本發(fā)明涉及一種深井支護裝置及使用方法，具體是一種具有變形量測功能的深井馬頭門裝置及使用方法。

背景技術：

深部礦井呈現出工程地質條件復雜、地壓大、巷道維護困難等特點，因而深部巷道圍巖穩(wěn)定性控制成為目前采礦界的重大難題。其中，深立井馬頭門位處礦井咽喉部位，設計斷面大，在施工過程中，圍巖反復受到擾動，加之深部圍巖流變性顯著，因此，深立井馬頭門破壞失穩(wěn)的現象時有發(fā)生，嚴重影響圍巖穩(wěn)定性和支護結構安全。

為了解決深井馬頭門圍巖穩(wěn)定性控制的難題，科研人員研發(fā)了包括加強支護結構、復合支護結構及聯合支護結構等的各種支護結構及裝置。但是，現有的支護裝置仍然存在諸多局限性。其一，支護結構所提供的支護強度不足、剛度偏小、適應圍巖變形的能力差；其二，圍巖變形量測須配備復雜、價格昂貴的監(jiān)測系統(tǒng)，支護結構本身無簡單測量裝置；其三，支護結構施工工藝復雜，需要進行一次支護、二次支護，甚至是三次及更多次支護，巷道維護效率低、造價高；其四，支護體、支護構件的可回收性低。由此可見，目前的深部礦井馬頭門支護結構在安全性、有效性、經濟性等方面均存在較大的缺陷，嚴重影響了礦井運輸提升作業(yè)，妨礙了本質安全型、高效綠色礦井的建設進程，也成為當前建設大型現代化礦井的制約因素之一。因此，在深部礦井馬頭門圍巖支護的現場實施過程中急需一種既能保證巷道穩(wěn)定、安全，又能高效、經濟地維護巷道的支護裝置。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種具有變形量測功能的深井馬頭門裝置及使用方法，具有支護強度高、適應圍巖變形的能力強，具有變形監(jiān)測裝置，使用完畢后可回收性較好，便于后續(xù)循環(huán)使用。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種具有變形量測功能的深井馬頭門裝置，包括多個馬頭門支架和鐵絲，所述多個馬頭門支架并排設置，所述鐵絲兩端通過預埋鋼釘水平固定在巖體上，所述馬頭門支架包括頂梁、底梁、左支柱和右支柱，左支柱和右支柱相互平行設置在頂梁和底梁之間，所述頂梁通過左支柱和右支柱與底梁固定連接；所述頂梁包括頂梁內層工字鋼和頂梁外層工字鋼，頂梁內層工字鋼和頂梁外層工字鋼之間通過多個頂梁腹桿固定連接，所述頂梁內層工字鋼下部固定設有雙向數顯尺，所述雙向數顯尺包括尺盒、上尺帶、下尺帶和數顯屏，上尺帶、下尺帶和數顯屏均設置在尺盒上，上尺帶的伸出端掛扣在頂梁外層工字鋼上，下尺帶的伸出端掛扣在鐵絲上，所述底梁包括底梁內層工字鋼和底梁外層工字鋼，底梁內層工字鋼和底梁外層工字鋼之間通過多個底梁腹桿固定連接，所述左支柱包括左柱內層工字鋼和左柱外層工字鋼，左柱內層工字鋼和左柱外層工字鋼之間通過多個左柱腹桿固定連接，所述右支柱包括右柱內層工字鋼和右柱外層工字鋼，右柱內層工字鋼和右柱外層工字鋼之間通過多個右柱腹桿固定連接。

進一步，還包括多個復合緩沖墊塊，多個復合緩沖墊塊均勻固定在頂梁外層工字鋼、底梁外層工字鋼、左柱外層工字鋼和右柱外層工字鋼的外側。

進一步，所述復合緩沖墊塊包括大位移強阻尼塊、嵌入式U型卡和墊片，大位移強阻尼塊與嵌入式U型卡的一端固定連接，墊片通過螺母設置在嵌入式U型卡上。

進一步，還包括多個連接板，所述頂梁與左支柱和右支柱均通過連接板固定連接，底梁與左支柱和右支柱均通過連接板固定連接。

進一步，所述底梁內層工字鋼由兩個形狀相同的內層鋼件組成，底梁外層工字鋼由兩個形狀相同的外層鋼件組成，內層鋼件之間和外層鋼件之間均通過夾板連接件連接。

進一步，所述多個馬頭門支架之間通過架間連接板固定連接。

一種具有變形量測功能的深井馬頭門裝置的使用方法，具體步驟為：

A、馬頭門斷面開挖：按照馬頭門設計的斷面，在保證反底拱開挖尺寸的前提下，在巷道底板進行挖掘；

B、加工馬頭門支架的組件：在地面將頂梁、底梁、左支柱和右支柱通過焊接及螺栓連接完成組裝，完成后將上述組件運送至井底馬頭門工作面；

C、安裝首個馬頭門支架：將多個復合緩沖墊塊均勻固定在頂梁外層工字鋼、底梁外層工字鋼、左柱外層工字鋼和右柱外層工字鋼的外側，然后將底梁安裝在巷道底板處并分別將左支柱、右支柱對準底梁連接處通過連接板分別固定連接；完成后將頂梁對準左支柱、右支柱的連接處通過連接板分別固定連接；通過螺釘將雙向數顯尺的尺盒與頂梁內層工字鋼下部固定連接，雙向數顯尺的上尺帶掛扣在底梁外層工字鋼上，將帶有預埋鋼釘的鐵絲固定在巖體兩側肩窩，鐵絲掛住雙向數顯尺的下尺帶，最后打開雙向數顯尺的開關，將數顯屏上的數字調零，完成馬頭門支架的安裝；

D、安裝相鄰馬頭門支架及其縱向連接：根據設定的馬頭門支架之間的間距，重復步驟B及步驟C完成相鄰馬頭門支架的安裝，然后通過架間連接板將馬頭門支架之間固定連接；

E、安裝整個深井馬頭門裝置：重復步驟D，繼續(xù)沿掘進方向安裝馬頭門支架，直至完成所有馬頭門支架的安裝；

F、鋪底：采用混凝土鋪設地板至設定標高；

G、變形監(jiān)測及澆注混凝土：定期記錄雙向數顯尺上數顯屏的變形數據，并繪制變形曲線，持續(xù)設定時間并待曲線平穩(wěn)后，進行全斷面澆筑混凝土，使馬頭門處各面平整。

與現有技術相比，本發(fā)明采用多個馬頭門支架并排設置，馬頭門支架由頂梁、底梁、左支柱和右支柱組成，具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明的頂梁、底梁、左支柱和右支柱采用高強度工字鋼、角鋼等焊接而成，組裝連接后形成一個全斷面封閉、內外雙層網狀空間結構、帶復合緩沖墊塊的馬頭門支架結構。較普通的馬頭門支護結構強度更高、剛度更大，并具有較好的適應變形、吸收沖擊能量的能力；

2、本發(fā)明通過在頂梁上配置雙向數顯尺，雙向數顯尺采用一個數顯屏即可顯示上尺帶伸出距離和下尺帶伸出距離的變化情況，雙向數顯尺的上尺帶掛扣頂梁外層工字鋼，當巖體對頂梁施加圍壓后頂梁會發(fā)生一定的變形，從而使上尺帶的伸出距離發(fā)生變化，進而通過數顯屏能夠量測頂部巖體對頂梁施加圍壓后頂梁外層工字鋼的垂向變形量，由于雙向數顯尺的下尺帶掛扣在鐵絲上，鐵絲的兩端通過預埋鋼釘繃直固定在巖體的兩側肩窩，當巖體從兩側施加圍壓時，巖體兩側向馬頭門擠壓，此時鐵絲兩端受到的固定力減小，從而導致受到下尺帶的拉力會使鐵絲發(fā)生變形，進而通過數顯屏得出下尺帶的伸出距離發(fā)生的變化情況，從而能為預測頂板災害風險提供基礎數據資料；

3、本發(fā)明為模塊化結構裝置，組裝方法簡單，施工效率較高，并且無需大型專門的變形測量系統(tǒng)，造價低、工程上更實用、經濟；

4、本發(fā)明具有資源節(jié)約、材料回收重復利用的優(yōu)點，一旦巷道破壞或廢棄的時候，可以將原來施工好的支架依據模塊的組裝方式進行解體回收利用；對于破壞較大的模塊或部件進行一定的維修、替換后仍能繼續(xù)使用，節(jié)約了支護材料，節(jié)省了巷道維護成本，具有顯著的經濟效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結構示意圖；

圖2是本發(fā)明安裝后的平面示意圖；

圖3是本發(fā)明中雙向數顯尺的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明中復合緩沖墊塊的結構示意圖。

圖中：1、頂梁，2、頂梁外層工字鋼，3、頂梁內層工字鋼，4、頂梁腹桿，5、復合緩沖墊塊，6、連接板，7、雙向數顯尺，8、右支柱，9、右柱外層工字鋼，10、右柱內層工字鋼，11、右柱腹桿12、左支柱，13、左柱內層工字鋼，14、左柱外層工字鋼，15、架間連接板，16、左柱腹桿，17、鐵絲，18、預埋鋼釘，19、底梁，20、底梁外層工字鋼，21、底梁內層工字鋼，22、底梁腹桿，23、夾板連接件，24、巖體，51、大位移強阻尼塊，52、嵌入式U型卡，53、墊片，71、尺盒，72、上尺帶、73、下尺帶，74、螺釘，75、數顯屏。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1至圖4所示，一種具有變形量測功能的深井馬頭門裝置，包括多個馬頭門支架和鐵絲17，所述多個馬頭門支架并排設置，所述鐵絲17兩端通過預埋鋼釘18水平固定在巖體24上，所述馬頭門支架包括頂梁1、底梁19、左支柱12和右支柱8，左支柱12和右支柱8相互平行設置在頂梁1和底梁19之間，所述頂梁1通過左支柱12和右支柱8與底梁19固定連接；所述頂梁1包括頂梁內層工字鋼3和頂梁外層工字鋼2，頂梁內層工字鋼3和頂梁外層工字鋼2之間通過多個頂梁腹桿4固定連接，所述頂梁內層工字鋼3下部固定設有雙向數顯尺7，所述雙向數顯尺7包括尺盒71、上尺帶72、下尺帶73和數顯屏75，上尺帶72、下尺帶73和數顯屏75均設置在尺盒71上，上尺帶72的伸出端掛扣在頂梁外層工字鋼2上，下尺帶73的伸出端掛扣在鐵絲17上，所述底梁19包括底梁內層工字鋼21和底梁外層工字鋼20，底梁內層工字鋼21和底梁外層工字鋼20之間通過多個底梁腹桿22固定連接，所述左支柱12包括左柱內層工字鋼13和左柱外層工字鋼14，左柱內層工字鋼13和左柱外層工字鋼14之間通過多個左柱腹桿16固定連接，所述右支柱8包括右柱內層工字鋼10和右柱外層工字鋼9，右柱內層工字鋼10和右柱外層工字鋼9之間通過多個右柱腹桿11固定連接。

進一步，還包括多個復合緩沖墊塊5，多個復合緩沖墊塊5均勻固定在頂梁外層工字鋼2、底梁外層工字鋼20、左柱外層工字鋼14和右柱外層工字鋼9的外側。采用復合緩沖墊塊5在本發(fā)明進行支護時，具有緩沖巷道圍巖變形，同時可吸收圍壓沖擊能量的作用，從而減少對本發(fā)明的沖擊力，提高本發(fā)明的支護穩(wěn)定性。

進一步，所述復合緩沖墊塊5包括大位移強阻尼塊51、嵌入式U型卡52和墊片53，大位移強阻尼塊51與嵌入式U型卡52的一端固定連接，墊片53通過螺母設置在嵌入式U型卡52上。大位移強阻尼塊51采用內含金屬絲的橡膠制成，采用這種結構具有更好的緩沖作用，同時可更好的起到吸收圍壓沖擊能量的作用。

進一步，還包括多個連接板6，所述頂梁1與左支柱12和右支柱8均通過連接板6固定連接，底梁19與左支柱12和右支柱8均通過連接板6固定連接。采用連接板6的連接方式，便于使用后的拆卸回收。

進一步，所述底梁內層工字鋼21由兩個形狀相同的內層鋼件組成，底梁外層工字鋼20由兩個形狀相同的外層鋼件組成，內層鋼件之間和外層鋼件之間均通過夾板連接件23連接。采用這種結構可使底梁19在支護時具有一定的變形能力，從而保證整個裝置的穩(wěn)定性。

進一步，所述多個馬頭門支架之間通過架間連接板15固定連接。采用架間連接板15便于支護完成后拆卸各個馬頭門支架。

一種具有變形量測功能的深井馬頭門裝置的使用方法，具體步驟為：

A、馬頭門斷面開挖：按照馬頭門設計的斷面，底梁19的最底處至左支柱12、右支柱8與底梁19的連接板6的高度在巷道底板進行開挖，挖掘時要保證反底拱的開挖尺寸；

B、加工馬頭門支架的組件：將支架的各個部件準備完成后，在地面將頂梁1、底梁19、左支柱12和右支柱8通過焊接及螺栓連接完成組裝，完成后將上述組件運送至井底馬頭門工作面；

C、安裝首個馬頭門支架：將多個復合緩沖墊塊5均勻固定在頂梁外層工字鋼2、底梁外層工字鋼20、左柱外層工字鋼14和右柱外層工字鋼9的外側，然后將底梁19安裝在巷道底板處并分別將左支柱12、右支柱8對準底梁19連接處通過連接板6分別固定連接；完成后將頂梁1對準左支柱12、右支柱8的連接處通過連接板6分別固定連接；通過螺釘74將雙向數顯尺7的尺盒71與頂梁內層工字鋼3下部固定連接，雙向數顯尺7的上尺帶72掛扣在底梁外層工字鋼20上，將帶有預埋鋼釘18的鐵絲17固定在巖體24兩側肩窩，鐵絲17掛住雙向數顯尺7的下尺帶73，最后打開雙向數顯尺7的開關，將數顯屏75上的數字調零，完成馬頭門支架的安裝；

D、安裝相鄰馬頭門支架及其縱向連接：根據設定的馬頭門支架之間的間距，重復步驟B及步驟C完成相鄰馬頭門支架的安裝，然后通過架間連接板15將馬頭門支架之間固定連接；

E、安裝整個深井馬頭門裝置：重復步驟D，繼續(xù)沿掘進方向安裝馬頭門支架，直至完成所有馬頭門支架的安裝；

F、鋪底：采用混凝土鋪設地板至設定標高；

G、變形監(jiān)測及澆注混凝土：定期記錄雙向數顯尺7上數顯屏75的變形數據，并繪制變形曲線，持續(xù)2～6個月并待曲線平穩(wěn)后，說明此時巖體24對本裝置施加的圍壓與本裝置變形后的支護承壓相對穩(wěn)定，然后在穩(wěn)定后進行全斷面澆筑混凝土，使馬頭門處各面平整；從而可起到更好的支護穩(wěn)定性，同時通過雙向數顯尺7可實時監(jiān)測圍壓的變化情況。

以上實例對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但本發(fā)明不限于所描述的實施方式。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發(fā)明的保護范圍內。