固定底座；32-承压纵梁固定螺栓；33-收缩横梁安装凹槽；34-收缩横梁固定端；35-收缩横梁安装凹槽防突盖板；36-盖板活动轴；37-盖板固定螺丝；38-收缩横梁移动端；39-收缩横梁活动轴孔；40-阻尼滑动端头；41-收缩横梁弹性卡扣；42-收缩横梁卡槽；43-收缩横梁截面；44-底座固定孔；45-承压纵梁连接底座安装孔；46-收缩式副梁连接底座安装孔；47-收缩式支护板副梁；48-滑动卡槽。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.本发明实施例公开了一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置，包括：承重立柱1，阻尼立柱2，收缩横梁3，第一承压纵梁4，第二承压纵梁5，收缩式副梁6和支架固定锚杆7。
51.如图5～8所示：承重立柱1高度和巷道高度相一致，结构为空心方形钢管，其底部布置支架固定底座11，并在支架固定底座11左右侧各设置一个支架固定孔10，通过支架固定锚杆7固定在底板上；其中部，将稍大于承重立柱尺寸的支架固定器12套在承重立柱1外侧，并用支架固定锚杆7将支架固定器12和支架固定底座11固定在巷道实体岩壁一侧；承重立柱1顶部左右侧各有一个第一承压纵梁固定底座22，可用螺栓通过承压纵梁螺栓固定孔17将第一承压纵梁4固定在第一承压纵梁底座22上。在第一承压纵梁另一端，通过螺栓与另外一个承重立柱1顶部的第一承压纵梁固定底座22相连；承重立柱1顶部正面由收缩横梁活动底座26和收缩横梁滑移支撑底座27构成，收缩横梁3通过螺栓固定在收缩横梁活动底座26上，可沿着收缩横梁活动轴25进行纵向圆周移动，收缩横梁滑移支撑底座27布置在收缩横梁活动底座26下方，收缩横梁3受压转动之后，收缩横梁3底部压在收缩横梁滑移支撑底座27的斜面上，形成一个稳固的支撑点；承重立柱1顶部安装一个固定液压千斤顶21，千斤顶乳化液管8、千斤顶注液口9沿承重立柱1内侧布置。
52.如图9～12所示：阻尼立柱2高度和巷道高度相一致，结构为空心方形钢管，其底部布置支架固定底座11；其中部外侧，将稍大于承重立柱尺寸的支架固定器12套在阻尼立柱2外侧，并用固定锚杆7将支架固定器12和支架固定器底座11固定在巷道岩壁强度较弱一侧或采空区一侧。阻尼立柱2中上段内部，布置一个薄钢板制成的倒梯形阻尼槽18，倒梯形阻尼槽18底部与阻尼立柱2底部相连，倒梯形阻尼槽18顶部与收缩横梁安装凹槽33相连；阻尼立柱2上端内部布置收缩横梁安装凹槽33，收缩横梁安装凹槽33上部为长方体，下部位“凹”型结构，收缩横梁安装凹槽33上部外侧布置收缩横梁安装凹槽防突盖板35，盖板35可沿着盖板活动轴36开合，并且可由盖板固定螺丝37固定在阻尼立柱2上。
53.如图13～16所示：收缩横梁3由收缩横梁固定端34和收缩横梁移动端38组成，收缩横梁固定端34一侧布置收缩横梁活动轴孔39，通过高强度螺栓与承重立柱1上端的收缩横梁活动轴25相连接，收缩横梁固定端34上部布置收缩横梁弹性卡扣41，收缩横梁移动端38上部布置斜槽型收缩横梁卡槽42，收缩横梁弹性卡扣41与收缩横梁卡槽42具有单向伸缩性，可使收缩横梁3进行单向伸缩运动。收缩横梁移动端38端头侧面有第二承压纵梁固定底
座31，它与第二承压纵梁5连接。收缩横梁移动端38端头布置t型阻尼滑动端头40，可放置于阻尼立柱2上部收缩横梁安装凹槽33内，收缩横梁安装凹槽33底部与倒梯形阻尼槽18顶部相连，收缩横梁3上部受力后，阻尼滑动端头40沿着倒梯形阻尼槽18向阻尼立柱2下部滑移；收缩横梁3侧面布置若干个收缩式横梁连接底座13，用于连接收缩式副梁6。
54.如图17～20所示：第一承压纵梁4、第二承压纵梁5两端端头各布置一个底座固定孔44，通过固定螺栓分别与承重立柱1和阻尼立柱2相连，第一承压纵梁4、第二承压纵梁5两端端头之间布置若干个第一承压纵梁连接底座23、第二承压纵梁连接底座19，第一承压纵梁连接底座23、第二承压纵梁连接底座19上布置承压纵梁连接底座安装孔45，通过固定螺栓将承压纵梁连接底座安装孔45与收缩式支护板副梁连接底座20、收缩横梁连接底座13相连，从而使收缩横梁3，第一承压纵梁4，第二承压纵梁5，收缩式支护板单元14连接成一个防护平面。
55.如图21～28所示：收缩式副梁6由若干个收缩式支护板单元14构成，收缩式支护板单元14由收缩式支护板移动端15和收缩式支护板固定端29组成，收缩式支护板移动端15和收缩式支护板固定端29两侧各布置1个收缩式支护板副梁47，在收缩式支护板副梁47之间布置若干个收缩式支护板横梁移动端16和收缩式支护板横梁固定端28，将铁丝网焊接在收缩式支护板横梁移动端16和收缩式支护板横梁固定端28以及收缩式支护板副梁47上，收缩式支护板单元14左右两侧的收缩式支护板副梁47侧面布置若干个收缩式支护板副梁连接底座20，通过螺栓连接相邻的收缩式支护板副梁连接底座20，从而将若干个收缩式支护板单元14连接一起，拼成收缩式副梁6，再通过螺栓连接第一承压纵梁连接底座23和第二承压纵梁连接底座19以及收缩横梁连接底座13，将收缩式副梁6固定在收缩横梁3，第一承压纵梁4，第二承压纵梁5上，形成一个支护平面。
56.如图1～28所示：收缩横梁3、收缩式支护板单元14在收缩状态下的长度与巷道横断面宽度相一致，承重立柱1、阻尼立柱2的高度比巷道高度略低，在岩帮较为坚固一侧布置承重立柱1，另外一侧布置阻尼立柱2，并由支架固定锚杆7将承重立柱1和阻尼立柱2分别固定在巷道岩帮和底板上。顶板处，布置液压千斤顶21固定顶板。收缩横梁3一端与承重立柱1通过螺栓连接，收缩横梁3另一端放置在阻尼立柱2的收缩横梁安装凹槽33内。第一承压纵梁4、第二承压纵梁5通过螺栓分别与承重立柱1、收缩横梁3相连接。收缩式支副梁6通过螺栓分别固定在收缩横梁3、第一承压纵梁4、第二承压纵梁5上，形成一个立体的支护空间。在有冒顶危险的松软破碎带巷道架设此装置，来压时，顶板冒落岩石压在支架收缩式副梁6上，阻尼滑动端头40沿着阻尼立柱2的倒梯形阻尼槽18下滑，收缩横梁3和收缩式副梁6沿着阻尼立柱2拉伸变长，并最终落在阻尼立柱2的支架固定底座11处时停止下滑，最终在巷道横截面处形成三角形的安全空间。
57.如图1～28所示，该支护装置布置在顶板为松软破碎带的巷道，当顶板冒顶时，顶板岩块压在收缩横梁3和收缩式副梁6上，阻尼滑动端头40沿着阻尼立柱2的倒梯形阻尼槽18下滑，顶板处的收缩横梁3、收缩式副梁6沿着阻尼立柱2一侧下移至巷道底板，从而在巷道形成一个三角形安全空间，防止人员被冒落岩块砸伤以及冒顶堵巷事故发生，方便巷道冒顶后施工人员逃生，以及为后续救援工作展开提供通道。
58.本发明公开的一种预防松软破碎带巷道冒顶堵巷的支护装置的施工方法如下：
59.a根据巷道断面尺寸设计承重立柱1、阻尼立柱2的高度，第一承压纵梁4、第二承压
纵梁5的长度，收缩横梁3、收缩式副梁6的长度，收缩式副梁6的组合个数。
60.b在现场，将承重立柱1用支架固定锚杆7固定在围岩坚硬侧的底板和岩帮上，承重立柱1顶部用固定液压千斤顶21固定，将第一承压纵梁4通过螺栓固定在承重立柱1上，将阻尼立柱2固定在围岩软弱侧的底板和岩帮上，阻尼立柱2顶部由固定液压千斤顶21固定。
61.c将收缩横梁3固定端通过螺栓在承重立柱1的收缩横梁活动底座26：上，然后将收缩横梁阻尼滑动端头40放进阻尼立柱2内部的收缩横梁安装凹槽33内，并将收缩横梁安装凹槽防突盖板35关闭后用盖板固定螺丝37固定，防止收缩横梁3受力弹出阻尼立柱2。将第二承压纵梁5通过螺栓固定在收缩横梁3的第二承压纵梁固定底座31。
62.d将收缩式支护板单元14用螺栓依次固定在第一承压纵梁4上，然后依次用螺栓固定在第二承压纵梁5上，然后将支架左右两侧的收缩式支护板单元14固定在收缩横梁3上，最后用螺栓将收缩式支护板单元14依次连接成一个整体，组成收缩式副梁6。
63.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
64.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。