专利名称：施加预应力的矿井支架的制作方法
技术领域：
本发明涉及施加预应力的矿井支架在地下矿井中，通常将细长矿井支架调整至适当长度，直立地安置在矿井工作面的吊壁和底壁之间。传统的做法是用一木楔块横向打入支架的上端和悬壁之间，以将支架楔牢到位。这种楔块几乎没施加预应力到支架上，一般只控制不让支架倒塌。即使用楔块定位，支架也可能由于采矿工作面的爆炸力而弄倒。也许更为重要的是，由于支架上缺乏有意义的预应力，它是不能马上处于从悬壁上接受载荷的情况下。
为了提供较大的预应力，建议在支架一端和悬壁或底壁之间使用液压千斤顶。千斤顶用液压流体加压，它能在支架纵向扩展，因而对支架施加预应力。
根据本发明的一个方面，这里提供一矿井支架施加预应力装置，它包括一根管，置于管内的一杯状元件，其包括一底面和固定于管内壁上的圆柱形侧壁，固定在管上并紧邻所述杯状元件的底面以相反的方向横跨管的一相对元件，和一通过管壁导向的阀进口，其目的是为了引导加压流体进入杯状元件底面和相对元件之间的管内，以便杯状元件的底面变形，这样相对元件与其分开。
当处于足够高压力下的流体通过阀进口被导入管内时，杯状元件的底面被设置成能变形以离开相对元件，这种设置是更好的。
在本发明的一个方案中，相对元件以板的形式横跨于管上，本发明的另一个方案中，相对元件是一包括一底面和一固定于管内壁上的圆柱形侧壁的第二个杯状元件，第二个杯状元件被设置在与第一个杯状元件相对的方向，杯状元件的底面彼此相邻，杯状元件的圆柱形侧壁从它们各自的底面以相反的方向延伸。第二个杯状元件可与第一个杯状元件相同，两元件可相对于平分管的横向中心平面对称地布置。
另外，第一和第二杯状元件的圆柱形侧壁有着不同的长度，元件不对称地被布置在管内。
更优选的是一个或每个杯状元件的底面位于与管轴线垂直的平面内，底面包括一平面形中心区域，其在底面的变形中保持大致与管轴线垂直。这可由以下布置获得，即一个或每个杯状元件包括一外接于底面平面形中心区域的环形凹槽。
杯状元件能从钢板拉伸制成或压延而成。典型地，管是钢制的，一个或每个杯状元件的圆柱形侧壁在其边缘被焊接于管的内壁，就一切情况而言，应优选能足够变形的杯状元件，以便在足够高压力的流体作用下将里面翻作外面。
管还包括一向外伸出的内螺纹插口，施加预应力装置包括具有拧入插口中的外螺纹部分的单通阀。为了方便，单通阀有一适于与高压泵连接头接合的有接头外端。一被铰接的阀门实现不回流功能。根据本装置一更佳特征，一固定在管外的耳部包围并保护插口和阀。
根据本发明的另一方面，这里提供一包括如以上概述的施加预应力装置的矿井支架，为每个杯状元件所用，一插棒将一端可滑动地插入管中，以便位于杯状元件中，由加压流体导入所引起的杯状元件底面变形迫使插棒套叠地伸出管外。
典型地，一根或每根插棒包括具有圆形横截面并压装入管内的一段木制构件。
本发明的另一方面提供一包括如以上概述的施加预应力装置的矿井支架，第一和第二插棒将它们的端部从相反方向滑动地插入管中以便位于第一和第二杯状元件中，由加压流体导入所引起的杯状元件底面变形迫使插棒以相反的方向套叠地伸出管外。在这种情况下，最佳实施例具有木质插棒，插棒之一包括一插入管中的圆柱形部分，一在管外的截头锥形部分，和位于相应的圆柱形和截头锥形部分之间的一台肩，另一插棒整个呈圆柱形。
现参照附图，通过实施例对本发明进行更详细描述。
在附图中
图1是根据本发明显示一矿井支架施加预应力装置的放大横截图；图2用图解说明了包括图1所示装置的一矿井支架；图3显示了根据本发明第二实施例的一矿井支架施加预应力装置的放大横截面图；图4显示了包括图3装置的一矿井支架；图5显示了本发明第三实施例的横截面图；图6显示了包括图5装置的一矿井支架；
图7显示了图5实施例中变形后的施加预应力装置；图8显示了图5中的施加预应力装置的平面图；图9是说明图6支架性能的图表；图10显示了本发明第四实施例的横截面图；图11显示了充液阀部件分解透视图；图12显示了在装配和安装情况下阀的横截面图。
图1所示的矿井支架施加预应力装置有四个构件，命名为一钢管12，两个相同的杯状元件14以及一个进液阀16，每个杯状元件由标准度量的薄钢板拉伸或压延而成，其有一底面18以及一外径比管12的内径稍小的圆柱形侧壁。
元件14彼此相对地位于管12中，它们的底面18互相接触，侧壁20互补地沿管12的内壁面延伸，如图1所示。
实际上，元件14的壁厚是足够小的，以便它们的底面18容易变形。侧壁20的末端被焊在管壁的22处。进液阀16被安装在管12的插孔内，并为进口24服务，进口24通过管壁延伸到由元件的底面接合处和侧壁所确定的间隙26处。阀16是一单通阀，它允许流体流入管12，而不能反向流动。下面参照图11和12更详细地描述它。
图2显示了被安装在一矿井采面34的悬壁30和底壁32之间的矿井支架28，其中包括装置10，除了装置10，矿井支架28还包括两个具有圆形横截面的木构件或插棒36和38。此木插棒为典型的Saligna长度，它有着比管12的内径稍大的预定直径，并被迫轴向地从每端进入管内，其处于典型的受压状态。插棒36和38的内端如所示那样位于元件14内，它们的内端靠着底面18。
支架28的初始长度比回采工作面34的宽度略小，以便当支架直立地放置于底壁32上时，支架的上端，也就是插棒36的上端距悬壁下方一段短距离。
随着支架如图2所示被直立地安装，水或其它液压流体在高压下通过阀16注入管12。水对元件14的底面18施加，迫使它们彼此分开，结果，插棒36和38以相反的方向顶出管。因而，支架28伸长，以让插棒36的上端与悬壁30接触。水压使支架28在一预定大小的初始预加载荷下安置。
被预加载荷的支架现在处于承载的条件下，此载荷由悬壁施加于其上，随着时间的推移，当悬壁朝底壁接近时，木插棒的每一端或两端变形以适应这个接近，此时，支架继续支撑着由悬壁施加于其上的载荷。
图3显示了本发明的另一实施例38。其中，上部拉伸制造的元件40比下部元件42浅，除此以外，在其它方面与第一实施例相同。在图4已装配的矿井支架中，一Saligna插棒44被塞入装置的下端，一元件46被塞入其上端，元件46由可变形的材料制成，它安装在支架上，以适应悬壁的形状，也就是为了考虑到悬壁局部不规则的形状。除了这个特征，图5的支架与图2的支架28以很相同的方式操作，当接近悬壁时，其被木插棒44的变形所接纳。
一推出板被装入装置28、38，以便为悬壁提供较大的接触面积。
图5和7显示了根据本发明第三实施例在杯状元件变形前后的施加预应力装置，正如图1的实施例，图5中的施加预应力装置50包括一外钢管52，两个相同的杯状元件54和一个阀56。每个杯状元件有一底面58和一圆柱形侧壁60。杯状元件彼此相对地位于管52的中心位置，且焊在管侧壁的边缘，如数字62所指示，阀56被从管52伸出的插孔64内拧入，并同杯状元件54底面58之间的管内部连通。下面还要详细描述阀56。
图5的实施例与图1的实施例之间一个重要的差别在于底面58的形状。代替如图1的平面形状，每一底面58有一平面状中心区域66和一外接环形凹槽68，其外端与侧壁60接合。相对于由凹槽68限定的元件54的端部，中心区域66稍向内移位。
凹槽68的出现影响了当杯状元件的底面58通过阀56承受液压时的变形方式。实际上，在对内部压力作出反应时，平面中心区域66的变形是相互移开的，彼此大致保持平行。与图1的结构相比，它较有利，因为中心区域66的大致平行移动确保了杯状元件底面和木元件之间的接触，正如以下描述的那样，它们的接触保持在一相对大的区域上，而不是在图2所示杯状元件底面凸起处这样一个限定的区域上。
图7显示了经内部增压后的施加预应力装置。应该注意到杯状元件实际上翻转过来，而仍和管52相连，中心区域66仍大致相互平行。
图6显示了加压前包括施加预应力装置50的矿井支架70。除了施加预应力装置50，支架70包括一上部木质元件72和一下部木质元件74。上部元件呈一已知的型材支架形状，它有一锥形上端76，一台肩78和一圆柱形部分80，圆柱形部分80压入管12的上端，以便它的下端靠着上部杯状元件54的中心区域66定位。下部元件74整个呈圆柱形，用一增强钢环82外接在它的下端附近元件74的上端压入管12的下端，以便靠着下部杯状元件54的中心区域66定位。钉84通过管12上的孔钉入木质元件72和74，以确保元件在管12中的插入位置保持不动。
在使用图5所示的这种施加预应力装置的实施例中，具有标称直径约为210mm的木质元件72和74被压入内径为209mm的管52内。管的壁厚为4.5mm，整个管长为300mm。杯状元件54有着相匹配的外径，它由1.6mm钢板压制而成。每个杯状元件的总深度就是图5中的尺寸86，即为40mm。中心平面区域66向内偏移量约为3mm。钢环82由直径为5mm的软钢线制成，其固定在下部木元件74上。木元件为Saligna的变形，支架的总长度是1.2m。
图9显示了以上描述的支架在压力机作用下的性能。在图中标记″A″的区域涉及支架的初始装配和预加载荷。在试验的开始，支架的下端被安放在压力机的底压板上，而支架的上端处于上压板下约35mm处。管12内用水增压。这通过将一高压、气动操作泵连接到阀56上而获得，下面还要更详细描述它。管12的内部增压使底面58变形至图7所示的相互分开的状态。底面的变形增加了支架70的整个长度，从而引起上部木元件72的上端与上压板接触。内部增加足够施加一约27吨(270KN)的预加力，如图9中″B″点所示。因而随着时间的推移，由于木元件的塑性变形，载荷稍稍变小，如图9中字母″C″所示。
在以上所述的初始预加载后，压力机以每分钟30mm这样一个不变的接近速率操作。在图9中用字母″D″表示在加载情况下支架的性能，在约200mm的接近距离时，可以看出支架连续地接受载荷直到约75吨(750KN)的最高水平。此后，由于木元件压缩失败，图中″E″区存在迅速的卸载现象。
再参照图5和7，应相信具有1.6mm厚度的环状元件的尺寸86不应超过约60mm这个数值。实际上，当管通过阀56被加压时，水压作用在管12壁和杯状元件的侧壁60之间，并迫使侧壁向内。在初始增压期间以及杯状元件翻转之前，侧壁60被压紧或夹紧在木元件的端部，这不易于木元件随着杯状元件底面58的相互移开而从管中顶出。
为了在预加载期间结出支架伸长足够大的范围，要求尺寸86一般不小于约30mm。
图10显示了施加预应力装置80的第四个实施例，其中只有一个杯状元件82。管12的上端由一圆形板84和杯状元件82所封闭。与图5的杯状元件54在各个方面都类似，它被焊接在邻近板的管内。与阀56类似，阀86被拧入管81内壁的插孔88内。
在图10实施例的操作中，通过阀86引起的管内部增压促使杯状元件离开板84，而其底面的中心区域90保持大体与板平行。被压装到管下端的木质元件92从管中冲出而伸长支架。依赖于它的厚度，板84也能在增压期间变形。
在图10中，可理解到板84将直接支撑矿井工作面的悬壁。虽然可以在与悬壁接触的板上提供一横向推出板，以提供较大的接触面积。也可得知有着单个杯状元件的支架与有着相对的两个杯状元件的在前实施例相比，安装中的支架伸长范围将减小。
现参照图11和12，它们图示了以上描述的实施例中所使用的阀16、56、86。阀包括一由玻璃增强尼龙制成的整体式阀体100和一阀罩102。阀体包括一由环形槽106形成的内端104，由细牙外螺纹形成的108部分，横截面是六角形的110部分，以及由一头部116和一环形槽118组成的一外端部分114。一通道120从一端到另一端贯通阀体而延伸。
阀门罩102由有弹性的塑料材料制成，典型地如尼龙，其包括一开口环122，开口不能被撬开和定位于阀体100内端的环形槽106处。通过整体纤维连在环122上的是阀门126，其有一基座部分128和一通过薄板132连接到基座部分128上的平面闭合部分130。板132的薄度允许130部分由箭头134所指的方向相对于基座部分128铰接。当阀门罩利用环122定位于槽106中而被安装在阀体上时，纤维124位于104端的槽口135里。
阀体的螺纹部分108以密封的方式紧密地拧入管12壁上的内螺纹插孔136中。六角形头部分110方便了紧密配合，因其能用扳手或类似工具夹紧。
当管将被内部增压时，高压泵或增压器的高压连接头与阀体的外端部分114配合。高压接头是一有着底切法兰的典型公知类型，法兰能在接头和114部分之间相对横向滑动到槽118内，以便接合到头部116的后面。在高压注入已经完成后，向相反的方向滑动高压泵接头就能将它从114部分卸下。
在泵压期间，水引起阀门罩102的闭合部分130旋转到打开的位置，以允许水进入管12。在泵压之后，水的内压使130部分旋转到一关闭位置，在此130部分固定在阀体的内端面140处，以防止内部压力损失。
以上所描述的阀具有简单和经济的结构。它的一个优点由以下事实而呈现出来，即，使阀体的伸出部分被折断，例如由于采矿面处猛烈的横向冲击或爆炸，阀门罩受到保护并保持在它的固定位置而防止压力损失。与更复杂的单通阀设计相比，这是有利的，单通阀包括内部弹簧加载阀门罩，万一阀的暴露部分由于爆炸或表面爆炸的影响而损坏，内部密封组件可能被毁坏或被碰掉。
再参照图11和12，可看出阀体也包括由此108部分螺纹螺距大的外螺纹形成的112部分。112部分通过螺纹连接头被连接到位，一合适的薄浆被用来代替水而使管内增压。典型地，一螺纹连接头被安装在从灌浆泵延伸出来的软管端。螺纹部分112也为两级增压提供方便，在两级增压中，薄浆首先在相对低压下注入管内，然后水以相对较高的压力注入管内，在只用水增压的情况下，螺纹部分112可省略。
如图8所示，管12可以有包围阀而焊接在管上的附带耳部。这保护阀在支架翻倒时可免遭破坏。假如在安装之前，支架在地面或底壁上滚动，它也能保护阀。所图示类型的耳部能在以上描述的任一个实施例中设置。
在以上描述的每个实施例中，管12可以设置吊钩或其它悬挂点，借助于它爆炸隔板能自支架悬挂下来。
在每个实施例的增压期间，在支架被伸长至与底壁和悬壁接触之前，支架的上端可以被稍稍楔住定位，以防止支架倒塌。实际上，可仅在支架的上端和悬壁之间楔入一石块或类似物而获得。当施加预载荷时，石块将从侧面被挤出或被压碎。
可以理解到在本发明的范围内可有很多变化。例如，在图5和10的实施例中，一外接连通形凹槽可设置在围绕底面的中心区域处。凹槽有助于引起底面中心区域的移动。当底面变形时，以保持和管的轴线垂直。然而在其它实施例中，这个目的可用其它方法实现，可能利用削弱底面来导致在削弱处的优先变形。
权利要求
1.一种矿井支架施加预应力装置包括一根管，置于管内的一杯状元件，其包括一底面和固定于管内壁上的圆柱形侧壁，固定在管上并紧邻所述杯状元件的底面以相反的方向横跨管的一相对元件，一通过管壁导向的阀进口，以引导加压流体进入杯状元件底面和相对元件之间的管内，以便杯状元件的底面变形，这样相对元件与其分开。
2.根据权利要求1所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于当足够高压力的流体通过阀进口被导入管内时，杯状元件的底面被设置成能变形以离开相对元件。
3.根据权利要求2所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于相对元件以板的形式横跨于管上。
4.根据权利要求2所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于相对元件是一包括底面和固定于管内壁上的圆柱形侧壁的第二个杯状元件，第二个杯状元件被设置在与第一个环状元件相对的方向，杯状元件的底面彼此相邻，杯状元件的圆柱形侧壁从它们各自的底面以相反的方向延伸。
5.根据权利要求4所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于第二个杯状元件与第一个杯状元件是相同的。
6.根据权利要求4所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于第一和第二杯状元件的圆柱形侧壁有着不同的长度。
7.根据权利要求5所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于第一和第二杯状元件相对于平分管的横向中心平面对称地布置。
8.根据权利要求6所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于第一和第二杯状元件不对称地被布置在管内。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的矿井支架施加预应力装置，其特征在于一个或每个杯状元件的底面位于与管轴线垂直的平面内，底面包括一平面形中心区域，其在底面的变形中保持大致与管轴线垂直。
10.根据权利要求9所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于一个或每个杯状元件包括一外接于底面平面形中心区域的环形凹槽。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的矿井支架施加预应力装置，其特征在于一个或每个杯形元件是从钢板拉伸制成或压延而成。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的矿井支架施加预应力装置，其特征在于管由钢制成，一个或每个环状元件的圆柱形侧壁在其边缘被焊接于管的内壁。
13.根据权利要求12所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于借助于处于足够高压力下的流体，杯状元件能足够变形以便将里面翻作外面。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于管还包括一向外伸出的内螺纹插口，施加预应力装置包括具有拧入插口中的外螺纹部分的单通阀。
15.根据权利要求14所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于单通阀有一适于与高压泵接头接合的带有接头外端。
16.根据权利要求14或15所述的一种矿井支架施加预应力装置，其特征在于所述单通阀包括一实现无回流功能的被铰接阀门。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的矿井支架施加预应力装置，它还包括固定在管外的耳部。耳部包围并保护插口和阀。
18.根据权利要求2至17中任一项所述的施加预应力装置的矿井支架，为每个杯状元件所用，一插棒将一端可滑动地插入管中，以便位于杯状元件中，由加压流体导入所引起的杯状元件底面变形迫使插棒套叠地伸出管外。
19.根据权利要求18所述的矿井支架，其特征在于一根或每根插棒包括具有圆形横截面并压装入管内的一段木质元件。
20.包括根据权利要求4至8任一项所述的施加预应力装置的矿井支架，第一和第二插棒将它们的端部从相反方向滑动地插入管中以便位于第一和第二杯状元件中，由加压流体导入所引起的杯状元件底面变形迫使插棒以相反的方向套叠地伸出管外。
21.根据权利要求20所述的一种矿井支架，其特征在于两根插棒都是木质的，插棒之一包括一插入管中的圆柱形部分，一在管外的截头锥形部分，和位于相应的圆柱形和截头锥形部分之间的一台肩，另一插棒整个呈圆柱形。
全文摘要
矿井支架施加预应力装置10包括管12，位于管内的杯状元件14，其包括一底面18以及一固定在管内壁的圆柱形侧壁20。一相对元件以与杯状元件相对的方向也固定于管上。贯穿管壁的阀进口引导一加压流体进入杯状元件的底面和相对元件之间的管内。如果流体处于足够高的压力下，杯状元件的底面和相对元件变形至彼此分开。典型地，相对元件是相同或相似的杯状元件(14)。装置10是矿井支架的部分组件，矿井支架还包括可滑动地插入管中以便定位于杯状元件中的插棒(36，38)，当加压流体被引入管中时，插棒被套叠地顶出管外。
文档编号E21D15/00GK1145977SQ9611097
公开日1997年3月26日 申请日期1996年7月5日 优先权日1995年7月5日
发明者G·H·克拉克 申请人:Hl及H木材产品有限公司