[实用新型]复合材料煤矿支护柱

说明书

本实用新型同日申请了发明专利。

技术领域

本实用新型涉及一种坑道支护用品，尤其是一种地下采煤作业中常用的用于支撑巷道的支护柱，具体地说是一种复合材料煤矿支护柱。

背景技术

目前，用于煤矿顶板支护的主要有混凝土柱、钢柱、木柱等。混凝土柱重量较大，搬运不便，目前也有轻质混凝土柱，但需依赖进口；液压式钢柱目前也有采用，但成本较高；木柱的承载力离散性较大，原木的承载力也有限，且容易腐朽。因此采用新技术、新材料制造煤矿顶板支护柱已迫在眉睫。

纤维复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、耐候性好的显著优点。本实用新型提出了一种轻质木材夹芯的环状纤维复合材料支护柱，其主要创新在于其木材夹芯的复合材料环状结构，可显著增强复合材料管壁的刚度，解决其局部失稳的问题。复合材料煤矿顶板支护柱采用真空导入成型工艺生产，亦可用于圆形桥墩模板、各类支撑等柱状结构。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的各类煤矿支护柱存在成本高或寿命短的问题，设计一种轻质高强、耐腐蚀、易搬运、易拼装的复合材料煤矿支护柱。

本实用新型的技术方案之一是：

一种复合材料煤矿支护柱，其特征是它呈整体式中空圆柱体结构或至少有两个圆弧片组成的中空圆柱体结构，所述的中空圆柱体结构的壳壁由复合材料内壁1′和复合材料外壁1及夹装在复合材料内壁1′和复合材料外壁1之间的夹芯材料层2组成；在所述的中空圆柱体的两端各连接有一个用于与支撑顶板相连或与另一相同煤矿支护柱相连的支撑面连接法兰6；每个中空圆柱体结构的外形呈亚铃状，两端的直径大于中间段直径，且每个端部与中间段均形成有应力过渡区7。

所述的圆弧片的两边均连接有法兰结构3，法兰结构3上沿其长度方向开设有多个螺栓孔4，两邻两片圆弧片之间通过穿过螺栓孔4的螺栓5相连。

所述的夹芯材料层2为泡桐木、硬质聚氨酯泡沫、PVC泡沫、PEI泡沫、PMI泡沫或夹砂层。

所述的复合材料内壁1′和复合材料外壁1均由玻璃纤维布与树脂固化而成，玻璃纤维布为双轴向布、多轴向布、网格布、纤维毡、碳纤维布、玄武岩纤维布或芳纶纤维布，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或无机树脂。

所述的应力过渡区7呈锥形结构、圆弧形结构或一个以上的台阶状结构。

所述的支撑面连接法兰6为直径大于中空圆柱体结构端部直径的环状或盘状结构。

本实用新型的技术方案之二是：

一种复合材料煤矿支护柱，其特征是它由圆柱形实心泡桐木本体8和缠绕在实心泡桐木本体8表面的复合材料外壁1组成的圆柱体状结构，其整体呈亚铃状结构，在端部与中间连接处形成有应力过渡区7；在圆柱体状结构的两端连接有圆盘状或圆环状支撑面连接法兰6。

本实用新型的有益效果：

(1)轻质高强、耐腐蚀。支护柱的内、外表层采用了强耐腐蚀、力学特性优越的纤维增强复合材料，两侧纤维复合材料面板中间用泡桐木夹芯来提高结构件的刚度，并构成高性能的泡桐木夹芯复合材料。该新型复合材料支护柱具有轻质高强、耐腐蚀等性能，具有比强度和比刚度高、可设计性强等特点，适合煤矿等潮湿恶劣环境下使用。

(2)受力可靠。复合材料环形夹芯柱的整体刚度由其外径决定，而局部刚度由泡桐木夹芯所增加的夹层柱壁厚获得，玻璃纤维复合材料环箍效应明显(类似于复合材料加固混凝土柱)，因此传力较可靠。

(3)成本低。该支护柱采用生态绿色材料为主，所采用的泡桐木是绿色可再生材料，造价低廉；内外壁玻璃纤维复合材料厚度较小，价格较低。

(4)安装便捷。该支护柱由重量较轻的半圆柱体通过法兰螺栓连成整柱，约为混凝土柱重量的1/5，运输便捷，安装方便。

(5)经轴压试验表明：本实用新型的复合材料支护柱可承受的轴压力达到150t以上，完全能满足煤矿顶板支护压力的要求。

(6)本实用新型具有结构简单，轻质高强、耐腐蚀、易搬运、易拼装的优点。

(7)本实用新型不仅适用于煤矿巷道的顶板支护，也可用于圆形桥墩模板、各类支撑等工程领域的柱状结构。

附图说明

图1是组成本实用新型的空心复合材料支护柱的圆弧片的断面结构示意图。

图2是本实用新型的组合式空心复合材料支护柱的断面结构示意图。

图3是图2的正视结构示意图。

图4本实用新型的整体结构式空心复合材料支护柱的断面结构示意图。

图5是图4的正视结构示意图。

图6是本实用新型的实心复合材料支护柱的断面结构示意图。

图7是两段相同结构的组合式复合材料支柱组成的支护柱的正视结构示意图。