桁架系统及其零件的制作方法

专利名称:桁架系统及其零件的制作方法
本发明是关于，用来支撑和挡住在坚硬岩石矿，碳酸钠石矿，煤矿，地下岩洞，贮藏室，隧道等中所遇到的岩层的桁架系统及其零件。桁架零件，通常是桁架托座的形式，是经特殊设计的，以使此系统处于绷紧时，零件和零件组成的系统具有最大的稳定性和牢固性。因之而提供的相配的岩层锚栓和锁紧螺母，是为了将有关桁架托座的支承平板直接固定並牢固支靠在适当的岩层的外露表面上。
例举目前已知与矿山桁架系统有关的一些技术，包括下列美国专利3，427，8113，505，8244，349，3004，395，1614，498，816英国专利899，119矿物局刊物“顶架鉴定，第一阶段”由匹兹堡大学，土木工程系，为美国内政部矿山局提供，总结报告刊于美国矿山部批准号第GO166088号，1979年2月28日。
以上列出的各专利和刊物一般在顶架装置及其与岩层固定的方法与本发明有关;然而上面所引述的技术，既没有讲述有关所述及的一些系统的各种桁架托座物件的特殊原理和构造，也没有讲述用可以被用到复式桁架连结系统的连结系杆组成桁架的方法。上面所引述的技术没有单独地或综合地讲述消除可能存在的力偶，换句话说，在其他设计方案中的桁架托座可能受力偶作用，以致在由连结系杆施加拉力过程或其后，使之失效。
最初，在下文中所要详细描叙的桁架托座，托座系统和桁架结构可以被用来支撑例如坚硬岩石矿，碳酸钠石矿，煤矿中的岩层，从这些用途还可把它扩展到矿顶，矿壁，矿底的支撑，地下岩洞，隧道，贮藏室，有毒废物贮存室，地下发电站和洞穴，以及其中地层或岩层需要支撑的任何其他用途。而本发明在支撑矿顶方面获得其特殊的用途。
下面所识述及的桁架系统中的主要托座物件包括极好地设计的端托座，连接托座和支承托座。各种桁架系统中，都必须包括端支座，例果在矿壁之间和其上方用适宜的锚栓锚接桁架系统是很有用处的，而中间连接托座和/或支承托座则可有可无，这要取决于特定的桁架结构即所需要的结构。桁架系统可以适应矿山入口，两路，三路和四路等通道形式。托座之间的连结可以采用连接各个托座的系杆。托座本身还包括用适宜的锚栓或岩石锚杆把托座紧固在实际岩层中的装置，如用桁架支撑。支承托座本身可以被设计成用于三路或四路系杆张紧装置，这要取决于所要求的，特定的桁架形式。事实上，也可采用即使是多于四路的形式，这要决定于为支承托座所提供的悬垂凸缘部分或数部分的多边形性质。这里，中间连接托座不仅是一个用于延长系杆的结点，而且对于被桁架系统支撑的岩层还是一个独立的紧固装置。这里的所有桁架托座都含有一个支承平板，还有具有特定外形的悬垂凸缘，为了用拉力系杆提供其间的相互连结，还对工作岩层提供一个适用于各种桁架托座支承平板的紧固装置。由于这里所考虑的多路支撑托座具有特殊的效用，其中可以放入各种桁架系统中的交叉杆系，因此桁架可以，例如，在中点处连接在一起。
因此，本发明的主要目的是提供新型的和改进型的桁架托座。
另一个目的是提供新的和改进型的桁架和桁架系统。
一个附加的目的是提供一个组合式桁架系统以适应各种通道或敞口形状。
还有一个目的是提供其中力偶可最大程度地被减小的桁架零件，因此防止了托座在拉紧过程中或之后失效，同时还排除了使用笨重的托座零件的必要性。
参照下述说明並观看有关的附图可对本发明有一充分的了解，其中图1是一个典型的桁架结构之半的侧视图，局部截取並以不连贯的形式表示，其中包括所用到的两个端托座中的一个，一个中间连接托座和一个中央多路支承托座;可以理解，设置在左侧支承托座以左的将包括一个类似的连接托座，接着是一个端托座，从而完整地组成多托座系杆结构。
图2是图1中所示结构的底面图。
图3是沿图1中3-3弧线截取的局部详图，用以说明这里所采用的桁架端托座的构造形式。
图4是图3中所示结构的底面图。
图5是图4中所示结构，沿图4中的5-5线截取的中间端视图。
图6是图4中所示桁架端托座，沿图4中6-6截取的最外端端视图，为了便于说明，图6中的结构被局部剖开而取剖面。
为了便于说明，图7-10和图13-16都是局部截取的顶面图，采用示意图的形式，说明利用这里所描述的任一种桁架系统可以支撑住的各种通道形式。
图7是一个四路通道结构的顶视图，其中所用的桁架结构为交叉形式，多路中央托座在中央支承处提供连接。
图8与图7相似，但图中所示的中间连接托座已被移走，可适用于通道宽度受到限制的情况。
图9是与图7中相类似结构的顶视图，但图示中央多路桁架托座具有多边形形式，通常一个三角形形式的凸缘为系杆装置提供三路通道，通向桁架中间连接托座。
图10与图9相类似，但图示直接将中央桁架支承托座连接到紧固在所提供的岩层所示各部分的桁架端托座上。
图11是图9和图10中桁架支承托座的底面图。
图12是图11中的结构的一个端视图，为了便于说明而被剖开。
图13是交叉桁架结构的顶视图，其中所采用的系杆是直接交叉的。
图14说明用桁架支撑的一个入口，例如用在此所述及的形式的许多桁架。
图15与图14相类似，但是图示说明所用到的多个平行而相互间隔的桁架，设有通常的桁架连接托座和桁架支承托座。
图16是多个平行桁架与交叉桁架综合的连结桁架系统的示意形式顶面图，其中桁架支承托座设置在中央，用适当的系杆装置连接起来。
从图1中可见岩层10包含许多钻孔即孔11、12和13，分别放入一系列锚杆12a、14和15。这些锚杆将采用通常用于锚杆连接的传统树脂锚，粘结材料或其他方法固定在确定位置上。各个锚杆上最好带有螺纹，並有一个拧在其上的锁紧螺母16。用来支撑岩层10的表面17的是固定在这些锚杆之间的一个桁架结构18，它与一系列杆19，桁架托座20、21和22结合。为了名称上的方便起见，在下文中桁架托座20，将被称作“端托座”，与此相应，桁架托座21称作“连接托座”;而桁架托座22称作“多路支承托座”。端托座20的细部最好从现在将要谈到的图3到图6来了解。
端托座20包括一个具有上支承表面24的支承平板23。从支承平板23悬垂而与其组成一整体的是一块悬垂凸缘25，凸缘25上设有一对可放入系杆的孔26和27。在本发明的一个推荐形式中，悬垂凸缘25是与支承平板23分开的，但它是焊接在其下表面上的。支承平板23上还有一个用来放锚栓15的孔28，锚栓上带有锁紧螺母29。角撑板30焊在支承板23和悬垂凸缘25的内表面上。角撑板可以是象图6中所看到的30A那样的实体，也可以用一对角撑板构件31和32组成，构件31和32焊在支承平板23和悬垂凸缘25上，也还焊接在一块搭接狭条或板33上，如从图4中所见。在任何情况下，角撑板30的外观及其功能，通常是与图5中所示的相同的。平板33上所设的孔34是为3放入锚栓15，而孔34A则是设置在图6中的该实施例所用的实体角撑板上。要采用适当的焊接加工，以使悬垂凸缘25和支承板23之间的连接，以及角撑板30的个别或数个零件相对于支承板和悬垂凸缘之间的连接，获得最大强度。托座20可以采用铸件，但采用上文所述将单个零件焊在一起的方法制作，可使端托座20获得更大的强度，而且不那么笨重。
现在回到图1和图2，可见连接托座21包括一块支承平板35和一对焊接在其上的悬垂凸缘36和37。而且还设置了一系列的角撑板38～43，他们按图2所示的方式焊接在一定的位置上。一系列的孔44设置在两个悬垂凸缘36和37上，为了把系杆19的端部放入在其中。而设置在支承平板上的孔45是为了放置向上方向的锚杆14，並用锁紧螺母16固定在支承平板上。所有系杆的尾端都安上相似的即同一形状的锁紧螺母46。
现在转到图1和图2中的左边部分，可见剩下的桁架托座，被称之谓，多路支承托座22，它包括一块支承平板47，和焊接在其下表面上的，由若干连接在一起的凸缘部分49所组成的悬垂多边形凸缘48。各个凸缘部分可以是分开的和加角撑，关于凸缘48强烈推荐采用整体结构，这样会给结构提供最大强度或支撑能力。凸缘48将从其内侧和/或外侧焊接在支承平板47的底面47′上。在各个凸缘部分49上将分别设置一系列的孔50，用来放置各种系杆19，例如系杆的端部从孔中穿过，再用螺母46紧固。
概括地说，图1和图2中所示的桁架结构是采用不连贯的视图表示的，还包括多路支承托座22以左的一个另外的连接托座21和端托座20，假定其完整的结构形式是处于如图7中所示四路桁架结构的形式，当被用作如图7所示那样连接在一起的四条通路52、53、54和55有关的四路桁架结构时，那么，不仅仅是沿一个纵方向延伸的结构，而且还是有另一横方向的交叉型结构。图7中所示的各种桁架托座20、21和22，以各种系杆将桁架连接起来，桁架的四个末端可以用四个锚栓式锚杆15固定。
与图7相比，图8说明当相应的通道52A-55A的宽度稍微变小时，那么可以设想取消在图2中被称作连接托座的桁架托座21。在这种情况下，采用中央多路支承托座22与系杆连接，並将它连接到端托座20。图9和图10说明本发明在岩石结构中提供三路通道可适用的结构。在此，多路支承托座22被改变为图9-12中所示22A的形式。因而，支承托座22A，与图7中的支承托座22对应，包括支承平板56和固定于其上並从其上悬垂的一个多边形凸缘57，凸缘57是由互相连接或互相焊接的凸缘部分58、59和60组成。凸缘最好是焊在支承平板56上，各凸缘部分都设有一系列孔61，用来放置一些系杆19。将螺母46拧入各个系杆时，系杆再次被拉伸，並被固定在位。如图11中的结构可以将图9和图10中所示实施例固定在位，可以采用如图9所示包含连接托座21在内，也可以取消连接托座，采用直接将系杆从支承托座22A连接到桁架托座20的简单连接。
可以设想，对于某些提供多通道的桁架结构中可以取消中央多路支承托座22，特别是在通道尺寸不大的时候。在这种情况下，可以采用一个或几个连接托座21将上述系杆19结合在一起，系杆被固定在一定的位置上並用上面提到过的锁紧螺母46拉紧(未示出)。如图13所示，在接近通路结构的中点处，一组系杆将直接越过其余的中央系杆组。
对于图14中所示的通道和/或入口，桁架结构也可以采取图15中所示的形式。例如，连接托座21是用来支撑顶部结构的中心部分。端托座20将以图1中所示的方法固定在适当的位置上。当通道的宽度减到足够小时，那末可以设想取消连接结构，两个端托座20用单独一对系杆19直接连接在一起。后一种桁架结构可以从图15中看到。
另外，为增大结构的予拉刚度，桁架托座用所指出的几种方式连在一起，张力系杆用相配合的固定螺母46拉紧。这将起到增加岩层顶部结构中的压力的作用，以便支撑顶部结构，並有助于消除顶部下垂或坍塌。注意图16。
可以得知，本发明予期的用途为，如底层桁架，顶部桁架，交叉式桁架和入口桁架等。
关于连接托座21最后所要讲的是可见连接托座21的托座两边的相对端部，相对于焊接在支承平板上的悬垂凸缘是向外间隔的，並用所示的若干焊接角撑板支撑。同时，由于所示的结构中采用成对的角撑板，故基本上消除了力偶的作用。
组装时，首先将锚杆托入岩层，然后将桁架托座松弛地装在其上。接着松弛地装入系杆。然后拧紧锚栓螺母。最后拧紧各个系杆上的螺母拉紧系杆。
对本发明的特定推荐实施例已经作了说明，对于熟悉本技术的人，可能在不离开本发明的涉及的范围内作些变更或改型，因此，附加权利要求
的目的是为了将所有涉及本发明的精神和范围的变更和改型包涵在内。
权利要求
1.一种岩层支撑桁架的连接托座，还包括具有相对两端部的一块支承平板，在所述两端部中间设有一锚栓孔；一对相互间隔开的悬垂凸缘与所述平板组合成为一套体，並且悬垂于所述支承平板上所述孔的两侧，所述凸缘上各设有若干个放置系杆的孔，所述凸缘是从所述平板的相对两端装入的；角撑板装置是安装在所述凸缘和所述支承平板之间，靠近所述相对两端处，並与凸缘和支承平板连成一整体，用以支撑所述凸缘抵抗外部系杆的拉力。系杆被固定在所述凸缘的所述凸缘孔中。
2.一种岩层支撑多路桁架的支承托座，还包括，一块具有一上支承面的支承平板，和穿过所述表面的一个中间锚栓放入孔;若干个凸缘部分与所述支承平板组成一体並悬垂于所述支承平板上，围绕着所述孔並由孔间隔开，所述凸缘部分各具有若干系杆放入孔。
3.根据权利要求
2中的结构，其中所述凸缘部分是连接在一起的。
4.根据权利要求
3中的结构，其中所述凸缘部分组成一多边形。
5.根据权利要求
3中的结构，其中所述凸缘部分相互组成为一三角形。
6.根据权利要求
3中的结构，其中所述凸缘部分相互组成为一长方形。
7.一种岩层支撑桁架还包括相对着的桁架端托座，各具有一个带有锚栓通孔的支承平板;一块与所述支承平板组成一体的悬垂凸缘，凸缘上有若干个放置系杆的孔，以及装在所述凸缘孔的中间处的角撑板，位于所述凸缘和所述支承平板之间，並与它们连成一整体，所述角撑板具有一个有角度的锚栓放入孔，与所述支承平板在所述锚栓通孔处相连通;桁架连接托座具有一块其上有一锚栓孔的支承平板，和设置在所述锚栓孔两对的悬垂凸缘，所述凸缘各具有若干系杆放入孔，所述桁架连接托座也有角撑板装置，它们将所述支承平板和在所述锚栓孔相对两侧的凸缘连接成一体;第一和第二组带螺纹的系杆将所述桁架连接托座与所述桁架端托座相连接，所述系杆的端部穿过所述桁架连接托座和所述桁架端托座的凸缘孔，拉力系杆的锁紧螺母拧入所述系杆的端部並各自紧靠在所述凸缘上;岩层螺纹锚栓是在所述角撑板孔和支承平板锚栓通孔处穿过所述桁架端托座的所述支承平板的，而所述桁架连接托座锚栓则从其所述锚栓孔处穿过;若干螺母拧入所述锚栓，顶着外部岩层支持所述支承平板。
8.一多路桁架同时还包括一个多路桁架支承托座，含有一块具有一上支承表面的支承平板，有一中间锚栓放入孔穿过所述表面，若干个凸缘部分与支承平板组成一体，並悬垂于支承平板，位于孔的周围並与所述孔相互间隔开。所述凸缘各部分都具有若干个系杆放入孔;一系列桁架端托座各具有一块上设一锚栓通孔的支承平板，一块与所述支承平板连成一体的悬垂凸缘，其上有若干系杆放入孔，和一角撑板置于所述凸缘孔的中间，並在所述凸缘和所述支承平板之间，与之连成一体，所述角撑板具有一有角度的锚栓放入孔，与所述支承平板在所述锚栓通孔处相连通;若干系杆拉紧装置，放入在所述桁架支承托座和桁架端托座之间，其凸缘部分的凸缘孔处，相互连接;以一角度向外延伸的锚栓穿过所述桁架端托座的所述角撑板，拧入锚栓锁紧螺母並靠向所述角撑板;以及一锚栓穿过所述桁架支承托座的支承平板上的中间锚栓放入孔，拧上锚栓拉紧螺母装置靠向所述支承平板。
9.根据权利要求
8中结构，其中所述桁架支撑托架的凸缘部分是连接在一起组成一多边形。
10.根据权利要求
9中结构，其中所述凸缘部分组成一长方形。
11.根据权利要求
9中结构，其中所述凸缘部分形成一三角形。
12.根据权利要求
9中所述结构，其中各所述系杆装置包括一桁架连接托座，它具有一支承平板，支承平板上有一锚栓孔和一对相互间隔开的悬垂凸缘，凸缘与所述支承平板连成一整体並位于所述孔的相对两侧，並各设有一系杆放入孔，第一组系杆装置在相应的端托座和所述桁架连接托座的凸缘孔处用拉力连接所述凸缘，第二组系杆装置在所述桁架连接托座和所述桁架支承托座的所述孔处用拉力连接凸缘和凸缘部分。
13.根据权利要求
12中的结构，其中所述桁架支承托座的凸缘部分是连接在一起组成为一长方形的。
14.根据权利要求
12中的结构，其中所述桁架支承托座的凸缘部分是连接在一起组成为一三角形的。
15.一系列基本平行，相互间隔的桁架结构，各包括一对桁架端托座，各自设置在所述桁架支承托座的相对两侧，若干个系杆装置各自连接所述桁架端托座和所述桁架支承托座，横向延伸的锚杆装置连接所述桁架支承托座和所述桁架端托座;以及若干组系杆装置各自用拉力连接邻近的一个所述桁架结构的桁架支承托座。
16.根据权利要求
15中的结构，其中所述桁架结构，各包括中间桁架连接托座，分别放置在各自的所述桁架端托座和所述桁架支承托座之间，若干系杆装置用拉力连接到各自的所述桁架端托座和所述桁架支承托座之间的桁架连接托座，所述桁架连接托座各具有横向延伸的锚杆。
17.岩层具有一通道若干互相间隔开的，平行的桁架结构固定于所述岩层的外露表面上，若干结构设置在所述通道内並牢固地与相邻的一个所述的桁架结构连接，所述桁架结构各包括桁架端托座，用拉力将所述桁架端托座固定靠在所述岩层的锚杆装置，以及若干平行拉力系杆，放在所述锚杆装置的相对两侧，並与所述托座相互连接。
18.具有一支撑表面的岩层，有一对成角度的，对置的，向外定位的锚栓，固定在所述岩层中;一桁架结构紧靠在所述支承表面上，用拉力连接並固定于所述锚栓，这样所述锚栓也处于受拉状态;一附加的带螺纹的锚栓固定在所述成对锚栓中间的岩层中並与所述桁架结构连接;螺母装置与所述桁架结构对抗，拧紧在所述附加锚栓上，因而使所述附加锚栓保持在受拉状态，以增加贴近地围绕着所述附加锚栓的岩层中的压力。
19.在有一个上顶面的矿山口的天然顶部岩层中作系统的顶部控制的一种方法，其步骤包括在接近所述上顶面的下方安装一个受张力的张力结构，安装整体的放在所述受张力的张力结构当中的一个反力支承元件，居中地靠在所述上顶面，紧固在所述顶部岩层中彼此相对的和在所述矿口上面的锚栓以施加反张紧力压缩所述岩层，在予应力张紧条件下，将所述锚栓之间的所述受张力的张力结构连结到各自的接合处，所提供的可拉伸的锚栓结构，具有一末端，在所述顶部岩层上连接在所述支承元件，以用力促使所述支承元件靠在所述顶面，並且对在所述支承元件和所述锚栓结构的末端之间的，和在所述末端和所述锚栓和所述受张力的张力结构的结合点之间顶部岩层施加压力。
20.为支撑由通道所限定的矿顶上的岩层，用已建成的一系列基本平先的，互相保持间隔的桁架结构锚在接近矿顶，在所述通道对壁之上的所述岩层;系杆装置用拉力分别与邻近的一个所述桁架结构连接;若干个锚栓却有末端，末端固定在所述矿顶承受拉力，並分别将各所述桁架结构的一个中间部分压靠在所述矿顶，因此还在被固定的所述锚栓的所述末端和所述桁架结构的外露两侧末端之间的矿顶中形成压力。
21.一种用于具有共同的交叉顶部的交叉通道所限定的，交叉矿道的矿山岩层中作系统的顶部控制的方法，共同交叉顶部具有一外露顶面，所述方法所包括的步骤为提供一个用作与所述顶面支承接合的支承平板;用一根其末端被锚住的张力锚杆固定，所述支承平板，所提供的张力桁架结构，其中包括作为主要部分的所述支承平板，並设有向上和向外延伸的，末端被锚住的张应力锚杆，锚杆各具有一近端，为了在所述矿山岩层中形成压缩力矢量，在接近所述锚杆的所述近端，方向通常是沿着所述张力锚杆的末端，因此，与矿山地层中产生在靠近所述锚杆末端的反力矢量分量共同作用。
22.权利要求
21中所述方法，其中桁架结构呈X形，其中所提供的步骤包括在靠近这种X形的交叉处设置所述支平板。
专利摘要
有关用于支撑地下矿山，岩洞。贮藏室等中岩石地层的桁架系统及其零件。安装在各种系统中的特殊设计的多种型式桁架托座，其中还包括系杆和锚栓。当所用的系杆装置在有关桁架托座之间互相连接中被拉紧时。所设计的桁架托座零件不出现力偶或使其减为最小。各种适用于矿山入口，两路、三路和四路通道形式等的桁架系统。此外，还提供将桁架连在一起的措施。
文档编号E21D11/00GK86107975SQ86107975
公开日1987年7月29日 申请日期1986年12月4日
发明者本·L·希格米勒尔 申请人:本·L·希格米勒尔导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan