一种巷道用活动式悬护骨板支护结构的制作方法

本实用新型属于巷道支护技术领域，具体涉及一种结构简单、施工工期短、可重复利用和“冒顶片帮”防护效果好的巷道用活动式悬护骨板支护结构。

背景技术：

冒顶片帮是指矿井、隧道、涵洞开挖、衬砌过程中因开挖、检查、处理浮石或支护不当，巷道顶部或侧壁围岩在受到爆破震动、外力扰动、地压变化、围岩应力释放时岩块突然垮塌掉落对作业人员造成伤害的事故。作业面、巷道侧壁的垮塌现象称为片帮，顶部垮落称为冒顶。

井下金属或非金属矿山都属于高危行业，其中“冒顶片帮”是危险性最大、发生频率最高的安全事故之一，约占井下采矿作业事故的40%以上。目前，预防和防护井下巷道“冒顶片帮”安全事故的措施（或支护方式）主要有巷道整体式混凝土浇筑支护、钢拱架支护、锚网喷砼支护、素混凝土喷射支护等。上述支护方式虽然基本能够有效预防和防护“冒顶片帮”，但却也存在工序繁琐、工期较长、工人劳动强度大、造价高、无法或者难以重复利用的缺点。特别是广泛采用的工字钢梯形刚性支架支护，由于刚性支架不能适应围岩的变形移动，又无力阻止围岩的变形，难以避免因超载支护而造成变形和破坏。因此，对于井下矿山刚性支架支护，既不能对巷道形成长效的支撑，又由于刚性支架支护的支架间隙造成“冒顶片帮”时难以形成有效的防护，还必须辅助采用锚网、喷浆等辅助措施进行防护，造成井下必须现场逐步施工才能形成完整的支护结构，使得施工周期长、劳动强度大，而且支架及锚网等无法重复利用，导致整体成本较高。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的问题及不足，提供了一种结构简单、施工工期短、可重复利用和“冒顶片帮”防护效果好的巷道用活动式悬护骨板支护结构。

本实用新型是这样实现的：包括上挡板、侧挡板、锚杆、顶转轴、侧转轴、弹片、限位弹片，所述上挡板一端与顶转轴铰接且另一端与侧转轴铰接，所述侧挡板的上端与侧转轴铰接，所述锚杆上端锚固于巷道顶部且下端与顶转轴铰接或固定连接，所述顶转轴沿巷道延伸方向设置且两侧铰接的上挡板形成倒“U”形或“Λ”形，所述弹片两侧分别与顶转轴两侧铰接的上挡板的下表面固定连接，所述限位弹片呈“C”形结构并设置于侧转轴连接的上挡板下表面与侧挡板内侧面，所述限位弹片一侧与上挡板的下表面或侧挡板的内表面固定连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型通过顶转轴连接两侧的上挡板，然后上挡板通过侧转轴连接侧挡板，整体通过顶转轴与锚固于巷道顶部的锚杆连接形成悬空结构，不仅锚杆自身对巷道围岩具有稳固作用，而且整体可使“冒顶”掉落的岩石轻落在上挡板上并倾斜滑落至巷道两侧，大大减缓了岩石掉落时的重力加速度，减弱了“冒顶”岩石的冲击力；而通过侧挡板，可防止掉落的岩石滚落至巷道内侧，从而避免伤害到巷道内侧的作业人员。

2、本实用新型通过在上挡板的下表面设置弹片，在巷道发生“冒顶”而掉落岩石时，在岩石重力作用下可使弹片变形，使得岩石侧的上挡板下移而另一侧上挡板不动或上移，从而使得岩石侧的上挡板倾斜度增加而利于岩石滑落，而在弹片的作用下，岩石滑落后两侧的上挡板可自恢复至正常状态，从而对巷道中的作业人员提供较好的保护作用。

3、本实用新型通过在上挡板与侧挡板间设置限位弹片，可在巷道发生“片帮”掉落岩石时，在岩石重力作用下侧挡板向巷道内侧旋转形成一定的岩石掉落空间，而限位弹片的弹性变形阻抗力可防止侧挡板下部旋转角度过大而伤及巷道中的人员，且在限位弹片的作用下，岩石掉落后侧护板可自恢复至正常状态，从而对巷道中的作业人员提供较好的保护作用。

4、本实用新型不对巷道岩层进行长久性重力支撑（区别于钢拱架重力支撑式支护结构），故可采用高强度轻型材料预制，而且整体为组装式结构，不仅结构简单、制作容易、可重复利用，而且便于现场运输、存储、安装和拆卸。

5、本实用新型在上挡板下表面与侧挡板内侧面设置限位拉杆，或在侧转轴外侧设置限位板，从而在巷道顶板发生“冒顶”事故时，岩石滑落过程中控制侧挡板以垂直于地面或稍微向巷道外侧倾斜的方式向下移动至地面形成支撑，防止侧挡板以较大角度向巷道外侧倾斜而在侧转轴端与上挡板形成内凹对人员造成伤害。

6、本实用新型根据实际使用需要可将多个上挡板和侧挡板构成的悬护骨板同时安装于一根顶转轴上，每个悬护骨板均可独立工作；也可将每个悬护骨板单独安装于一根顶转轴上，各自独立工作，提高了适应能力。

7、本实用新型通过安装于巷道内的距离传感器对该上挡板或侧挡板某一点的实时监测，结合信号传输电缆、报警器或监测器（含PLC芯片）等设备，即可实现对井下巷道“冒顶片帮”事故的远程报警和实时监测，可为井下矿山安全格局带来革命性的改变。

因此，本实用新型受力科学，安全、可靠，适用范围广，尤其适用于井下金属或非金属矿山巷道的支护，可改变国内外大部分井下矿山现有的支护格局，能有效预防井下巷道、临时性交通隧道等发生“冒顶片帮”事故，具有结构简单、成本低、施工工期短、可重复利用和“冒顶片帮”防护效果好的特点。

附图说明

图1为本实用新型之含限位拉杆结构示意图；

图2为本实用新型之含限位板结构示意图；

图3为本实用新型之“冒顶”落石时变形示意图；

图4为本实用新型之旋转接头连接结构示意图；

图中：1-上挡板，2-侧挡板，3-锚杆，4-顶转轴，5-侧转轴，6-弹片，7-限位弹片，8-限位拉杆，8A-上限位杆，8B-下限位杆，9-限位板，10-监控系统，10A-距离传感器，10B-远程报警器，10C-信号传输电缆，11-配重块，12-缓冲垫，13-旋转接头，13A-直杆球头杆端关节轴承，13B-左连接固定块，13C-右连接固定块，14-巷道壁、15-巷道底板、16-巷道水沟，17-固定螺栓，18-落石。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1至4所示，本实用新型包括上挡板1、侧挡板2、锚杆3、顶转轴4、侧转轴5、弹片6、限位弹片7，所述上挡板1一端与顶转轴4铰接且另一端与侧转轴5铰接，所述侧挡板2的上端与侧转轴5铰接，所述锚杆3上端锚固于巷道顶部且下端与顶转轴4铰接或固定连接，所述顶转轴4沿巷道延伸方向设置且两侧铰接的上挡板1形成倒“U”形或“Λ”形，所述弹片6两侧分别与顶转轴4两侧铰接的上挡板1的下表面固定连接，所述限位弹片7呈“C”形结构并设置于侧转轴5连接的上挡板1下表面与侧挡板2内侧面，所述限位弹片7一侧与上挡板1的下表面或侧挡板2的内表面固定连接。

所述顶转轴4沿巷道延伸方向布置且分别与沿巷道延伸方向间隔设置的多根锚杆3铰接或固定连接，所述上挡板1沿顶转轴4轴线方向至少布置2组。

所述顶转轴4沿巷道延伸方向至少布置2根且每一根的两端分别与沿巷道延伸方向间隔设置的锚杆3铰接或固定连接，所述上挡板1沿顶转轴4轴线方向至少布置2组，或每一根顶转轴4铰接一组上挡板1。

本实用新型还包括设置于侧转轴5连接的上挡板1下表面与侧挡板2内侧面的限位拉杆8，所述限位拉杆8包括相互铰接的上限位杆8A及下限位杆8B，所述上限位杆8A远离铰接端的另一端与上挡板1铰接，所述下限位杆8B远离铰接端的另一端与侧挡板2铰接。

本实用新型还包括设置于侧转轴5外侧的限位板9，所述限位板9一端与上挡板1固定连接且另一端设置于侧挡板2的外侧面。

所述上挡板1包括沿巷道延伸方向间隔平行设置的上骨架、固定并覆盖于上骨架的上盖板，所述上骨架的两端分别与顶转轴4及侧转轴5铰接，所述侧挡板2包括沿巷道延伸方向间隔竖直设置的侧骨架、固定并覆盖于侧骨架的侧盖板，所述侧骨架的上端与侧转轴5铰接。

所述上骨架和/或侧骨架为铝合金、不锈钢或镀锌、镀铬的角钢、方钢、工字钢或钢管，所述上盖板和/或侧盖板为平面或弧面的钢板、铝合金板、尼龙板、PVC板、玻璃纤维板、碳纤维板。

本实用新型还包括监控系统10，所述监控系统10包括设置于巷道侧壁并与上挡板1或侧挡板2对应的距离传感器10A、设置于远端的远程报警器10B，所述距离传感器10A通过信号传输电缆与远程报警器10B连接。

所述侧挡板2的下部固定设置有配重块11，所述侧挡板2的下部外侧面和/或上挡板1远离顶转轴4一端的外侧面固定设置有缓冲垫12。

所述锚杆3下端通过旋转接头13与顶转轴4铰接或固定连接，所述旋转接头13包括直杆球头杆端关节轴承13A、左连接固定块13B、右连接固定块13C，所述直杆球头杆端关节轴承13A的座杆与锚杆3下端固定连接，所述直杆球头杆端关节轴承13A的连接杆与左连接固定块13B一侧固定连接，所述左连接固定块13B与右连接固定块13C固定连接且垂直于直杆球头杆端关节轴承13A的连接杆设置有与顶转轴4配合的通孔。

本实用新型工作原理及工作过程：

本实用新型通过顶转轴连接两侧的上挡板，然后上挡板通过侧转轴连接侧挡板，整体通过顶转轴与锚固于巷道顶部的锚杆连接形成悬空结构，不仅锚杆自身对巷道围岩具有稳固作用，而且整体可使“冒顶”掉落的岩石轻落在上挡板上并倾斜滑落至巷道两侧，大大减缓了岩石掉落时的重力加速度，减弱了“冒顶”岩石的冲击力；而通过侧挡板，可防止掉落的岩石滚落至巷道内侧，从而避免伤害到巷道内侧的作业人员；通过在上挡板的下表面设置弹片，在巷道发生“冒顶”而掉落岩石时，在岩石重力作用下可使弹片变形，使得岩石侧的上挡板下移而另一侧上挡板不动或上移，从而使得岩石侧的上挡板倾斜度增加而利于岩石滑落，而在弹片的作用下，岩石滑落后两侧的上挡板可自恢复至正常状态，从而对巷道中的作业人员提供较好的保护作用；通过在上挡板与侧挡板间设置限位弹片，可在巷道发生“片帮”掉落岩石时，在岩石重力作用下侧挡板向巷道内侧旋转形成一定的岩石掉落空间，而限位弹片的弹性变形阻抗力可防止侧挡板下部旋转角度过大而伤及巷道中的人员，且在限位弹片的作用下，岩石掉落后侧护板可自恢复至正常状态，从而对巷道中的作业人员提供较好的保护作用；本实用新型不对巷道岩层进行长久性重力支撑（区别于钢拱架重力支撑式支护结构），故可采用高强度轻型材料预制，而且整体为组装式结构，不仅结构简单、制作容易、可重复利用，而且便于现场运输、存储、安装和拆卸。进一步，本实用新型在上挡板下表面与侧挡板内侧面设置限位拉杆，或在侧转轴外侧设置限位板，从而在巷道顶板发生“冒顶”事故时，岩石滑落过程中控制侧挡板以垂直于地面或稍微巷道外侧倾斜的方式向下移动至地面形成支撑，防止侧挡板以较大角度向巷道外侧倾斜而在侧转轴端与上挡板形成内凹对人员造成伤害。更进一步，本实用新型根据实际使用需要可将多个上挡板和侧挡板构成的悬护骨板同时安装于一根顶转轴上，每个悬护骨板均可独立工作；也可将每个悬护骨板单独安装于一根顶转轴上，各自独立工作，提高了适应能力。再进一步，本实用新型通过安装于巷道内的距离传感器对该上挡板或侧挡板某一点的实时监测，结合信号传输电缆、报警器或监测器（含PLC芯片）等设备，即可实现对井下巷道“冒顶片帮”事故的远程报警和实时监测，可为井下矿山安全格局带来革命性的改变。综上所述，本实用新型受力科学，安全、可靠，适用范围广，尤其适用于井下金属或非金属矿山巷道的支护，可改变国内外大部分井下矿山现有的支护格局，能有效预防井下巷道、临时性交通隧道等发生“冒顶片帮”事故，具有结构简单、施工工期短、成本低、可重复利用和“冒顶片帮”防护效果好的特点。

如图1至4所示，依据不同使用环境及巷道情况，采用不同规格、大小的水泥砂浆或树脂锚杆3，沿巷道中心线每隔一定间距（如2m、3m、5m等）安装在巷道顶部中间位置。由于锚杆3在实际安装过程中难以做到每一根锚杆3外露悬吊点形成的直线都与巷道中心平行，因此在锚杆3悬吊点上安装一个特制的旋转接头13，以便连接锚杆3与顶转轴4，使本实用新型安装完成后基本平行于巷道中心线。根据巷道实际使用环境和情况，采用不同规格、大小的平面或弧面钢板、铝合金板、尼龙板、PVC板、玻璃纤维板、碳纤维板等材料制作上挡板1的上盖板，然后采用螺栓固定于上骨架上，上骨架两端分别与顶转轴4及侧转轴5铰接。采用高弹性、抗疲劳强度高、具有防锈防腐性能的弹性合金钢片或尼龙制作弹片6及限位弹片7，然后采用紧固螺栓17将弹片6分别安装于顶转轴4两侧上挡板1的两个上骨架，并在每一对骨架上安装一个。平时弹片6起到支撑上骨架，使其展开处于悬护状态的作用，而在巷道发生“冒顶”掉落岩块时，可通过岩石自身的重力使弹片6向下发生弹性变形，造成上骨板结构受力一侧向下倾斜，从而让岩块快速的导滑掉落至巷道两侧。待岩石掉落又通过弹片6自身弹性使上挡板1反弹恢复至初始状态，继续保护巷道通行人员的安全。在侧挡板2的侧骨架与上骨架间设置限位弹片7，每个限位弹片7采用两个紧固螺栓17分别安装于上骨架与侧骨架上，每一对骨架上安装一个限位弹片7。在巷道发生“片帮”事故岩石滑落时限制侧挡板2过度向巷道内侧摆动伤害到作业人员的作用，同时限制并使岩石掉落到巷道两侧边上。而在安装于上骨架与侧骨架连接处固定设置限位拉杆8或在侧转轴5外侧的限位板9，在巷道顶板发生“冒顶”事故岩石滑落过程中，限位拉杆8或限位板9可控制侧挡板2垂直向下或稍微向巷道外侧倾斜的方式向下移动至地面形成支撑，防止侧挡板以较大角度向巷道外侧倾斜而在侧转轴端与上挡板形成内凹对人员造成伤害。可根据实际使用需要在巷道两侧加装距离（位置）传感器10A，通过实时监测上挡板1或侧挡板2对应的某一点的距离（位置）情况，在巷道发生“冒顶片帮”事故而使上挡板1或侧挡板2位置发生偏移时，远端的远程报警器10B进行报警（监测），实现井下矿山（隧道）“冒顶片帮”的智能化、远程化报警（监测）。距离（位置）传感器10A设置为具有一定延时功能及探测范围的传感器。因井下放炮震动、过往车辆、人员等不小心发生的擦碰等，会引起挡板发生小范围的摆动，故需传感器具有一定的探测范围；另外因挡板在岩石滑落后会通过弹片快速反弹回初始状态，具有自恢复特性，故巷道发生的一般性岩块掉落情况也不会引发传感器发出报警信号（即传感器具有延时报警功能）。只有当巷道发生较大“冒顶片帮”事故岩块卡在挡板中间无法自行掉落或挡板被其它外力破坏无法自行恢复，超出传感器探测时间和探测范围，才会发出报警信号。