可预加载的支架的制作方法
【专利摘要】本发明涉及载荷支架（1），所述载荷支架包括由柔性材料制成的容器（2），所述容器具有至少一个侧壁（4）、顶板（3）、底板（5）以及填充物孔（13）。所述侧壁（4）具有预定的高度，所述预定的高度选定为比所述支架（1）的安装高度高，以当使用填充物材料填充容器（2）时允许所述容器（2）的顶部竖向膨胀而接触上顶。
【专利说明】可预加载的支架
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及载荷支架，特别是涉及地下矿井支架、结构性支架和敞开腔室支架。
【背景技术】
[0002]对于承载于必须防止或控制承载表面闭合到下方基部上的区域之上的表面的载荷而言，支架通常是必需的。在地下采矿场合中和在地震区域执行的紧急救援操作场合中就是这种情况，其中在地震区域中，诸如建筑物、桥梁和一些地质构造之类的结构变得不稳固，必须至少暂时支撑以允许上述操作安全地执行。在地下矿井支架的情形下，还永久性地需要支架。
[0003]这类情况中的一个问题是通常载荷可能偏移并且可能进一步威胁困于这样的区域的人员或参加这类现场的紧急救援人员的生命。在采矿工业中，这类情况的发生不是突发事件而是采矿操作的结果。然而，如果处理不当，可能导致巨大危险和生命损失。
[0004]特别地，在地下采矿操作期间，大量的岩石被移走，其留下同等大小的敞开空间，所述敞开空间需要被支撑以防止被周围的岩石将所述空间突然和意外闭合。
[0005]由岩石移走形成的空间由顶盘和底盘限定，其中顶盘为空间的“上顶”，底盘为空间的“下底”。支架用于保持顶盘和底盘分离。这些支架通常包括临时支架、短期支架和永久性支架。
[0006]临时支架包括可延伸金属支架，其在紧接工作面前方用于顶盘和底盘之间。临时支架在爆破和清理区域之后且在工作面上的进一步工作(例如钻井)开始之前尽快地安装。还可以使用永久性木质杆或短期支架，随后支撑袋可以插入所述杆之间以提供永久性支架。
[0007]随着时间的流逝，临时支架可以由短期支架代替，然后随后用永久性支架代替。这些永久性支架包括，例如，木质支架包。木质支架包的问题包括它们的成本、它们的重量和体积、以及载荷能力要求。
[0008]作为永久性支架的木质支架包的一种备选是土工织物袋。这些土工织物袋可以采用回填袋、沟道包等的形式。
[0009]通常所述袋的渗透与浆料混合并不平衡，这导致收缩并且随后引起与顶盘接触的问题。
[0010]地下矿井支架需要在能够安装和适当地与顶盘接触之前经受特定的载荷。所述载荷是指预加载，其用于对容器充分加压以排出多余的流体并且使容器加载至其最佳屈服强度且在支架预期接收满载之前增加接触的程度。
[0011]用于地下矿井支架的现有容器的一个问题是它们不以均匀分布的方式接触顶盘并且在安装期间经历收缩，这导致与顶盘接触不充分或没接触。所述与顶盘不均匀或不充分的接触导致在硬化或安装期间载荷分布不均匀和载荷不一致。这使得支架的预加载不均匀，导致支架在载荷下性能表现不统一或不充分。
[0012]在另一解决方案中，使用不渗透容器，所述容器填充有诸如胶结填充物之类的填充物，其中填充物在压力下随时间过去而硬化。对于所述容器重要的是压力在整个容器均匀分布以确保均匀的预加载和硬化。
[0013]在本文中，短语“采场设计高度”是指特定矿井中的特定采场所设计要开发的高度。这通常是由采矿工程师考虑例如下述因素完成的:采场矿柱和采场壁或采场支架的胜任能力、相邻矿柱的长细比、矿体倾角、矿体厚度、钻孔机的孔深度能力、矿石的破碎特征以及现有矿井的高度间隔。
[0014]在本文中，短语“腔室高度”是指在需要支承在腔室的上顶或顶部上的载荷的支架的区域中，腔室的下底和上顶之间或顶部和底部之间的距离，而无论腔室是临时的或永久性的。腔室可以自然形成，可以人工形成，例如，诸如桥梁、建筑物、路堤等之类的结构下方的腔室，并且还包括在由于诸如地震、山崩、下陷洞之类的自然现象造成的区域中所形成的腔室。
[0015]在本文中，短语“安装高度”是指两个竖向间隔开的表面(通常称为下底和上顶)之间的平均竖向高度，在它们之间将安装根据本发明的支架，并且所述“安装高度”包括如上限定的采场设计高度和腔室高度。
【发明内容】
[0016]发明目的
[0017]本发明的一个目的为提供一种载荷支架，该载荷支架至少部分地克服上述问题。
[0018]根据本发明，提供了一种填充有填充物材料的地下矿井支架，所述支架包括容器，所述容器由柔性材料制成，具有至少一个侧壁、顶板和底板、以及填充物孔；其中所述侧壁具有预定的高度，该预定的高度选择为基本上与待安装所述支架的矿井采场中的采场设计高度相同，并且所述容器包括上板，所述上板在所述侧壁的上边缘和所述顶板之间延伸，以当填充以填充物材料时允许所述容器竖向膨胀。
[0019]进一步地，所述上板固定至所述顶板的边缘和所述侧壁的上边缘。
[0020]进一步地，所述上板具有比所述侧壁的高度低的高度，优选地，具有比所述侧壁的高度的一半低的高度，最为优选地，具有比所述侧壁的高度的20%低的高度；备选地，所述上板具有大约50cm的高度。
[0021]进一步地，所述上板由与所述容器的剩余部分相同的材料制成，备选地，由具有比制成所述容器的剩余部分的材料高的渗透速率的不同材料制成。
[0022]进一步地，所述容器具有带有四个侧壁的平行六面体形状，并且优选地，所述容器为立方体形状，并且进一步优选地，所述侧壁包括靠近所述侧壁的拐角的外部支撑连结杆。
[0023]根据本发明的一个备选特征，所述容器具有正圆柱形状，优选地正圆柱形状。
[0024]进一步地，所述填充物孔为可闭合的并且穿过所述顶板、穿过所述侧壁之一、或穿过一个侧壁的靠近其上边缘的上板延伸。
[0025]进一步地，所述容器由液体可渗透的土工织物纤维制成，任选地，包括位于所述容器内的一组空间可分离的网格加强板，优选地，包括间隔装置，所述间隔装置在使用中用于将所述板竖向地间隔开，进一步优选地，所述间隔装置包括至少一个连结杆，所述至少一个连结杆从上网格板延伸到底网格板，并且以预定的长度连接至各网格板从而以预定的间隔将相邻的网格板彼此间隔开。[0026]进一步地,所述连结杆从所述侧壁的上边缘向下延伸。
[0027]进一步地，所述网格板容纳在可位于所述支架容器内的密封容器中，所述连结杆从所述网格板至少延伸至密封网格容器的顶部表面的内侧，所述密封网格容器的顶部固定至所述支架容器的顶部，优选地通过连结杆来实现。
[0028]进一步地，来自所述网格板的连结杆穿过网格容器的顶部延伸并且在它们的自由端与所述支架容器的顶部连接。
[0029]进一步地，所述支架具有以下尺寸:大约1.5m的宽度，大约1.0m的深度，和大约1.1m的高度，或根据其他预定特定采矿采场设计高度制造的尺寸。
[0030]根据本发明的另一个方面，所述支架包括单个圆柱形侧壁，所述加强板包括互补形状的圆形网格板，所述支架包括从所述侧壁的上边缘向下延伸的多个等距间隔开的支撑连结杆，其中各连结杆在距所述顶部预定距离处固定至各网格板以将所述板竖向间隔开。
[0031]本发明的这些和其他特征将在下面更为详细地描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本发明的优选实施方式仅作为示例并参考附图进行描述，其中:
[0033]图1是根据本发明的地下矿井支架的第一实施方式的截面图，其包括位于其中的一组空间可分离的网格加强板，安装在顶盘和底盘之间；
[0034]图2示出了顶盘和底盘之间使用的地下矿井支架的典型设计工作高度的截面图；
[0035]图3示出了图1中支架的截面图，参考了这样的支架的典型设计工作高度；
[0036]图4示出了图1中支架的透视图，其顶部移走；以及
[0037]图5示出了安装在顶盘和底盘之间的根据本发明的地下矿井支架的第二实施方式的透视图，本实施方式不包括一组空间可分离的网格加强板。
【具体实施方式】
[0038]以下举例对地下矿井支架的一个实施方式进行描述。在这样的环境中确定支架成功的原理同样适用于需要载荷支架的其他环境，例如在紧急救援操作期间。因而，尽管本实施例涉及地下矿井支架，但本实施例不意在限制本发明的范围，而仅用于解释本发明。
[0039]如图1、图3和图4所示，根据本发明的地下矿井支架(I)的第一实施方式包括由柔性材料制造的容器(2)，在本例为土工织物材料。容器(2)具有平行六面体形状，具有四个基本为矩形的侧壁(4)，顶板(3)和底板(5)，以及在侧壁之一中的填充物孔(13)。
[0040]侧壁(4)具有预定的高度，所述预定的高度选定为与待安装支架的矿井中区域
(12)中顶盘(6)和底盘(7)之间的采场设计高度基本相同。
[0041]侧壁(4)包括主板(4)和上板(14)。上板(15)在主板(4)的上边缘(15)和顶板
(3)之间延伸以当填充容器时允许容器(2)竖向膨胀，从而适应不平的顶盘(6)表面。
[0042]支架(I)进一步包括位于其中的一组空间可分离的网格加强板(8)，所述加强板通过在它们之间延伸的预定长度的连结杆(9)彼此支撑。各连结杆(9)连接至侧壁(4)的上边缘。在沿其长度的预定位置处，连结杆连接至各连续的网格板(8)。连结杆(9)位于靠近网格板(8)的拐角处。当容器(2)在填充前在顶盘(6)和底盘(7)之间竖立时，网格板(8)落入位置并且由连结杆(9)以空间分离的方式吊挂。[0043]支架(I)设计为工作在具有采场设计高度的地下矿井中。所述高度在图2中示出为尺寸“A”。包括其加强网格层(8)的容器(2)通常设计为精确地填充此高度，或对于不平的爆破顶至少尽可能精确地填充。网格层(8)必须考虑到此高度“A”而间隔开，从而容器的总高度不能小于此高度“A”。
[0044]支架(I)是通过向其填充浆料形式的固液流体而安装。所述浆料通过其填充孔
(13)泵送入容器(2)，并且所述浆料中的液体成分随后通过制成容器的土工织物材料的孔隙排出。这留下了在容器(2)中硬化的固体成分从而形成强度合适的支架(I)。
[0045]为了使支架(I)具有最佳性能，需要容器(2 )上的压力，所述压力通常是通过顶盘(6 )闭合到容器(2 )上而施加，这实际上是对支架(I)的预加载。
[0046]然而，如图1所示，矿井中的顶盘(6)相当不平。这意味着在一些区域(10)，实际的高度可能比采场设计高度“A”小一些，如图1所示，而在其他区域(11)，可能比采场设计高度“A”大。这意味着随着顶盘(6)的闭合，将会在支架(I)上设置不均匀的压力，这导致预加载不均匀从而导致支架(I)各处上的屈服强度不均匀。
[0047]所述不均匀的压力在容器(2)上不均匀地分布，如果容器(2)仅含有液体就是这样的情形。由于存在固体和网格板，一旦支架安装，局部压力差可能会导致支架(I)中的局部强度差。可能的是，液体可能被截留于低预加载(低压力)的区域，导致支架(I)中产生永久性弱化的局部位置。
[0048]高度大于采场设计高度“A”的区域(11)最终会向下闭合到支架(I)上以充分接触它，但到那时，由于缺少较早的闭合(即缺少预加载)，可能已经导致支架(I)预加载不均匀和液体截流。
[0049]如图3所示，根据本发明的支架(I)具有包括“B”和“C”的总和的高度。高度“B”是容器(I)的常规高度，并对应于采场设计高度“A”。高度“B”也是容器(2)的主板(4)的高度。加强网格层(8)延伸不超过刚好低于“B”，这意味着容器(2)将仍会适配进实际高度
(10)比采场设计高度“A”略小一些的矿井采场中。
[0050]高度“C”为上板(14)的高度，加到正常容器高度“B”之上，这允许容器(2)被填充以填充物直至其均匀接触顶盘(6)。无论顶盘(6)形状如何，容器(2)的顶板(3)在容器(2)填充的情形下会上升以匹配顶盘。顶板(3)闭合上板(14)的上边缘。
[0051]这在其闭合时允许顶盘(6)对容器(2)的顶部施加均匀的压力，从而均匀地预加载支架(I)。
[0052]支架(I)的安装需要尽可能多地排出浆料中含有的水，防止一旦安装后在支架(O的内侧形成弱化区域。当水被截留于容器(2)内时，会发生所述的弱化区域的形成。
[0053]为了优化从容器(2)排出水，需要保持顶板(3)和顶盘(6)之间的接触。通过持续泵送浆料进入容器(2 )来进一步增加压力。
[0054]容器(2 )内的压力通过保持与顶盘(6 )的接触进一步增加。在深矿井中，顶盘(6 )闭合到底盘(7)上的情况持续发生。所述闭合进一步对容器(2)加压，这还有助于排出水且提高安装速率和支架(I)的质量。这些方面的结合因此确保最大量的水在安装期间从容器
(2)排出，并且与不保持顶板和顶盘(6)接触时相比更短的时间排出。
[0055]在容器(2)是由液体可渗透的土工织物材料制成的情形下，液体从容器的排出将会以正常的方式进行并且容器(2)可被填充至顶部以充分接触顶盘(6)，从而允许它在从顶盘(6)闭合的情形下更快地安装。在具有深工作深度的矿井中是这样的情况，在这些地方由于工作深度而更快闭合。
[0056]由于需要闭合以由支架获取足够的强度，上板(14)的添加有助于加快填充容器安装成完全功能的支架所花费的时间。
[0057]在在较低深度作业的矿井中，闭合不够快因而不能确保在这些容器上适当预加载。这些容器从而被填充以与其自身不一致地硬化的填充物，例如胶结填充物。然而，对于这样的容器，也必须确保容器的顶部和顶盘适当匹配，尤其是由于顶盘的闭合速率较低意味着在与设计工作高度有大偏离的地方可能未形成接触。
[0058]在一些例子中，容器内的一组空间可分离的网格加强板可以不是必需的。地下矿井支架(20)的这样的一个实施方式在图5中示出。除了没有所述一组空间可分离的网格加强板之外，所述容器与图1、图3和图4所示的相同。
[0059]应理解，本文描述的实施方式仅作为示例给出并且不意于限制本发明的范围。
[0060]例如，可以对渗透和非渗透容器使用这些设计，并且这些设计可以包括加强网格层或不包括加强网格层，并且它们可以填充包括自硬化成分或不包括自硬化成分的填充物。
[0061]还可以在支架容器内在密封容器中提供网格加强板，其中连结杆从容器的顶部延伸至各网格板上的连接点。随后内部网格袋将被固定至支架容器的顶部，以便被提升从而使网格板能够采用它们的由连接连结杆确定的空间布置。
【权利要求】
1.一种载荷支架，包括容器，该容器由柔性材料制成，具有至少一个侧壁、顶板、底板、和填充物孔；其中所述侧壁具有预定的高度，所述预定的高度选定为比所述支架的安装高度高，以当使用填充物材料填充容器时允许所述容器的顶部竖向膨胀而与上顶接触。
2.如权利要求1所述的支架，其中所述侧壁包括两个部分，即主板和上板，其中主板具有选定为与所述安装高度基本相同的预定高度，所述上板围绕所述容器在所述侧壁的第一部分的上边缘和所述顶板之间延伸。
3.如权利要求2所述的支架，其中所述上板在所述侧壁的主板的上边缘和所述顶板的边缘之间延伸。
4.如权利要求3所述的支架，其中所述上板具有比所述主板的高度低的高度。
5.如权利要求3所述的支架，其中所述上板具有比所述主板的高度的一半低的高度。
6.如权利要求3所述的支架，其中所述上板具有比所述主板的高度的20%低的高度。
7.如权利要求3或4所述的支架，其中所述上板具有大约50cm的高度。
8.如上述任一项权利要求所述的支架，其中所述容器由液体可渗透的土工织物纤维制成。
9.如权利要求8所述的支架，其中所述纤维为编织聚丙烯。
10.如权利要求9所述的支架，其中所述主板和所述上板由不同的编织聚丙烯纤维制成。
11.如权利要求10所述的支架，其中所述上板的液体渗透速率与所述主板的液体渗透速率不同。
12.如权利要求10所述的支架，其中所述上板的液体渗透速率比所述主板的液体渗透速率高。
13.如权利要求9所述的支架，其中所述主板和所述上板由相同的编织聚丙烯纤维制成，并且具有相同的液体渗透速率。
14.如权利要求1至13中任一项所述的支架，其中所述容器具有带有四个侧壁的平行六面体形状。
15.如权利要求14所述的支架，其中所述支架为立方体形状。
16.如权利要求14或15所述的支架，其中所述侧壁包括靠近所述侧壁的拐角的外部支撑连结杆。
17.如权利要求1至13中任一项所述的支架，其中所述容器具有圆柱体形状。
18.如权利要求17所述的支架，其中所述支架具有正圆柱体形状。
19.如上述任一项权利要求所述的支架，其中所述填充物孔为可闭合的并且穿过所述顶板、穿过一个侧壁或穿过一个侧壁的靠近其上边缘的上板延伸。
20.如上述任一项权利要求所述的支架，其中所述容器包括位于该容器内的一组空间可分离的网格加强板和将所述网格板竖向地间隔开的间隔装置。
21.如权利要求20所述的支架，其中所述间隔装置包括至少一个连结杆，所述至少一个连结杆从上网格板延伸到底网格板，并且以预定的长度连接至各网格板以将相邻的网格板以预定的间隔彼此间隔开。
22.如权利要求22所述的支架，其中所述支架包括连结杆，所述连结杆在矩形网格板的相邻的空间可分离的拐角之间延伸，并且连接至各个所述拐角以在使用中用于以预定的竖向间隔来将所述网格板竖向间隔开。
23.如权利要求21或22所述的支架，其中所述连结杆从所述侧壁的主板的上边缘向下延伸。
24.如权利要求21或22所述的支架，其中所述网格板容纳在能位于支架容器内的密封网格容器中，所述连结杆从所述网格板至少延伸至网格容器的顶表面的内侧，并且所述网格容器的顶部固定至所述支架容器的顶部，优选地通过连结杆来实现。
25.如权利要求24所述的支架，其中来自所述网格板的连结杆穿过所述网格容器的顶部延伸并且在所述连结杆的自由端与所述支架容器的顶部连接。
26.如结合权利要求1至16阅读时权利要求19至25中任一项所述的支架，其中所述支架具有宽度大约1.5m、深度大约1.0m并且高度大约1.1m的尺寸或根据采场设计高度制成的尺寸。
27.如结合权利要求17或18阅读时权利要求19至25中任一项所述的支架，其中所述支架具有直径大约1.5m而高度大约1.1m的尺寸或根据采场设计高度制成的尺寸。
28.如权利要求17至25中任一项所述的支架，其中所述加强板包括互补形状的圆形网格板，所述支架包括从所述侧壁的上边缘向下延伸的多个等距间隔开的支撑连结杆，其中各连结杆在距顶部预定距离处固定至各个网格板以将所述网格板竖向间隔开。
29.如权利要求22或28所述的支架，其中所述网格板等距地间隔开。
30.一种基本如本文所述并且参考附图的支架。
31.一种在上顶和下底之间安装载荷支架的方法，其中所述上顶和下底共同在它们之间限定安装高度，所述方法包括:将从如权利要求1至30中任一项所述的支架延伸的至少一个连结杆固定到所述上顶以将空支架吊挂于上顶，向所述容器填充填充物材料，允许所述填充物材料中的液体成分穿过所述侧壁从所述容器排出，以及持续穿过所述填充物孔填充所述容器直至所述容器的顶板抵接所述上顶并且液体穿过所述侧壁的上板从所述容器的顶部排出。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述容器填充以下组中的一种或多种:胶结物、浆料、结合剂、和金属碎片。
33.一种基本如本文所述并且参考附图的方法。
【文档编号】E21D15/48GK103562497SQ201280019005
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年2月24日 优先权日:2011年2月24日
【发明者】纳塔利·基拉塞 申请人:纳塔利·基拉塞