用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统及支护方法与流程

本发明属于巷道及隧道等地下空间支护技术领域，特别涉及一种用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统及支护方法。

背景技术：

研究表明，随着我国的日益强盛，各项建设都在飞速蓬勃发展，越来越多的大型深部矿井巷道以及长大深埋隧道等地下工程已经或将纳入国家重大工程规划，其中在地形、地貌及地质条件复杂的地方修建大型深部矿井巷道和长大深埋隧道工程等地下工程将会遇到很多问题，如地应力增大、水头压力增大、地温升高等恶劣的地质条件加快了巷道或隧道破坏速度，巷道变形程度剧烈，破碎岩体也随之增加。在采矿过程中，为有效防止巷道或隧道顶部坍塌、破碎岩体垮落等事故的发生，巷道或隧道支护作业的设备使用量巨大。但在实际的巷道或隧道支护施工过程中，当前支护设备施工的灵活性、可靠性相对较差，施工成本以及日常维护的成本较高，且大多都是一次支护，当支护设备发生变形后，难以进行反复支护，造成资源浪费的同时还严重损失了大量的劳动力。为了响应国家的可持续发展，节约资源、绿色协调发展已成为工业发展的主流，因此，巷道及隧道等地下工程的支护技术仍然是当今世界的热点问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便，且对大变形巷道及隧道围岩有很好的支护效果的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统及支护方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统，包括u型钢支架、可收缩支架、液压马达及动力系统，所述u型钢支架支护在巷道围岩内壁上，u型钢支架上对应于可收缩支架设有螺栓孔，所述可收缩支架的后端设有液压油缸，液压油缸与可收缩支柱相连，可收缩支柱的底座与u型钢支架通过螺栓固定连接，可收缩支架前端设有钻头，钻头置于围岩内；可收缩支架与动力系统相连，动力系统能够控制钻头钻进和可收缩支架的收缩。

上述的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统中，所述的钻头采用的是花苞状钻头，花苞状钻头包括若干块花瓣状钢板及钻杆，若干块花瓣状钢板包裹在钻杆外侧，每个花瓣状钢板连接有一个连杆，连杆的一端与相对应的花瓣状钢板的通过螺丝固定相连，另一端连接在环形滑块的外圆周上，所述环形滑块套装在钻杆上；所述钻杆的后端与电机连接，电机与动力系统连接，电机安装在可收缩支架前端；钻杆上靠近电机端设有外螺纹，所述的环形滑块内孔设有与钻杆上外螺纹相匹配的内螺纹，所述滑块能在电机驱动钻杆时向上滑动，从而带动连杆，撑开花瓣状钢板，使整个花苞状钻头绽开。

上述的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统中，所述u型钢支架顶部圆弧部分均匀设有若干放岩口，放岩口处设有推拉式开关。

上述的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统中，所述的可收缩支架后端设有液压油缸，液压油缸的活塞与可收缩支柱相连，液压油缸与所述液压马达通过管道相连，液压马达与动力系统相连，通过动力系统驱动液压马达，从而使液压马达驱动液压油缸，实现可伸缩支柱收缩，所述的可收缩支柱后端设有底座，底座上设有多个螺栓孔，u型钢支架上对应于底座上的螺栓孔设有多个螺栓孔；u型钢支架与可收缩支柱的底座通过多个螺栓连接。

上述的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统中，其特征是：所述动力系统与可伸缩支架相连，动力系统设置三个相互独立的开关，包括控制动力系统启动的总开关、控制电机的开关和控制液压马达的开关。

一种利用上述的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护方法，包括以下步骤：

1）将u型钢支架上打好螺栓孔和放岩口，并将与动力系统相连的可收缩支架通过螺栓固定于u型钢支架上；

2）启动动力系统，打开控制电机的开关，将花苞状钻头打入巷道围岩，此时，不打开控制液压马达的开关，可收缩支架不会伸长也不会收缩；使设置好的u型钢支架固定于巷道，从而实现整体装置对围岩巷道的支护；当花苞状钻头深入巷道围岩，花瓣状钢板展开后，关闭动力系统；

3）打开u型钢支架上的推拉开关，使破碎岩体从放岩口掉落，并对破碎岩体进行装车运输处理；

4）当u型钢支架发生变形时，启动动力系统，打开控制液压马达的开关，控制可收缩支柱收缩，将u型钢支架拉回原状，恢复变形，关闭动力系统。

与现有技术相比，本发明结果有益效果在于：

1）本发明的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统，其可收缩支架整体与动力系统相连，可收缩支架前端设有呈花苞状钻头，花苞状钻头在动力系统的作用下，将钻头打入围岩。多个花苞状钻头同时打入围岩，其展开的钢板相邻形成一个整体，共同支护围岩。可收缩支架另一端为可收缩支柱，当u型钢支架和可收缩支柱支护围岩一端时间后，在围岩的压力作用下，u型钢支架会发生挤压变形，启动动力系统，通过动力系统控制液压马达驱动液压油缸使可收缩支柱发生收缩，将变形的u型钢支架恢复原状，从而能够达到反复支护的效果，不需要重新支护，降低了生产成本。

2）本发明的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统，其u型钢支架上设有放岩口，当破碎岩体被花苞状钻头的钢板分离后，通过放岩口，使破碎岩体掉落，通过装车运输对其进行处理。放岩口的一端设有推拉式开关，打开开关，使破碎岩体掉落。破碎岩体掉落完后，关闭开关，能够保证工作人员的安全。

3）本发明的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统，其动力系统与可收缩支架相连，为整个可收缩支架提供动力；动力系统能够控制可收缩支架的花苞状钻头，使之能够钻入围岩进行围岩支护；动力系统使可收缩支架的可收缩支柱发生收缩，使变形的u型钢支架尽可能恢复到原来的状态，从而达到反复支护的效果。

4）本发明的用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统结构简单，安全可靠，对大变形巷道及隧道围岩有很好的支护效果。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明u型钢支架与可伸缩支架连接示意图。

图3为本发明可伸缩支架整体结构示意图。

图4为本发明可伸缩支架花苞状钻头钢板展开正视图。

图5为本发明可伸缩支架与电机、液压马达及动力系统连接结构示意图。

图6为本发明花苞状钻头花瓣状钢板半绽开结构示意图。

图7为本发明多个花苞状钻头花瓣状钢板展开整体效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1-图6所示，一种用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护系统，包括u型钢支架1、可收缩支架2、液压马达18及动力系统5，所述u型钢支架1支护在巷道或隧道围岩内壁上。所述的可收缩支架2的后端安装在u型钢支架1上。如图3、4所示，所述的可收缩支架2的后端设有液压油缸22，液压油缸22与可收缩支柱10相连，可收缩支柱10后端设有底座6，底座6上设有两个螺栓孔，u型钢支架1上对应于底座6上的螺栓孔设有两个螺栓孔；u型钢支架1与可收缩支柱10的底座6通过两个螺栓7连接。可收缩支架2的前端设有花苞状钻头13，花苞状钻头13置于围岩内，可收缩支架2与动力系统5相连。花苞状钻头13包括若干块花瓣状钢板8及钻杆9，若干块花瓣状钢板8包裹在钻杆9外侧，每个花瓣状钢板8上连接有一个连杆20，连杆20的一端与相对应的花瓣状钢板8通过螺丝固定相连，另一端连接在环形滑块19的外圆周上。所述钻杆9后端与电机14连接，电机14与动力系统连接。所述钻杆9后端处设有外螺纹21，所述环形滑块19套设在钻杆9上，所述的环形滑块19内孔设有与钻杆9上外螺纹21相匹配的螺纹，所述滑块19能在电机14驱动钻杆9时向上滑动，从而带动连杆20，撑开花瓣状钢板8，使整个花苞状钻头13绽开。可收缩支柱10前端固定有电机14，电机14外围包裹有方形钢框24，以保证电机14不被围岩压力损坏。花苞状钻头13的后端与电机14相连，电机14与动力系统5连接，通过动力系统5驱动电机14，使花苞状钻头13钻入围岩。所述u型钢支架1顶部圆弧部分均匀设有若干放岩口3，放岩口3处设有推拉式开关4。

所述u型钢支架1整体支护巷道围岩，u型钢支架1上设有螺栓孔，通过螺栓7将可收缩支架2固定在u型钢支架1上，所述u型钢支架1顶部均匀布设多个可收缩支架2，可收缩支架2与u型钢支架1共同支护巷道。

所述可收缩支架2整体与动力系统5相连，可收缩支架2前端设有呈花苞状钻头13，花苞状钻头13在动力系统5驱动电机14的作用下打入围岩，在花苞状钻头13进入围岩的同时，花苞状钻头13的钢板8逐渐展开，从而将破碎岩体11和整体围岩12分离，多个花苞状钻头13打入围岩，多个花苞状钻头13展开后的钢板8形成一个整体，共同支护围岩。可收缩支架2后端设有液压油缸22，液压油缸22与可收缩支柱10相连，液压油缸22与所述液压马达18通过管道23相连，液压马达18与动力系统5相连，通过动力系统5驱动液压马达18，从而使液压马达18驱动液压油缸22，达到可伸缩支柱10收缩的目的，多个液压油缸22可连接一个液压马达18，从而使液压马达18同时驱动多个液压油缸22使多个可收缩支柱10同时收缩，当u型钢支架1和可收缩支架2支护围岩一端时间后，在围岩的压力作用下，u型钢支架1会发生挤压变形，启动动力系统5，通过动力系统5打开液压马达18控制液压油缸22使可收缩支柱10收缩，将变形的u型钢支架1拉回原状，恢复变形，从而达到反复支护的效果。

所述u型钢支架1上设有放岩口3，当破碎岩体11被花苞状钻头13分离后，通过放岩口3掉落，然后对其进行装车运输处理。放岩口3的一端设有推拉式开关4，当有破碎岩体11掉落时，打开开关4，使之掉落。掉落完破碎岩体11后，关闭开关4，以保证安全。

所述动力系统5与可收缩支架2相连，为其提供动力。动力系统5设置三个相互独立的开关，包括总开关15、控制电机的开关16和控制液压马达的开关17，互不影响。动力系统5通过电机14控制可收缩支架2前端的花苞状钻头13，使之能够钻入围岩进行支护；支护整体围岩12；通过液压马达18控制可收缩支柱10，使之收缩，从而使变形的u型钢支架1恢复变形。

一种用于大变形巷道或隧道围岩修复的支护方法，包括以下步骤：

1）将u型钢支架1上打好螺栓孔和放岩口3，并将与动力系统5相连的可伸缩支架2通过螺栓7固定于u型钢支架1上。

2）打开总开关15，启动动力系统5，然后打开控制电机14的开关16，将花苞状钻头13钻入巷道围岩，从而使设置好的u型钢支架1固定于巷道内壁，此时，不打开控制液压马达的开关17，可收缩支架不会伸长也不会收缩；从而实现整体装置对围岩巷道支护；当花苞状钻头13进入破碎围岩，花瓣状钢板8展开后，关闭动力系统5。

3）打开u型钢支架1上的推拉开关4，使破碎岩体11从放岩口3掉落，对其进行装车运输处理。

4）当u型钢支架1发生变形时，打开总开关15，启动动力系统5，打开控制液压马达18的开关17，通过收缩可收缩支柱10将u型钢支架1拉回原状，恢复变形，关闭动力系统5。