[实用新型]一种U 型钢支架与围岩应力耦合器联合支护系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及对围岩进行支护的装置，具体涉及一种U 型钢支架与围岩应力耦合器联合支护系统。

背景技术

近年来，随着矿井开采深度不断加深，巷道围岩逐渐表现出深部岩体持有高应力、大变形、强流变性等力学特征，矿压显现日益剧烈，巷道围岩治理困难逐步上升为制约深部矿井生产的一个主要因素。U型钢支架由于具有较高的支护强度；能较好地适应大变形、高地压；安装方便且能够重复使用等特点，因而具有较强的应用范围，被广泛应用于许多煤矿的主要巷道和软岩地段。然而，U型钢支架虽然具有上述一些优点，但在实际工程应用中常存在以下几个方面的问题：

（1）它属于被动支护方式，不能在围岩松动变形前给围岩施加一定大小的初撑力。

（2）由于围岩与U型钢支架间的背板充填不密实，且围岩表面凹凸不平，使得U型钢支架常因整体结构受力不均而导致折损破坏。

（3）随着矿井开采深度的增加，U 型钢支架的承载能力已明显不足，井下大量的支架发生变形破坏，巷道维修费用增加，材料回收利用困难。

针对以上问题，目前常用的解决方法有：① 采用高强度、刚度好的U型钢支架来对围岩进行支护。但是仅依靠提高U型钢强度、刚度来解决巷道支护问题是不切实际的，必须要同时保证支护体与围岩体在强度、刚度和结构上的耦合，才能实现最佳支护效果。② 采用U型钢支架壁后充填的方法。壁后充填法在很大程度上改变了U型钢支架的受力特性，使支架沿周边承受均匀荷载，有利于发挥支架的支撑力；但缺点是不能在围岩松动前给其施加初撑力来防止岩体进一步的松动和滑落；另外受工程性质、支护工艺及巷道使用年限等因素的限制，壁后充填塑性材料的造价费用昂贵，不经济适用，同时亦不利于U 型钢支架的回收复用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种构造简单，使用方便，确保支架安全、有效、可靠工作，减少或避免了其在不均布荷载及大变形软岩作用下的破坏，提高支架承载能力的一种U 型钢支架与围岩应力耦合器联合支护系统。

为了克服现有技术上的不足，一种U 型钢支架与围岩应力耦合器联合支护系统由U 型钢支架、围岩应力耦合器、围岩体组成，本实用新型的特殊之处在于所述围岩应力耦合器一端与围岩连接，另一端与U 型钢支架连接；所述围岩应力耦合器由上承载体、带有螺纹的螺杆、螺母、调节螺母、下承载体组成，所述带有螺纹的螺杆一端通过螺母与上承载体固定连接；所述带有螺纹的螺杆通过调节螺母与下承载体固定连接；所述下承载体与U 型钢支架固定连接。

所述U 型钢支架安装围岩应力耦合器相邻的距离为80mm～100mm。

所述上承载体为碟形状托盘或板块状。

    所述螺杆为圆形螺杆。

 所述下承载体为凹槽形或普通槽钢。

所述上承载体材料为金属材料或工程塑性材料。

将围岩同U 型钢支架连接，并能通过调节螺杆上的螺母高度来协调、平衡上部围岩的不均布荷载，使得围岩压力均匀地传递到U 型钢支架上，U 型钢支架的承载能力得以正常发挥，保证了U 型钢支架的安全使用。

本实用新型与现有技术相比，构造简单，使用方便，装置充分考虑了受施工技术、岩性条件、巷道掘进方式及支护工艺等因素的影响，软岩巷道初次开挖后围岩的松散性和毛断面的不平整性，以及巷道周边同架设的U 型钢支架之间所存在的不规则空洞空间 (约10～40cm)，并在U型钢支架壁后充填技术的基础上，使围岩与U 型钢支架之间更近一步地由不规则的点接触转变为均布的点接触，变集中荷载为均布荷载，同时给围岩施加一定大小的初撑力，能协调上部围岩的不均布压力，从而变被动支护为耦合支护，确保了在不均布荷载作用下U 型钢支架安全、可靠的工作，减少或避免了其破坏。本实用新型耦合器具有以下几个特点：

（1）可对围岩预加20～50kN大小的初撑力。从而防止了围岩进一步的松动与滑落，避免了巷道失稳破坏。

（2）可利用其自身的调节性，将上部荷载均匀地传递给U型钢支架，使其承载能力增大。它更好地实现了围岩-耦合器-U 型钢支架三者形成一个共同的力学承载体系，充分发挥了支架和围岩本身的承载能力，有效地控制了围岩变形，提高了巷道的自身稳定性。    

（3）具有一定的减压作用，且支护工艺安全简单，经济适用，并有利于井下U 型钢支架的回收复用。

广泛用于冶金，煤矿，水利，铁路，国防，地铁，公路等行业的地下工程。

附图说明

图 1为本实用新型耦合器结构示意图；