一種巷道支護用混凝土鋼管支撐架裝置的製作方法

2023-10-10 20:59:29 2

本實用新型煤礦開採巷道支護技術領域，尤其涉及一種巷道支護用混凝土鋼管支撐架裝置。

背景技術：

隨著煤礦開採深度的加大，巷道的支護越來越困難。深部圍巖巷道由於受高溫、高圍壓和高空隙力的影響，出現大變形，強蠕變等特徵。因而具有高強抗壓性能的鋼管混凝土支撐架應運而生，也解決了一些煤礦支護困難的問題。但是這種支撐架具有剛性過大、抗拉強度低的缺點，在高圍壓的深部巷道中，鋼管混凝土支撐架會因為受到荷載過大而發生脆性破壞，也容易在巷道肩角、底角、巷道頂底板中心等應力集中區發生剪切和拉伸破壞。因此，如何降低鋼管混凝土支撐架的剛度和提高支撐架的抗拉強度，保證支撐架的整體穩定性，是目前函待解決的技術難題。

技術實現要素：

本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種設計新穎、結構簡單、能提高整體穩定性、抗拉和延伸性能佳的巷道支護用混凝土鋼管支撐架裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案：一種巷道支護用混凝土鋼管支撐架裝置，包括沿巷道長度方向順次連接設置的若干組支撐架，每組支撐架包括左支撐鋼管、右支撐鋼管和上支撐鋼管，左支撐鋼管和右支撐鋼管均沿垂直方向設置，左支撐鋼管下端水平設置有左支撐板，右支撐鋼管下端水平設置有右支撐板，上支撐鋼管呈拱形結構，上支撐鋼管左端和右端分別與左支撐鋼管上端和右支撐鋼管上端貫通並連接，左支撐鋼管左側與巷道左側壁接觸，右支撐鋼管左側與巷道左側壁接觸，上支撐鋼管上側與巷道的拱形頂壁接觸；

上支撐鋼管的最上側部開設有注漿孔，每組支撐架的左支撐鋼管、右支撐鋼管和上支撐鋼管內設置有抗拉伸加強結構。

抗拉伸加強結構包括在左支撐鋼管上端內壁、左支撐鋼管下端內壁、右支撐鋼管上端內壁、右支撐鋼管下端內壁、上支撐鋼管左側下端內壁和上支撐鋼管右側下端內壁均設置的構造相同的定位連接結構；

左支撐鋼管上端內壁的定位連接結構包括縱向定位杆和橫向定位杆，縱向定位杆設有至少五根且相互平行設置，每根縱向定位杆的一端均與左支撐鋼管鄰近巷道中心的一側內壁固定連接；每根縱向定位杆的另一端均固定連接有一個定位圈，相鄰兩個定位圈之間、兩側的兩個定位圈與左支撐鋼管內壁之間均通過橫向定位杆連接，所有的橫向定位杆呈一條直線，橫向定位杆與縱向定位杆垂直；

左支撐鋼管下端的定位圈、左支撐鋼管上端的定位圈、上支撐鋼管左側下端的定位圈、上支撐鋼管右側下端的定位圈、右支撐鋼管上端的定位圈和右支撐鋼管下端的定位圈均對應穿設有鋼筋，鋼筋在左支撐鋼管下端的定位圈和右支撐鋼管下端的定位圈的處折彎成鉤。

通過上支撐鋼管上的注漿孔向左支撐鋼管、右支撐鋼管和上支撐鋼管內注入有混凝土砂漿。

左支撐鋼管上端與上支撐鋼管左側下端、右支撐鋼管上端與上支撐鋼管右側下端之間均通過法蘭及螺栓連接。

左支撐鋼管下端和右支撐鋼管下端之間貫通連接有下支撐鋼管，下支撐鋼管呈中部低兩端高的弧形結構，下支撐鋼管內與抗拉伸加強結構構造相同的防底臌加強結構。

採用上述技術方案，本實用新型的中的若干組支撐架沿巷道長度方向設置在巷道內，用於支撐巷道頂部。

左支撐鋼管、右支撐鋼管和上支撐鋼管，主要用於盛裝並緊箍內部的高強混凝土砂漿，使混凝土在三向受壓條件具備更高的抗壓強度。高強混凝土砂漿是在支撐架的各段組合安裝完成後注入的。高強混凝土砂漿凝固後在左支撐鋼管、右支撐鋼管和上支撐鋼管的軸向及環向約束下，抗壓強度大大提高。

鋼筋通過穿過定位圈布置在左支撐鋼管、右支撐鋼管和上支撐鋼管內。每個定位連接結構的定位圈的個數等於所需要的鋼筋的總條數。為了保證支撐架整體受力更強，鋼筋是整根依次穿入左支撐鋼管、右支撐鋼管和上支撐鋼管各段的，同時鋼筋要有一定的彎曲性和長度，它使在支撐架各段用套管安裝前穿入每排定位圈的對應位置的。由於鋼筋具有很好的抗拉強度和延性。鋼筋的嵌入是為了提高支撐架的抗拉強度，降低支撐架的剛度，防止支撐架在局部出現拉伸剪切破壞和脆性破壞，提高支撐架整體的穩定性。在高圍壓下，支撐架幫部向巷道內凸出，頂部彎曲下沉成「V」字型，外側（與巷道頂部接觸的一側）受壓應力，內側受到拉應力的顯著影響，所以要布置鋼筋在支撐架的內側。同時鋼筋的介入也能提高支撐架整體的延性，防止在高圍壓下支撐架脆性破壞。

縱向定位杆和橫向定位杆橫縱交錯。先在鋼管內壁焊接縱向的不都等長的5根等垂距的縱向定位杆，同時要保證所有的縱向定位杆另一端連線大致在一條直線上，然後在縱向定位杆的另一端依次焊接定位圈，焊接工藝在地面上進行操作，最後再把相鄰兩個定位圈之間、定位圈和鋼管壁支之間通過橫向定位杆連接成一條直線。這樣規則的布置縱向定位杆和橫向定位杆是為了保證定位圈內穿入鋼筋後，支撐架受力均勻。每個縱向定位杆的長度都小於鋼管的半徑，便於節省一定的材料費用。

定位圈在施工時鋼筋才可以順利插入支撐架內預定的位置，更好的發揮鋼筋的抗拉強度，並且在左支撐鋼管下端的定位圈和右支撐鋼管下端的定位圈的處折彎成鉤，這樣可以充分提高支撐架的抗拉性能和穩定性。

本實用新型結構簡單、施工方便，利用了鋼筋的高抗拉性和延伸率，提高了支撐架的抗拉強度，能夠增加支撐架的抗拉和延性，提高支撐架的穩定性。通過圓管內部從原來的單一注入混凝土到既有混凝土注入又有鋼筋嵌入，改善了支撐架的抗拉和延伸性能，防止支撐架脆性破壞和局部拉伸破壞，可以保證支撐架具有很好的穩定性。它是鋼管混凝土支撐架的一次創新，具有良好的實際使用性和操作性。

本實用新型可在原有鋼管混凝土支撐架基礎上進行改進，需要在鋼管外殼內嵌入鋼筋，以便於本實用新型實現其目的，技術上和操作上安全可靠，有利於實現提高支撐架穩定性的目的。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是圖1中左支撐鋼管上端內壁定位連接結構處的橫向剖視圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本實用新型的一種巷道支護用混凝土鋼管支撐架裝置，包括沿巷道1長度方向順次連接設置的若干組支撐架，每組支撐架包括左支撐鋼管2、右支撐鋼管3和上支撐鋼管4，左支撐鋼管2和右支撐鋼管3均沿垂直方向設置，左支撐鋼管2下端水平設置有左支撐板5，右支撐鋼管3下端水平設置有右支撐板6，左支撐板5和右支撐板6支撐在巷道1的底板上，上支撐鋼管4呈拱形結構，上支撐鋼管4左端和右端分別與左支撐鋼管2上端和右支撐鋼管3上端貫通並連接，左支撐鋼管2左側與巷道1左側壁接觸，右支撐鋼管3左側與巷道1左側壁接觸，上支撐鋼管4上側與巷道1的拱形頂壁接觸。

上支撐鋼管4的最上側部開設有注漿孔7，每組支撐架的左支撐鋼管2、右支撐鋼管3和上支撐鋼管4內設置有抗拉伸加強結構。

抗拉伸加強結構包括在左支撐鋼管2上端內壁、左支撐鋼管2下端內壁、右支撐鋼管3上端內壁、右支撐鋼管3下端內壁、上支撐鋼管4左側下端內壁和上支撐鋼管4右側下端內壁均設置的構造相同的定位連接結構；

左支撐鋼管2上端內壁的定位連接結構包括縱向定位杆8和橫向定位杆9，縱向定位杆8設有至少五根且相互平行設置，每根縱向定位杆8的一端均與左支撐鋼管2鄰近巷道1中心的一側內壁固定連接；每根縱向定位杆8的另一端均固定連接有一個定位圈10，相鄰兩個定位圈10之間、兩側的兩個定位圈10與左支撐鋼管2內壁之間均通過橫向定位杆9連接，所有的橫向定位杆9呈一條直線，橫向定位杆9與縱向定位杆8垂直。

左支撐鋼管2下端的定位圈10、左支撐鋼管2上端的定位圈10、上支撐鋼管4左側下端的定位圈10、上支撐鋼管4右側下端的定位圈10、右支撐鋼管3上端的定位圈10和右支撐鋼管3下端的定位圈10均對應穿設有鋼筋11，鋼筋11在左支撐鋼管2下端的定位圈10和右支撐鋼管3下端的定位圈10的處折彎成鉤。

通過上支撐鋼管4上的注漿孔7向左支撐鋼管2、右支撐鋼管3和上支撐鋼管4內注入有混凝土砂漿。

左支撐鋼管2上端與上支撐鋼管4左側下端、右支撐鋼管3上端與上支撐鋼管4右側下端之間均通過法蘭及螺栓連接。

左支撐鋼管2下端和右支撐鋼管3下端之間貫通連接有下支撐鋼管12，下支撐鋼管12呈中部低兩端高的弧形結構，下支撐鋼管12內與抗拉伸加強結構構造相同的防底臌加強結構。

本實用新型的中的若干組支撐架沿巷道1長度方向設置在巷道1內，用於支撐巷道1頂部。左支撐鋼管2、右支撐鋼管3和上支撐鋼管4採用壁厚8-10mm、直徑150-180mm的無縫鋼管，混凝土採用C40或C60強度，鋼筋採用直徑6-10mm的盤條細鋼筋，定位圈的直徑為12mm左右。

左支撐鋼管2、右支撐鋼管3和上支撐鋼管4，主要用於盛裝並緊箍內部的高強混凝土砂漿，使混凝土在三向受壓條件具備更高的抗壓強度。高強混凝土砂漿是在支撐架的各段組合安裝完成後注入的。高強混凝土砂漿凝固後在左支撐鋼管2、右支撐鋼管3和上支撐鋼管4的軸向及環向約束下，抗壓強度大大提高。

鋼筋11通過穿過定位圈10布置在左支撐鋼管2、右支撐鋼管3和上支撐鋼管4內。每個定位連接結構的定位圈10的個數等於所需要的鋼筋11的總條數。為了保證支撐架整體受力更強，鋼筋11是整根依次穿入左支撐鋼管2、右支撐鋼管3和上支撐鋼管4各段的，同時鋼筋11要有一定的彎曲性和長度，它使在支撐架各段用套管安裝前穿入每排定位圈10的對應位置的。由於鋼筋11具有很好的抗拉強度和延性。鋼筋11的嵌入是為了提高支撐架的抗拉強度，降低支撐架的剛度，防止支撐架在局部出現拉伸剪切破壞和脆性破壞，提高支撐架整體的穩定性。在高圍壓下，支撐架幫部向巷道1內凸出，頂部彎曲下沉成「V」字型，外側（與巷道1頂部接觸的一側）受壓應力，內側受到拉應力的顯著影響，所以要布置鋼筋11在支撐架的內側。同時鋼筋11的介入也能提高支撐架整體的延性，防止在高圍壓下支撐架脆性破壞。

縱向定位杆8和橫向定位杆9橫縱交錯。先在鋼管內壁兩端部焊接縱向的不都等長的5根等垂距的縱向定位杆8，同時要保證所有的縱向定位杆8另一端連線大致在一條直線上，然後在縱向定位杆8的另一端依次焊接定位圈10，焊接工藝在地面上進行操作，最後再把相鄰兩個定位圈10之間、定位圈10和鋼管壁支之間通過橫向定位杆9連接成一條直線。這樣規則的布置縱向定位杆8和橫向定位杆9是為了保證定位圈10內穿入鋼筋11後，支撐架受力均勻。每個縱向定位杆8的長度都小於鋼管的半徑，便於節省一定的材料費用。

定位圈10在施工時鋼筋11才可以順利插入支撐架內預定的位置，更好的發揮鋼筋11的抗拉強度，並且在左支撐鋼管2下端的定位圈10和右支撐鋼管3下端的定位圈10的處折彎成鉤，這樣可以充分提高支撐架的抗拉性能和穩定性。

本實施例並非對本實用新型的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本實用新型技術方案的保護範圍。