[发明专利]一种矿用防冲三柱并联式主动接顶可缩墩柱结构、支护系统及施工方法

说明书

本发明涉及一种矿用防冲三柱并联式主动接顶可缩墩柱结构、支护系统及施工方法。包括包括鞋板，顶部支撑板和三个墩柱；三个所述墩柱共用顶部支撑板和鞋板，一体固定实现刚性连接；所述墩柱包括上节柱、下节柱和一个让压装置；所述让压装置由多块钢板和让压小柱组成，兼具顶升和可缩两个重要功能；所述让压装置竖向设置所述让压小柱，所述让压小柱直径和数量不同则让压小柱初撑力不同，让压能力也不同，让压小柱可以是钢管、钢筋或其它可缩材料；所述让压装置顶部与柱体顶盖接触；所述让压小柱的底部与柱体内的自由移动钢板接触，通过注浆抬升自由移动钢板使让压小柱向上运动，带动让压装置实现支柱接顶，当顶板压力过大时，通过让压柱变形压缩下降实现让压装置下降带动支柱可缩；所述柱体和让压装置联合组成可缩式支柱结构，支护于巷道顶、底板之间。本发明结构简单，承载能力高、能保持墩柱承载力不降低，并可快速恒阻收缩，吸收冲击能量，保护巷道空间内的人员和设备安全。

技术领域

本发明属于煤矿巷道防冲支护领域，具体涉及一种矿用防冲三柱并联式主动接顶可缩墩柱结构、支护系统及施工方法。

背景技术

冲击地压是深部开采过程中，临空岩体发生突发式破坏的现象，当冲击地压发生时，岩体中会释放大量的冲击能，随着煤矿开采的深度与强度不断增加，冲击地压的发生频率和破坏程度也愈加强烈，是目前深井矿山面临的主要安全隐患之一。在实际巷道中，常通过高强度支护形式来保证巷道的安全，例如锚杆(锚索)支护、U型钢支护以及体液压墩柱支护等，都是按照准静态矿压下进行设计的，其承受静载的能力比较强，但在冲击荷载的作用下，并不能承受突发冲击地压所携带能量对支护体系的巨大冲击作用，往往由于部分支护体的突发损伤导致整个支护系统的冲击性失稳破坏，而超前液压支架虽然具有较高的的防护能力，采用液压墩柱也有了一定的让位能力，但是自身重量大，让位速度慢，没有吸收冲击能量的能力，常导致液压支架受到严重弯曲变形、甚至被破坏。

对比已有专利CN106285738A，通过释放乳化液实现恒组变压，但面对冲击地压时，难以及时泄压，且乳化液释放时间远大于冲击地压作用时间，无法吸收冲击能量。对比CN107905825A，通过圆木实现让压，一方面圆木力学性能多变，无法保证墩柱正常使用时不被压缩变形，另一方面在突发荷载出现时，圆木在柱体外壳的约束下处于三向受力状态，随着被压缩，承载力提高，可缩空间小。因此提供一种结构简单、承受荷载大、反应迅速、吸能效率高的支护形式迫在眉睫。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种矿用防冲三柱并联式主动接顶可缩墩柱结构、支护系统及施工方法，本发明中防冲墩柱作为主要的承载结构，结构简单，承载能力大，正常使用时，能提供较高的工作阻力(4000-10000N/柱)；冲击地压发生时，能保持墩柱承载力不降低，并可快速恒阻收缩，吸收冲击能量，保护巷道空间内的人员和设备安全。

本发明的目的是这样实现的：

一种矿用防冲三柱并联式主动接顶可缩墩柱结构，包括鞋板，顶部支撑板和三个支柱；三个所述支柱共用顶部支撑板和鞋板，一体固定实现刚性连接；

所述墩柱包括下节柱、上节柱和一个让压装置；所述让压装置由多块钢板和让压小柱组成，兼具顶升和可缩两个重要功能；所述让压装置竖向设置所述让压小柱，所述让压柱直径和数量不同则让压小柱初撑力不同，让压能力也不同，让压柱可以是钢管、钢筋或其它可缩材料；所述让压装置顶部与柱体顶盖接触；所述让压小柱的底部与柱体内的自由移动钢板接触，通过注浆抬升自由移动钢板使让压小柱向上运动，带动让压装置实现支柱接顶。上、下节柱可滑动地配合提供了一定的让压空间，同时让压小柱的阻力作用下能够起到前期支护的作用，只有在冲击地压发生的时候可以快速可缩，既提供了有效地支护，又实现了空间上的让压，保证了巷道完整和人员安全。钢索交叉连接，可以平衡所有连接点受力，协同整条钢索性能，更有利于发挥三联柱整体性能。

本发明一种优选的实施方式，三个所述支柱之间通过钢索相连，钢索交叉斜拉布置，并施加有预应力。

以上多重措施使三个立柱固定连接，防止压杆失稳等面外变形。