一种矩形巷道围岩变形破坏控制装置及控制方法

1.本发明涉及一种矩形巷道围岩变形破坏控制装置及控制方法，尤其适用于围岩控制技术领域。


背景技术：

2.巷道开挖后，围岩应力重新分布，容易在巷道两帮的顶角形成较大的应力集中，矩形或者梯形断面巷道尤为严重。当顶角围岩应力集中程度大于顶角围岩强度时，就会造成顶角围岩的变形破坏，顶角围岩的变形破坏如若得不到有效控制，则会扩展至顶板、两帮，最终造成冒顶、片帮等巷道失稳现象，严重影响到煤矿的安全生产。目前，锚杆锚索是煤矿巷道普遍采用的经济有效的支护形式，但是对于巷道顶角围岩控制，存在受力太，损坏概率较高，安全风险大的问题，现有的针对顶角围岩控制的方案通过在顶角位置添加锚杆，虽然可以起到一定的控制效果，但相对的也对顶角控制结构造成了破坏，损坏的风险更大，实际使用效果不佳。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足之处，提供一种矩形巷道围岩变形破坏控制装置及控制方法，以避免顶角控制结构的损坏，增强巷道顶板局部的应力支撑力。
4.为实现上述目的，本发明一种矩形巷道围岩变形破坏控制装置，其特征在于：它包括与矩形巷道界面匹配的框状结构的防护板，防护板包括设置在巷道底板的底边防护板，设置在巷道帮部的侧边防护板，以及设置在巷道顶板的顶端防护板；所述顶端防护板与两侧的侧边防护板之间通过弧形板连接，弧板外侧设有与矩形巷道顶板拐角匹配贴合的直角结构的控制装置；
5.所述的控制装置包括空心直角结构的直角套，直角套的两端内部为矩形空腔结构，直角套的两端空腔内分别设有限位齿条，直角套的两端内通过限位齿条安装有与其齿形啮合卡紧的齿板，限位齿条插入在直角套的通槽内，直角套内侧端面与弧形板外侧之间活动连接有多根调节机构，齿板的最外侧同样与弧形板外侧设有一根调节机构，所有的调节机构长度根据弧形板外缘与直角套或齿板的距离调节，以保证不同位置设置的调节机构均具有一定的变形余量；
6.顶端防护板、侧边防护板和底边防护板上分别间隔设有多个用于安装支护锚杆的锚杆孔。
7.进一步，所述调节机构包括外部套筒和滑动设置在外部套筒内的内部套筒，其中内部套筒的顶部设有固定套，固定套上设有套环，其中外部套筒的底部与弧形板外侧端面铰接，固定套与直角套内侧端面铰接连接，调节机构上设置有锁死机构，锁死机构卡紧外部套筒、内部套筒和固定套。
8.进一步，锁死机构包括限位槽、固定槽和套环，其中限位槽有两个，分别同向设置在外部套筒和固定套的外部且分别连通外部套筒和固定套，所述固定槽设置有若干，均匀
分布在内部套筒的外壁上，并且与限位槽的方向相对应，所述套环有两个，分别设置在外部套筒和固定套的外部，且与限位槽相对应，所述固定套的内部设置有活动腔，活动腔的内部两侧转动安装有活动板，活动板的中间下端为倾斜的凸起结构，且穿过限位槽后卡紧在固定槽内。
9.进一步，所述活动板的转动安装处内部设置有扭力弹簧，且扭力弹簧始终处于下压活动板的状态。
10.进一步，所述顶端防护板两端所设置的锚杆孔为阶梯状结构，所述弧形板的两端为直角结构，并且其上设置有通孔，所述锚杆依次穿过顶端防护板外端的锚杆孔和通孔后与巷道围岩壁固定连接。
11.进一步，所述调节机构内的外部套筒和内部套筒的长度由弧形板两端向中间依次加长。
12.一种矩形巷道围岩变形破坏控制装置的控制方法，其步骤包括：
13.在矩形巷道中间隔铺设底边防护板铺设底边防护板，并在底边防护板两侧的巷道帮部铺设侧边防护板：将底边防护板和侧边防护板与巷道壁贴合后，通过在其上设置的锚杆孔内穿插锚杆于围岩壁固定连接；
14.将两个弧形板安装在顶端防护板左右两侧，之后在两个弧形板上安装控制装置，之后将安装好控制装置的弧形板与巷道帮部的侧边防护板顶端连接固定，之后利用顶端防护板的锚杆孔向巷道顶板安装锚杆；
15.进一步，安装控制装置的具体步骤包括，安装调节机构和直角套时，将若干调节机构的外部套筒端部与弧形板的外侧铰接安装，将内部套筒插入在外部套筒内，在外部套筒上的限位槽外部套上一个套环，通过其内部的活动板端部穿过限位槽并卡紧在内部套筒上的固定槽内卡紧固定，将固定套与直角套内侧端面铰接安装，并在其外部套设另一个套环，转动内部套筒，使外部套筒上的活动板与固定槽脱离后滑动调节内部套筒的长度，调节结束后将内部套筒的另一端插入在固定套内部并转动，使两边的活动板同时卡紧在内部套筒两边的固定槽内卡紧固定，最终将直角套的外侧与围岩壁贴合。
16.有益效果：
17.本装置通过调节机构自动快速调整与巷道顶板边缘撇皮的直角套和弧形板之间的应力支撑力。通过锁死机构便于在调节机构调节够进行锁死并提供变形后的支撑。通过直角套与其内部可伸缩调节的齿板可针对不同尺寸的围岩顶角进行调节配合，并且与通过调节机构与弧形板连接，避免顶角控制结构的损坏，有利于增强局部的应力支撑力。
附图说明
18.图1为本发明控制装置和防护板的铺设结构示意图；
19.图2为本发明控制装置的主要结构示意图；
20.图3为本发明控制装置的防护板结构示意图；
21.图4为本发明控制装置的调节机构示意图；
22.图5为本发明控制装置的限位槽结构示意图；
23.图6为本发明控制装置的锁死机构示意图；
24.图7为本发明控制装置的锁死机构剖面示意图。
25.图中：1-防护板，10-锚杆孔，11-顶端防护板，12-侧边防护板，13-底边防护板，2-锚杆，3-控制装置，31-直角套，32-齿板，33-限位齿条，34-调节机构，341-外部套筒，342-限位槽，343-内部套筒，344-固定槽，345-固定套，346-套环，347-活动腔，348-活动板，349-扭力弹簧，35-通孔。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明的实施例做进一步说明：
27.如图1和图3所示，本发明提供一种矩形巷道围岩变形破坏控制装置，包括防护板1、锚杆2和弧形板4，防护板1包括底边防护板13、侧边防护板12和顶端防护板11，且呈矩形分布，防护板1上均匀设置有锚杆孔10，锚杆孔10内穿插有锚杆2，侧边防护板12的下端与底边防护板13垂直固定连接，侧边防护板12的上端与顶端防护板11两端之间通过锚杆2穿插连接有弧形板4，弧形板4的外侧设置有控制装置3，控制装置3外侧与巷道围岩壁面贴合，通过控制装置3将顶角围岩的应力向两侧的侧边防护板12上扩散，有利与减小顶角的受力，降低安全风险，提升安全支护程度；顶端防护板11两端所设置的锚杆孔10为阶梯状结构，弧形板4的两端为直角结构，并且其上设置有通孔35，锚杆2依次穿过顶端防护板11外端的锚杆孔10和通孔35后与巷道围岩壁固定连接，阶梯状结构结合其上穿插的锚杆2可以更有效的保证弧形板4与顶端防护板11之间的固定连接，防止其错位，并且一定程度的可以将其承受的应力向锚杆2上分散，使锚杆2与围岩壁之间所形成的反向支撑力更加坚固。
28.如图2所示，控制装置3包括直角套31、齿板32、限位齿条33和调节机构34，直角套31的两端内部为矩形空腔结构，齿板32滑动安装在其空腔内，直角套31的侧端设置有通槽，且与齿板32的齿形端面上方相邻，限位齿条33插入在直角套31的通槽内，并且与齿板32上的齿形啮合卡紧，调节机构34设置有若干，并且其两端分别与直角套31内侧端面和弧形板4外侧端面铰接连接，可调节的控制装置3可应对多种长度的围岩顶角，实用性更高。
29.如图4和图5所示，调节机构34包括外部套筒341、内部套筒343和固定套345，外部套筒341的一端与弧形板4外侧端面铰接连接，固定套345与直角套31内侧端面铰接连接，内部套筒343位于外部套筒341和固定套345之间的内部，且互相滑动连接，调节机构34上设置有锁死机构，锁死机构卡紧外部套筒341、内部套筒343和固定套345，便于调节直角套31与弧形板4之间的距离以便于适应顶角的应力。锁死机构包括限位槽342、固定槽344和套环346，限位槽342有两个，分别同向设置在外部套筒341和固定套345的外部且分别连通外部套筒341和固定套345，固定槽344设置有若干，均匀分布在内部套筒343的外壁上，并且与限位槽342的方向相对应，套环346有两个，分别设置在外部套筒341和固定套345的外部，且与限位槽342相对应，固定套345的内部设置有活动腔347，活动腔347的内部两侧转动安装有活动板348，活动板348的中间下端为倾斜的凸起结构，且穿过限位槽342后卡紧在固定槽344内，便于转动调节机构34以及调节之后的锁死固定，防止其承受的应力松散造成的结构损坏。
30.如图6和图7所示，活动板348的转动安装处内部设置有扭力弹簧349，且扭力弹簧349始终处于下压活动板348的状态，起到主动卡紧的作用，防止其松动造成的锁死机构失效。调节机构34内的外部套筒341和内部套筒343的长度由弧形板4两端向中间依次加长，便于更好的适应弧形板4与直角套31之间不同的距离调整与应力支撑。
31.一种矩形巷道围岩变形破坏控制装置控制方法，其步骤是：
32.铺设底边防护板13和侧边防护板12：将底边防护板13和侧边防护板12与巷道壁贴合后，通过在其上设置的锚杆孔10内穿插锚杆2于围岩壁固定连接；
33.铺设顶端防护板11和弧形板4：将弧形板4的一端与顶端防护板11的两端重叠，并通过锚杆2依次穿过顶端防护板11外端的锚杆孔10和通孔35后与巷道围岩壁固定连接，将弧形板4的另一端采用同样的方式通过锚杆2与侧边防护板12穿插连接后与巷道围岩壁固定连接；
34.安装调节机构34和直角套31：将若干调节机构34的外部套筒341端部与弧形板4的外侧铰接安装，将内部套筒343插入在外部套筒341内，在外部套筒341上的限位槽342外部套上一个套环346，通过其内部的活动板348端部穿过限位槽342并卡紧在内部套筒343上的固定槽344内卡紧固定，将固定套345与直角套31内侧端面铰接安装，并在其外部套设另一个套环346，转动内部套筒343，使外部套筒341上的活动板348与固定槽344脱离后滑动调节内部套筒343的长度，调节结束后将内部套筒343的另一端插入在固定套345内部并转动，使两边的活动板348同时卡紧在内部套筒343两边的固定槽344内卡紧固定，最终将直角套31的外侧与围岩壁贴合。