本發(fā)明涉及一種地下工程巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種可多級耗能協(xié)同讓壓的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)及拼接方法，屬于巷道支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

煤炭作為我國的主要能源，其安全開采歷來為人們所關(guān)注，其中煤礦巷道支護(hù)效果的好壞對于煤礦安全生產(chǎn)至關(guān)重要。一直以來，煤礦巷道支護(hù)廣泛采用U型鋼支架支護(hù)技術(shù)。但隨著煤炭淺部資源的枯竭，煤炭開采逐漸向深部發(fā)展，巷道所處環(huán)境越發(fā)復(fù)雜，高地壓、大變形、動荷載、難支護(hù)等特點使U型鋼支架在巷道支護(hù)中出現(xiàn)了屈服斷裂的現(xiàn)象，其主要原因之一是支架支護(hù)強(qiáng)度不足。近年來發(fā)展起來的鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)雖然能夠有效提高支架的支護(hù)強(qiáng)度，然其不能夠進(jìn)行有效讓壓耗能，導(dǎo)致支護(hù)體系成為剛性支撐，不符合讓壓支護(hù)的理念。

針對鋼管混凝土支架讓壓的研究，申請?zhí)枮?01310466354.0的中國專利提出了一種鋼管混凝土支架讓壓構(gòu)件及其安裝方法，具體是在支架的接頭位置設(shè)置沙漏形讓壓構(gòu)件，通過讓壓構(gòu)件的變形進(jìn)行讓壓；申請?zhí)枮?01320070460.2的中國專利提出一種伸縮式鋼管混凝土支架，具體是在該支架接頭處設(shè)置伸縮性多孔金屬接頭，通過金屬接頭上孔洞被壓縮來實現(xiàn)讓壓；申請?zhí)枮?01320623646.6的中國專利提出了一種鋼管混凝土支架持續(xù)漸進(jìn)讓壓可縮裝置，具體是在支架接頭處與其垂直的方向安裝幾個套在一起的直徑不同、長度相同、管壁厚度不同的鋼管，通過鋼管的逐漸受力進(jìn)行讓壓。

上述專利設(shè)計的讓壓位置均選擇在鋼管混凝土支架的接頭處，不同之處在于讓壓構(gòu)件的類型。這些設(shè)計均未改變鋼管混凝土支架在施工時自重較重，不便靈活搬用，不能回收利用的現(xiàn)狀；讓壓點設(shè)置在鋼管混凝土接頭處使鋼管混凝土拱架讓壓范圍和讓壓量受到限制，使節(jié)點處成為受力薄弱環(huán)節(jié)，影響支架整體的剛度和穩(wěn)定性；同時，單純的節(jié)點讓壓也不能充分發(fā)揮支架整體的協(xié)同讓壓作用。鑒于此，研究一種新型的可多級耗能協(xié)同讓壓的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有巷道支護(hù)技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種新型的可多級耗能協(xié)同讓壓的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)，其具有形式簡單、自重較輕、可部分回收利用、節(jié)點剛度強(qiáng)、支護(hù)強(qiáng)度高、整體穩(wěn)定性好、讓壓范圍大、能夠多級協(xié)同讓壓的優(yōu)點，該支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠較好的適用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下的巷道支護(hù)工程。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種可多級耗能協(xié)同讓壓的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)，是由D-C型支架、D型連接套管、可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件、耗能讓壓鋼塊組成；

所述的D-C型支架，其形狀可以是圓形、弧形及直墻半圓拱形等，具體形狀可以依據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)計和選擇；包括一個橫截面為D型的金屬管和安裝在D型金屬管豎直壁上的兩個相互平行的腹板，其中金屬管的內(nèi)部灌注有混凝土；腹板尾端的表面開有矩形槽；兩個腹板與豎直壁之間形成C型。

所述的可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件，其為一個截面形狀是槽型的弧形件，該弧形件卡裝在所述的兩個腹板上，且通過連接件與腹板相連；

所述的D型連接套管用于連接兩個D-C型支架，所述的低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊通過D型連接套管放置在新型D-C型支架節(jié)點處，所述的耗能讓壓鋼塊內(nèi)部加工有槽，在所述的槽內(nèi)放置有彈性元件。

進(jìn)一步的，在可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件上與所述的矩形槽相對的位置也設(shè)有矩形槽，兩個矩形槽對中后，通過螺栓相連。

進(jìn)一步的，所述的耗能讓壓鋼塊為低屈服強(qiáng)度件。

進(jìn)一步的，所述的D型連接套管，由金屬材料制成，整體形狀呈弧形或方形，其形狀根據(jù)現(xiàn)場具體情況及套管連接位置進(jìn)行設(shè)計，以方便將新型D-C型支架的兩端交接處連接起來。

進(jìn)一步的，所述的D型連接套管以D-C型支架的兩個腹板尾端作為固定卡位置，兩個腹板尾端替代了傳統(tǒng)的檔環(huán)，避免了傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝檔環(huán)的繁瑣，省時高效。

進(jìn)一步的，所述的D型連接套管截面形狀與D-C型支架的D型的金屬管形狀相同，但直徑要大于D型的金屬管的直徑，以保證套管能夠?qū)⒅Ъ芎芎玫倪B接起來。

進(jìn)一步的，所述的可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件，由金屬材料制成，整體形狀呈弧形，其具體形狀根據(jù)連接的新型D-C型支架兩端的形狀來確定?？苫瑒硬坌湍Σ梁哪茏寜哼B接件使節(jié)點處的剛度得到增強(qiáng)，有利于支架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定?？苫瑒硬坌湍Σ梁哪茏寜哼B接件可以回收利用，經(jīng)濟(jì)效益良好。

進(jìn)一步的，所述的可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件在其尾端內(nèi)部開有矩形槽，以方便與新型D-C型支架的C形截面部分尾端開有的矩形槽通過螺栓進(jìn)行連接，螺母下放置有增強(qiáng)型墊片能夠增大螺栓與連接件的摩擦力。

進(jìn)一步的，所述的可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件與新型D-C型支架之間的摩擦力可以通過調(diào)節(jié)螺栓的預(yù)緊力的大小來實現(xiàn)。通過可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件與新型D-C型支架之間的滑動摩擦實現(xiàn)支架結(jié)構(gòu)的讓壓耗能，耗能范圍和耗能長度加大，有利于支護(hù)結(jié)構(gòu)充分協(xié)同耗能讓壓。

進(jìn)一步的，所述的低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊通過D型連接套管放置在新型D-C型支架節(jié)點處，其形狀與D-C型支架連接部位的D型連接套管相協(xié)調(diào)，一般為弧形體或長柱形體。

進(jìn)一步的，所述的低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊由特殊的低屈服強(qiáng)度材料制成，具有良好的塑性，耗能讓壓性能良好。

進(jìn)一步的，所述的低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊內(nèi)部加工有細(xì)長孔槽放置有合金彈簧，合金彈簧具有良好的塑性與韌性，長時間內(nèi)有穩(wěn)定的彈性，其屈服強(qiáng)度要高于低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊，這樣有利于形成耗能讓壓的逐級協(xié)調(diào)模式。

進(jìn)一步的，所述的連接件包括螺栓和螺母。

進(jìn)一步的，所述的腹板與可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件接觸位置設(shè)有墊片。

進(jìn)一步的，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件卡裝在兩個腹板尾端。

上述裝置的拼接方法如下：

將四節(jié)D-C型支架的金屬管內(nèi)灌注混凝土，待混凝土初步硬化后進(jìn)行拼裝，相鄰兩節(jié)新型D-C型支架的節(jié)點處通過D形連接套管進(jìn)行連接；在D形連接套管內(nèi)放置有耗能讓壓鋼塊；D形連接套管的末端卡在新型D-C型支架的兩個腹板的尾端，省去了傳統(tǒng)套管需要專門設(shè)置檔環(huán)的繁瑣工序；可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件將相鄰的兩節(jié)D-C型支架通過螺釘穿過矩形槽進(jìn)行固定，螺母下設(shè)置有增強(qiáng)型墊片增加連接件之間的摩擦力，通過調(diào)節(jié)螺母的預(yù)緊力來控制可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件與D-C型支架之間的讓壓耗能能力，施加預(yù)緊力的大小根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)計。

具體讓壓耗能的作用過程如下：

支架結(jié)構(gòu)在荷載的作用下，逐漸產(chǎn)生變形。首先，D形連接套管內(nèi)部安裝的具有良好塑性性能的低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊受到壓縮開始讓壓耗能，當(dāng)讓壓耗能到一定程度后，放置在低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊內(nèi)的彈簧開始參與到協(xié)同耗能讓壓的過程中；彈簧具有良好塑性與韌性、長時間穩(wěn)定的彈性和較高的屈服強(qiáng)度；在此過程中，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件與D-C型支架之間通過滑動摩擦適時參與到支架結(jié)構(gòu)的整體讓壓耗能過程中，滑動摩擦的多少取決于需要耗散能量的多少，滑動摩擦的大小可以通過調(diào)節(jié)螺栓的預(yù)緊力來實現(xiàn)?？苫瑒硬坌湍Σ梁哪茏寜哼B接件可以回收重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)效益良好。

由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)形式簡單，相對于鋼管混凝土支架，自重明顯減輕，有利于現(xiàn)場施工。

(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)具有高承載力和高耗能讓壓能力。當(dāng)?shù)颓?qiáng)度耗能讓壓鋼塊讓壓耗能到一定程度時，具有較強(qiáng)耗能能力的合金彈簧開始參與到協(xié)同耗能中來。在支架節(jié)點產(chǎn)生縮動的同時，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件與支架之間通過滑動摩擦適時參與讓壓耗能，最終實現(xiàn)支護(hù)體系的多級協(xié)同耗能讓壓。

(3)讓壓不僅局限在節(jié)點，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件與支架之間通過螺栓連接形成滑動讓壓耗能面，形成立體的科學(xué)的多級協(xié)同讓壓體系，使讓壓范圍更廣，讓壓量更加充分，讓壓過程更加協(xié)同，可以充分適應(yīng)巷道的變形。

(4)可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件與支架之間通過螺栓連接在一起，提高了支架節(jié)點處的剛度，改變了傳統(tǒng)支架在節(jié)點處設(shè)置讓壓構(gòu)件使節(jié)點成為受力薄弱環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，有利于支架的整體穩(wěn)定。

(5)可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件能夠回收再利用，經(jīng)濟(jì)效益良好。

(6)連接套管的固定不需專門安裝檔環(huán)，避免了傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝檔環(huán)的繁瑣，省時高效。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的整體支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2、圖3是新型D-C型支架正視圖及其斷面圖。

圖4、圖5是D形連接套管正視圖及其斷面圖。

圖6、圖7是可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件的正視圖及其斷面圖。

圖8、圖9是支架連接處局部放大圖及其斷面圖。

圖10是低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊及其內(nèi)置合金彈簧的詳圖。

圖中1-D-C型支架；2-D形連接套管；3-可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件；4-矩形槽；5-增強(qiáng)型墊片；6-螺釘；7-螺母；8-低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊；9-合金彈簧。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本發(fā)明中低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8的低屈服強(qiáng)度是一個相對的概念，這里所述的讓壓鋼塊8的屈服強(qiáng)度要小于合金彈簧9，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3與新型D-C型支架1之間通過滑動摩擦適時參與到支架結(jié)構(gòu)的整體讓壓耗能過程中。

具體的結(jié)構(gòu)如下：

可多級耗能協(xié)同讓壓的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)，是由D-C型支架、D型連接套管、可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件、耗能讓壓鋼塊組成；

所述的D-C型支架，其形狀可以是圓形、弧形及直墻半圓拱形等，具體形狀可以依據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)計和選擇；包括一個橫截面為D型的金屬管和安裝在D型金屬管豎直壁上的兩個相互平行的腹板，其中金屬管的內(nèi)部灌注有混凝土；腹板的尾端的表面開有矩形槽；兩個腹板與豎直壁之間形成C型。

所述的可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件，其整體形狀為截面是槽型的弧形件，該弧形件卡裝在所述的兩個腹板上，且通過連接件與腹板相連；

所述的D型連接套管用于連接兩個D-C型支架，所述的低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊通過D型連接套管放置在新型D-C型支架節(jié)點處，所述的耗能讓壓鋼塊內(nèi)部加工有槽，在所述的槽內(nèi)放置有彈性元件。

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明是一種可多級耗能協(xié)同讓壓的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)，是由新型D-C型支架1、D型連接套管2、可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3、低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8組成，其形狀可以是圓形、弧形及直墻半圓拱形等，具體形狀可以依據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)計和選擇。

如圖2，圖3所示，新型D-C型支架1形狀呈弧形，其形狀可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)計要求而定。支架截面包括D形和C形兩部分，由金屬材料制成，其中D形截面內(nèi)部灌注有核心混凝土，混凝土強(qiáng)度等級一般取C30～C60，以C40最為常見。C形截面部分尾端的表面開有矩形槽4，與可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3開有的矩形槽4位置互相對應(yīng)。

如圖4，圖5所示，D型連接套管2，由金屬材料制成，整體形狀呈弧形或方形，其形狀根據(jù)現(xiàn)場具體情況及套管連接位置進(jìn)行設(shè)計，以方便將新型D-C型支架1的兩端交接處連接起來。

如圖1，圖8，圖9所示，D型連接套管2以新型D-C型支架1的C形截面尾端作為固定卡位置，C形截面尾端替代了傳統(tǒng)的檔環(huán)，避免了傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝檔環(huán)的繁瑣，省時高效。

如圖2，圖3，圖4，圖5所示，D型連接套管2的截面形狀與新型D-C型支架1的D形截面形狀相同，但直徑要大于新型D-C型支架1的D形截面的直徑，以保證套管能夠?qū)⒅Ъ芎芎玫倪B接起來。

如圖6，圖7所示，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3，由金屬材料制成，整體形狀呈弧形，其具體形狀根據(jù)連接的新型D-C型支架1兩端的形狀來確定?？苫瑒硬坌湍Σ梁哪茏寜哼B接件3使節(jié)點處的剛度得到增強(qiáng)，有利于支架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3可以回收利用，經(jīng)濟(jì)效益良好。

如圖2，圖3，圖6，圖7所示，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3在其尾端內(nèi)部開有矩形槽4，以方便與新型D-C型支架1的C形截面部分尾端開有的矩形槽4通過螺栓進(jìn)行連接，螺母7下放置有增強(qiáng)型墊片5能夠增大螺栓與連接件的摩擦力。

如圖1，圖8，圖9所示，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3與新型D-C型支架1之間的摩擦力可以通過調(diào)節(jié)螺栓的預(yù)緊力的大小來實現(xiàn)。通過可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3與新型D-C型支架1之間的滑動摩擦實現(xiàn)支架結(jié)構(gòu)的讓壓耗能，耗能范圍和耗能長度加大，有利于支護(hù)結(jié)構(gòu)充分協(xié)同耗能讓壓。

如圖1，圖8，圖9，圖10所示，低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8通過D型連接套管2放置在新型D-C型支架1的節(jié)點處，其形狀與新型D-C型支架1連接部位的D型連接套管2相協(xié)調(diào)，一般為弧形體或長柱形體。

如圖10所示，低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8由特殊的低屈服強(qiáng)度材料制成，具有良好的塑性，耗能讓壓性能良好。

如圖10所示，低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8內(nèi)部加工有細(xì)長孔槽放置有合金彈簧9，合金彈簧9具有良好的塑性與韌性，長時間內(nèi)有穩(wěn)定的彈性，其屈服強(qiáng)度要高于低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊，這樣有利于形成耗能讓壓的逐級協(xié)調(diào)模式。

下面以圓形的可多級耗能協(xié)同讓壓的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)為例，說明本發(fā)明的具體實施過程：

將四節(jié)新型D-C型支架1的D形截面部分灌注C40混凝土，待混凝土初步硬化后進(jìn)行拼裝，相鄰兩節(jié)新型D-C型支架1的節(jié)點處通過D形連接套管2進(jìn)行連接(D形連接套管2內(nèi)放置有低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8)，D形連接套管2的末端卡在新型D-C型支架1的C形截面的尾端，省去了傳統(tǒng)套管需要專門設(shè)置檔環(huán)的繁瑣工序?？苫瑒硬坌湍Σ梁哪茏寜哼B接件3將相鄰的兩節(jié)新型D-C型支架1通過螺釘6穿過矩形槽4進(jìn)行固定，螺母7下設(shè)置有增強(qiáng)型墊片5可增加連接件之間的摩擦力，通過調(diào)節(jié)螺母7的預(yù)緊力來控制可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3與新型D-C型支架1之間的讓壓耗能能力，施加預(yù)緊力的大小根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)計。

當(dāng)支架拼裝完成后，即可發(fā)揮其對煤礦巷道的支護(hù)作用。具體讓壓耗能的作用過程如下：

支架結(jié)構(gòu)在荷載的作用下，逐漸產(chǎn)生變形。首先，D形連接套管2內(nèi)部安裝的具有良好塑性性能的低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8受到壓縮開始讓壓耗能，當(dāng)讓壓耗能到一定程度后，放置在低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8內(nèi)的合金彈簧9開始參與到協(xié)同耗能讓壓的過程中。合金彈簧9具有良好塑性與韌性、長時間穩(wěn)定的彈性和較高的屈服強(qiáng)度。在此過程中，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3與新型D-C型支架1之間通過滑動摩擦適時參與到支架結(jié)構(gòu)的整體讓壓耗能過程中，滑動摩擦的多少取決于需要耗散能量的多少，滑動摩擦的大小可以通過調(diào)節(jié)螺栓的預(yù)緊力來實現(xiàn)?？苫瑒硬坌湍Σ梁哪茏寜哼B接件3可以回收重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)效益良好。

支架結(jié)構(gòu)被荷載作用的過程，是低屈服強(qiáng)度耗能讓壓鋼塊8、合金彈簧9及可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3立體協(xié)同耗能讓壓的過程，是支架結(jié)構(gòu)作為一個整體協(xié)同變形的過程。支架讓壓的過程突破了傳統(tǒng)讓壓模式僅局限于節(jié)點讓壓的缺陷，可滑動槽型摩擦耗能讓壓連接件3與新型D-C型支架1之間形成的耗能讓壓段使支架節(jié)點處剛度得到了加強(qiáng)，也為支護(hù)結(jié)構(gòu)整體協(xié)同讓壓提供了條件，使支護(hù)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。