[发明专利]一种用于巷道支护的耗能装配式翼缘钢混支架

说明书

本发明属于巷道支护领域，公开了一种用于巷道支护的耗能装配式翼缘钢混支架。支架由耗能接头和圆弧形翼缘钢混构件组成。耗能接头由钢制套管、金属折棱管和硬质橡胶承压体组成，圆弧形翼缘钢混构件由上部的钢管混凝土构件和下部的T型钢焊接而成，钢管混凝土构件为圆形无缝钢管填充混凝土且紧贴巷道壁。施工时，首先将多段圆弧形翼缘钢混构件使用耗能接头依次连接成与巷道截面形状相同的整体，然后向每段圆弧形翼缘钢混构件中圆形无缝钢管的注浆口注入混凝土，待混凝土密实后形成整体支架。本发明通过金属折棱管发生塑性变形，端部硬质橡胶承压体发生弹性变形的共同作用实现耗能，T型钢显著提高支架整体的抗弯能力，提升了支架的完整性和稳定性。

技术领域

本发明属于巷道支护技术领域，用于减小支架发生弯曲变形，提高支架承载能力，涉及到深部高应力及冲击地压巷道和大变形巷道的支护方法。

背景技术

随着煤矿开采逐步进入深部，各种问题也随之而来，深部高应力和冲击地压所造成的问题尤为突出。一方面，煤矿90％以上的冲击地压事故都发生在巷道中，深部高应力巷道的变形长时间得不到释放时，容易发生冲击地压、岩爆等地质灾害，即煤岩体内部积聚的能量瞬间释放，造成巷道破坏变形、开采及支护设备损坏、人员伤亡；另一方面，巷道出现大变形时，原有支架损坏，造成支架拆除和加固作业实施困难，形成安全隐患，影响生产效率。目前，钢管混凝土支架广泛应用于煤矿巷道支护，与传统的U型钢支架相比，钢管混凝土支架在抗弯性能及整体承载能力等方面都表现出明显优势，但是作为刚性支护结构，面对一些深部、高应力及动压扰动影响的巷道支护问题时，仍显现出支架抗弯性能不足和不能释能支护的缺点。支架的破坏形式主要表现为：钢管混凝土支架肩部出现压弯、腰鼓等现象，随着变形增大，支架整体失稳；全断面支护的钢管混凝土支架受载荷作用下，支架两肩、底角及套管处弯矩较大，出现弯曲破坏。其中弯曲破坏是钢管混凝土支架的主要破坏形式。因此提高抗弯刚度是减小钢管混凝土支架弯曲变形的根本途径。因此，急需一种兼具弯曲承载能力高和可让压的耗能型支架，以适应深部冲击地压和大变形巷道的支护，进而消除安全隐患，确保巷道的长期稳定性。

为了实现显著提高支架的弯曲承载能力的设想。综合国内外知识产权公布的钢管混凝土支架相关的发明和新型专利，小部分为异形截面钢管构件，大部分为圆形截面钢管构件，且圆形截面钢管混凝土支架在煤矿巷道支护领域应用十分广泛。从力学角度分析，传统的圆形截面钢管混凝土支架在受载荷压弯时，截面上部分受压应力，下部分受拉应力，中性层基本经过圆心，应力、弯矩等分布合理，钢管混凝土支架在抗压强度、抗弯性能及整架承载能力等方面都表现出明显优势，但是面对一些深部、高应力及动压扰动影响的巷道支护问题时，支架抗弯性能已无法满足深部煤炭开采的实际工作需要。需探索一种新的截面形状的抗弯钢混支架，使得支架承压时构件中性层下移引起截面拉、压应力的重新分布，压应力作用的截面积尽可能的增大，拉应力作用的截面积相应的减小，即在截面面积基本不变的情况下，可采用截面分布全部远离中性轴的截面形状，使得压应力分布面积即为支架截面面积，以增大截面的惯性矩，提高弯曲刚度，从而进一步提高支架的抗压极限和弯曲承载能力。

为了实现支架的让压耗能设想，国家知识产权局目前已经公布了几种让压耗能型钢管混凝土支架。

申请号为CN201310048519.2的发明公开了一种伸缩式钢管混凝土支架，该支架的伸缩性多孔金属接头上均布有孔洞，通过孔洞发生弹塑性变形实现让压耗能，保证巷道稳定性。但该接头在承压过程中小孔易出现应力集中现象，接头失效甚至断裂,使相邻的两段钢管混凝土构件发生错动，造成支架突然性整体失稳，并且由于接头表面孔洞过多，构件质量难以保证，加工成本过高。另外，该发明公布的伸缩式钢管混凝土支架的弯曲承载力不足。