一种用于支护空区的支柱装置及支护空区的方法与流程

本发明涉及地下施工中空区支护技术领域，具体涉及一种用于支护空区的支柱装置及支护空区的方法。

背景技术：

随着我国采矿工业的不断发展，地下作业越来越多。在进行地下作业时，由于地下岩土体性质复杂，不同于地表，不能完全应用地表上的支护理论。因此，如何实现对地下空区的安全支护是地下施工的难点。

目前，对于地下矿地工作面空区的支护依然广泛沿用传统的“强支硬顶”的支护理论，即采用钢筋混凝土桩、木桩、以及单体液压等支柱进行支护。然而，传统的支护方法中，以上支柱变形小，刚度大，不仅难以有效发挥围岩的“自承”作用，而且在地下冲击地压的作用下，支柱很容易压弯压爆而失效；另外，空区内的各支柱承载不均匀，使得部分支柱因受到的承载力大而提前破坏，导致空区顶部围岩坍塌，危及施工人员的安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种稳定性好的用于支护空区的支柱装置及支护空区的方法。

本发明提供的技术方案是：一种用于支护空区的支柱装置，包括安设在空区内部的支柱，支柱的上端固定连接有弹簧支座，弹簧支座的顶部可与空区顶部围岩相接触。

按上述方案，所述弹簧支座包括上座板和下座板，上座板可与空区顶部围岩相接触，下座板与支柱上端相连；所述上座板和下座板之间安设有弹簧，弹簧的上端与上座板相连，弹簧的下端与下座板相连；上座板和下座板通过连接螺栓和调整螺母配合相连；所述弹簧始终处于被压缩状态。

按上述方案，所述上座板和下座板均分别开设有连接孔，连接螺栓的两端分别穿出上座板和下座板的连接孔，与调整螺母相配合。

按上述方案，所述下座板上开设有连接孔，所述连接螺栓的上端与上座板固连，连接螺栓的下端穿出下座板的连接孔后与调整螺母配合。

按上述方案，所述上座板和下座板均由Q235-C型钢板制成；上座板和下座板的厚度均为20~25mm。

一种支护空区的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、提供如上所述的支柱装置：

（1）、在空区的合适位置搭设混凝土柱模板；

（2）、在混凝土柱模板内浇筑混凝土，形成混凝土支柱，并在混凝土支柱的上端与空区顶部围岩之间预留间隙；

（3）、根据空区的实际施工情况，制作弹簧支座，保证上座板的上表面与下座板的下表面之间的距离不大于预留间隙的高度；

（4）、将所述弹簧支座安置在混凝土支柱的上端，下座板与混凝土支柱的上端固定相连；

步骤二、调节调整螺母在螺栓上的位置，增大上座板与下座板之间的距离，释放弹簧的弹性势能，使上座板与空区的顶部围岩接触，为空区提供支撑力。

按上述方案，在步骤一中，所述下座板的中心与混凝土支柱上端面的中心重合。

按上述方案，在步骤一中，预留间隙的高度为20cm；上座板的上表面与下座板的下表面之间的距离为15~20cm。

按上述方案，所述混凝土支柱的上端面为矩形，所述下座板为对应的矩形，下座板的边长为混凝土支柱上端面边长的1~2倍。

按上述方案，所述混凝土支柱的上端面为圆形，所述下座板为对应的圆盘形，下座板的直径为混凝土支柱上端面直径的1~2倍。

本发明的有益效果为：1)本发明中的弹簧支座初始状态为压缩状态，积聚大量的弹性能，能减少活荷载、弯矩和横向荷载对支柱的影响，具有较高的缓冲和减振性能，防止支柱压弯压爆而失效；2）通过调整螺母控制上下座板的距离，并在弹簧的作用下实现支柱与空区接顶，解决了人工柱难接顶的问题；3）本发明可靠性好、结构简单、施工工艺流程短、成本低，具有良好的经济效益和社会效益，适用范围广。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为本发明中弹簧支座的结构示意图。

其中：1、上座板；2、混凝土支柱；3、连接螺栓；4、下座板；5、弹簧；6、调整螺母。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所述的一种用于支护空区的支柱装置，包括安设在空区内部的支柱，支柱的上端固定连接有弹簧支座，弹簧支座的上端可与空区的顶部围岩接触。如图2所示,所述弹簧支座包括上座板1和下座板4，上座板1可与空区顶部围岩相接触，下座板4与支柱上端固连，上座板1和下座板4之间安设有弹簧5，弹簧5的上端与上座板1相连（可焊接），弹簧5的下端与下座板4相连（可焊接）；上座板1和下座板4通过连接螺栓3和调整螺母6配合相连；所述弹簧5始终处于被压缩状态。

本发明中，所述上座板1和下座板4均分别开设有连接孔，连接螺栓3的两端分别穿出上座板1和下座板4的连接孔，与调整螺母6相配合；也可是连接螺栓3的上端与上座板1固连，连接螺栓3的下端穿出下座板4的连接孔后与调整螺母6配合。通过控制下座板4处的调整螺母6在连接螺栓3上的位置，改变上座板1和下座板4之间的距离。

本发明中，所述上座板1和下座板4均由Q235-C型钢板制成；上座板1和下座板4的厚度均为20~25mm。

一种支护空区的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、提供如上所述的支柱装置：

（1）、在空区的合适位置搭设混凝土柱模板；

（2）、在混凝土柱模板内浇筑混凝土（可采用C25混凝土），形成混凝土支柱2，并使混凝土支柱2的上端与空区顶部围岩之间预留间隙，该间隙的高度根据实际情况而定；

（3）、根据空区的实际施工情况，制作如上所述弹簧支座，保证所述弹簧支座的高度（所述弹簧支座的高度为上座板1的上表面与下座板4的下表面的距离）不大于预留间隙的高度；

（4）、将所述弹簧支座安放在混凝土支柱2的上端，下座板4与混凝土支柱2固定相连；

步骤二、调松下座板4处的调整螺母6，增大上座板1与下座板4之间的距离，释放弹簧5的弹性势能，使上座板1与空区的顶部围岩接触，为空区提供支撑力。

本发明的步骤一中，所述下座板4的中心与混凝土支柱2上端面的中心重合。

本发明的步骤一中，预留间隙的高度为20cm，上座板1上表面到下座板4下表面之间的距离为15~20cm。

本发明中，混凝土支柱2上端面形状与上下座板的形状相匹配，且下座板4与上座板1尺寸、面积相同，均大于混凝土支柱2的上端面面积。如混凝土支柱2的上端面为矩形，所述下座板4与上座板1也为对应的矩形，上座板1和下座板4的边长为混凝土支柱2上端面边长（该边长为与下座板4对应的边长）的1~2倍；混凝土支柱2的上端面为圆形，所述上下座板均为圆盘形，上座板1和下座板4的直径均为混凝土支柱2上端面直径的1~2倍，如混凝土支柱2上端面直径为2000mm，上座板1和下座板4的直径均可为2200mm。对于上座板1，其直径（或边长）应为其下混凝土支柱2上端面直径（边长）的1倍以上，以增大与空区顶部围岩的受力面积；对于下座板4，其直径（边长）应为其下混凝土支柱2上端面直径（或边长）的1倍以上，保证混凝土支柱2的周围有足够空间便于调整螺母6的调节；上下座板的直径（或边长）不超过其下混凝土支柱2上端面直径（或边长）的2倍，防止下座板4的尺寸与混凝土支柱2的尺寸相差过大，导致受力不均，使混凝土支柱2提早破坏。

本发明中，根据实际工程情况选择合适型号的弹簧钢制作弹簧5，弹簧5采用规格为55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2MnA、60Si2CrA、60Si2CrVA等其中的一种弹簧钢制成，以保证强度和弹性。规格为55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2MnA的弹簧钢强度高、弹性好；规格为60Si2CrA、60Si2CrVA的弹簧钢具有高强度、淬透性好的特性。

本发明中，所述弹簧支座中的弹簧5初始状态为压缩状态（初始状态压缩程度最大），积聚大量的弹性势能，可实现缓冲和减振，能减少活荷载、弯矩和横向荷载对混凝土支柱2的影响，有效防止混凝土支柱2因压弯压爆而失效。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。