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巷道支护装置
申请号	CN202011289417.6	申请日	2020-11-17	公开(公告)号	CN112593977A	公开(公告)日	2021-04-02
申请人	中煤科工集团北京华宇工程有限公司;			发明人	王泽源; 程实; 邹奕翀;
摘要	本申请提出了一种巷道支护装置，包括：第一支撑件，其与巷道直接接触，外表面覆盖有复合材料；第二支撑件，其中，第二支撑件为型钢，在第一支撑件的腔体内；第三支撑件，其中，第三支撑件为混凝土支撑，混凝土支撑由填充在第一支撑件内表面与型钢之间空白的腔体内的混凝土固化后形成的。本申请提出的巷道支护装置，避免了屈曲破坏模式的出现，大大提升了钢材利用效率，保证巷道支护装置承载力稳定发挥。并且装置承载力能够随变形增大持续提升，显著缓解长期使用下的巷道变形。型钢位于第一支撑件中心，避免大规模的钢材外露。同时，外部缠绕的复材材料具有良好的耐腐蚀性，保护了内部混凝土与内嵌型钢，大大提升巷道支护装置耐久性能。
权利要求	1.一种巷道支护装置，其特征在于，包括：第一支撑件，其中，所述第一支撑件与巷道直接接触，所述第一支撑件外表面覆盖有复合材料；第二支撑件，其中，所述第二支撑件为型钢，所述第二支撑件嵌在所述第一支撑件的腔体内；第三支撑件，其中，所述第三支撑件为混凝土支撑，所述混凝土支撑由填充在所述第一支撑件内表面与所述型钢之间空白的腔体内的混凝土固化后形成的。 2.根据权利要求1所述的巷道支护装置，其特征在于，所述复合材料包括：纤维增强复合材料。 3.根据权利要求2所述的巷道支护装置，其特征在于，所述纤维增强复合材料，包括：玻璃纤维复合材料。 4.根据权利要求1‑3任一项所述的巷道支护装置，其特征在于，所述复合材料缠绕在所述第一支撑件的外表面。 5.根据权利要求1‑3任一项所述的巷道支护装置，其特征在于，所述第三支撑件在所述第一支撑件的腔体内连续布置或分段布置。 6.根据权利要求5所述的巷道支护装置，其特征在于，所述第三支撑件由工厂预制浇筑或者所述第一支撑件外表面预留注浆孔，通过所述注浆孔现场灌注所述混凝土。 7.根据权利要求1‑3任一项所述的巷道支护装置，其特征在于，所述型钢位于所述第一支撑件的截面中心。 8.根据权利要求1‑3任一项所述的巷道支护装置，其特征在于，所述型钢在所述第一支撑件的腔体内为连续布置。 9.根据权利要求1‑3任一项所述的巷道支护装置，其特征在于，所述型钢的截面形状为工字型、U型。
说明书全文	巷道支护装置技术领域 [0001] 本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种巷道支护装置。背景技术 [0002] 巷道支护装置是一种有效的巷道支护手段，尤其是在软岩、碎岩区的巷道支护中发挥着重要作用。随着矿井深度的增加及日益提升的矿井建设需求，大断面深巷道是矿井巷道建设未来的发展方向。 [0003] 相关技术中，巷道支护装置以U型钢巷道支护装置、工字型钢巷道支护装置为主。矿井巷道环境易导致型钢巷道支护装置中外部钢材的腐蚀、磨损，造成巷道支护装置力学性能的退化。随着巷道截面增大、受周边岩体压力增加，传统巷道支护装置往往难以满足巷道支护的需要。发明内容 [0004] 本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种巷道支护装置，具有极高的抗压强度，耐久性能大幅提升,能够保护内部混凝土与型钢，避免其受到巷道内腐蚀、磨损。密度低，可定制不同长度,简化施工的同时也能节省生产与安装成本。 [0005] 为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种巷道支护装置，包括： [0006] 第一支撑件，其中，第一支撑件与巷道直接接触，第一支撑件外表面覆盖有复合材料； [0007] 第二支撑件，其中，第二支撑件为型钢，第二支撑件嵌在第一支撑件的腔体内； [0008] 第三支撑件，其中，第三支撑件为混凝土支撑，混凝土支撑由填充在第一支撑件内表面与型钢之间空白的腔体内的混凝土固化后形成的。 [0009] 本申请实施例中的巷道支护装置，采用外部的支撑件上缠绕复合材料，并且通过内部填充混凝土对内嵌的型钢支撑件进行有效约束，避免了屈曲破坏模式的出现，大大提升了钢材利用效率，保证巷道支护装置承载力稳定发挥。进一步地，第一支撑件外部缠绕的复合材料，对内部填充的混凝土形成环向约束，因此，装置承载力能够随变形增大持续提升，以缓解长期使用下巷道发生变形的问题。再有，型钢支撑件内嵌在第一支撑件内部，可以避免大规模的钢材外露。同时，外部缠绕的复合材料具有良好的耐腐蚀性，保护了混凝土支撑件与型钢支撑件，大大提升巷道支护装置耐久性能。 [0010] 根据本申请一个实施例的巷道支护装置，复合材料包括：纤维增强复合材料。 [0011] 根据本申请一个实施例的巷道支护装置，纤维增强复合材料，包括：玻璃纤维复合材料。 [0012] 根据本申请一个实施例的巷道支护装置，复合材料缠绕在第一支撑件的外表面。 [0013] 根据本申请一个实施例的巷道支护装置，第三支撑件在第一支撑件的腔体内连续布置或分段布置。 [0014] 根据本申请一个实施例的巷道支护装置，第三支撑件由工厂预制浇筑或者第一支撑件外表面预留注浆孔，通过注浆孔现场灌注混凝土。 [0015] 根据本申请一个实施例的巷道支护装置，型钢位于第一支撑件的截面中心。 [0016] 根据本申请一个实施例的巷道支护装置，型钢在第一支撑件的腔体内为连续布置。 [0017] 根据本申请一个实施例的巷道支护装置，型钢的截面形状为工字型、U型。附图说明 [0018] 图1为本申请一个实施例的巷道支护装置的截面示意图； [0019] 图2为本申请一个实施例的第一支撑件的截面示意图； [0020] 图3为本申请另一个实施例的巷道支护装置的截面示意图。具体实施方式 [0021] 下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。 [0022] 本申请第一方面实施例提出了一种巷道支护装置。 [0023] 图1为本申请一个实施例的巷道支护装置的截面示意图。如图1所示，巷道支护装置10，包括：第一支撑件1、第二支撑件2和第三支撑件3。 [0024] 第一支撑件1，其中，第一支撑件1与巷道直接接触，第一支撑件1外表面覆盖有复合材料； [0025] 第二支撑件2，其中，第二支撑件2为型钢，第二支撑件嵌在第一支撑件的腔体内； [0026] 第三支撑件3，其中，第三支撑件为混凝土支撑，混凝土支撑由填充在第一支撑件内表面与型钢之间空白的腔体内的混凝土固化后形成的。 [0027] 本申请第一支撑件1是与巷道直接接触，能够对巷道起到支护作用。本申请实施例中，第一支撑件1可以为外部缠绕复合材料的支撑件。如图1所示，第一支撑件1可以为一个外部缠绕复合材料的支撑管。该支撑管的截面形成为圆形。可选地，第一支撑件1的形状并不固定，第一支撑件1的形状可以包括门式形状、封闭圆形、椭圆形、变曲率圆形等，如图2。 [0028] 进一步地，第二支撑件2为型钢支撑件，通过该型钢支撑件对巷道起到增强支撑。第二支撑件2内嵌在第一支撑件1的腔体内。第二支撑件2内嵌在第一支撑件1内部，能够避免大规模的钢材外露，延长钢材的使用寿命。 [0029] 进一步地，第三支撑件3为混凝土支撑，该混凝土支撑由填充在第一支撑件1内表面与第二支撑件2之间空白的腔体内的混凝土固化后形成的。本申请中，在受压作用下内填充混凝土对内嵌的第二支撑件2进行有效约束，避免了屈曲破坏模式的出现，大大提升了钢材利用效率和支撑荷载。 [0030] 外部无复合材料缠绕的第一支撑件1由于钢材的三向受力行为，难以在高应力、大应变状态下装置承载力能够随变形增大持续提升，使得巷道支护装置难以在巷道逐渐增大的变形作用下提供稳定承载力。而本申请中在第一支撑件1的外部缠绕复合材料，能够对内部填充的混凝土形成环向约束，因此，装置承载力能够随变形增大持续提升，以缓解长期使用下巷道发生变形的问题。 [0031] 本申请实施例中的巷道支护装置，采用外部的支撑件上缠绕复合材料，并且通过内部填充混凝土对内嵌的型钢支撑件进行有效约束，避免了屈曲破坏模式的出现，大大提升了钢材利用效率，保证巷道支护装置承载力稳定发挥。进一步地，第一支撑件外部缠绕的复合材料，对内部填充的混凝土形成环向约束，因此，提供的承载力能够随变形增大持续增长，以缓解长期使用下巷道发生变形的问题。再有，型钢支撑件内嵌在第一支撑件内部，可以避免大规模的钢材外露。同时，外部缠绕的复合材料具有良好的耐腐蚀性，保护了混凝土支撑件与型钢支撑件，大大提升巷道支护装置耐久性能。 [0032] 由于纤维增强复合材料具有比强度高，比模量大、材料性能具有可设计性、抗腐蚀性和耐久性能好、热膨胀系数与混凝土的相近等特点，因此能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要。本申请中结合巷道的支护要求，可以选用这类纤维增强复合材料，以提高支护的安全性和耐久性。 [0033] 可选地，纤维增强复合材料可以包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。其中玻璃纤维比有机纤维耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音性好，抗拉强度高，电绝缘性好，且价格低廉。本申请中可以选用玻璃纤维这类复合材料。 [0034] 可选地，复合材料中纤维方向为环向或近似环向。本申请在第一支撑件1上缠绕复合材料时，可以采用平面缠绕或螺旋缠绕。在本申请中采用近似环向的缠绕方式在第一支撑件1上缠绕复合材料，能够充分利用了纤维主方向力学强度大的优点。 [0035] 第二支撑件2在巷道支护装置内为连续布置，不可截断，完整的第二支撑件2可以对巷道提供更加强的支撑力，有利于延长支护装置的寿命，提高巷道支护的安全性。 [0036] 可选地，第三支撑件3填充于外部第一支撑件1与第二支撑件2之间，可以选择普通混凝土、矸石混凝土或灌浆料。 [0037] 可选地，第三支撑件3在第一支撑件1的腔体内连续布置或分段布置。而且第三支撑件3由工厂预制浇筑或者第一支撑件外表面预留注浆孔，通过注浆孔现场灌注混凝土。 [0038] 图3为本申请实施例另一个实施例提供的巷道支护装置的截面示意图。如图3所示，第一支撑件1的截面形状为圆形，而第二支撑件2的截面形状为U形。 [0039] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。 [0040] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。 [0041] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。 [0042] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0043] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。 [0044] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。