一种巷道支护用混凝土钢管支撑架装置的制作方法

本实用新型煤矿开采巷道支护技术领域，尤其涉及一种巷道支护用混凝土钢管支撑架装置。

背景技术：

随着煤矿开采深度的加大，巷道的支护越来越困难。深部围岩巷道由于受高温、高围压和高空隙力的影响，出现大变形，强蠕变等特征。因而具有高强抗压性能的钢管混凝土支撑架应运而生，也解决了一些煤矿支护困难的问题。但是这种支撑架具有刚性过大、抗拉强度低的缺点，在高围压的深部巷道中，钢管混凝土支撑架会因为受到荷载过大而发生脆性破坏，也容易在巷道肩角、底角、巷道顶底板中心等应力集中区发生剪切和拉伸破坏。因此，如何降低钢管混凝土支撑架的刚度和提高支撑架的抗拉强度，保证支撑架的整体稳定性，是目前函待解决的技术难题。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种设计新颖、结构简单、能提高整体稳定性、抗拉和延伸性能佳的巷道支护用混凝土钢管支撑架装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种巷道支护用混凝土钢管支撑架装置，包括沿巷道长度方向顺次连接设置的若干组支撑架，每组支撑架包括左支撑钢管、右支撑钢管和上支撑钢管，左支撑钢管和右支撑钢管均沿垂直方向设置，左支撑钢管下端水平设置有左支撑板，右支撑钢管下端水平设置有右支撑板，上支撑钢管呈拱形结构，上支撑钢管左端和右端分别与左支撑钢管上端和右支撑钢管上端贯通并连接，左支撑钢管左侧与巷道左侧壁接触，右支撑钢管左侧与巷道左侧壁接触，上支撑钢管上侧与巷道的拱形顶壁接触；

上支撑钢管的最上侧部开设有注浆孔，每组支撑架的左支撑钢管、右支撑钢管和上支撑钢管内设置有抗拉伸加强结构。

抗拉伸加强结构包括在左支撑钢管上端内壁、左支撑钢管下端内壁、右支撑钢管上端内壁、右支撑钢管下端内壁、上支撑钢管左侧下端内壁和上支撑钢管右侧下端内壁均设置的构造相同的定位连接结构；

左支撑钢管上端内壁的定位连接结构包括纵向定位杆和横向定位杆，纵向定位杆设有至少五根且相互平行设置，每根纵向定位杆的一端均与左支撑钢管邻近巷道中心的一侧内壁固定连接；每根纵向定位杆的另一端均固定连接有一个定位圈，相邻两个定位圈之间、两侧的两个定位圈与左支撑钢管内壁之间均通过横向定位杆连接，所有的横向定位杆呈一条直线，横向定位杆与纵向定位杆垂直；

左支撑钢管下端的定位圈、左支撑钢管上端的定位圈、上支撑钢管左侧下端的定位圈、上支撑钢管右侧下端的定位圈、右支撑钢管上端的定位圈和右支撑钢管下端的定位圈均对应穿设有钢筋，钢筋在左支撑钢管下端的定位圈和右支撑钢管下端的定位圈的处折弯成钩。

通过上支撑钢管上的注浆孔向左支撑钢管、右支撑钢管和上支撑钢管内注入有混凝土砂浆。

左支撑钢管上端与上支撑钢管左侧下端、右支撑钢管上端与上支撑钢管右侧下端之间均通过法兰及螺栓连接。

左支撑钢管下端和右支撑钢管下端之间贯通连接有下支撑钢管，下支撑钢管呈中部低两端高的弧形结构，下支撑钢管内与抗拉伸加强结构构造相同的防底臌加强结构。

采用上述技术方案，本实用新型的中的若干组支撑架沿巷道长度方向设置在巷道内，用于支撑巷道顶部。

左支撑钢管、右支撑钢管和上支撑钢管，主要用于盛装并紧箍内部的高强混凝土砂浆，使混凝土在三向受压条件具备更高的抗压强度。高强混凝土砂浆是在支撑架的各段组合安装完成后注入的。高强混凝土砂浆凝固后在左支撑钢管、右支撑钢管和上支撑钢管的轴向及环向约束下，抗压强度大大提高。

钢筋通过穿过定位圈布置在左支撑钢管、右支撑钢管和上支撑钢管内。每个定位连接结构的定位圈的个数等于所需要的钢筋的总条数。为了保证支撑架整体受力更强，钢筋是整根依次穿入左支撑钢管、右支撑钢管和上支撑钢管各段的，同时钢筋要有一定的弯曲性和长度，它使在支撑架各段用套管安装前穿入每排定位圈的对应位置的。由于钢筋具有很好的抗拉强度和延性。钢筋的嵌入是为了提高支撑架的抗拉强度，降低支撑架的刚度，防止支撑架在局部出现拉伸剪切破坏和脆性破坏，提高支撑架整体的稳定性。在高围压下，支撑架帮部向巷道内凸出，顶部弯曲下沉成“V”字型，外侧（与巷道顶部接触的一侧）受压应力，内侧受到拉应力的显著影响，所以要布置钢筋在支撑架的内侧。同时钢筋的介入也能提高支撑架整体的延性，防止在高围压下支撑架脆性破坏。

纵向定位杆和横向定位杆横纵交错。先在钢管内壁焊接纵向的不都等长的5根等垂距的纵向定位杆，同时要保证所有的纵向定位杆另一端连线大致在一条直线上，然后在纵向定位杆的另一端依次焊接定位圈，焊接工艺在地面上进行操作，最后再把相邻两个定位圈之间、定位圈和钢管壁支之间通过横向定位杆连接成一条直线。这样规则的布置纵向定位杆和横向定位杆是为了保证定位圈内穿入钢筋后，支撑架受力均匀。每个纵向定位杆的长度都小于钢管的半径，便于节省一定的材料费用。

定位圈在施工时钢筋才可以顺利插入支撑架内预定的位置，更好的发挥钢筋的抗拉强度，并且在左支撑钢管下端的定位圈和右支撑钢管下端的定位圈的处折弯成钩，这样可以充分提高支撑架的抗拉性能和稳定性。

本实用新型结构简单、施工方便，利用了钢筋的高抗拉性和延伸率，提高了支撑架的抗拉强度，能够增加支撑架的抗拉和延性，提高支撑架的稳定性。通过圆管内部从原来的单一注入混凝土到既有混凝土注入又有钢筋嵌入，改善了支撑架的抗拉和延伸性能，防止支撑架脆性破坏和局部拉伸破坏，可以保证支撑架具有很好的稳定性。它是钢管混凝土支撑架的一次创新，具有良好的实际使用性和操作性。

本实用新型可在原有钢管混凝土支撑架基础上进行改进，需要在钢管外壳内嵌入钢筋，以便于本实用新型实现其目的，技术上和操作上安全可靠，有利于实现提高支撑架稳定性的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中左支撑钢管上端内壁定位连接结构处的横向剖视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的一种巷道支护用混凝土钢管支撑架装置，包括沿巷道1长度方向顺次连接设置的若干组支撑架，每组支撑架包括左支撑钢管2、右支撑钢管3和上支撑钢管4，左支撑钢管2和右支撑钢管3均沿垂直方向设置，左支撑钢管2下端水平设置有左支撑板5，右支撑钢管3下端水平设置有右支撑板6，左支撑板5和右支撑板6支撑在巷道1的底板上，上支撑钢管4呈拱形结构，上支撑钢管4左端和右端分别与左支撑钢管2上端和右支撑钢管3上端贯通并连接，左支撑钢管2左侧与巷道1左侧壁接触，右支撑钢管3左侧与巷道1左侧壁接触，上支撑钢管4上侧与巷道1的拱形顶壁接触。

上支撑钢管4的最上侧部开设有注浆孔7，每组支撑架的左支撑钢管2、右支撑钢管3和上支撑钢管4内设置有抗拉伸加强结构。

抗拉伸加强结构包括在左支撑钢管2上端内壁、左支撑钢管2下端内壁、右支撑钢管3上端内壁、右支撑钢管3下端内壁、上支撑钢管4左侧下端内壁和上支撑钢管4右侧下端内壁均设置的构造相同的定位连接结构；

左支撑钢管2上端内壁的定位连接结构包括纵向定位杆8和横向定位杆9，纵向定位杆8设有至少五根且相互平行设置，每根纵向定位杆8的一端均与左支撑钢管2邻近巷道1中心的一侧内壁固定连接；每根纵向定位杆8的另一端均固定连接有一个定位圈10，相邻两个定位圈10之间、两侧的两个定位圈10与左支撑钢管2内壁之间均通过横向定位杆9连接，所有的横向定位杆9呈一条直线，横向定位杆9与纵向定位杆8垂直。

左支撑钢管2下端的定位圈10、左支撑钢管2上端的定位圈10、上支撑钢管4左侧下端的定位圈10、上支撑钢管4右侧下端的定位圈10、右支撑钢管3上端的定位圈10和右支撑钢管3下端的定位圈10均对应穿设有钢筋11，钢筋11在左支撑钢管2下端的定位圈10和右支撑钢管3下端的定位圈10的处折弯成钩。

通过上支撑钢管4上的注浆孔7向左支撑钢管2、右支撑钢管3和上支撑钢管4内注入有混凝土砂浆。

左支撑钢管2上端与上支撑钢管4左侧下端、右支撑钢管3上端与上支撑钢管4右侧下端之间均通过法兰及螺栓连接。

左支撑钢管2下端和右支撑钢管3下端之间贯通连接有下支撑钢管12，下支撑钢管12呈中部低两端高的弧形结构，下支撑钢管12内与抗拉伸加强结构构造相同的防底臌加强结构。

本实用新型的中的若干组支撑架沿巷道1长度方向设置在巷道1内，用于支撑巷道1顶部。左支撑钢管2、右支撑钢管3和上支撑钢管4采用壁厚8-10mm、直径150-180mm的无缝钢管，混凝土采用C40或C60强度，钢筋采用直径6-10mm的盘条细钢筋，定位圈的直径为12mm左右。

左支撑钢管2、右支撑钢管3和上支撑钢管4，主要用于盛装并紧箍内部的高强混凝土砂浆，使混凝土在三向受压条件具备更高的抗压强度。高强混凝土砂浆是在支撑架的各段组合安装完成后注入的。高强混凝土砂浆凝固后在左支撑钢管2、右支撑钢管3和上支撑钢管4的轴向及环向约束下，抗压强度大大提高。

钢筋11通过穿过定位圈10布置在左支撑钢管2、右支撑钢管3和上支撑钢管4内。每个定位连接结构的定位圈10的个数等于所需要的钢筋11的总条数。为了保证支撑架整体受力更强，钢筋11是整根依次穿入左支撑钢管2、右支撑钢管3和上支撑钢管4各段的，同时钢筋11要有一定的弯曲性和长度，它使在支撑架各段用套管安装前穿入每排定位圈10的对应位置的。由于钢筋11具有很好的抗拉强度和延性。钢筋11的嵌入是为了提高支撑架的抗拉强度，降低支撑架的刚度，防止支撑架在局部出现拉伸剪切破坏和脆性破坏，提高支撑架整体的稳定性。在高围压下，支撑架帮部向巷道1内凸出，顶部弯曲下沉成“V”字型，外侧（与巷道1顶部接触的一侧）受压应力，内侧受到拉应力的显著影响，所以要布置钢筋11在支撑架的内侧。同时钢筋11的介入也能提高支撑架整体的延性，防止在高围压下支撑架脆性破坏。

纵向定位杆8和横向定位杆9横纵交错。先在钢管内壁两端部焊接纵向的不都等长的5根等垂距的纵向定位杆8，同时要保证所有的纵向定位杆8另一端连线大致在一条直线上，然后在纵向定位杆8的另一端依次焊接定位圈10，焊接工艺在地面上进行操作，最后再把相邻两个定位圈10之间、定位圈10和钢管壁支之间通过横向定位杆9连接成一条直线。这样规则的布置纵向定位杆8和横向定位杆9是为了保证定位圈10内穿入钢筋11后，支撑架受力均匀。每个纵向定位杆8的长度都小于钢管的半径，便于节省一定的材料费用。

定位圈10在施工时钢筋11才可以顺利插入支撑架内预定的位置，更好的发挥钢筋11的抗拉强度，并且在左支撑钢管2下端的定位圈10和右支撑钢管3下端的定位圈10的处折弯成钩，这样可以充分提高支撑架的抗拉性能和稳定性。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。