專利名稱：施加預應力的礦井支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及施加預應力的礦井支架在地下礦井中，通常將細長礦井支架調(diào)整至適當長度，直立地安置在礦井工作面的吊壁和底壁之間。傳統(tǒng)的做法是用一木楔塊橫向打入支架的上端和懸壁之間，以將支架楔牢到位。這種楔塊幾乎沒施加預應力到支架上，一般只控制不讓支架倒塌。即使用楔塊定位，支架也可能由于采礦工作面的爆炸力而弄倒。也許更為重要的是，由于支架上缺乏有意義的預應力，它是不能馬上處于從懸壁上接受載荷的情況下。
為了提供較大的預應力，建議在支架一端和懸壁或底壁之間使用液壓千斤頂。千斤頂用液壓流體加壓，它能在支架縱向擴展，因而對支架施加預應力。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這里提供一礦井支架施加預應力裝置，它包括一根管，置于管內(nèi)的一杯狀元件，其包括一底面和固定于管內(nèi)壁上的圓柱形側(cè)壁，固定在管上并緊鄰所述杯狀元件的底面以相反的方向橫跨管的一相對元件，和一通過管壁導向的閥進口，其目的是為了引導加壓流體進入杯狀元件底面和相對元件之間的管內(nèi)，以便杯狀元件的底面變形，這樣相對元件與其分開。
當處于足夠高壓力下的流體通過閥進口被導入管內(nèi)時，杯狀元件的底面被設置成能變形以離開相對元件，這種設置是更好的。
在本發(fā)明的一個方案中，相對元件以板的形式橫跨于管上，本發(fā)明的另一個方案中，相對元件是一包括一底面和一固定于管內(nèi)壁上的圓柱形側(cè)壁的第二個杯狀元件，第二個杯狀元件被設置在與第一個杯狀元件相對的方向，杯狀元件的底面彼此相鄰，杯狀元件的圓柱形側(cè)壁從它們各自的底面以相反的方向延伸。第二個杯狀元件可與第一個杯狀元件相同，兩元件可相對于平分管的橫向中心平面對稱地布置。
另外，第一和第二杯狀元件的圓柱形側(cè)壁有著不同的長度，元件不對稱地被布置在管內(nèi)。
更優(yōu)選的是一個或每個杯狀元件的底面位于與管軸線垂直的平面內(nèi)，底面包括一平面形中心區(qū)域，其在底面的變形中保持大致與管軸線垂直。這可由以下布置獲得，即一個或每個杯狀元件包括一外接于底面平面形中心區(qū)域的環(huán)形凹槽。
杯狀元件能從鋼板拉伸制成或壓延而成。典型地，管是鋼制的，一個或每個杯狀元件的圓柱形側(cè)壁在其邊緣被焊接于管的內(nèi)壁，就一切情況而言，應優(yōu)選能足夠變形的杯狀元件，以便在足夠高壓力的流體作用下將里面翻作外面。
管還包括一向外伸出的內(nèi)螺紋插口，施加預應力裝置包括具有擰入插口中的外螺紋部分的單通閥。為了方便，單通閥有一適于與高壓泵連接頭接合的有接頭外端。一被鉸接的閥門實現(xiàn)不回流功能。根據(jù)本裝置一更佳特征，一固定在管外的耳部包圍并保護插口和閥。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，這里提供一包括如以上概述的施加預應力裝置的礦井支架，為每個杯狀元件所用，一插棒將一端可滑動地插入管中，以便位于杯狀元件中，由加壓流體導入所引起的杯狀元件底面變形迫使插棒套疊地伸出管外。
典型地，一根或每根插棒包括具有圓形橫截面并壓裝入管內(nèi)的一段木制構(gòu)件。
本發(fā)明的另一方面提供一包括如以上概述的施加預應力裝置的礦井支架，第一和第二插棒將它們的端部從相反方向滑動地插入管中以便位于第一和第二杯狀元件中，由加壓流體導入所引起的杯狀元件底面變形迫使插棒以相反的方向套疊地伸出管外。在這種情況下，最佳實施例具有木質(zhì)插棒，插棒之一包括一插入管中的圓柱形部分，一在管外的截頭錐形部分，和位于相應的圓柱形和截頭錐形部分之間的一臺肩，另一插棒整個呈圓柱形。
現(xiàn)參照附圖，通過實施例對本發(fā)明進行更詳細描述。
在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明顯示一礦井支架施加預應力裝置的放大橫截圖；圖2用圖解說明了包括圖1所示裝置的一礦井支架；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的一礦井支架施加預應力裝置的放大橫截面圖；圖4顯示了包括圖3裝置的一礦井支架；圖5顯示了本發(fā)明第三實施例的橫截面圖；圖6顯示了包括圖5裝置的一礦井支架；
圖7顯示了圖5實施例中變形后的施加預應力裝置；圖8顯示了圖5中的施加預應力裝置的平面圖；圖9是說明圖6支架性能的圖表；圖10顯示了本發(fā)明第四實施例的橫截面圖；圖11顯示了充液閥部件分解透視圖；圖12顯示了在裝配和安裝情況下閥的橫截面圖。
圖1所示的礦井支架施加預應力裝置有四個構(gòu)件，命名為一鋼管12，兩個相同的杯狀元件14以及一個進液閥16，每個杯狀元件由標準度量的薄鋼板拉伸或壓延而成，其有一底面18以及一外徑比管12的內(nèi)徑稍小的圓柱形側(cè)壁。
元件14彼此相對地位于管12中，它們的底面18互相接觸，側(cè)壁20互補地沿管12的內(nèi)壁面延伸，如圖1所示。
實際上，元件14的壁厚是足夠小的，以便它們的底面18容易變形。側(cè)壁20的末端被焊在管壁的22處。進液閥16被安裝在管12的插孔內(nèi)，并為進口24服務，進口24通過管壁延伸到由元件的底面接合處和側(cè)壁所確定的間隙26處。閥16是一單通閥，它允許流體流入管12，而不能反向流動。下面參照圖11和12更詳細地描述它。
圖2顯示了被安裝在一礦井采面34的懸壁30和底壁32之間的礦井支架28，其中包括裝置10，除了裝置10，礦井支架28還包括兩個具有圓形橫截面的木構(gòu)件或插棒36和38。此木插棒為典型的Saligna長度，它有著比管12的內(nèi)徑稍大的預定直徑，并被迫軸向地從每端進入管內(nèi)，其處于典型的受壓狀態(tài)。插棒36和38的內(nèi)端如所示那樣位于元件14內(nèi)，它們的內(nèi)端靠著底面18。
支架28的初始長度比回采工作面34的寬度略小，以便當支架直立地放置于底壁32上時，支架的上端，也就是插棒36的上端距懸壁下方一段短距離。
隨著支架如圖2所示被直立地安裝，水或其它液壓流體在高壓下通過閥16注入管12。水對元件14的底面18施加，迫使它們彼此分開，結(jié)果，插棒36和38以相反的方向頂出管。因而，支架28伸長，以讓插棒36的上端與懸壁30接觸。水壓使支架28在一預定大小的初始預加載荷下安置。
被預加載荷的支架現(xiàn)在處于承載的條件下，此載荷由懸壁施加于其上，隨著時間的推移，當懸壁朝底壁接近時，木插棒的每一端或兩端變形以適應這個接近，此時，支架繼續(xù)支撐著由懸壁施加于其上的載荷。
圖3顯示了本發(fā)明的另一實施例38。其中，上部拉伸制造的元件40比下部元件42淺，除此以外，在其它方面與第一實施例相同。在圖4已裝配的礦井支架中，一Saligna插棒44被塞入裝置的下端，一元件46被塞入其上端，元件46由可變形的材料制成，它安裝在支架上，以適應懸壁的形狀，也就是為了考慮到懸壁局部不規(guī)則的形狀。除了這個特征，圖5的支架與圖2的支架28以很相同的方式操作，當接近懸壁時，其被木插棒44的變形所接納。
一推出板被裝入裝置28、38，以便為懸壁提供較大的接觸面積。
圖5和7顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例在杯狀元件變形前后的施加預應力裝置，正如圖1的實施例，圖5中的施加預應力裝置50包括一外鋼管52，兩個相同的杯狀元件54和一個閥56。每個杯狀元件有一底面58和一圓柱形側(cè)壁60。杯狀元件彼此相對地位于管52的中心位置，且焊在管側(cè)壁的邊緣，如數(shù)字62所指示，閥56被從管52伸出的插孔64內(nèi)擰入，并同杯狀元件54底面58之間的管內(nèi)部連通。下面還要詳細描述閥56。
圖5的實施例與圖1的實施例之間一個重要的差別在于底面58的形狀。代替如圖1的平面形狀，每一底面58有一平面狀中心區(qū)域66和一外接環(huán)形凹槽68，其外端與側(cè)壁60接合。相對于由凹槽68限定的元件54的端部，中心區(qū)域66稍向內(nèi)移位。
凹槽68的出現(xiàn)影響了當杯狀元件的底面58通過閥56承受液壓時的變形方式。實際上，在對內(nèi)部壓力作出反應時，平面中心區(qū)域66的變形是相互移開的，彼此大致保持平行。與圖1的結(jié)構(gòu)相比，它較有利，因為中心區(qū)域66的大致平行移動確保了杯狀元件底面和木元件之間的接觸，正如以下描述的那樣，它們的接觸保持在一相對大的區(qū)域上，而不是在圖2所示杯狀元件底面凸起處這樣一個限定的區(qū)域上。
圖7顯示了經(jīng)內(nèi)部增壓后的施加預應力裝置。應該注意到杯狀元件實際上翻轉(zhuǎn)過來，而仍和管52相連，中心區(qū)域66仍大致相互平行。
圖6顯示了加壓前包括施加預應力裝置50的礦井支架70。除了施加預應力裝置50，支架70包括一上部木質(zhì)元件72和一下部木質(zhì)元件74。上部元件呈一已知的型材支架形狀，它有一錐形上端76，一臺肩78和一圓柱形部分80，圓柱形部分80壓入管12的上端，以便它的下端靠著上部杯狀元件54的中心區(qū)域66定位。下部元件74整個呈圓柱形，用一增強鋼環(huán)82外接在它的下端附近元件74的上端壓入管12的下端，以便靠著下部杯狀元件54的中心區(qū)域66定位。釘84通過管12上的孔釘入木質(zhì)元件72和74，以確保元件在管12中的插入位置保持不動。
在使用圖5所示的這種施加預應力裝置的實施例中，具有標稱直徑約為210mm的木質(zhì)元件72和74被壓入內(nèi)徑為209mm的管52內(nèi)。管的壁厚為4.5mm，整個管長為300mm。杯狀元件54有著相匹配的外徑，它由1.6mm鋼板壓制而成。每個杯狀元件的總深度就是圖5中的尺寸86，即為40mm。中心平面區(qū)域66向內(nèi)偏移量約為3mm。鋼環(huán)82由直徑為5mm的軟鋼線制成，其固定在下部木元件74上。木元件為Saligna的變形，支架的總長度是1.2m。
圖9顯示了以上描述的支架在壓力機作用下的性能。在圖中標記″A″的區(qū)域涉及支架的初始裝配和預加載荷。在試驗的開始，支架的下端被安放在壓力機的底壓板上，而支架的上端處于上壓板下約35mm處。管12內(nèi)用水增壓。這通過將一高壓、氣動操作泵連接到閥56上而獲得，下面還要更詳細描述它。管12的內(nèi)部增壓使底面58變形至圖7所示的相互分開的狀態(tài)。底面的變形增加了支架70的整個長度，從而引起上部木元件72的上端與上壓板接觸。內(nèi)部增加足夠施加一約27噸(270KN)的預加力，如圖9中″B″點所示。因而隨著時間的推移，由于木元件的塑性變形，載荷稍稍變小，如圖9中字母″C″所示。
在以上所述的初始預加載后，壓力機以每分鐘30mm這樣一個不變的接近速率操作。在圖9中用字母″D″表示在加載情況下支架的性能，在約200mm的接近距離時，可以看出支架連續(xù)地接受載荷直到約75噸(750KN)的最高水平。此后，由于木元件壓縮失敗，圖中″E″區(qū)存在迅速的卸載現(xiàn)象。
再參照圖5和7，應相信具有1.6mm厚度的環(huán)狀元件的尺寸86不應超過約60mm這個數(shù)值。實際上，當管通過閥56被加壓時，水壓作用在管12壁和杯狀元件的側(cè)壁60之間，并迫使側(cè)壁向內(nèi)。在初始增壓期間以及杯狀元件翻轉(zhuǎn)之前，側(cè)壁60被壓緊或夾緊在木元件的端部，這不易于木元件隨著杯狀元件底面58的相互移開而從管中頂出。
為了在預加載期間結(jié)出支架伸長足夠大的范圍，要求尺寸86一般不小于約30mm。
圖10顯示了施加預應力裝置80的第四個實施例，其中只有一個杯狀元件82。管12的上端由一圓形板84和杯狀元件82所封閉。與圖5的杯狀元件54在各個方面都類似，它被焊接在鄰近板的管內(nèi)。與閥56類似，閥86被擰入管81內(nèi)壁的插孔88內(nèi)。
在圖10實施例的操作中，通過閥86引起的管內(nèi)部增壓促使杯狀元件離開板84，而其底面的中心區(qū)域90保持大體與板平行。被壓裝到管下端的木質(zhì)元件92從管中沖出而伸長支架。依賴于它的厚度，板84也能在增壓期間變形。
在圖10中，可理解到板84將直接支撐礦井工作面的懸壁。雖然可以在與懸壁接觸的板上提供一橫向推出板，以提供較大的接觸面積。也可得知有著單個杯狀元件的支架與有著相對的兩個杯狀元件的在前實施例相比，安裝中的支架伸長范圍將減小。
現(xiàn)參照圖11和12，它們圖示了以上描述的實施例中所使用的閥16、56、86。閥包括一由玻璃增強尼龍制成的整體式閥體100和一閥罩102。閥體包括一由環(huán)形槽106形成的內(nèi)端104，由細牙外螺紋形成的108部分，橫截面是六角形的110部分，以及由一頭部116和一環(huán)形槽118組成的一外端部分114。一通道120從一端到另一端貫通閥體而延伸。
閥門罩102由有彈性的塑料材料制成，典型地如尼龍，其包括一開口環(huán)122，開口不能被撬開和定位于閥體100內(nèi)端的環(huán)形槽106處。通過整體纖維連在環(huán)122上的是閥門126，其有一基座部分128和一通過薄板132連接到基座部分128上的平面閉合部分130。板132的薄度允許130部分由箭頭134所指的方向相對于基座部分128鉸接。當閥門罩利用環(huán)122定位于槽106中而被安裝在閥體上時，纖維124位于104端的槽口135里。
閥體的螺紋部分108以密封的方式緊密地擰入管12壁上的內(nèi)螺紋插孔136中。六角形頭部分110方便了緊密配合，因其能用扳手或類似工具夾緊。
當管將被內(nèi)部增壓時，高壓泵或增壓器的高壓連接頭與閥體的外端部分114配合。高壓接頭是一有著底切法蘭的典型公知類型，法蘭能在接頭和114部分之間相對橫向滑動到槽118內(nèi)，以便接合到頭部116的后面。在高壓注入已經(jīng)完成后，向相反的方向滑動高壓泵接頭就能將它從114部分卸下。
在泵壓期間，水引起閥門罩102的閉合部分130旋轉(zhuǎn)到打開的位置，以允許水進入管12。在泵壓之后，水的內(nèi)壓使130部分旋轉(zhuǎn)到一關(guān)閉位置，在此130部分固定在閥體的內(nèi)端面140處，以防止內(nèi)部壓力損失。
以上所描述的閥具有簡單和經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)。它的一個優(yōu)點由以下事實而呈現(xiàn)出來，即，使閥體的伸出部分被折斷，例如由于采礦面處猛烈的橫向沖擊或爆炸，閥門罩受到保護并保持在它的固定位置而防止壓力損失。與更復雜的單通閥設計相比，這是有利的，單通閥包括內(nèi)部彈簧加載閥門罩，萬一閥的暴露部分由于爆炸或表面爆炸的影響而損壞，內(nèi)部密封組件可能被毀壞或被碰掉。
再參照圖11和12，可看出閥體也包括由此108部分螺紋螺距大的外螺紋形成的112部分。112部分通過螺紋連接頭被連接到位，一合適的薄漿被用來代替水而使管內(nèi)增壓。典型地，一螺紋連接頭被安裝在從灌漿泵延伸出來的軟管端。螺紋部分112也為兩級增壓提供方便，在兩級增壓中，薄漿首先在相對低壓下注入管內(nèi)，然后水以相對較高的壓力注入管內(nèi)，在只用水增壓的情況下，螺紋部分112可省略。
如圖8所示，管12可以有包圍閥而焊接在管上的附帶耳部。這保護閥在支架翻倒時可免遭破壞。假如在安裝之前，支架在地面或底壁上滾動，它也能保護閥。所圖示類型的耳部能在以上描述的任一個實施例中設置。
在以上描述的每個實施例中，管12可以設置吊鉤或其它懸掛點，借助于它爆炸隔板能自支架懸掛下來。
在每個實施例的增壓期間，在支架被伸長至與底壁和懸壁接觸之前，支架的上端可以被稍稍楔住定位，以防止支架倒塌。實際上，可僅在支架的上端和懸壁之間楔入一石塊或類似物而獲得。當施加預載荷時，石塊將從側(cè)面被擠出或被壓碎。
可以理解到在本發(fā)明的范圍內(nèi)可有很多變化。例如，在圖5和10的實施例中，一外接連通形凹槽可設置在圍繞底面的中心區(qū)域處。凹槽有助于引起底面中心區(qū)域的移動。當?shù)酌孀冃螘r，以保持和管的軸線垂直。然而在其它實施例中，這個目的可用其它方法實現(xiàn)，可能利用削弱底面來導致在削弱處的優(yōu)先變形。
權(quán)利要求
1.一種礦井支架施加預應力裝置包括一根管，置于管內(nèi)的一杯狀元件，其包括一底面和固定于管內(nèi)壁上的圓柱形側(cè)壁，固定在管上并緊鄰所述杯狀元件的底面以相反的方向橫跨管的一相對元件，一通過管壁導向的閥進口，以引導加壓流體進入杯狀元件底面和相對元件之間的管內(nèi)，以便杯狀元件的底面變形，這樣相對元件與其分開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于當足夠高壓力的流體通過閥進口被導入管內(nèi)時，杯狀元件的底面被設置成能變形以離開相對元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于相對元件以板的形式橫跨于管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于相對元件是一包括底面和固定于管內(nèi)壁上的圓柱形側(cè)壁的第二個杯狀元件，第二個杯狀元件被設置在與第一個環(huán)狀元件相對的方向，杯狀元件的底面彼此相鄰，杯狀元件的圓柱形側(cè)壁從它們各自的底面以相反的方向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于第二個杯狀元件與第一個杯狀元件是相同的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于第一和第二杯狀元件的圓柱形側(cè)壁有著不同的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于第一和第二杯狀元件相對于平分管的橫向中心平面對稱地布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于第一和第二杯狀元件不對稱地被布置在管內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項所述的礦井支架施加預應力裝置，其特征在于一個或每個杯狀元件的底面位于與管軸線垂直的平面內(nèi)，底面包括一平面形中心區(qū)域，其在底面的變形中保持大致與管軸線垂直。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于一個或每個杯狀元件包括一外接于底面平面形中心區(qū)域的環(huán)形凹槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10中任一項所述的礦井支架施加預應力裝置，其特征在于一個或每個杯形元件是從鋼板拉伸制成或壓延而成。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中任一項所述的礦井支架施加預應力裝置，其特征在于管由鋼制成，一個或每個環(huán)狀元件的圓柱形側(cè)壁在其邊緣被焊接于管的內(nèi)壁。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于借助于處于足夠高壓力下的流體，杯狀元件能足夠變形以便將里面翻作外面。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于管還包括一向外伸出的內(nèi)螺紋插口，施加預應力裝置包括具有擰入插口中的外螺紋部分的單通閥。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于單通閥有一適于與高壓泵接頭接合的帶有接頭外端。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的一種礦井支架施加預應力裝置，其特征在于所述單通閥包括一實現(xiàn)無回流功能的被鉸接閥門。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項所述的礦井支架施加預應力裝置，它還包括固定在管外的耳部。耳部包圍并保護插口和閥。
18.根據(jù)權(quán)利要求2至17中任一項所述的施加預應力裝置的礦井支架，為每個杯狀元件所用，一插棒將一端可滑動地插入管中，以便位于杯狀元件中，由加壓流體導入所引起的杯狀元件底面變形迫使插棒套疊地伸出管外。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的礦井支架，其特征在于一根或每根插棒包括具有圓形橫截面并壓裝入管內(nèi)的一段木質(zhì)元件。
20.包括根據(jù)權(quán)利要求4至8任一項所述的施加預應力裝置的礦井支架，第一和第二插棒將它們的端部從相反方向滑動地插入管中以便位于第一和第二杯狀元件中，由加壓流體導入所引起的杯狀元件底面變形迫使插棒以相反的方向套疊地伸出管外。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種礦井支架，其特征在于兩根插棒都是木質(zhì)的，插棒之一包括一插入管中的圓柱形部分，一在管外的截頭錐形部分，和位于相應的圓柱形和截頭錐形部分之間的一臺肩，另一插棒整個呈圓柱形。
全文摘要
礦井支架施加預應力裝置10包括管12，位于管內(nèi)的杯狀元件14，其包括一底面18以及一固定在管內(nèi)壁的圓柱形側(cè)壁20。一相對元件以與杯狀元件相對的方向也固定于管上。貫穿管壁的閥進口引導一加壓流體進入杯狀元件的底面和相對元件之間的管內(nèi)。如果流體處于足夠高的壓力下，杯狀元件的底面和相對元件變形至彼此分開。典型地，相對元件是相同或相似的杯狀元件(14)。裝置10是礦井支架的部分組件，礦井支架還包括可滑動地插入管中以便定位于杯狀元件中的插棒(36，38)，當加壓流體被引入管中時，插棒被套疊地頂出管外。
文檔編號E21D15/00GK1145977SQ9611097
公開日1997年3月26日 申請日期1996年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月5日
發(fā)明者G·H·克拉克 申請人:Hl及H木材產(chǎn)品有限公司