一种防冲支护装置的制作方法

本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种防冲支护装置。

背景技术：

冲击地压又称岩爆灾害(bumpdisaster)，在煤矿称煤爆(coalburst)，指矿体或岩体在内部高应力作用下，平衡状态遭到破坏，突然释放大量能量，发生爆炸振动，以及井巷周壁的矿体、岩石突然喷出造成的灾害。

随着煤矿开采向深部转移，冲击地压灾害问题愈加严重与突出，并作为一种特殊的矿压显现形式，成为深部开采矿井的主要灾害，严重威胁着煤矿的安全生产。

防冲支护作为冲击地压防治工作中不可或缺的重要内容，是巷道抵抗冲击破坏的最后一道屏障。然而，尽管现有的巷道支护装置具有较强的支撑强度，但却容易在冲击地压来临时发生变形，进而削弱或丧失相应的支撑性能，从而导致巷道严重变形甚至合拢。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种防冲支护装置，能够有效提高支护性能。

第一方面，本实用新型实施例提供一种防冲支护装置，包括第一支护层和第二支护层；所述第一支护层与所述第二支护层相叠设置且彼此连接；所述第一支护层中设置有可缩部，所述可缩部在所述第一支护层承受的应力超过第一阈值时吸收应力能量可缩变形。

可选的，所述可缩部包括第一节点层和第二节点层，所述第一节点层包括分散设置的多个第一节点，所述第二节点层包括分散设置的多个第二节点，每个所述第一节点通过至少两根腹杆分别与不同的所述第二节点可拆卸地连接。

可选的，所述第一支护层还包括第一支撑板和下弦杆，所述第一节点层中的各第一节点可拆卸地连接于所述第一支撑板，所述第二节点层中的各第二节点可拆卸地连接于所述下弦杆，所述下弦杆与所述第二支护层可拆卸地连接。

可选的，所述第一支护层还包括相对设置的第一支撑板和第二支撑板，所述第一节点层中的各第一节点可拆卸地连接于所述第一支撑板，所述第二节点层中的各第二节点可拆卸地连接于所述第二支撑板；所述第二支撑板与所述第二支护层可拆卸地连接。

可选的，所述第一节点和所述第二节点均为球冠状钢垫板，所述球冠状钢垫板上设置有第一螺孔，所述腹杆通过所述第一螺孔将所述第一节点和所述第二节点可拆卸地连接。

可选的，所述球冠状钢垫板上还设置有第二螺孔，通过所述第二螺孔形成的螺栓配合将所述可缩部固定于所述第一支护层中。

可选的，每个所述第一节点通过三根所述腹杆分别与三个不同的所述第二节点可拆卸地连接，所述三根腹杆在所述第一节点层上的投影成120度角。

可选的，所述腹杆为低碳软钢材料，所述低碳软钢材料的屈服强度为80～120mpa，抗拉强度为200～300mpa，伸长率下限为47％。

可选的，所述第二支护层包括相对设置的第一翼缘板和第二翼缘板，所述第一翼缘板与所述第一支护层可拆卸地连接；所述第一翼缘板和所述第二翼缘板之间通过波形腹板成“工”字形固定连接，所述波形腹板的波形曲面的延伸方向与所述第一翼缘板所在平面平行。

可选的，所述波形曲面的波形包括以下至少一种：正弦波、梯形波、三角形波；所述波形腹板分别与所述第一翼缘板和所述第二翼缘板焊接固定。

本实用新型的实施例提供的防冲支护装置包括两个支护层，其中第一支护层中的可缩部能够在第一支护层承受的应力超过第一阈值时发生可缩变形从而吸收消耗掉大量能量，有效减少了第二支护层承受的压力冲击，从而使第二支护层能够更好地对巷道进行支撑，有效提高了巷道支护装置的支护性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置的一种局部结构示意图；

图2为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置中的可缩部的一种结构示意图；

图3为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置中可缩部与第一支撑板的一种相对位置示意图；

图4为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置中下弦杆的一种连接结构示意图；

图5为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置中可缩部的一种设置示意图；

图6为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置中可缩部的另一种设置示意图；

图7为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置中节点与腹杆的连接关系示意图；

图8为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置中可缩部与第一支撑板的一种连接关系示意图；

图9为本实用新型的实施例提供的防冲支护装置的另一种结构示意图；

图10为图9中的第二支护层的一种具体结构示意图；

图11是本实用新型的实施例提供的防冲支护装置中第一支护层与第二支护层的一种连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的实施例提供一种防冲支护装置，包括第一支护层100和第二支护层200；第一支护层100与第二支护层200相叠设置且彼此连接；第一支护层100中设置有可缩部101，可缩部101在第一支护层100承受的应力超过第一阈值时吸收应力能量可缩变形，可缩部101可以包括可缩变形结构和/或可缩变形材料。

本实用新型的实施例提供的防冲支护装置包括两个支护层，其中第一支护层100中的可缩部101能够在第一支护层承受的应力超过第一阈值时发生可缩变形从而吸收消耗掉大量能量，有效减少了第二支护层200承受的压力冲击，从而使第二支护层能够更好地对巷道进行支撑，有效提高了巷道支护装置的支护性能。

可选的，在本实用新型的一个实施例中，根据施工现场的具体情况，第一支护层100和第二支护层200既可以固定连接，也可以可拆卸地连接。

可选的，在本实用新型的实施例中，防冲支护装置中的以支护层100中的可缩部101可以包括任何能够在预设应力范围内产生可缩形变结构和/或可缩变形材料。例如，在本实用新型的一个实施例中，可缩部101可以为疏松多孔的蜂窝状或海绵状结构，也可以为立体网状结构，支架结构等。为了尽量减轻支护装置自身的重量并在合适的应力范围内产生可缩，在本实用新型的一个实施例中，可缩部101可以为轻质软钢管形成的网状结构。

具体而言，如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，可缩部101可以包括第一节点层102和第二节点层103，第一节点层102包括分散设置的多个第一节点104，第二节点层103包括分散设置的多个第二节点105，每个第一节点104通过至少两根腹杆106分别与不同的第二节点105可拆卸地连接。

可选的，各第一节点104上连接的腹杆106的数量可以相同或不同，各第二节点105上连接的腹杆106的数量也可以相同或不同，只要有利于应力传导和分散即可，本实用新型的实施例对此不做限定。举例而言，在本实用新型的一个实施例中，每个第一节点104通过三根腹杆106分别与三个不同的第二节点105可拆卸地连接，三根腹杆106在第一节点层102上的投影成120度角。这样，当有任何方向的冲击来临时，冲击应力都可以沿着对应的第一节点104沿其腹杆106向多个方向分散，从而能够有效避免局部应力过高积累导致支护装置毁损。

可选的，为了有效吸收冲击带来的应力能量，在本实用新型的一个实施例中，腹杆106可以为低碳软钢材料，所述低碳软钢材料的屈服强度为80～120mpa，抗拉强度为200～300mpa，伸长率下限为47％，单向拉伸时可以呈现较长的屈服平台。

进一步的，为了对可缩部101进行加固封装并产生更均匀的应力分散效果，如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，第一支护层100还包括第一支撑板111和下弦杆110，第一节点层102中的各第一节点104可拆卸地连接于第一支撑板111，第二节点层103中的各第二节点105可拆卸地连接于下弦杆110，下弦杆110与第二支护层200可拆卸地连接。示例性的，下弦杆110的一种连接结构可以如图4所示。也即是说，本实施例中，通过第一支撑板111将第一节点层102中的各第一节点固定，通过下弦杆110将第二节点层103中的各第二节点固定。第一支护层100通过其下弦杆110与第二支护层200可拆卸地连接。其中，第一支撑板111与可缩部101的相对位置关系图可以如图5所示。可选的，此处，可拆卸地连接可以包括任何便于现场拆卸组装的连接方式，例如螺栓连接、卡锁连接等。

可选的，在本实用新型的另一个实施例中，第一支护层100中的下弦杆110也可以替换为第二支撑板。例如，如图6所示，在本实用新型的一个实施例中，第一支护层100还包括相对设置的第一支撑板111和第二支撑板112，第一节点层102中的各第一节点104可拆卸地连接于第一支撑板111，第二节点层103中的各第二节点105可拆卸地连接于第二支撑板112；第二支撑板112与第二支护层200可拆卸地连接。也即是说，本实施例中，通过第一支撑板111将第一节点层102中的各第一节点固定，通过第二支撑板112将第二节点层103中的各第二节点固定。第一支护层100通过其第二支撑板112与第二支护层200可拆卸地连接。可选的，此处，可拆卸地连接可以包括任何便于现场拆卸组装的连接方式，例如螺栓连接、卡锁连接等。

可选的，如图7所示，在本实用新型的一个实施例中，第一节点104和第二节点105均为球冠状钢垫板，球冠状钢垫板上设置有第一螺孔107，腹杆106通过第一螺孔107将第一节点104和第二节点105可拆卸地连接。可选的，腹杆106的两端可设置有外螺纹，腹杆106与第一螺孔107可以形成螺栓结构109从而将第一节点104和第二节点105可拆卸地连接。

可选的，结合图7和图8，在本实用新型的一个实施例中，球冠状钢垫板上还可以设置有第二螺孔108，通过第二螺孔108形成的螺栓配合131将可缩部101固定于第一支护层100中。

上述实施例中第一支护层100中的可缩部101能够传导分散应力并发生可缩变形吸收重接能量，但本实用新型的实施例不限于此，在本实用新型的其他实施例中，第二支护层200不仅具有较高的支撑强度，而且也可以产生变形从而消耗掉一定的应力能量。

举例而言，结合图9、图10和图11，在本实用新型的一个实施例中，第二支护层200可以包括相对设置的第一翼缘板201和第二翼缘板202，第一翼缘板201与第一支护层100可拆卸地连接，例如可以预先在第一支护层100的第二支撑板112和第二支护层200的第一翼缘板201上预留螺孔，通过螺栓结构132将第一翼缘板201与第一支护层连接；第一翼缘板201和第二翼缘板202之间通过波形腹板203成“工”字形固定连接，波形腹板203的波形曲面的延伸方向与第一翼缘板201所在平面平行。这样，波形腹板抗剪能力强，类似“手风琴”具有一定的可缩潜质，能够使第二支护层200在冲击荷载下也具有可缩让压、耗能的特性，从而进一步提高了防冲支护装置的支护性能。

可选的，在本实用新型的实施例中，波形曲面的波形可以包括以下一种或多种：正弦波、梯形波、三角形波；波形腹板203分别与第一翼缘板201和第二翼缘板202焊接固定。

可选的，上述实施例中，防冲支护装置各个部件所选用的材料可以为多种，只要有利于提高支护强度和/或吸收冲击能量即可。例如，第一支护层100中的第一支撑板111和第二支撑板112可以gfrp(glassfiberreinforcedplastics，玻璃纤维增强塑料)材料，下弦杆110可以为轻质金属杆。可缩部101中的腹杆106可以为低碳软钢管，与第一节点第二节点一起形成三角锥软钢腹杆体系。第二支护层200中的上翼缘板201和下翼缘板202可以为平面钢板，波形腹板203可以为波形曲面钢板。

本实施例中，gfrp板能有效的传递冲击能量，避免应力集中，三角锥软钢腹杆体系的空间构型能使得组合板可应对任意方向的冲击荷载，并将荷载分散到邻近区域，同时利用软钢的塑性性能能够较好吸收巷道围岩的冲击动能，有效削弱冲击能对巷道围岩的作用；波形钢腹板抗剪能力强，类似“手风琴”具有一定的可缩潜质，使第二支护层结构在冲击荷载下也具有可缩让压、耗能的特性。本实用新型可应用于煤矿冲击地压巷道支护技术领域。

本实用新型的实施例提供的防冲支护装置具有如下优点：①制作加工简单，安装方便。第一支护层的上下层gfrp板、三角锥软钢腹杆体系和第二支护层均为工厂制作，易于保证质量，现场只需要将第一支护层与第二支护层通过螺栓连接。②第一支护层与第二支护层相互连接共同受力，第一阶段当发生冲击荷载时，第一支护层中的吸能结构率先进入工作状态，外层gfrp板轻质高强，承接冲击荷载，之后第一支护层中间的三角锥腹杆体系进入屈服阶段，通过材料屈服耗能，吸收冲击能量，防止围岩过度变形；③第二阶段当第一支护层变形较大后，第二支护层进入角色，消耗冲击能量，并同时具备较大稳定承载力和刚度，防止巷道围岩过度变形而破坏，由此形成“两级吸能防冲”的受力机制。④该吸能防冲支护体系能够较好的承受冲击地压等动力荷载，吸收巷道围岩的冲击动能，有效削弱冲击能对巷道围岩的作用，防止巷道支护结构失稳破坏。

下面简单介绍应用本实用新型的实施例提供的防冲支护装置进行巷道支护施工的方法。

步骤一、在工厂分别将第一支护层的上层gfrp板、下层gfrp板、三角锥软钢腹杆、上翼缘板、下翼缘板、波形钢腹板制作完成；将上翼缘板和下翼缘板分别与波形钢腹板焊接以形成波形钢腹板工字型截面构件；

步骤二、将三根钢管两端分别与球冠状钢垫板通过螺栓连接，中间预留螺栓孔，三根钢管在板上的投影夹角成120度，形成三角锥腹杆体系；

步骤三、将上层gfrp板和下层gfrp板分别与三角锥软钢腹杆体系通过螺栓孔由所述预埋螺栓连接形成第一支护层；

步骤四、将第一支护层的下层gfrp板和波形钢腹板工字型截面构件的上翼缘板通过螺栓连接形成巷道支护装置整体。

整个施工中，只有步骤一的零件生产和焊接在工厂完成，其他的施工措施都可以在现场完成，从而在有效提高支护效果的同时还大大降低了施工难度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本实用新型时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。