一种全断面大宽度多连体型钢支架及其支护方法
【专利摘要】本发明公开了一种全断面大宽度多连体型钢支架及其支护方法，包括多个相互平行设置的环形体，每个环形体上沿轴向对称设有多个梁式连接器，构成多个环形体的连体结构，所述环形体和梁式连接器上呈辐射状均匀布设有多根锚杆。本发明采用梁式连接器将环形体连接成多连体支架，在巷道走向上扩大了环形体的支护范围，加强了整体支护的效果。同时，相邻两个环形体的梁式连接器之间采用可滑动连接方式，使得环形体支架沿巷道轴向上也能实现可缩性，大幅度改善了软岩巷道的支护效果。
【专利说明】一种全断面大宽度多连体型钢支架及其支护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及软岩巷道支护领域，特别涉及一种用于地下采矿或岩石工程的高应力大变形软岩巷道支护的全断面大宽度多连体型钢支架及其支护方法。
【背景技术】
[0002]随着矿产资源的开采，各种软岩巷道(如地质软岩巷道和深井高应力软岩巷道)的支护成为困扰矿业发展的难题。针对软岩巷道，普通的柔性支护结构或者刚性支护结构都不足以维持巷道的稳定，主要存在的问题有:1.柔性支护结构强度不足，不能有效控制围岩的持续变形么刚性支护结构支护范围小，很难形成整体刚性支护，若要形成整体刚性支护，支护成本会很高，在经济上不合算。经过深入研究发现，要解决软岩巷道的支护问题，需要一种能够持续提供高阻抗力，同时支护范围大且整体性较好的支护结构。
【发明内容】
[0003]为了解决上述技术问题，本发明提供一种支护强度高、支护面积大、成本低、整体稳定性好的全断面大宽度多连体型钢支架，并提供采用型钢支架进行支护的方法。
[0004]本发明解决上述问题的技术方案是:一种全断面大宽度多连体型钢支架，包括多个相互平行设置的环形体，每个环形体上沿轴向对称设有多个梁式连接器，构成多个环形体的连体结构，所述环形体和梁式连接器上呈辐射状均匀布设有多根锚杆。
[0005]上述全断面大宽度多连体型钢支架中，所述环形体包括两根左右相对设置的第一型钢和两根上下相对设置的第二型钢，所述第一型钢中部为直板形，两端呈弧形，所述第二型钢呈拱形，所述第一型钢和第二型钢错位搭接并首尾相连构成环形体的椭圆形框架结构。
[0006]上述全断面大宽度多连体型钢支架中，所述梁式连接器设于第一型钢与第二型钢的搭接部位处，梁式连接器包括两根相互平行的第三型钢和第四型钢，第三型钢上设有一凹陷部位，凹陷部位背向第四型钢设置，所述第一型钢与第二型钢的搭接部位包裹于第三型钢的凹陷部位内，用第一螺栓和第一螺母将第三型钢和第四型钢夹紧，每个环形体上的梁式连接器的两端分别和与其相邻的环形体上对应位置处的梁式连接器错位搭接并通过第二螺栓和第二螺母将搭接处固定。
[0007]上述全断面大宽度多连体型钢支架中，所述第三型钢和第四型钢的两端均开设有滑槽，第二螺栓穿设于相邻两个梁式连接器搭接处的滑槽内并可在滑槽内滑动，在第二螺栓和第二螺母的配合下相邻两个梁式连接器之间可相对滑动。
[0008]上述全断面大宽度多连体型钢支架中，所述第三型钢和第四型钢的截面形状与第一型钢和第二型钢搭接部位的形状相匹配，所述第一型钢和第二型钢均采用凹凸相间的型钢。
[0009]上述全断面大宽度多连体型钢支架中，所述第一型钢与第二型钢搭接处夹设有第一可缩性高阻垫片，所述相邻两个环形体上对应位置处的梁式连接器搭接处夹设有第二可缩性高阻垫片，所述梁式连接器上安装锚杆位置处设有第三可缩性高阻垫片。
[0010]一种采用全断面大宽度多连体型钢支架进行支护的方法，包括以下步骤:
1)将第一个环形体安放于巷道的一个断面上，在环形体的第一型钢和第二型钢的搭接处夹置第一可缩性高阻垫片；
2)将环形体的第一型钢和第二型钢的搭接处夹置于梁式连接器第三型钢和第四型钢之间，并用第一螺栓和第一螺母将第三型钢和第四型钢夹紧，这样就完成了一个断面上的环形体安装；
3)重复步骤1)和步骤2),间隔一定距离将第二个环形体安装好，将第二个环形体的梁式连接器和第一个环形体对应位置处的梁式连接器错位搭接在一起，并在搭接处放置第二可缩性高阻垫片，利用第二螺母和第二螺栓将搭接处拧紧，这样就完成了两个相邻环形体之间的连接；
4)若需要连接的环形体多于两个，则重复步骤3),完成多个环形体的连体结构安装；
5)在各环形体预设的锚杆孔处安装锚杆，在梁式连接器预设的锚杆孔处放置带孔的第三可缩性高阻垫片后安装锚杆，将环形体和梁式连接器紧固于岩壁之上。
[0011]本发明的有益效果在于:
1、本发明的环形体采用凹凸相间的型钢，增加了环形体与岩体的刚性接触面积，克服普通支架受力面积小的缺点；
2、本发明在第一型钢和第二型钢之间增加了弧形可缩性高阻垫片使得环形体在径向上具有可缩性能够让压，克服了传统支架连接处易向巷道内鼓出的不足，同时在巷道径向上能够让压，同时，该垫片在环向上具有高阻力，能够保证一定的支护力，使得巷道围岩与环形体实现协同变形；
3、本发明采用梁式连接器将环形体连接成多连体支架，在巷道走向上扩大了环形体的支护范围，加强了整体支护的效果，同时，相邻两个环形体的梁式连接器之间采用可滑动连接方式，使得环形体沿巷道轴向上也能实现可缩性，这也大幅度加强了软岩巷道的支护效果；
4、本发明在环形体和梁式连接器上设置有锚杆，进一步增加了环形体的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例的主视图。
[0013]图2为本发明实施例的侧视图。
[0014]图3为本发明实施例的立体图。
[0015]图4为本发明实施例中环形体的主视图。
[0016]图5为本发明实施例中环形体的俯视图。
[0017]图6为本发明实施例中环形体的侧视图。
[0018]图7为本发明实施例中梁式连接器的主视图。
[0019]图8为本发明实施例中梁式连接器的侧视图。
[0020]图9为本发明实施例中梁式连接器的剖面图。
[0021]图10为本发明实施例中相邻两个梁式连接器的连接结构图。
[0022]图11为本发明实施例中环形体搭接部位的断面图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0024]如图1、图2、图3所示，本发明的型钢支架包括多个相互平行设置的环形体，每个环形体上沿轴向对称设有多个梁式连接器4，通过梁式连接器4将相邻的两个环形体连接在一起，构成多个环形体的连体结构，所述环形体和梁式连接器4上呈辐射状均匀布设有多根锚杆5，锚杆5穿过所述环形体和梁式连接器4，将环形体和梁式连接器4固定在岩壁上，锚杆5的长度和密度根据巷道的具体情况而定。
[0025]如图4、图5、图6所示，每个环形体包括两根相对设置的第一型钢2和两根相对设置的第二型钢1，所述第一型钢2和第二型钢1均采用凹凸相间的型钢，所述第一型钢2中部为直板形，两端呈弧形，所述第二型钢1呈拱形，所述第二型钢1尺寸稍小，所述第一型钢2尺寸稍大，但两者的尺寸和形状相匹配，在连接处能够契合；所述第一型钢2和第二型钢1错位搭接并首尾相连构成环形体的椭圆形框架结构，第一型钢2与第二型钢1搭接处夹设有第一可缩性高阻垫片3，第一可缩性高阻垫片3呈弧形，其在巷道径向上具有可缩性，在环向上具有高阻力，实现支护断面双向的高阻让压。
[0026]每个环形体的第一型钢2与第二型钢1的搭接部位15均设有梁式连接器4，如图11所示，所述梁式连接器4包括两根相互平行的第三型钢8和第四型钢9，第三型钢8上设有一凹陷部位7，凹陷部位7背向第四型钢9设置，所述第一型钢2与第二型钢1的搭接部位包裹于第三型钢8的凹陷部位7内，用第一螺栓11和第一螺母12将第三型钢8和第四型钢9夹紧，如图9所示，梁式连接器4上安装锚杆5位置处设有第三可缩性高阻垫片13，第三可缩性高阻垫片13呈弧形，如图8所示，所述第三型钢8和第四型钢9的截面均呈弧形并且其形状与第一型钢和第二型钢搭接部位的形状相匹配。
[0027]如图3、图10所示，每相邻两个环形体上对应位置处的梁式连接器4错位搭接，搭接处通过第二螺栓和第二螺母14相固定，其中:梁式连接器4的第三型钢8和第四型钢9的两端均开设有滑槽10 (如图7所示),第二螺栓穿设于相邻两个梁式连接器4搭接处的滑槽10内并可在滑槽10内滑动，在第二螺栓和第二螺母14的配合下错位搭接的两个梁式连接器4之间可相对滑动，从而构成多个环形体的连体结构，在两个梁式连接器4搭接处夹设有第二可缩性高阻垫片6，第二可缩性高阻垫片6呈弧形并且其形状与第三型钢和第四型钢的截面形状相匹配，第二可缩性高阻垫片6在巷道径向上具有可缩性，在环向上具有高阻力，沿巷道轴向上也具有可缩性，形成三向可缩的全段面大宽度多连体支架。
[0028]本发明的支护方法如下:
1)将第一个环形体安放于巷道的一个断面上，在环形体的第一型钢2和第二型钢1的搭接处夹置第一可缩性高阻垫片3 ；
2)将环形体的第一型钢2和第二型钢1的搭接处夹置于梁式连接器4第三型钢8和第四型钢9之间，并用第一螺栓11和第一螺母12将第三型钢8和第四型钢9夹紧，这样就完成了一个断面的支架安装；
3)重复步骤1)和步骤2),间隔一定距离将第二个环形体安装好，将第二个环形体的梁式连接器4和第一个环形体对应位置处的梁式连接器4错位搭接在一起，并在搭接处放置第二可缩性高阻垫片6，利用第二螺母14和第二螺栓将搭接处拧紧，这样就完成了两个相邻环形体之间的连接；
4)若需要连接的环形体多于两个，则重复步骤3),完成多个环形体的连体结构安装；
5)在各环形体预设的锚杆孔处安装锚杆5，在梁式连接器4预设的锚杆孔处放置带孔的第三可缩性高阻垫片后安装锚杆5，将环形体和梁式连接器4紧固于岩壁之上。
[0029]需要注意的是:梁式连接器4分为两种:一种是在第三型钢8的一端设置凹陷部位7，包裹第一型钢2和第二型钢1的搭接部位15，另一端具有滑槽10 ；而另一种是在第三型钢8的中间设置凹陷部位7，两端具有滑槽10。若只需要两个环形体相连接，第一个环形体和第二个环形体上安装的梁式连接器4均是一端设置凹陷部位7，另一端有滑槽的梁式连接器4，但安装的方向相反。若需要连接更多的环形体形成多连体支架，第一个环形体和最后一个环形体采用的梁式连接器4相同，均是一端设置凹陷部位7，另一端有滑槽的梁式连接器4，但安装方向相反，而第一个环形体和最后一个环形体中间的环形体采用中间设置凹陷部位7，两端具有滑槽10的梁式连接器4，通过在第二螺栓和第二螺母14将相邻两个环形体上对应位置处的梁式连接器错位搭接，实现可缩性连接。
【权利要求】
1.一种全断面大宽度多连体型钢支架，其特征在于:包括多个相互平行设置的环形体，每个环形体上沿轴向对称设有多个梁式连接器，构成多个环形体的连体结构，所述环形体和梁式连接器上呈辐射状均匀布设有多根锚杆。
2.如权利要求1所述的全断面大宽度多连体型钢支架，其特征在于:所述环形体包括两根左右相对设置的第一型钢和两根上下相对设置的第二型钢，所述第一型钢中部为直板形，两端呈弧形，所述第二型钢呈拱形，所述第一型钢和第二型钢错位搭接并首尾相连构成环形体的椭圆形框架结构。
3.如权利要求2所述的全断面大宽度多连体型钢支架，其特征在于:所述梁式连接器设于第一型钢与第二型钢的搭接部位处，梁式连接器包括两根相互平行的第三型钢和第四型钢，第三型钢上设有一凹陷部位，凹陷部位背向第四型钢设置，所述第一型钢与第二型钢的搭接部位包裹于第三型钢的凹陷部位内，用第一螺栓和第一螺母将第三型钢和第四型钢夹紧，每个环形体上的梁式连接器的两端分别和与其相邻的环形体上对应位置处的梁式连接器错位搭接并通过第二螺栓和第二螺母将搭接处固定。
4.如权利要求3所述的全断面大宽度多连体型钢支架，其特征在于:所述第三型钢和第四型钢的两端均开设有滑槽，第二螺栓穿设于两个梁式连接器搭接处的滑槽内并可在滑槽内滑动，在第二螺栓和第二螺母的配合下错位搭接的两个梁式连接器之间可相对滑动。
5.如权利要求4所述的全断面大宽度多连体型钢支架，其特征在于:所述第三型钢和第四型钢的截面形状与第一型钢和第二型钢搭接部位的形状相匹配，所述第一型钢和第二型钢均采用凹凸相间的型钢。
6.如权利要求5所述的全断面大宽度多连体型钢支架，其特征在于:所述第一型钢与第二型钢搭接处夹设有第一可缩性高阻垫片，所述相邻两个环形体上对应位置处的梁式连接器搭接处夹设有第二可缩性高阻垫片，所述梁式连接器上安装锚杆位置处设有第三可缩性高阻垫片。
7.一种采用如权利要求1?权利要求6中所述的全断面大宽度多连体型钢支架进行支护的方法，包括以下步骤: 1)将第一个环形体安放于巷道的一个断面上，在环形体的第一型钢和第二型钢的搭接处夹置第一可缩性高阻垫片； 2)将环形体的第一型钢和第二型钢的搭接处夹置于梁式连接器第三型钢和第四型钢之间，并用第一螺栓和第一螺母将第三型钢和第四型钢夹紧，这样就完成了一个断面上的环形体安装； 3)重复步骤I)和步骤2)，间隔一定距离将第二个环形体安装好，将第二个环形体的梁式连接器和第一个环形体对应位置处的梁式连接器错位搭接在一起，并在搭接处放置第二可缩性高阻垫片，利用第二螺母和第二螺栓将搭接处拧紧，这样就完成了两个相邻环形体之间的连接； 4)若需要连接的环形体多于两个，则重复步骤3)，完成多个环形体的连体结构安装； 5)在各环形体预设的锚杆孔处安装锚杆，在梁式连接器预设的锚杆孔处放置带孔的第三可缩性高阻垫片后安装锚杆，将环形体和梁式连接器紧固于岩壁之上。
【文档编号】E21D11/18GK104343458SQ201410513372
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】余伟健, 王平, 杜少华, 朱永建, 李树清 申请人:湖南科技大学