一種支架的吸能防沖背板的制作方法
【專利摘要】一種支架的吸能防沖背板，屬于煤礦巷道支護【技術領域】，主要應用于深部沖擊地壓礦井回采巷道內的U型鋼支架。本發(fā)明具有強度高、抗腐蝕性等特點，在動載條件能夠快速讓位、吸能。本發(fā)明包括左、右上墊板，左、右吸能柱，左、右下墊板，左、右氣壓防沖缸，左、右卡環(huán)，連接桿和吸能連接梁；左、右上墊板之間通過連接桿相連接，在上墊板底部設置有吸能柱，吸能柱均由錐套、脹環(huán)及導向柱組成，在導向柱底部設置有氣壓防沖缸，氣壓防沖缸由缸體、活塞、注氣閥和安全閥組成，活塞與導向柱相連接；所述下墊板設置在氣壓防沖缸的缸體底部，在下墊板底部設置有卡環(huán)；吸能連接梁由折疊式吸能鋼筒和連接件組成。
【專利說明】一種支架的吸能防沖背板
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦巷道支護【技術領域】，特別是涉及一種支架的吸能防沖背板，主要應用于深部沖擊地壓礦井回采巷道內的U型鋼支架。
【背景技術】
[0002]隨著我國能源需求量的增加以及煤炭淺部可采儲量的逐年減少，礦井開采深度日趨加深，目前我國已有部分礦井開采深度超千米，在未來幾年，將有更多礦井進入深部開采階段。礦井深部開采處于“四高一擾動”的復雜力學環(huán)境，沖擊型動力災害發(fā)生頻次愈加增多，破壞程度也愈加強烈，造成了大量巷道支護破壞、垮塌及人員傷亡，嚴重影響了煤礦安全生產。因此，深部礦井回采巷道支護的防沖問題成為我國深部礦井安全、高效開采亟需解決的研究課題。
[0003]現有的U型鋼支架構成的支護結構比較簡單、承載能力較大、具有增阻速度快、支護強度高和可縮性高等優(yōu)點，被廣泛應用于巷道圍巖不穩(wěn)定、變形量較大、受動壓影響較大的煤礦回采巷道，其克服了剛性支架的不可收縮缺點，當巷道圍巖作用于U型鋼支架上的壓力達到一定值時，U型鋼支架在連接處發(fā)生滑動、縮動，使圍巖作用于U型鋼支架上的壓力下降，從而避免巷道圍巖壓力大于U型鋼支架的承載力而導致U型鋼支架的破壞。隨著礦井開采深度的不斷增加，巷道沖擊地壓等動力現象增多，沖擊地壓發(fā)生時，釋放大量沖擊能量，這些能量以沖擊波的形式通過介質傳播到U型鋼支架構成的支護結構上，對其產生強烈的沖擊破壞。這就要求U型鋼支架構成的支護結構不但能承受強大的圍巖靜載，更要其承受沖擊地壓產生的高速、強烈動載，而現有U型鋼支架構成的支護結構抗沖擊性較差，且其采用的搭接的連接方式無法做到快速收縮卸壓，因此很難做到快速讓位卸壓，無法及時吸收沖擊地壓發(fā)生過程中釋放的能量，因此難以有效抵御沖擊地壓產生的高強動載。為了保護U型鋼支架，在U型鋼支架頂部安裝有背板，但是現有的背板因強度偏低、與巷道圍巖接觸不密實、易腐爛等原因，不能有效傳遞巷道圍巖的載荷，導致U型鋼支架受力不均，局部出現集中載荷和偏心載荷，導致U型鋼支架與巷道圍巖的相互作用差，使U型鋼支架結構的整體承載能力較低，導致U型鋼支架變形、破壞。
【發(fā)明內容】
[0004]針對現有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種支架的吸能防沖背板，該背板安裝在支架頂梁與巷道圍巖之間，具有強度高、抗腐蝕性等特點，在動載條件能夠快速讓位、吸能。
[0005]為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種支架的吸能防沖背板，包括左、右上墊板，左、右吸能柱，左、右下墊板，左、右氣壓防沖缸，左、右卡環(huán)，連接桿和吸能連接梁；左、右上墊板之間通過連接桿相連接，在上墊板底部設置有吸能柱，所述吸能柱均由錐套、脹環(huán)及中空的導向柱組成，錐套為上大下小的倒錐形，錐套的底部設置在導向柱頂部，錐套的頂部與上墊板的底部相連接，在導向柱側壁上部設置有若干個排氣孔，在導向柱下部的側壁外部設置有脹環(huán)；在導向柱底部設置有氣壓防沖缸，氣壓防沖缸由缸體、活塞、注氣閥和安全閥組成，缸體設置在脹環(huán)下方，在缸體內設置有活塞，活塞的頂部與導向柱的底部相連接，在活塞上設置有安全閥，安全閥的溢流孔設置在導向柱內部，在缸體側壁上設置有注氣閥；所述下墊板設置在氣壓防沖缸的缸體底部，在下墊板底部設置有卡環(huán)；所述的吸能連接梁由折疊式吸能鋼筒和連接件組成，折疊式吸能鋼筒的兩端分別通過連接件固定在左、右氣壓防沖缸的缸體的外側壁上。
[0006]在所述氣壓防沖缸的活塞側壁上設置有若干個密封圈。
[0007]在所述缸體頂部設置具有通孔的缸帽，缸帽的通孔小于活塞，導向柱的底部通過通孔與活塞的頂部相連接，所述缸帽設置在脹環(huán)底部。
[0008]所述下墊板由鋼板和礦用橡膠板組成，在鋼板底面上設置有凹槽，礦用橡膠板設置在凹槽內。
[0009]所述的上墊板、吸能柱、連接桿、吸能連接梁及氣壓防沖缸均由鋼材或合金材料制成。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]本發(fā)明的應用與推廣可以有效控制災害性沖擊地壓發(fā)生，減少事故損失，提高煤礦采掘速度和勞動生產率，大大減少防治工程費用，因此具有很大的經濟效益；具體優(yōu)勢如下:
[0012]1、本發(fā)明具有強度高、抗腐蝕等特點，將支架的支護作用由被動支護變?yōu)橹鲃又ёo，使支架與巷道圍巖之間完全接觸，增強支架與巷道圍巖的相互作用，防止支架因受到不均勻的集中載荷和偏心載荷作用，降低其承載力；
[0013]2、在發(fā)生弱沖擊時，本發(fā)明利用氣壓防沖缸內氣體的快速壓縮及安全閥卸壓釋放過載壓力，實現吸能讓位功能，保證弱沖擊時支架的支護承載力在可承受范圍之內，使支架免受破壞；在強沖擊地壓發(fā)生瞬間，氣壓防沖缸內的氣體被快速壓縮、吸能柱快速讓位吸能，吸能連接梁變形吸能，錐套擠壓脹環(huán)增強其吸能能力，消耗沖擊波能量，保護支架免遭沖擊破壞；
[0014]3、本發(fā)明的連接桿以及吸能連接梁可將各支架連接成整體，代替現有的支架背板和連接桿，提高支架支護結構的連接強度，吸能連接梁具有增強結構穩(wěn)定性和吸能功能，在沖擊地壓發(fā)生時，本發(fā)明增強了支架的整體穩(wěn)定性和減輕沖擊地壓對支架的破壞程度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的支架的吸能防沖背板的結構示意圖；
[0016]圖2是圖1的剖視圖；
[0017]其中，I—上墊板，11—通孔，2—吸能柱，21—排氣孔，22—導向柱，23—脹環(huán)，24—錐套，3—連接桿，31—螺栓，4—吸能連接梁，41 一折疊式吸能鋼筒，42—連接件，43—固定螺桿，5一下墊板,51一鋼板,52一礦用橡膠板,53一卡環(huán)螺母,54一卡環(huán)螺桿,6—氣壓防沖缸，61一注氣閥，62—缸體，63—活塞，64—安全閥，65—密封圈，66—缸帽，7—卡環(huán)。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0019]如圖1?圖2所示，一種支架的吸能防沖背板，包括左、右上墊板1，左、右吸能柱2，左、右下墊板5，左、右氣壓防沖缸6，左、右卡環(huán)7，連接桿3和吸能連接梁4 ;在所述上墊板I上均設置有四個通孔11，用于連接相鄰的其他吸能防沖背板；所述連接桿3的兩端分別與左、右上墊板I的通孔11通過螺栓31相連接；在上墊板I底部設置有吸能柱2，所述吸能柱2均由錐套24、脹環(huán)23及中空的導向柱22組成，錐套24為上大下小的倒錐形，在錐套24底面上設置有凸起，凸起設置在導向柱22頂端內部，錐套24的頂部與上墊板I的底部相連接，在導向柱22側壁上部橫向設置有若干個排氣孔21，在導向柱22下部的側壁外部設置有脹環(huán)23 ;在導向柱22底部設置有氣壓防沖缸6，氣壓防沖缸6由缸體62、活塞63、注氣閥61和安全閥64組成，缸體62設置在脹環(huán)23下方，在缸體62內設置有活塞63，活塞63的頂部與導向柱22的底部相連接，活塞63可上下移動；在活塞63上設置有安全閥64，安全閥64頂部的溢流孔設置在導向柱22內部，在缸體62側壁下部設置有注氣閥61 ;所述下墊板5設置在氣壓防沖缸6的缸體62底部，在下墊板5底部設置有卡環(huán)7，用于固定U型鋼支架；所述的吸能連接梁4由折疊式吸能鋼筒41和連接件42組成，折疊式吸能鋼筒41的兩端通過固定螺桿43與連接件42相連接，連接件42通過焊接方式固定在氣壓防沖缸6的缸體62的外側壁上。
[0020]在所述氣壓防沖缸6的活塞63側壁上設置有若干個密封圈65,用于密封缸體62。
[0021]在所述缸體62頂部設置具有通孔的缸帽66，缸帽66的通孔小于活塞63，防止活塞63脫離缸體62，導向柱22的底部通過通孔與活塞63的頂部相連接，所述缸帽66設置在脹環(huán)23底部。
[0022]所述卡環(huán)7與下墊板5之間通過卡環(huán)螺桿54、卡環(huán)螺母53相連接。
[0023]所述下墊板5由鋼板51和礦用橡膠板52組成，在鋼板51底面上設置有凹槽，礦用橡膠板52設置在凹槽內，具有緩沖作用。
[0024]所述的上墊板1、吸能柱2、連接桿3、吸能連接梁4及氣壓防沖缸6均由鋼材或合金材料制成，具有抗腐蝕的特點。
[0025]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的一次使用過程:
[0026]如圖1?圖2所示，以U型鋼支架為例，U型鋼支架在巷道中架設完成后，預先設置本發(fā)明的安全閥64的安全壓力為30MPa，將本發(fā)明放置于U型鋼支架頂梁與巷道圍巖之間，左、右兩個下墊板5分別放置在相鄰兩架U型鋼支架上，并通過卡環(huán)7固定在U型鋼支架上。通過注氣閥61向缸體62內注入20MPa的高壓氣體，即缸體62的初始工作阻力為20MPa，其小于U型鋼支架的初始工作阻力，防止安裝本發(fā)明時，U型鋼支架發(fā)生滑移收縮。導向柱22升起，使上墊板I升起、接觸并擠壓到巷道圍巖上，此時U型鋼支架與本發(fā)明構成主動支護系統，支護巷道圍巖，防止圍巖在地應力作用下繼續(xù)破碎，若破碎區(qū)半徑繼續(xù)增大，將使U型鋼支架受到更大的圍巖壓力。
[0027]當巷道圍巖緩慢變形，巷道圍巖作用于本發(fā)明的上墊板1，活塞63向下移動，缸體62內的氣體被壓縮，氣體壓強增大，當巷道圍巖繼續(xù)擠壓本發(fā)明，本發(fā)明承受的壓力高于U型鋼支架的初始工作阻力時，U型鋼支架開始滑移收縮，給巷道圍巖提供讓位變形空間，避免自身承受過高壓力而損壞；
[0028]當發(fā)生弱沖擊時，沖擊能較小，由于氣體具有較好的可壓縮性，沖擊時缸體62內氣體被快速壓縮，吸收沖擊能并提供讓位空間，為圍巖提供讓位變形空間，防止U型鋼支架因沖擊而損壞；若缸體62內氣壓超過安全閥64的安全壓力30MPa，則安全閥64將卸壓，防止U型鋼支架因長期承受高于其額定工作阻力的外載壓力而損壞；
[0029]當發(fā)生強沖擊時，大量沖擊能作用于本發(fā)明，此時缸體62內氣體被快速壓縮，缸體62內氣壓超過安全閥64的安全壓力30MPa，安全閥64放氣卸壓，上墊板I被快速下壓，上墊板I下降一定距離時，錐套24開始擠壓脹環(huán)23，脹環(huán)23發(fā)生塑性破壞，巷道圍巖擠壓吸能連接梁4，吸能連接梁4發(fā)生塑性變形，缸體62內氣體被壓縮、脹環(huán)23破裂及吸能連接梁4變形皆吸收大量沖擊能，為巷道圍巖提供較大的讓位空間，減小沖擊對U型鋼支架的作用，避免U型鋼支架因收縮不及時而造成過載破壞。
[0030]吸能連接梁4還提高了 U型鋼支架之間的連接強度，增強U型鋼支架的整體強度和穩(wěn)定性，相鄰U型鋼支架之間產生位移時，吸能連接梁4會沿其軸向被拉伸或壓縮，吸收沖擊能量并防止U型鋼支架失穩(wěn)發(fā)生較大扭曲變形，避免U型鋼支架發(fā)生嚴重損壞。
[0031]本發(fā)明在沖擊地壓發(fā)生時，可為巷道圍巖提供較大的讓位空間，利用巷道圍巖變形消耗一部分沖擊能，本發(fā)明在被壓縮過程中，吸收一部分沖擊能，可大幅度降低作用到U型鋼支架上的沖擊能，保證作用在U型鋼支架上的載荷在其可承受范圍之內，從而保證巷道穩(wěn)定與安全。
【權利要求】
1.一種支架的吸能防沖背板，其特征在于包括左、右上墊板，左、右吸能柱，左、右下墊板，左、右氣壓防沖缸，左、右卡環(huán)，連接桿和吸能連接梁；左、右上墊板之間通過連接桿相連接，在上墊板底部設置有吸能柱，所述吸能柱均由錐套、脹環(huán)及中空的導向柱組成，錐套為上大下小的倒錐形，錐套的底部設置在導向柱頂部，錐套的頂部與上墊板的底部相連接，在導向柱側壁上部設置有若干個排氣孔，在導向柱下部的側壁外部設置有脹環(huán)；在導向柱底部設置有氣壓防沖缸，氣壓防沖缸由缸體、活塞、注氣閥和安全閥組成，缸體設置在脹環(huán)下方，在缸體內設置有活塞，活塞的頂部與導向柱的底部相連接，在活塞上設置有安全閥，安全閥的溢流孔設置在導向柱內部，在缸體側壁上設置有注氣閥；所述下墊板設置在氣壓防沖缸的缸體底部，在下墊板底部設置有卡環(huán)；所述的吸能連接梁由折疊式吸能鋼筒和連接件組成，折疊式吸能鋼筒的兩端分別通過連接件固定在左、右氣壓防沖缸的缸體的外側壁上。
2.根據權利要求1所述的支架的吸能防沖背板，其特征在于在所述氣壓防沖缸的活塞側壁上設置有若干個密封圈。
3.根據權利要求1所述的支架的吸能防沖背板，其特征在于在所述缸體頂部設置具有通孔的缸帽，缸帽的通孔小于活塞，導向柱的底部通過通孔與活塞的頂部相連接，所述缸帽設置在脹環(huán)底部。
4.根據權利要求1所述的支架的吸能防沖背板，其特征在于所述下墊板由鋼板和礦用橡膠板組成，在鋼板底面上設置有凹槽，礦用橡膠板設置在凹槽內。
5.根據權利要求1所述的支架的吸能防沖背板，其特征在于所述的上墊板、吸能柱、連接桿、吸能連接梁及氣壓防沖缸均由鋼材或合金材料制成。
【文檔編號】E21D15/16GK103541746SQ201310489010
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權日:2013年10月16日
【發(fā)明者】閻海鵬, 徐連滿, 潘一山, 宋艷芳, 李忠華, 李國臻, 唐巨鵬, 唐治, 肖永惠 申請人:遼寧工程技術大學