[发明专利]可重复缓冲减振与吸能耦合作用的负刚度巷道O型棚支护

说明书

一种可重复缓冲减振与吸能耦合作用的负刚度巷道O型棚支护，包括U型钢外圈支架、U型钢内圈支架及二维负刚度结构带；U型钢内外圈支架为同心分布，二维负刚度结构带设在U型钢内外圈支架间的环形空间内；U型钢内外圈支架均由四根U型钢首尾相接而成，U型钢外圈支架的相邻U型钢之间由缓冲吸能接头构件固连，U型钢内圈支架的相邻U型钢之间由卡子固连；二维负刚度结构带与U型钢内外圈支架间均由卡缆固接。本发明在巷道支护体系内引入了负刚度结构和吸能结构，对巷道支护系统的防冲和减震控制更加理想，充分利用负刚度结构可重复性，使巷道支护系统具有持续防冲、多次吸能及减震的能力，延长了巷道支护系统的使用寿命，提高了结构承载力。

技术领域

本发明属于巷道支护技术领域，特别是涉及一种可重复缓冲减振与吸能耦合作用的负刚度巷道O型棚支护。

背景技术

目前，煤矿逐步进入深部开采阶段，导致冲击地压事故在深部开采过程中的出现频率和破坏程度越来越大，不但严重影响开采进度，而且威胁开采过程中的人身安全及设备安全。由于岩体的块系构造特性，巷道在受到强冲击作用下，巷道周围的岩体会出现长时间的低频振动，进而对巷道支护系统造成损坏。

在现有的巷道支护技术中，传统的U型钢支护被广泛应用，通过U型断面使巷道形成封闭或者半封闭支护体系。其中，O型棚支护就是一种典型的U型钢支护，其是由多根U型钢通过一定的连接方式首尾相接而成，并近似O型形状，属于全断面封闭式支护。

虽然传统的O型棚支护通过利用U型钢的断面形式和O型的支护形式，对提升自身的支护强度以及增强巷道稳定性有重要意义。但是，传统的O型棚支护对巷道减振的控制并不理想，无法适应块系岩体的长时间低频振动特性，并且只能满足一次支护，倘若传统的O型棚支护出现变形或被整体压垮时，将彻底失去抵抗能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可重复缓冲减振与吸能耦合作用的负刚度巷道O型棚支护，在巷道支护体系内引入了负刚度结构和吸能结构，对巷道支护系统的防冲和减震控制更加理想，充分利用了负刚度结构的可重复性，使得巷道支护系统具有了持续防冲、多次吸能及减震的能力，大幅度延长了巷道支护系统的使用寿命，进一步提高了结构承载力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可重复缓冲减振与吸能耦合作用的负刚度巷道O型棚支护，包括U型钢外圈支架、U型钢内圈支架及二维负刚度结构带；所述U型钢外圈支架与U型钢内圈支架同心分布，所述二维负刚度结构带设置在U型钢外圈支架与U型钢内圈支架之间的环形空间内；所述U型钢外圈支架由四根U型钢首尾相接而成，U型钢外圈支架内的相邻U型钢之间通过缓冲吸能接头构件固定连接；所述U型钢内圈支架也由四根U型钢收尾相接而成，U型钢内圈支架内的相邻U型钢之间通过卡子固定连接；所述U型钢外圈支架和U型钢内圈支架内的U型钢与二维负刚度结构带之间均通过卡缆固定连接。

所述缓冲吸能接头构件包括支撑套筒、左转接块、左挤压块、左转接套管、多面体折棱缓冲吸能管、右转接块、右挤压块及右转接套管；所述支撑套筒套装在多面体折棱缓冲吸能管外侧；所述左挤压块和右挤压块分别设置在多面体折棱缓冲吸能管的左右两端，在支撑套筒的内表面分别设置由左挤压块限位挡环和右挤压块限位挡环；所述左转接套管一端与左挤压块螺接固连在一起，所述左转接块与左转接套管另一端滑动连接配合，在左转接块与左挤压块之间连接有若干高强拉伸弹簧；所述右转接套管一端与右挤压块螺接固连在一起，所述右转接块与右转接套管另一端滑动连接配合，在右转接块与右挤压块之间连接有若干高强拉伸弹簧；在所述左转接块和右转接块的外侧表面均开设有U型钢插槽，U型钢插槽与U型钢插接配合，所述左转接块、右转接块与插接的U型钢之间均通过螺栓组件进行固定。

所述二维负刚度结构带由若干负刚度单胞结构件矩阵式排列组合而成；所述负刚度单胞包括圆形连接器、支撑杆、负刚度曲梁及支撑直梁；所述支撑杆数量为六根，六根支撑杆沿圆形连接器周向呈辐射状均布设置，在每根支撑杆的外端均固连有一根负刚度曲梁，且支撑杆的外端与负刚度曲梁的拱顶相连，负刚度曲梁的开口朝外，所述支撑直梁连接在负刚度曲梁的两条直臂之间。