[发明专利]一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿山压力与巷道支护技术领域，尤其涉及一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法。

背景技术

巷道支护是影响井工开采矿井安全生产及高产高效的关键，其发展经历了木支护、砌碹支护、型钢支护和锚杆支护等，目前最常用的巷道支护方式为锚杆支护和型钢支护，基本解决了普通埋深、围岩条件相对较好的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类巷道的支护问题。然而，在深部高地应力巷道、受强烈采动影响巷道、特大断面巷道及软岩巷道等复杂条件下，现有的支护技术仍不能满足工程需求，巷道断面收缩率大，并经常出现冒顶、片帮等事故，巷道返修率高。研究表明：①仅依靠锚杆本身的支护能力，难以有效地控制围岩的剧烈变形，必须充分发挥巷道围岩自身的承载能力，即支护装置必须具有一定的让压性能，既能降低锚杆载荷，又能充分发挥围岩自身的承载能力；②支护装置要具有一定的防冲性能，在冲击载荷的作用下，既能保证支护装置不被压死的同时释放掉冲击载荷，又要保证冲击载荷作用后支护装置仍具有较好的支护性能。

现有技术中有一种液压耦合锚杆，这种锚杆的下端为一种液压装置，使锚杆具有一定的让压缓冲作用，适应巷道的大变形特点，并可实现对巷道围岩的补强支护。然而，这种锚杆的缺点是：让压灵敏度低，在冲击载荷作用下难以实现快速卸压，反应慢且回馈不准确，易造成锚杆脱锚或液压装置毁坏；补强支护只能通过手动注液实现，且存在不能复位的问题；支护范围受巷道尺寸限制；一次支护设备，成本高，难以推广应用。

目前，还有一种变形局部化的动力吸能锚杆，锚杆体沿长度方向设置有呈粗细相间布置的粗部和细部，粗部能实现多点锚固的效果，提高锚杆锚固强度，在动力的作用下，细部结构能够产生塑性变形以吸收动能，可确保该锚杆体不会发生动力失效。然而，这种锚杆的缺点是：难以实现稳定、持续让压，让压过程不可控制；冲击载荷发生后不能对围岩进行补强支护；支护范围受巷道尺寸限制。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供的一种矿用多级让压防冲支护装置、支护系统及使用方法，以实现高应力及冲击载荷作用下支护设备的快速、持续、可控让压和补强支护。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种矿用多级让压防冲支护装置，其包括环形缸体，环形缸体的中部设置有用于安装锚杆或锚索的安装孔，其中，环形缸体内设置有能沿环形缸体移动的密闭式滑动活塞与滑动连杆活塞，密闭式滑动活塞、滑动连杆活塞与环形缸体内壁之间均为动密封，密闭式滑动活塞上表面与环形缸体顶板之间形成一弹簧缓冲腔，弹簧缓冲腔内布置有第一弹簧，密闭式滑动活塞与滑动连杆活塞之间布置一液压腔；滑动连杆活塞的下表面与环形缸体底板之间形成一缓冲复位腔，缓冲复位腔内布置有第二弹簧；滑动连杆活塞的下表面上设置有多个阻尼孔，液压腔与缓冲复位腔通过阻尼孔相连通。

所述的矿用多级让压防冲支护装置，其中，第一弹簧处于原始状态，在与液压腔对应的环形缸体中部设置有安全阀，安全阀下方设置有液压传感器，该液压传感器与一数显压力表通信连接。

所述的矿用多级让压防冲支护装置，其中，与安全阀相对一侧的环形缸体上设置有用于向液压腔添加液压油的充液阀，充液阀与安全阀位于同一圆的直径上。

一种使用所述矿用多级让压防冲支护装置的支护系统，其中，在巷道的顶板上设置有多个所述矿用多级让压防冲支护装置，每个矿用多级让压防冲支护装置安装孔内均设置有一锚杆或锚索，锚杆或锚索通过固定螺母固定在对应矿用多级让压防冲支护装置，锚杆或锚索另一端锚固在对应岩石层内。

一种所述矿用多级让压防冲支护装置的使用方法，其包括以下步骤：

步骤一：分别采用锚杆、锚索钻机在预定位置打钻孔，然后在对应钻孔内安装锚杆或锚索，完成巷道支护；

步骤二：巷道受冲击载荷作用时，弹簧缓冲腔迅速做出反应，腔体压缩，实现第一级让压，同时增大支护系统的支护阻力；然后，液压腔做出反应，液压腔内的液压油通过滑动连杆活塞上的阻尼孔进入缓冲复位腔内，实现第二级让压；当冲击载荷非常大，液压油压力超过规定值时，将通过安全阀释放部分液压油，防止支护系统被损坏；

步骤三：冲击载荷消失后，弹簧缓冲腔在第一弹簧的作用下恢复原状，缓冲复位腔在第二弹簧的作用下恢复原状。

步骤四：液压腔内安装有液压传感器，通过数显压力表可实时显示液压油压力p，按式(1)可获得支护系统支护阻力F，

F＝p(πR²-πr²)   (1)