一种吸能让压型钢支架及其支护工艺
技术领域
本发明涉及矿山支护技术领域，尤其涉及一种吸能让压型钢支架及其支护工艺。
背景技术
随着对金属非金属矿山开采深度的增加，对于顶板、围岩等易失稳岩体的支护技术水平要求也越来越高，如何提高支架的支护效果是现阶段亟需解决的问题。
目前，应用较为广泛的支架包括煤矿液压式支架和机械式杆状支柱。其中，煤矿液压式支架虽然能够达到较高的支护承受力，但其回收较为不便，移步推进工序也较为复杂；且整体支护工艺的耗材量大、人力运输成本高，导致其实际应用受限，对于金属非金属矿山的适用性较差。机械式杆状支柱则更加小巧灵活、使用便捷，但其支护的承受力不足，难以达到理想的支护效果。
同时，在金属非金属矿山中，主动支护运用得较少，大多是矿山来压之后的被动支护，其破坏产生更加严重，无法防患于未然。并且，在被动支护中，由于机械支柱无法缓冲来压造成的破坏，不能达到吸能让压的效果，导致其极易损坏，且损坏后无法循环利用。此外，现有支柱一般未与梁体结构组合，形式较为单一，未形成一套闭环形式的良性支护体系。
为了改进现有的支架，公开号为CN210829314U的专利提供了一种带有缓冲吸能装置的门式超前支架。该专利通过设置左支撑梁、右支撑梁和导向梁，使梁体与液压支架组合起来；并通过在滑动梁上设置弹性缓冲机构，起到缓冲吸能作用。然而，该专利中的弹性缓冲机构仅能对水平方向的来压进行缓冲，对竖直方向的压力不能起到有效的缓冲作用；同时，该专利中设置的梁体结构较为复杂，不仅使用不便，还给液压支架带来了较大的负重；此外，该专利的液压支架中使用的是液压油，其成本较高、污染较大，整体应用受限。
有鉴于此，有必要设计一种改进的吸能让压型支架，以解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种吸能让压型钢支架及其支护工艺。通过在第一液压支柱和第二液压支柱上架设钢横梁，形成梁柱一体化的良性支护体系；并通过在上柱体和下柱体的连接处嵌套锥形卡环，使其在固定上柱体和下柱体的同时达到吸能让压的效果；同时利用水介质代替油介质作为液压源，进行主动支护，从而以简单的结构和便捷的操作方式达到较好的支护效果。
为实现上述目的，本发明提供了一种吸能让压型钢支架，包括第一液压支柱、与所述第一液压支柱平行且对称设置的第二液压支柱以及架设于所述第一液压支柱和所述第二液压支柱顶部的钢横梁；所述第一液压支柱包括相互套设的上柱体、下柱体以及嵌套于所述上柱体与所述下柱体连接处的锥形卡环；所述下柱体底部设有用于进出水的阀门；所述第二液压支柱与所述第一液压支柱结构一致。
作为本发明的进一步改进，所述锥形卡环上表面的直径大于其下表面的直径；所述锥形卡环的侧壁上沿轴向设有贯穿所述上表面和所述下表面的缺口。
作为本发明的进一步改进，所述上柱体外侧靠近所述锥形卡环上方的位置套设有夯砸配件；所述夯砸配件可沿所述上柱体上下运动，用于夯砸所述锥形卡环，使其保持紧固。
作为本发明的进一步改进，所述上柱体的下端套设于所述下柱体内部，所述上柱体的底部设有用于密封的皮碗儿。
作为本发明的进一步改进，所述上柱体的顶部为向上突起的半球形结构，所述上柱体的顶部罩设有顶部托盘。
作为本发明的进一步改进，所述下柱体的底部为与所述上柱体的顶部对称的向下突起的半球形结构，所述下柱体的底部设有与所述顶部托盘对称的底座。
作为本发明的进一步改进，所述下柱体的侧壁上设有若干个把手。
作为本发明的进一步改进，所述上柱体的顶部设有用于承托所述钢横梁的侧边托盘。
作为本发明的进一步改进，所述钢横梁为工字钢横梁。
作为本发明的进一步改进，所述下柱体的顶部开口处内径稍大于柱体其他部位，利于所述锥形卡环安装与紧固。
为实现上述目的，本发明还提供了上述吸能让压型钢支架的支护工艺，包括如下步骤：
S1、对第一液压支柱和第二液压支柱进行检验，确保各部件连接正确且没有损坏后，将所述第一液压支柱和所述第二液压支柱竖起，使其与顶板面垂直；
S2、打开阀门，将水泵入所述第一液压支柱和所述第二液压支柱，使所述第一液压支柱和所述第二液压支柱的上表面与所述顶板接触；
S3、在所述第一液压支柱和所述第二液压支柱的顶部架设钢横梁，并继续向所述阀门泵入水，直至注水压力达到设定值；此时所述第一液压支柱和所述第二液压支柱牢固地顶住所述顶板；
S4、上下移动夯砸配件对锥形卡环进行夯砸，使所述锥形卡环紧固；
S5、打开所述阀门，将所述第一液压支柱和所述第二液压支柱内的水放出，即完成支护工作。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过在上柱体和下柱体的连接处嵌套锥形卡环，并在锥形卡环的侧壁上设置缺口，不仅能够利用夯砸后紧固的锥形卡环对上柱体和下柱体进行有效固定，使其形成牢固的有机整体；还能够在来压的时候起到阻压作用，对破坏能量进行吸收，充分降低来压的破坏性，并使液压支柱在竖直方向上有缓冲余地，不会因顶板围岩等破坏导致无法挽回的损失，从而达到吸能让压的效果。
(2)本发明在上柱体的底部设有用于密封的皮碗儿，能够使液压支柱内部达到较好的密封程度，在此基础上，本发明通过在下柱体的底部设置用于进出水的阀门，既能够利用水作为液压源对液压支柱进行主动支护，待液压加载使支柱达到设定的支护力后，将锥形卡环紧固，再打开阀门放水，又能够依靠锥形卡环提供的摩擦阻力起到吸能让压效果，其实际支护效果明显优于被动支护，能够起到防患于未然的作用。与现有技术中以油质液体充当液压源相比，本发明中以水作为液压源，既解决了油质液体成本高、污染大的问题，也避免了传统技术中以水作液压源时容易泄露的问题，不仅易于现场取水，还可随时抽存使用，且整个过程无污染，水源也能够循环利用，实际能够达到的承压能力可达15～20吨，可以满足实际应用的需求。
(3)本发明通过在第一液压支柱和第二液压支柱上架设钢横梁，能够利用梁柱一体化的共同支护作用，既达到支护边帮应力集中区的效果，又可以防止顶板冒落，进而对整个巷道进行支撑与防护，形成闭环形式的良性支护体系。
(4)本发明提供的吸能让压型钢支架中，液压支柱结构小巧、使用便捷，长度可调节，可支护高程范围能灵活变化，以满足不同条件下的使用需求。同时，该支架安装简单、节省劳动力、可重复循环利用，且泵水时间较短、整体效率较高，使用过程安全可靠、易于养护，能够通过动态承压和静态承压相结合的方式，达到较优的支护效果，以满足实际应用的需求。
附图说明
图1为本发明提供的吸能让压型钢支架的结构示意图。
图2为本发明提供的吸能让压型钢支架中第一液压支柱的结构分解图。
附图标记：
1、第一液压支柱；11、上柱体；111、皮碗儿；112、顶部托盘；113、侧边托盘；12、下柱体；121、阀门；122、底座；123、把手；13、锥形卡环；2、第二液压支柱；3、钢横梁；4、夯砸配件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
如图1～图2所示，本发明提供了一种吸能让压型钢支架，包括第一液压支柱1、与所述第一液压支柱1平行且对称设置的第二液压支柱2以及架设于所述第一液压支柱1和所述第二液压支柱2顶部的钢横梁3。其中，第一液压支柱1和第二液压支柱2的结构一致。
具体地，参照图2，第一液压支柱1包括相互套设的上柱体11、下柱体12以及嵌套于所述上柱体11与所述下柱体12连接处的锥形卡环13。锥形卡环13上表面的直径大于其下表面的直径，其侧壁上沿轴向还设有贯穿所述上表面和所述下表面的缺口。基于这样的设置方式，锥形卡环13的径向可以伸缩，使其能够在一定范围内上下运动，这样不仅能够对上柱体11和下柱体12进行有效固定；还能够在来压的时候起到阻压作用，对破坏能量进行吸收，充分降低来压的破坏性；并使液压支柱在竖直方向上有缓冲余地，不会因顶板围岩等破坏导致无法挽回的损失，从而达到吸能让压的效果。
在下柱体12的底部还设有用于进出水的阀门121，通过该阀门121可以向液压支柱内部泵水和泄水。在上柱体11的底部还设有用于密封的皮碗儿111，以保证液压支柱内部能够达到较好的密封，使通过阀门121泵入的水不易泄露。在此基础上，本发明能够以水介质代替现有技术中的油介质，该水介质不仅能够现场获取，还可随时抽存使用，且整个过程无污染，水源也能够循环利用。同时，本发明通过将水由阀门121处泵入液压支柱内部，能够以注水冲压的方式促使液压支柱产生向上的预制承压力，待锥形卡环13紧固后，打开阀门121放水，依靠锥形卡环13提供的摩擦阻力起到吸能让压效果，其实际支护效果明显优于被动支护，能够起到防患于未然的作用。
在本发明的一个实施例中，在上柱体11外侧靠近所述锥形卡环13上方的位置，还套设有夯砸配件4；该夯砸配件4可沿所述上柱体11上下运动，用于夯砸锥形卡环13，使锥形卡环13保持紧固。
在本发明的一个实施例中，上柱体11的下端套设于下柱体12内部，下柱体12的顶部开口处的内径略大于下柱体12其他位置的内径，便于锥形卡环13的安装与紧固。同时，设于上柱体11底部的皮碗儿111为硅胶质皮碗儿，用于使上柱体11和下柱体12之间起到良好的密封效果，避免液压支柱中的水发生泄露。在本发明的其他实施例中，设于上柱体11底部的皮碗儿111还可以是其他材质，使液压支柱内部保持良好的密封即可，本发明并不对此进行限制。
在本发明的一个实施例中，上柱体11的顶部为向上突起的半球形结构，该向上突起的半球形结构的顶部罩设有顶部托盘112，用于使上柱体11与顶板紧密接触，起到良好的支护作用；同时，下柱体12的底部为与上柱体11的顶部对称的向下突起的半球形结构，该向下突起的半球形结构的底部还设有与顶部托盘112对称的底座122，用于使下柱体12与底板紧密接触，为液压支柱提供稳定的支撑作用。
在本发明的一个实施例中，下柱体12的侧壁上沿竖直方向设于两个把手123，以便进行安装与支护工作。在本发明的其他实施例中，该把手123的数量和位置均可以根据实际情况进行设置，本发明并不对此进行限制。
在本发明的一个实施例中，上柱体11的顶部设有侧边托盘113，用于对架设的钢横梁3进行承托，以使其保持稳定。
在本发明的一个实施例中，该钢横梁3为工字钢横梁3。在本发明的其他实施例中，该钢横梁3也可以是其他结构的钢制横梁，能够起到稳定的支护作用即可，本发明并不对此进行限制。
基于本发明提供的吸能让压型钢支架，本发明还提供了该支架的支护工艺，具体包括如下步骤：
S1、分别在第一液压支柱1和第二液压支柱2需要安装的地点放置整洁、稳固的底座122，并对各液压支柱的注水口进行清洁与润滑；检查上柱体11底部的硅胶质皮碗儿111是否损坏，如有损坏则进行相应更换。待确保各部件连接正确且干净无损后，将第一液压支柱1和第二液压支柱2竖起，使其与顶板面垂直，并将顶部托盘112安装于各液压支柱的顶部。
S2、将注水管连接到各液压支柱上，确保注水销锁紧。然后打开阀门121，将水泵入各液压支柱内，利用水力冲压原理，使各液压支柱的上表面与顶板接触，下表面与底板接触，使液压支柱达到自行站立的效果。
S3、在第一液压支柱1和第二液压支柱2的顶部之间架设工字钢横梁3，并继续通过阀门121向各液压支柱内泵入水，直至注水脱止阀脱落(达到设定的注水压力后)；此时，各液压支柱已经牢固地顶住了顶板，形成了主动支护的第一屏障。
S4、将夯砸配件4从液压支柱的最高处砸向锥形卡环13，并重复多次，使锥形卡环13紧固到位。
S5、打开下柱体12底部的阀门121，将各液压支柱内的水放出，此时锥形卡环13能够保持对支柱的支护工作；再从液压支柱上取下注水连接装置，并对内管进行防锈保护。再次检查各液压支柱是否已按要求安装到位后，即可完成支护工作，达到液压支柱与工字钢横梁的良性组合支护效果。
通过上述方式，本发明提供的吸能让压型钢支架能够利用便于使用、无污染的水介质起到主动支护的效果，并利用锥形卡环达到吸能让压的效果，同时利用梁柱一体形成闭环形式的良性支护体系，从而达到较好的支护效果。同时，该吸能让压型钢支架安装简单、节省劳动力、可重复循环利用；且基于该吸能让压型钢支架的支护工艺易于操作，泵水时间较短、整体效率较高，使用过程安全可靠、易于养护，能够通过动态承压和静态承压相结合的方式，达到较优的支护效果。
综上所述，本发明提供了一种吸能让压型钢支架及其支护工艺。该吸能让压型钢支架包括第一液压支柱、与第一液压支柱平行且对称设置的第二液压支柱以及架设于第一液压支柱和第二液压支柱顶部的钢横梁；第一液压支柱包括相互套设的上柱体、下柱体以及嵌套于上柱体与下柱体连接处的锥形卡环；下柱体底部设有用于进出水的阀门；第二液压支柱与所述第一液压支柱结构一致。通过上述方式，本发明能够利用水介质代替油介质作为液压源进行主动支护，待液压加载使支柱达到设定的支护力后，利用锥形卡环紧固上柱体和下柱体，然后打开出水阀门，依靠锥形卡环所提供的摩擦阻力达到吸能让压的效果，从而在使用便捷的同时达到更好的支护效果；同时，本发明还能够利用梁柱一体化的良性支护体系，对整个巷道起到有效的支撑与防护，以满足实际应用的需求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
