一种超级预应力支护装置及方法与流程

1.本发明涉及巷道支护技术领域，尤其涉及一种超级预应力支护装置及方法。


背景技术：

2.目前煤矿巷道支护使用的锚杆预应力为10kn~20kn，锚索的预应力为50kn~300kn，服务时长为2年左右。
3.随着采煤深度的逐年递增，深部巷道围岩稳定性表现出了与浅部围岩完全不同的差异，深部围岩表现出持续流动变形、极难支护的特征，传统的支护强度不能满足高应力条件下的巷道围岩稳定。而用于边坡大坝所使用的锚索的预应力900kn左右，服务时长能够达到100年~500年。如果能够将边坡大坝使用的锚索用于煤矿巷道支护，将会解决深部巷道围岩支护困难的问题。
4.但将边坡大坝使用的锚索用于深部巷道围岩支护会存在以下问题：现有的锚索支护装置送锚、安装托盘和张拉都是分离的，每次做完一个动作都需要拆卸送锚装置和张拉装置，由于预应力在900kn的锚索托盘重量都较大，导致拆卸困难，再加上只能通过手动托举安装托盘，导致现有的巷道内的锚索支护装置工作效率较低。


技术实现要素：

5.为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的是提供一种超级预应力支护装置及方法。
6.本发明的技术方案是：一种超级预应力支护装置，所述装置包括底板、托盘夹具、送锚机构和张拉机构；所述底板上开有贯通底板上下表面的通孔，通孔直径大于锚索直径，底板上部固定连接第一升降杆，第一升降杆伸缩方向与通孔中轴线平行，所述第一升降杆上端固定连接托盘夹具；所述托盘夹具与托盘下表面形状相匹配，托盘夹具中轴线与通孔中轴线重合；所述底板上部还设有送锚机构，送锚机构与锚索相匹配，送锚机构中轴线与通孔重合；所述底板下部固定连接张拉机构，张拉机构与锚索相匹配，张拉机构中轴线与通孔重合。
7.具体地，所述托盘夹具为环状，托盘夹具的内径与托盘下表面突出部相匹配。
8.进一步地，所述托盘夹具上表面设有橡胶垫；所述底板下表面设有第四升降杆，第四升降杆包括4个，4个第四升降杆分布在底板的四角处，第四升降杆的下端固定连接支撑盘，支撑盘下表面与第四升降杆长度方向垂直。
9.具体地，所述送锚机构包括控制器、位置反馈传感器、第二升降杆和锚索抓手；所述第二升降杆包括两个，两个第二升降杆设置在通孔两侧，两个第二升降杆上
端分别连接有锚索抓手，第二升降杆的伸缩方向与通孔中轴线平行，第二升降杆与控制器电连接；所述位置反馈传感器设置在第二升降杆上，位置反馈传感器与控制器电连接。
10.具体地，所述锚索抓手包括轻触开关、支撑臂、弹片、第一活动杆、第二活动杆、第一夹块、第二夹块、步进电机、丝杆、滑块和控制臂；所述支撑臂一端与第二升降杆上端固定连接，支撑臂与第二升降杆垂直，支撑臂上远离第二升降杆的上表面设有夹持转轴，转轴与第二升降杆平行；第一活动杆与第二活动杆转动连接在夹持转轴上；所述第一夹块固定连接在第一活动杆远离第二升降杆的一端，第二夹块固定连接在第二活动杆远离第二升降杆的一端，第一夹块上开有半圆弧，半圆弧开口处朝向第二夹块，半圆弧中轴线与通孔中轴线平行，第二夹块与第一夹块左右对称，当第一夹块与第二夹块相互接触时，第一夹块与第二夹块上的半圆弧合围形成圆柱孔，且圆柱孔的中轴线与通孔中轴线重合；所述弹片设置在第一活动杆和第二活动杆之间，弹片的弹力方向与第一活动杆和第二活动杆张开的方向一致；所述步进电机固定连接在支撑臂上，步进电机转轴与支撑臂长度方向平行，步进电机的转轴上固定连丝杆，丝杆的中轴线与步进电机转轴中轴线重合，步进电机与控制器电连接；所述滑块滑动连接在支撑臂上，滑块上开有第一螺孔，第一螺孔在支撑臂长度方向贯通滑块，第一螺孔与丝杆相匹配，丝杆与第一螺孔螺纹连接；所述控制臂包括2个，两个控制臂以支撑臂为中轴线为中心线对称分布，控制臂包括第一支杆和第二支杆，第一支杆与第二支杆连接组成l形，第一支杆固定连接在滑块上，第二支杆与第一活动杆或第二活动杆的外侧面接触，控制臂的第二支杆位于夹持转轴靠第二升降杆的一侧；所述轻触开关固定连接在支撑臂上，设控制臂驱动第一夹块与第二夹块接触时滑块位于支撑臂上的a点，轻触开关位置位于支撑臂上的a点，轻触开关为常关式，轻触开关与控制器电连接。
11.进一步地，所述第二支杆与第一活动杆和第二活动杆垂直。
12.进一步地，所述第二支杆上设有中轴线与第二支杆中轴线重合的滚轮。
13.具体地，所述张拉机构包括第三升降杆和紧固盘；所述第三升降杆包括两个，第三升降杆一端固定连接在底板下表面，两个第三升降杆位于通孔两侧，第三升降杆与通孔中轴线平行，第三升降杆下端与紧固盘固定连接；紧固盘中轴线与通孔中轴线垂直。
14.具体地，所述紧固盘包括盘体和夹紧块；所述盘体直径大于两个第三升降杆之间的距离，盘体中心处开有贯通盘体上下表面的穿孔，穿孔直径大于锚索直径，穿孔侧壁设有贯通盘体上下表面的滑槽，穿孔处滑槽的两侧壁与穿孔中轴线平行，与穿孔相对的滑槽侧壁为斜面，斜面上边缘与盘体中心的距离小于斜面下边缘与盘体中心的距离；所述夹紧块为梯形，夹紧块厚度与滑槽两侧壁间距相匹配，夹紧块的其中一个腰
与夹紧块的底面垂直，夹紧块的另一个腰与夹紧块的底面的夹角同斜面与盘体底面的夹角相同，夹紧块高度大于盘体高度，与底面垂直的夹紧块的腰上开有与锚索相匹配的弧面。
15.一种权所述的超级预应力支护装置的支护方法，所述方法包括以下步骤：s01、将两个第二升降杆的初始位置设置为一个处于最大的伸长状态，一个处于最大的收缩状态；s02、将锚索从通孔穿入，然后穿过2个锚索抓手的中轴线；s03、先手动将锚索送入钻孔直到无法再推进；s04、控制器控制处于最大的收缩状态的第二升降杆上的锚索抓手抓紧锚索；控制处于最大的伸长状态的第二升降杆上的锚索抓手张开角度最大，设第一状态为第二升降杆处于最大的伸长状态且锚索抓手张开角度最大，第二状态为第二升降杆处于最大的收缩状态且锚索抓手夹合角度最小；s05、控制器控制处于第二状态的第二升降杆伸长直到对应的位置反馈传感器检测到第二升降杆伸长长度处于最大值，控制处于第一状态的第二升降杆收缩对应的位置反馈传感器检测到第二升降杆伸长长度处于最小值，将两根第二升降杆状态互换，跳转到步骤s05直到索锚被送到指定位置或者收到外界终止命令；其中，判断第二升降杆的状态的方法为，如果第二升降杆对应的位置反馈传感器检测到第二升降杆伸长长度处于最大值，且对应的轻触开关状态为关，则第二升降杆的状态为第一状态，如果第二升降杆对应的位置反馈传感器检测到第二升降杆伸长长度处于最小值，且对应的轻触开关状态为开，则第二升降杆的状态为第二状态。
16.本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过送锚机构将锚索送入钻孔，然后利用张拉机构对锚索进行张拉，再利用托盘夹具将托盘托举到钻孔位置进行固定，完成锚索支护，本发明将送锚、张拉和安装托盘集为一体，既能通过送锚机构够将锚索送入钻孔，又能够通过第一升降装置将放置在托盘夹具上的托盘送到钻孔处，全过程无需拆卸任何装置，且无需手动托举托盘，工作效率更高。
附图说明
17.图1为本发明的立体结构图；图2为图1中a处的局部视图；图3为本发明另一视角的立体结构图；图4为图3中b处的局部视图；图5为本发明另一视角的立体结构图；图6为图5中c处的局部视图；图7为本发明另一视角的立体结构图；图8为图7中d处的局部视图；图9为图7中e处的局部视图；图10为本发明的电路连接框图。
具体实施方式
18.下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
实施实例1：为了解决现有技术的锚索支护装置工作效率较低的问题，参考图1-10，本发明采用了一种超级预应力支护装置，所述装置包括底板1、托盘夹具2-1、送锚机构4和张拉机构5；所述底板1上开有贯通底板1上下表面的通孔1-1，通孔1-1直径大于锚索7直径，底板1上部固定连接第一升降杆2-2，第一升降杆2-2伸缩方向与通孔1-1中轴线平行，所述第一升降杆2-2上端固定连接托盘夹具2-1；所述托盘夹具2-1与托盘3下表面形状相匹配，托盘夹具2-1中轴线与通孔1-1中轴线重合；所述底板1上部还设有送锚机构4，送锚机构4与锚索7相匹配，送锚机构4中轴线与通孔1-1重合；所述底板1下部固定连接张拉机构5，张拉机构5与锚索7相匹配，张拉机构5中轴线与通孔1-1重合。
19.具体地，所述托盘夹具2-1为环状，托盘夹具2-1的内径与托盘3下表面突出部相匹配。
20.使用时，托盘3可以通过托盘夹具2-1的固定维持在水平方向的稳定。
21.进一步地，所述托盘夹具2-1上表面设有橡胶垫；所述底板1下表面设有第四升降杆6-1，第四升降杆6-1包括4个，4个第四升降杆6-1分布在底板1的四角处，第四升降杆6-1的下端固定连接支撑盘6-2，支撑盘6-2下表面与第四升降杆6-1长度方向垂直。
22.托盘夹具2-1上表面的橡胶垫一是起到增加托盘夹具2-1与托盘3间摩擦力的作用，二是在托盘3与钻孔处岩壁接触时，托盘夹具2-1不会与托盘3刚性接触导致托盘3损坏。
23.具体地，所述送锚机构4包括控制器10、位置反馈传感器8、第二升降杆4-1和锚索抓手4-2；所述第二升降杆4-1包括两个，两个第二升降杆4-1设置在通孔1-1两侧，两个第二升降杆4-1上端分别连接有锚索抓手4-2，第二升降杆4-1的伸缩方向与通孔1-1中轴线平行，第二升降杆4-1与控制器10电连接；所述位置反馈传感器8设置在第二升降杆4-1上，位置反馈传感器8与控制器10电连接。
24.使用时，通过索锚抓手的交替抓紧和第二升降杆4-1的交替升降实现将锚索7送入钻孔中。
25.具体地，所述锚索抓手4-2包括轻触开关4-2-9、支撑臂4-2-13、弹片4-2-10、第一活动杆4-2-3、第二活动杆4-2-4、第一夹块4-2-5、第二夹块4-2-6、步进电机4-2-11、丝杆4-2-12、滑块4-2-2和控制臂4-2-8；所述支撑臂4-2-13一端与第二升降杆4-1上端固定连接，支撑臂4-2-13与第二升降杆4-1垂直，支撑臂4-2-13上远离第二升降杆4-1的上表面设有夹持转轴4-7，转轴与第二升降杆4-1平行；第一活动杆4-2-3与第二活动杆4-2-4转动连接在夹持转轴4-7上；所述第一夹块4-2-5固定连接在第一活动杆4-2-3远离第二升降杆4-1的一端，第二夹块4-2-6固定连接在第二活动杆4-2-4远离第二升降杆4-1的一端，第一夹块4-2-5上开有半圆弧，半圆弧开口处朝向第二夹块4-2-6，半圆弧中轴线与通孔1-1中轴线平行，第二夹块4-2-6与第一夹块4-2-5左右对称，当第一夹块4-2-5与第二夹块4-2-6相互接触时，第一夹块4-2-5与第二夹块4-2-6上的半圆弧合围形成圆柱孔，且圆柱孔的中轴线与通孔1-1中轴线重合；所述弹片4-2-10设置在第一活动杆4-2-3和第二活动杆4-2-4之间，弹片4-2-10的弹力方向与第一活动杆4-2-3和第二活动杆4-2-4张开的方向一致；所述步进电机4-2-11固定连接在支撑臂4-2-13上，步进电机4-2-11转轴与支撑臂4-2-13长度方向平行，步进电机4-2-11的转轴上固定连丝杆4-2-12，丝杆4-2-12的中轴线与步进电机4-2-11转轴中轴线重合，步进电机4-2-11与控制器10电连接；所述滑块4-2-2滑动连接在支撑臂4-2-13
2-2的形状设置，夹紧块5-3越向滑槽5-1-1上方运动，夹紧块5-3与底面垂直的腰会距离盘体5-1中心越近，因此就会将锚索7夹得越紧，具有自锁效果，因此张拉时不会出现锚索7打滑的问题。
35.在张拉完成以后，通过第三升降杆5-2的拉力拉动盘体5-1，又会使得夹紧块5-3从滑槽5-1-1滑出。
36.为了使张拉完成以后更容易将紧固盘5与锚索7分离，在本实施例中进一步地，所述滑槽5-1-1安装有压板5-4，压板5-4与夹紧块5-3靠近滑槽5-1-1侧壁的一面平行，紧固盘5上的每个滑槽5-1-1与紧固盘5侧表面间开有第二螺孔5-1-3，第二螺孔5-1-3与穿孔5-1-2中轴线垂直，第二螺孔5-1-3内螺纹连接紧固螺栓5-5，紧固螺栓5-5一端与压板5-4转动连接。
37.使用时，可通过旋松紧固螺栓使夹紧板与锚索7间的夹紧力减小，使得夹紧块5-3便于拆卸出来。
38.一种权所述的超级预应力支护装置的支护方法，所述方法包括以下步骤：s01、将两个第二升降杆4-1的初始位置设置为一个处于最大的伸长状态，一个处于最大的收缩状态；s02、将锚索7从通孔1-1穿入，然后穿过2个锚索抓手4-2的中轴线；s03、先手动将锚索7送入钻孔直到无法再推进；s04、控制器10控制处于最大的收缩状态的第二升降杆4-1上的锚索抓手4-2抓紧锚索7；控制处于最大的伸长状态的第二升降杆4-1上的锚索抓手4-2张开角度最大，设第一状态为第二升降杆4-1处于最大的伸长状态且锚索抓手4-2张开角度最大，第二状态为第二升降杆4-1处于最大的收缩状态且锚索抓手4-2夹合角度最小；s05、控制器10控制处于第二状态的第二升降杆4-1伸长直到对应的位置反馈传感器8检测到第二升降杆4-1伸长长度处于最大值，控制处于第一状态的第二升降杆4-1收缩对应的位置反馈传感器8检测到第二升降杆4-1伸长长度处于最小值，将两根第二升降杆4-1状态互换，跳转到步骤s05直到索锚被送到指定位置或者收到外界终止命令；其中，判断第二升降杆4-1的状态的方法为，如果第二升降杆4-1对应的位置反馈传感器8检测到第二升降杆4-1伸长长度处于最大值，且对应的轻触开关4-2-9状态为关，则第二升降杆4-1的状态为第一状态，如果第二升降杆4-1对应的位置反馈传感器8检测到第二升降杆4-1伸长长度处于最小值，且对应的轻触开关4-2-9状态为开，则第二升降杆4-1的状态为第二状态。
39.这里通过位置反馈传感器8可检测两根第二升降杆4-1的伸长状态，通过轻触开关4-2-9可检测锚索抓手4-2抓紧锚索7的状态，并设第一状态为第二升降杆4-1处于最大的伸长状态且锚索抓手4-2张开角度最大，第二状态为第二升降杆4-1处于最大的收缩状态且锚索抓手4-2夹合角度最小，通过使两对第二升降杆4-1和锚索抓手4-2在第一状态和第二状态之间切换，使得锚索7被送入钻孔的过程不中断，效率得到了保证。
40.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。