[發明專利]一種礦用防沖三柱并聯式主動接頂可縮墩柱結構、支護系統及施工方法

有效

• 申請號: 202011632364.3
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112682077B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 王軍;孫豹;徐西春;張國玉;韓學海;丁厚剛;王國軍;王清華;云明;徐慶國;劉顏磊;李勛
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: E21D15/18
• 分類號: E21D15/18;E21D15/50;E21D15/55;E21D15/00
• 代理公司: 北京佳信天和知識產權代理事務所(普通合伙) 11939
• 代理人: 田英楠

本發明涉及一種礦用防沖三柱并聯式主動接頂可縮墩柱結構、支護系統及施工方法。包括包括鞋板，頂部支撐板和三個墩柱；三個所述墩柱共用頂部支撐板和鞋板，一體固定實現剛性連接；所述墩柱包括上節柱、下節柱和一個讓壓裝置；所述讓壓裝置由多塊鋼板和讓壓小柱組成，兼具頂升和可縮兩個重要功能；所述讓壓裝置豎向設置所述讓壓小柱，所述讓壓小柱直徑和數量不同則讓壓小柱初撐力不同，讓壓能力也不同，讓壓小柱可以是鋼管、鋼筋或其它可縮材料；所述讓壓裝置頂部與柱體頂蓋接觸；所述讓壓小柱的底部與柱體內的自由移動鋼板接觸，通過注漿抬升自由移動鋼板使讓壓小柱向上運動，帶動讓壓裝置實現支柱接頂，當頂板壓力過大時，通過讓壓柱變形壓縮下降實現讓壓裝置下降帶動支柱可縮；所述柱體和讓壓裝置聯合組成可縮式支柱結構，支護于巷道頂、底板之間。本發明結構簡單，承載能力高、能保持墩柱承載力不降低，并可快速恒阻收縮，吸收沖擊能量，保護巷道空間內的人員和設備安全。

技術領域

本發明屬于煤礦巷道防沖支護領域，具體涉及一種礦用防沖三柱并聯式主動接頂可縮墩柱結構、支護系統及施工方法。

背景技術

沖擊地壓是深部開采過程中，臨空巖體發生突發式破壞的現象，當沖擊地壓發生時，巖體中會釋放大量的沖擊能，隨著煤礦開采的深度與強度不斷增加，沖擊地壓的發生頻率和破壞程度也愈加強烈，是目前深井礦山面臨的主要安全隱患之一。在實際巷道中，常通過高強度支護形式來保證巷道的安全，例如錨桿(錨索)支護、U型鋼支護以及體液壓墩柱支護等，都是按照準靜態礦壓下進行設計的，其承受靜載的能力比較強，但在沖擊荷載的作用下，并不能承受突發沖擊地壓所攜帶能量對支護體系的巨大沖擊作用，往往由于部分支護體的突發損傷導致整個支護系統的沖擊性失穩破壞，而超前液壓支架雖然具有較高的的防護能力，采用液壓墩柱也有了一定的讓位能力，但是自身重量大，讓位速度慢，沒有吸收沖擊能量的能力，常導致液壓支架受到嚴重彎曲變形、甚至被破壞。

對比已有專利CN106285738A，通過釋放乳化液實現恒組變壓，但面對沖擊地壓時，難以及時泄壓，且乳化液釋放時間遠大于沖擊地壓作用時間，無法吸收沖擊能量。對比CN107905825A，通過圓木實現讓壓，一方面圓木力學性能多變，無法保證墩柱正常使用時不被壓縮變形，另一方面在突發荷載出現時，圓木在柱體外殼的約束下處于三向受力狀態，隨著被壓縮，承載力提高，可縮空間小。因此提供一種結構簡單、承受荷載大、反應迅速、吸能效率高的支護形式迫在眉睫。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種礦用防沖三柱并聯式主動接頂可縮墩柱結構、支護系統及施工方法，本發明中防沖墩柱作為主要的承載結構，結構簡單，承載能力大，正常使用時，能提供較高的工作阻力(4000-10000N/柱)；沖擊地壓發生時，能保持墩柱承載力不降低，并可快速恒阻收縮，吸收沖擊能量，保護巷道空間內的人員和設備安全。

本發明的目的是這樣實現的：

一種礦用防沖三柱并聯式主動接頂可縮墩柱結構，包括鞋板，頂部支撐板和三個支柱；三個所述支柱共用頂部支撐板和鞋板，一體固定實現剛性連接；

所述墩柱包括下節柱、上節柱和一個讓壓裝置；所述讓壓裝置由多塊鋼板和讓壓小柱組成，兼具頂升和可縮兩個重要功能；所述讓壓裝置豎向設置所述讓壓小柱，所述讓壓柱直徑和數量不同則讓壓小柱初撐力不同，讓壓能力也不同，讓壓柱可以是鋼管、鋼筋或其它可縮材料；所述讓壓裝置頂部與柱體頂蓋接觸；所述讓壓小柱的底部與柱體內的自由移動鋼板接觸，通過注漿抬升自由移動鋼板使讓壓小柱向上運動，帶動讓壓裝置實現支柱接頂。上、下節柱可滑動地配合提供了一定的讓壓空間，同時讓壓小柱的阻力作用下能夠起到前期支護的作用，只有在沖擊地壓發生的時候可以快速可縮，既提供了有效地支護，又實現了空間上的讓壓，保證了巷道完整和人員安全。鋼索交叉連接，可以平衡所有連接點受力，協同整條鋼索性能，更有利于發揮三聯柱整體性能。

本發明一種優選的實施方式，三個所述支柱之間通過鋼索相連，鋼索交叉斜拉布置，并施加有預應力。

以上多重措施使三個立柱固定連接，防止壓桿失穩等面外變形。