一种花形薄壁吸能防冲支护装置

摘要

一种花形薄壁吸能防冲支护装置，属于煤矿安全支护技术领域。本发明包括顶盖、支撑筒及底座，在所述顶盖的下端面中心处设置有第一凸台，第一凸台设置为柱型结构，第一凸台的横截面设置为花形结构；所述支撑筒设置为直筒型结构，支撑筒的横截面设置为花形结构；在所述底座的上端面中心处设置有第二凸台，第二凸台设置为锥型体结构，其锥型体结构顶端横截面设置为花形结构，锥型体结构底端横截面设置为圆形结构，锥型体结构顶端与锥型体结构底端之间采用圆滑渐变过渡；所述顶盖通过第一凸台与支撑筒的上端相连接，支撑筒的下端通过第二凸台与底座相连接；所述顶盖的第一凸台、支撑筒及底座的第二凸台锥型体结构顶端的花形结构相同。

权利要求

1.一种花形薄壁吸能防冲支护装置，其特征在于：包括顶盖、支撑筒及底座，在所述顶盖的下端面中心处设置有第一凸台，第一凸台设置为柱型结构，第一凸台的横截面设置为花形结构；所述支撑筒设置为直筒型结构，支撑筒的横截面设置为花形结构；在所述底座的上端面中心处设置有第二凸台，第二凸台设置为锥型体结构，其锥型体结构顶端横截面设置为花形结构，锥型体结构底端横截面设置为圆形结构，锥型体结构顶端与锥型体结构底端之间采用圆滑渐变过渡；所述顶盖通过第一凸台与支撑筒的上端相连接，支撑筒的下端通过第二凸台与底座相连接；所述顶盖的第一凸台、支撑筒及底座的第二凸台锥型体结构顶端的花形结构相同；在所述的第一凸台侧方的顶盖上设置有凹槽，凹槽设置为花形结构，支撑筒与凹槽的花形结构相同，支撑筒的上端位于凹槽内。

2.根据权利要求1所述的一种花形薄壁吸能防冲支护装置，其特征在于：所述支撑筒、第一凸台、第二凸台及凹槽的花形结构至少为两瓣花形，花形结构的花瓣沿周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种花形薄壁吸能防冲支护装置，其特征在于：在所述的底座和第二凸台的中心处设置有排气通孔。

4.根据权利要求1所述的一种花形薄壁吸能防冲支护装置，其特征在于：所述的顶盖采用屈服强度大于500Mpa的金属材料或非金属材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种花形薄壁吸能防冲支护装置，其特征在于：所述的底座采用屈服强度大于500Mpa的金属材料或非金属材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种花形薄壁吸能防冲支护装置，其特征在于：所述的支撑筒采用EP/Y＝3.5～5.5的金属材料制成，EP为线性强化模量，Y为屈服强度。

说明书

一种花形薄壁吸能防冲支护装置

技术领域

[0001] 本发明属于煤矿安全支护技术领域，特别是涉及一种花形薄壁吸能防冲支护装置。

背景技术

[0002] 冲击地压是煤矿中的重大动力灾害之一，也是一项世界性的采矿难题，随着煤矿开采深度与开采强度的不断增加，冲击地压的发生频次和破坏程度也愈加强烈，当冲击地压发生时，岩体中大量的冲击能会瞬间释放，通常会造成几十米至几百米的巷道突发片帮、冒顶或底鼓，从而造成支护体的严重损坏，导致支护体的失效及巷道内设备的倾翻，很可能会导致人员的重大伤亡，严重影响了人员的生命安全和煤炭的正常开采。

[0003] 在实际应用中，加强原有支护体的强度，提高原有支护体的刚度是煤矿安全支护领域内所采取的一种普遍方式。随着煤层开采深度的不断加大，地应力也相应增大，冲击地压的发生几率会越来越高，这时通常采取加强支护体强度的方式来应对，但由此带来的结果是，反而导致支护体刚度过大，进而导致围岩在冲击扰动下，围岩会将冲击力直接作用在支护体上，此时的支护体让位缓冲能力是较差的，面对较小的冲击力时尚可抵御，而在面对较大的冲击力时往往会导致严重的后果，使支护体严重变形，围岩崩落导致巷道堵塞等。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、反应迅速、吸能效率高及承载能力强的花形薄壁吸能防冲支护装置。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种花形薄壁吸能防冲支护装置，包括顶盖、支撑筒及底座，在所述顶盖的下端面中心处设置有第一凸台，第一凸台设置为柱型结构，第一凸台的横截面设置为花形结构；所述支撑筒设置为直筒型结构，支撑筒的横截面设置为花形结构；在所述底座的上端面中心处设置有第二凸台，第二凸台设置为锥型体结构，其锥型体结构顶端横截面设置为花形结构，锥型体结构底端横截面设置为圆形结构，锥型体结构顶端与锥型体结构底端之间采用圆滑渐变过渡；所述顶盖通过第一凸台与支撑筒的上端相连接，支撑筒的下端通过第二凸台与底座相连接；所述顶盖的第一凸台、支撑筒及底座的第二凸台锥型体结构顶端的花形结构相同。

[0006] 在所述的第一凸台侧方的顶盖上设置有凹槽，凹槽设置为花形结构，支撑筒与凹槽的花形结构相同，支撑筒的上端位于凹槽内。

[0007] 所述支撑筒、第一凸台、第二凸台及凹槽的花形结构至少为两瓣花形，花形结构的花瓣沿周向均匀分布。

[0008] 在所述的底座和第二凸台的中心处设置有排气通孔。

[0009] 所述的顶盖采用屈服强度大于500Mpa的金属材料或非金属材料制成。

[0010] 所述的底座采用屈服强度大于500Mpa的金属材料或非金属材料制成。

[0011] 所述的支撑筒采用EP/Y=3.5～5.5的金属材料制成，EP为线性强化模量，Y为屈服强度。

[0012] 本发明的有益效果：

[0013] 本发明具有结构简单、反应迅速、吸能效率高及承载能力强的优点，本发明在遭遇突发性冲击地压时，能够实现快速反应，利用花形结构支撑筒与顶盖和底座配合，稳定快速的实现支撑筒的翻转变形让位和吸能，从而减小冲击地压的破坏，缓解了其他主支护体受到的冲击作用，保护了巷道内其他主支护体的完整，进而保护了巷道内工作人员和生产设备的安全。

附图说明

[0014] 图1为本发明的一种花形薄壁吸能防冲支护装置结构示意图；

[0015] 图2为本发明的轴向剖视图；

[0016] 图3为本发明的顶盖结构示意图；

[0017] 图4为图3的俯视图；

[0018] 图5为本发明的底座结构示意图；

[0019] 图6为图5的俯视图；

[0020] 图中，1—顶盖，2—支撑筒，3—底座，4—第一凸台，5—第二凸台，6—凹槽，7—泄压通孔。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0022] 如图1、2、3、4、5、6所示，一种花形薄壁吸能防冲支护装置，包括顶盖1、支撑筒2及底座3，在所述顶盖1的下端面中心处设置有第一凸台4，第一凸台4设置为柱型结构，第一凸台4的横截面设置为花形结构；所述支撑筒2设置为直筒型结构，支撑筒2的横截面设置为花形结构；在所述底座3的上端面中心处设置有第二凸台5，第二凸台5设置为锥型体结构，锥型体结构顶端横截面设置为花形结构，锥型体结构底端横截面设置为圆形结构，锥型体结构顶端与锥型体结构底端之间采用圆滑渐变过渡；所述顶盖1通过第一凸台4与支撑筒2的上端相连接，支撑筒2的下端通过第二凸台5与底座3相连接；所述顶盖1的第一凸台4、支撑筒2及底座3的第二凸台5锥型体结构顶端的花形结构相同。

[0023] 在所述的第一凸台4侧方的顶盖1上设置有凹槽6，凹槽6设置为花形结构，支撑筒2与凹槽6的花形结构相同，支撑筒2的上端位于凹槽6内，凹槽6起到了更好约束支撑筒2的作用。

[0024] 所述支撑筒2、第一凸台4、第二凸台5及凹槽6的花形结构均为四瓣花形，花形结构的花瓣沿周向均匀分布，此时的花形结构设计节省了环向空间，并且在有限的空间实现一定的承载力和吸能需求，还增强了支撑筒2的稳定性。

[0025] 在所述的底座3和第二凸台4的中心处设置有排气通孔7，能够在支撑筒2被压缩时快速排出其内的气体。

[0026] 所述的顶盖1采用屈服强度大于500Mpa的金属材料或非金属材料制成，能够避免其在使用过程中发生明显变形或损坏。

[0027] 所述的底座3采用屈服强度大于500Mpa的金属材料或非金属材料制成，能够避免其在使用过程中发生明显变形或损坏。

[0028] 所述的支撑筒2采用EP/Y=3.5～5.5的金属材料制成，EP为线性强化模量，Y为屈服强度，且支撑筒2可由锻压方式、弧板焊接方式或铸造方式制造而成。

[0029] 所述支撑筒2在制造过程中要尽可能保证花形结构在任意位置相同，避免花形结构存在变化或缺陷，其花形结构也可为两瓣花形或三瓣花形，且花瓣的曲线可以是圆弧曲线、椭圆弧曲线或其他非圆弧曲线，不同曲线段连接处皆为切线连接。所述支撑筒2亦可为桶、管、罐或类似形状构件。

[0030] 下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

[0031] 本发明应用于煤矿巷道中，并与其他主支护体配合使用。

[0032] 本实施例中，顶盖1和底座3均采用高刚度的材料（具体材料选用低合金超高强度钢或PH不锈钢），支撑筒2采用延展性好及冲击韧性大的金属材料（具体材料选用EP/Y=5.5的薄壁钢筒，其中EP为线性强化模量，Y为屈服强度；且薄壁钢筒的壁厚d与钢筒的外径R的比值范围为0.02≤d/R≤0.1）。

[0033] 首先组装本发明的一种花形薄壁吸能防冲支护装置，将顶盖1、支撑筒2及底座3依次按顺序组合在一起，同时将支撑筒2向下压迫至完全套住第二凸台4，以保证支护装置的静态初撑力，将组装好的支护装置安装于主支护体靠近围岩的部位，并通过顶盖1和底座3与主支护体相固接，在准静态压力下，通过顶盖1、支撑筒2及底座3构成的稳定结构，承担轴向的载荷作用；当冲击地压发生时，主支护体的反应速度很慢（或不具备缓冲让压能力），而本发明的支护装置会在第一时间对冲击地压作出反应，冲击力一旦超过额定值，此时的顶盖1在冲击力的推动下，促使支撑筒2快使变形（筒壁快速外翻），以实现快速的让位和吸能，缓解主支护体受到的冲击作用，可以避免主支护体及其它相关支护发生失控性破坏，从而保护了巷道内工作人员和生产设备的安全。本发明的支护装置可以实现同样指标的构件都能够达到同样的性能效果这一目标。