[发明专利]一种机械式可伸长并恒阻可缩高强度单体支柱

说明书

技术领域

本发明涉及一种单体支柱，尤其是一种适用于煤矿井下巷道支护的机械式可伸长并恒阻可缩高强度单体支柱。

背景技术

煤矿巷道顶板地质条件复杂，里面存在大量离层裂隙等弱面结构，当巷道开挖后，顶板在短期内会有较大的下沉量，煤矿单体支柱是支撑和维护巷道顶板，为井下创造安全作业空间的设备，单体支柱支护在煤矿井下有广泛的应用，具有投资少、受地质条件限制少、使用和维护方便且操作灵活等特点。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种适用于煤矿井下巷道支护的可快速伸长并恒阻可缩的高强度高预应力让压单体支柱。

技术方案：本发明机械式可伸长并恒阻可缩高强度单体支柱，包括单体支柱和支座，所述的单体支柱包括缸筒、伸入缸筒内的活柱体，所述缸筒入口的内壁为圆锥面，缸筒与伸入缸筒内的活柱体之间的圆锥面内设有弹性球体，弹性球体由串联线均匀等距串联在一起；所述的支座包括支座顶板、支座底板、聚能弹簧，支座底板上均匀设有多个预紧杆，多个预紧杆中间均匀放置有多个聚能弹簧，多个聚能弹簧上方设置穿过多个预紧杆的支座顶板，多个预紧杆上方设有支座顶板直接接触的预紧螺帽，支座底板上设有套装在预紧杆上的刚性支块，支座底板与支座顶板之间外侧设有多个带有楔形体斜面的楔形体支块。

所述缸筒的外径D、缸筒内径d₁、活柱体直径d₂、弹性球体压缩变形前自圆锥面与活柱体外壁之间的最小距离d_max、弹性球体压缩变形后与圆锥面和活柱体外壁之间的最小距离d_min和圆锥面(4)壁口切距b的参数关系为：

所述的聚能弹簧自由时的高度h₁、聚能弹簧被压缩后的高度h₂、聚能弹簧的刚度k、聚能弹簧施加的预紧支撑力N参数的关系：N＝k(h₁-h₂)，由楔形体支块向外滑动使聚能弹簧压缩后的最小高度h_min、刚性支块设置高度h_z参数的关系：h_z＝h_min。

所述的缸筒顶端上设有缸筒压条；所述的活柱体底端设有柱体压条；所述的弹性球体的两端分别设有固定串联线的固定结；所述活柱体的外壁上设有控制进入缸筒深度和升长限高的刻度标识；所述的支座顶板和支座底板为圆形或方形。

有益效果：本发明采用串联线将弹性球体串联起来，固定结固定弹性球体位置，缸筒顶部布置缸筒压条，活柱体下部布置柱体压条，活柱体受顶板下沉影响有向下的运动趋势时，由于弹性球体卡住活柱体和缸筒之间的滑移面而无法回缩，但是当顶板下沉给活柱体施加的作用力足够大时，弹性球体会发生变形，活柱体向下滑动，弹性球体施加给活柱体的摩擦力是定值，活柱体发生的是保持恒定阻力的向下滑动，这种恒阻可缩结构实现了刚性和柔性支护的结合，大幅度提高了支护系统适应围岩大变形的能力。

可施加预应力和减压卸载的支座机构依靠聚能弹簧对支座顶板的作用施加预应力，支座顶板对楔形体支块产生作用力使楔形体支块向外滑移而达到减压卸载目的。聚能弹簧位于支座顶板和支座底板之间，聚能弹簧周围安装有预紧杆，预紧杆上部有预紧螺帽，预紧杆下端设有刚性支块，楔形体支块位于支座底板上，楔形体斜面支撑支座顶板。这种高预应力让压支座能有效减小围岩强度弱化，实现刚性和柔性支护的结合，同时避免支护体因为支护强度过大而导致结构破坏。本发明与现有技术相比，具有如下优点：

机械式可伸长并恒阻可缩高强度单体支柱可以有效控制顶板下沉，足够的预应力能有效控制离层滑动、裂隙张开及新裂纹产生等不连续变形，通过恒阻可缩装置使一次支护在强大的约束限制下进行让压，实现刚性和柔性支护的结合，大幅提高支护系统适应围岩大变形能力，让压的同时支护系统不损坏，卸压又保护围岩形成均匀的塑性圈。其结构简单，造价低，操作方便，省时省力，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的机械式可伸长并恒阻可缩高强度单体支柱结构示意图；

图2是本发明的机械式可伸长并恒阻可缩高强度单体支柱A-A截面示意图；

图3是本发明的弹性球体变形前和变形后在锥形面和活柱体之间的位置示意图。