一種棚式支架預應力施加裝置製造方法

2023-10-19 20:32:47 2

一種棚式支架預應力施加裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種棚式支架預應力施加裝置，它包括基本框架結構和集成液壓油泵兩部分。基本框架結構具體包括上部框架結構和下部腿式支撐結構，上部框架結構由頂、底、左、右四面鋼架及其對應的多級液壓油缸組成；下部腿式支撐結構由四條鋼管組成，通過改變鋼管的伸縮長度可以改變腿式支撐結構的長度。基本框架結構中所有多級液壓油缸的尾部均連接至集成液壓油泵，可以對液壓油缸進行伸縮控制，從而實現對不同尺寸棚式支架的預壓支撐，以達到提高支架支護效果的目的。該裝置可以阻止巖體內部裂隙擴展及圍巖鬆動範圍的進一步擴大，實現棚式支架主動支護的目的。同時該裝置在支架架設過程中可以大大降低工人勞動強度。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬於隧道工程、地下工程支護【技術領域】，尤其涉及採礦工程支護結構預應 力施加裝置，具體涉及一種棚式支架預應力施加裝置。 一種棚式支架預應力施加裝置

【背景技術】
[0002] 煤炭作為我國的主體能源，在國民經濟中佔有重要的戰略地位。未來幾十年內，以 煤炭為主的能源結構將難以改變。隨著煤炭開採程度的加劇，淺部資源漸趨枯竭，煤炭開發 加速向深部、複雜地質條件轉移，出現了千米深井高地應力巷道、極破碎圍巖巷道、特大斷 面巷道、強烈採動影響巷道及沿空留巷等複雜困難巷道。鑑於地質條件越來越複雜，提高巷 道支護質量、有效保持圍巖穩定就成為一個突出問題。
[0003] 現有支護方式主要有錨杆(索)系列支護技術、U型鋼等棚式支架系列支護技術，以 及兩者組合的系列支護技術。錨杆支護技術已得到大面積推廣應用。錨杆支護作為主動支 護方式，可以對圍巖施加較高的預緊力，可以有效限制圍巖變形，防止圍巖鬆動範圍進一步 擴大，成為煤礦巷道首選的、安全高效的支護方式。但是，隨著煤礦開採強度的大幅度增加， 部分礦區錨杆支護巷道圍巖變形強烈，支護效果差，巷道安全得不到保證，對巷道支護技術 提出了更高、更苛刻的要求。
[0004] U型鋼等棚式支架是一種巷道被動支護方式，它不同於錨杆支護，難以對圍巖施加 一定的預緊力，同時由於巷道表面不平整等原因，造成支架與圍巖之間存在間隙、空洞，弓丨 起應力傳遞滯後和支架結構受力不均、局部應力集中而承載能力大幅度降低，此時常採用 背板等方式來實現支架與圍巖之間的應力傳遞。雖然增加背板等應力傳遞介質，但相當多 的情況下仍是只有當圍巖變形達到一定程度時棚式支架的支護作用才能發揮，在巷道開挖 後至圍巖變形的最初階段，巖體內部裂隙仍然不斷擴展及損傷破壞，促使棚式支護效果大 打折扣，甚至出現支架整體失穩現象，在深部複雜巷道及鬆軟煤層巷道支護中更加明顯。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是為了克服現有棚式支架被動支護狀態的缺陷，提供了一種棚式支 架預應力施加裝置，所述裝置具有簡單便捷、操作方便、預應力施加效果好、支護效果有效 改善、大大降低工人勞動強度的優點。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明採用下述技術方案予以實現： 一種棚式支架預應力施加裝置，所述裝置包括基本框架結構和集成液壓油泵；所述基 本框架結構包括上部框架結構和下部腿式支撐結構，所述上部框架結構包括焊接成框架結 構的頂面鋼架、底面鋼架、左側鋼架、右側鋼架；所述頂面鋼架、底面鋼架各連接兩個多級液 壓油缸；所述左側鋼架、右側鋼架各連接一個多級液壓油缸；所述下部腿式支撐結構由四 條可伸縮鋼管組成，所述可伸縮鋼管由內側鋼管和外側鋼管組成，基本框架結構中所有多 級液壓油缸的尾部均連接至所述集成液壓油泵。
[0007] 與現有棚式支架架設技術相比，本發明的優點和積極效果是：本發明所述裝置可 以有效克服傳統棚式支架無法對圍巖施加預緊力、處於純粹被動支護狀態，同時支架架設 過程中由於巷道表面不平整等原因，造成的支架與圍巖之間存在間隙、空洞，引起應力傳遞 滯後和支架結構受力不均、局部應力集中而承載能力大幅度降低等缺陷；該裝置可以在棚 式支架架設完畢即可對圍巖施加一定的預緊力，實現支架與圍巖表面的緊密接觸，從而阻 止巖體內部裂隙擴展及圍巖鬆動範圍的進一步擴大，實現棚式支架主動支護的目的。同時 該裝置在支架架設過程中可以代替工人實現支架的搬運作用，大大降低工人勞動強度。該 預應力棚式支架與錨杆(索）聯合支護可提供較高的支護強度，將為複雜條件巷道支護提供 新的思路和方法。
[0008] 結合附圖閱讀本發明的【具體實施方式】後，本發明的其他特點和優點將變得更加清 楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的結構示意圖。
[0010] 圖2為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的基本框架結構示意圖。
[0011] 圖3為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的基本框架結構中上部框架結構的 頂面鋼架結構示意圖。
[0012] 圖4為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的基本框架結構的頂面鋼架結構與 多級液壓油缸連接位置結構示意圖。其中a為齒形凹槽的結構圖，b為U型組合結構的結 構圖。
[0013] 圖5為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的多級液壓油缸與基本框架結構連 接位置結構示意圖。其中，a為齒狀連接杆的結構圖；b為柱狀連接杆的結構圖。
[0014] 圖6為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的基本框架結構中上部框架結構的 左側鋼架結構示意圖。
[0015] 圖7為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的基本框架結構中左側鋼架結構與 多級液壓油缸連接位置結構示意圖。其中，a為齒形凹槽的結構圖，b為U型組合結構的結 構圖。
[0016] 圖8為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的基本框架結構中上部框架結構的 底面鋼架結構示意圖。
[0017] 圖9為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的基本框架結構中底面鋼架結構與 多級液壓油缸連接位置結構示意圖，其中a、b為齒形凹槽的結構圖，c、d為U型組合結構的 結構圖。
[0018] 圖10為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的基本框架結構中下部腿式支撐結 構示意圖。
[0019] 圖11為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的下部腿式支撐結構長度伸縮變換 結構示意圖。
[0020] 圖12為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的下部腿式支撐結構360°旋轉實現 方式結構示意圖。
[0021] 圖13為本發明所述棚式支架預應力施加裝置的工作狀態示意圖。
[0022] 圖中，1、上部框架結構；2、下部腿式支撐結構；3、頂面多級液壓油缸；4、側面多級 液壓油缸；5、底面多級液壓油缸；6、手型結構；7、頂面鋼架；8、左側鋼架；9、底面鋼架；10、 右側鋼架；11、齒形凹槽；12、U型組合結構；13、齒狀連接杆；14、柱狀連接杆；15、U型凸塊； 16、底面鋼架U型組合結構；17、方形凹槽；18、底面鋼架腿式支撐結構連接孔；19、外側鋼 管；20、內側鋼管；21、膠輪連接杆；22、內側鋼管連接孔；23、連接螺絲；24、膠輪；25、集成 液壓油泵；26、棚式支架；27、矩形槽。

【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步詳細的說明。
[0024] 實施例1 如圖1所示，本發明所述棚式支架預應力施加裝置包括基本框架結構和集成液壓油泵 25兩部分。
[0025] 如圖2所示，基本框架結構包括上部框架結構1和下部腿式支撐結構2。所述基本 框架結構中的上部框架結構1具體包括位於結構頂端的頂面鋼架7、位於結構底端的底面 鋼架9、兩側的左側鋼架8、右側鋼架10,所述頂面鋼架、底面鋼架、左側鋼架、右側鋼架依次 焊接成矩形的框架結構，所述頂面鋼架7連接兩個頂面多級液壓油缸3,所述左側鋼架8、右 側鋼架10各連接一個側面多級液壓油缸4,所述底面鋼架9連接兩個底面多級液壓油缸5。 在所述多級液壓油缸的端部連接有手型結構6,手型結構6增加了裝置與棚式支架26的接 觸面積，實現有效施加預應力的目的。基本框架結構中所有多級液壓油缸的尾部均連接至 集成液壓油泵25,可以對液壓油缸進行伸縮控制，從而實現對不同尺寸棚式支架的預壓支 撐，以達到提高支架支護效果的目的。
[0026] 所述頂面鋼架連接的兩個頂面多級液壓油缸3各由4飛節液壓伸縮杆組成，所述 左側鋼架、右側鋼架連接的側面多級液壓油缸4各由:Γ4節液壓伸縮杆組成，底面鋼架連接 的兩個底面多級液壓油缸5各由2~3節液壓伸縮杆組成。所述底面鋼架9的長度大於頂面 鋼架7的長度，底面鋼架9的寬度大於或等於頂面鋼架7的寬度，所述上部框架結構1中底 面鋼架9的下側四角位置對稱布置四個底面鋼架腿式支撐結構連接孔18。
[0027] 如圖3所示，所述基本框架結構的上部框架結構1中的頂面鋼架7連接兩個頂面 多級液壓油缸3,所述頂面鋼架7由高強度鋼板加工而成，鋼板厚度為30mnT50mm，在鋼架朝 向鋼架外側的外側面設有用於安裝頂面多級液壓油缸的矩形槽27,所述矩形槽27的一內 側壁上設有內凹的周邊具有齒槽的齒形凹槽11，與所述內側壁對應的另一內側壁上設有U 型凹槽，所述U型凹槽外還設有位於矩形槽內的U型凸塊15,所述U型凹槽和U型凸塊15 組成U型組合結構12,所述U型組合結構12的開口方向朝向框架外側。
[0028] 頂面鋼架7通過設於矩形槽27內一側的齒形凹槽11和另一側的U型組合結構12 與頂面多級液壓油缸3連接，齒形凹槽11和U型組合結構12具體結構如圖4所示。對應 的，頂面多級液壓油缸3與齒形凹槽11連接的一側設有齒狀連接杆13,所述液壓油缸在與 U型組合結構12連接的一側設有柱狀連接杆14,齒狀連接杆13的橫截面直徑為3(T60mm， 柱狀連接杆14的橫截面直徑為3(T50mm，以有效承載多級液壓油缸預應力的施加。柱狀連 接杆14的長度兩倍於齒狀連接杆13,實現安裝便捷的目的，齒狀連接杆13和柱狀連接杆 14具體結構如圖5所示。安裝頂面多級液壓油缸時，柱狀連接杆14沿著頂面U型組合結構 12進入頂面鋼架，當柱狀連接杆14到達U型組合結構12的底部，即齒狀連接杆13和齒形 凹槽11的圓心位於同一高度時，水平移動多級液壓油缸，使齒狀連接杆13對應裝入齒形凹 槽11，同時柱狀連接杆14支撐於U型組合結構12,此時，即完成頂面多級液壓油缸的安裝。 通過轉動齒狀連接杆13,可以實現多級液壓油缸的固定角度轉動，同時可以根據需要將多 級液壓油缸與上部框架結構1安裝或拆卸，以便於現場搬運和施工。
[0029] 所述基本框架結構的上部框架結構1中，左、右兩側鋼架8、10各連接一個側面多 級液壓油缸4,左右兩側鋼架結構對稱，其中，左側鋼架8如圖6所示。所述左側鋼架8由高 強度鋼板加工而成，鋼板厚度為30mnT50mm，在鋼架外側面設有用於安裝側面多級液壓油缸 的矩形槽27,所述矩形槽27的一內側壁上設有內凹的周邊具有齒槽的齒形凹槽11，與所述 內側壁對應的另一內側壁上設有U型凹槽，所述U型凹槽外還設有U型凸塊15,所述U型凹 槽和U型凸塊15組成U型組合結構12,所述U型組合結構12的開口方向朝向框架外側，具 體結構如圖7所示。
[0030] 左側鋼架8通過設於矩形槽27內一側的齒形凹槽11和另一側的U型組合結構12 與側面多級液壓油缸4連接。對應的，側面多級液壓油缸4與齒形凹槽11連接的一側設有 齒狀連接杆13,所述液壓油缸在與U型組合結構12連接的一側設有柱狀連接杆14,齒狀連 接杆13的橫截面直徑為3(T60mm，柱狀連接杆14的橫截面直徑為3(T50mm，柱狀連接杆14 的長度兩倍於齒狀連接杆13,齒狀連接杆13和柱狀連接杆14具體結構如圖5所示。安裝 側面多級液壓油缸時，柱狀連接杆14沿著側面U型組合結構12進入側面鋼架，當柱狀連接 杆14到達U型組合結構12的底部，即齒狀連接杆13和齒形凹槽11的圓心位於同一高度 時，水平移動多級液壓油缸，使齒狀連接杆13對應裝入齒形凹槽11，同時柱狀連接杆14支 撐於U型組合結構12,此時，即完成側面多級液壓油缸的安裝。通過轉動齒狀連接杆13,可 以實現多級液壓油缸的固定角度轉動。
[0031] 如圖8所示，所述基本框架結構的上部框架結構1中的底面鋼架9連接有兩個底 面多級液壓油缸5,所述底面鋼架9由高強度鋼板加工而成，鋼板厚度為30mnT50mm，在鋼架 外側面設有用於安裝底面多級液壓油缸的矩形槽27,所述矩形槽27的一內側壁上設有內 凹的周邊具有齒槽的齒形凹槽11，與所述內側壁對應的另一內側壁上設有水平U型凹槽， 所述水平U型凹槽外還設有水平U型凸塊15,所述水平U型凹槽和水平U型凸塊15組成 底面U型組合結構16,所述底面U型組合結構16的開口沿水平方向，底面U型組合結構16 的開口位置與方形凹槽17連接，方形凹槽17的開口向下，具體結構如圖9所示。
[0032] 底面鋼架9通過設於矩形槽27內一側的齒形凹槽11和另一側底面鋼架U型組合 結構16與底面多級液壓油缸5連接。對應的，底面多級液壓油缸5與齒形凹槽11連接的 一側設有齒狀連接杆13,與底面U型組合結構16連接的一側設有柱狀連接杆14,齒狀連接 杆13的橫截面直徑為3(T60mm，柱狀連接杆14的橫截面直徑為3(T50mm，柱狀連接杆14的 長度兩倍於齒狀連接杆13,齒狀連接杆13和柱狀連接杆14具體結構如圖5所示。安裝底 面多級液壓油缸時，柱狀連接杆14沿著方形凹槽17進入底面U型組合結構16,當柱狀連接 杆14到達底面U型組合結構16的底部，即齒狀連接杆13和齒形凹槽11的圓心位於同一 高度時，水平移動多級液壓油缸，使齒狀連接杆13對應裝入齒形凹槽11，同時柱狀連接杆 14支撐於底面U型組合結構16,此時，即完成底面多級液壓油缸的安裝。通過轉動齒狀連 接杆13,可以實現多級液壓油缸的固定角度轉動。
[0033] 如圖10所示，所述基本框架結構的下部腿式支撐結構2由四條可伸縮鋼管組成， 所述可伸縮鋼管由內側鋼管20和外側鋼管19組成，內側鋼管下方連接有膠輪24,在外側鋼 管19的底端位置加工有螺孔，在內側鋼管20的全長範圍內均勻分布有螺孔22,通過螺絲 23實現內側鋼管和外側鋼管的連接，具體結構如圖11所示，通過改變內側鋼管與外側鋼管 的連接螺孔，可以實現改變腿式支撐結構長度的目的。腿式支撐結構下部的膠輪24通過膠 輪連接杆21與內側鋼管20連接，在膠輪連接杆21與內側鋼管20上加工有內凹的凹槽和 外凸的鋼珠，具體結構如圖12所示，實現膠輪360°自由旋轉的目的。
[0034] 本發明所述預應力施加裝置製造方法如下：將高強度鋼材根據要求，製作成頂 面鋼架7、左右兩側面鋼架8、10和底面鋼架9,各鋼架的對應位置加工有齒形凹槽11和U 型組合結構，底面鋼架底部加工有腿式支撐結構連接孔18,上部框架結構的四面鋼架採用 焊接或整體澆鑄的方式進行連接。選取高強度內側鋼管20根據需要均勻布置螺孔22,並 在其底端通過外凸和內凹結構與下方膠輪24連接，選取與其配套的高強度外側鋼管19,在 外側鋼管底部加工螺孔，採用螺絲23實現內外側鋼管的連接。採用焊接的方法將外側鋼管 固定於底面鋼架連接孔18。根據現場巷道斷面尺寸，選取合理長度的多級液壓油缸3、4、5， 並在多級液壓油缸的距離底端150mnT200mm的兩側位置加工齒狀連接杆13和柱狀連接杆 14,將對應多級液壓油缸安裝入對應位置鋼架，即完成基本框架結構的製作工作。將各多級 液壓油缸的尾部輸油管連接至集成液壓油泵25,此時即完成整個預應力施加裝置的製作工 作。
[0035] 如圖13所示，本發明所述裝置的使用方法如下：根據現場巷道具體尺寸，棚式支 架26整體搭接完成，保留各個連接位置處於鬆弛狀態。將預應力施加裝置移至棚式支架26 下方，將對應的多級液壓油缸連接至集成液壓油泵25,通過調節多級液壓油缸的角度實現 最佳的預應力施加位置；操作多級液壓油缸，使各個方向的液壓伸縮杆伸出至棚式支架，確 保各個方向的手型結構6均與棚式支架26完全接觸並存在較小的預應力時，同時操作各個 液壓油缸進行預應力的施加，待各個方向的棚式支架完全貼緊圍巖壁面並有較高的預應力 時，鎖緊集成液壓油泵25,進行棚式支架連接位置的擰緊工作，待擰緊工作完成之後，集成 液壓油泵緩慢卸壓並逐漸收回伸縮杆，此時即完成棚式支架26的預應力施加工作。
[0036] 以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其進行限制；儘管參照前述實 施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施 例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替 換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明所要求保護的技術方案的精神和範圍。
【權利要求】
1. 一種棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述裝置包括基本框架結構和集成液 壓油泵；所述基本框架結構包括上部框架結構和下部腿式支撐結構，所述上部框架結構包 括焊接成框架結構的頂面鋼架、底面鋼架、左側鋼架、右側鋼架；所述頂面鋼架、底面鋼架各 連接兩個多級液壓油缸；所述左側鋼架、右側鋼架各連接一個多級液壓油缸；所述下部腿 式支撐結構由四條可伸縮鋼管組成，所述可伸縮鋼管由內側鋼管和外側鋼管組成，基本框 架結構中所有多級液壓油缸的尾部均連接至所述集成液壓油泵。
2. 根據權利要求1所述的棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述頂面鋼架連接 的兩個多級液壓油缸各由4飛節液壓伸縮杆組成，所述左側鋼架、右側鋼架連接的多級液 壓油缸各由:Γ4節液壓伸縮杆組成，底面鋼架兩個多級液壓油缸各由2~3節液壓伸縮杆組 成。
3. 根據權利要求1所述的棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述頂面鋼架、左側 鋼架、右側鋼架和底面鋼架均由高強度鋼板加工而成；在鋼架朝向外側的各側面設有用於 安裝液壓油缸的矩形槽，所述矩形槽的一內側壁上設有內凹的周邊具有齒槽的齒形凹槽， 與所述設有齒形凹槽的內側壁對應的另一內側壁上設有U型凹槽，所述U型凹槽外還設有 U型凸塊，所述U型凹槽和U型凸塊的開口方向均朝向框架外側。
4. 根據權利要求3所述的棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述液壓油缸在與 齒形凹槽連接的一側設有齒狀連接杆，所述液壓油缸在與U型凹槽連接的一側設有柱狀連 接杆，柱狀連接杆的長度是齒狀連接杆長度的兩倍。
5. 根據權利要求3所述的棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述高強度鋼板的 厚度為30mm?50mm。
6. 根據權利要求3所述的棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述齒狀連接杆的 橫截面直徑為3(T60mm，柱狀連接杆的橫截面直徑為3(T50mm。
7. 根據權利要求1所述的棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述底面鋼架長度 大於頂面鋼架長度，底面鋼架寬度大於或等於頂面鋼架寬度，所述上部框架結構的底面鋼 架的下側四角位置對稱布置四個用於連接可伸縮鋼管的圓柱孔。
8. 根據權利要求1所述的棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述可伸縮鋼管的 外側鋼管底端加工有螺孔，內側鋼管全長均勻布置一定數量的螺孔，內側鋼管下方連接有 膠輪。
9. 根據權利要求1所述的棚式支架預應力施加裝置，其特徵在於，所述多級液壓油缸 液壓伸縮杆端部與手型結構相連。
【文檔編號】E21D23/04GK104121030SQ201410334039
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】李青海, 史衛平, 秦忠誠, 毛永江, 黃冬梅, 劉勇 申請人:山東科技大學