一种托顶煤巷道桁架支护系统的制作方法

1.本实用新型涉及巷道顶板支护技术领域，尤其是涉及一种托顶煤巷道桁架支护系统。


背景技术：

2.在现有技术中，桁架系统通常是一种辅助支护系统.桁架支护系可以加强锚杆支护系统，承担顶板变形破坏后顶板的破碎岩石重量和破坏过程中的变形载荷。其最主要作用为：在高应力破碎顶板条件下，巷道顶板由于采动支承压力影响，锚杆锚索支护系统失效，桁架支护系统作为最后一道防线，支撑失效破碎的顶板岩石；层间距较小近距离煤层开采，锚索进入上部采空区而不起作用时，桁架代替棚子支护；在冲击地压矿井，冲击地压发生时，锚杆(索)支护系统可能瞬间失效造成顶板可能瞬间破坏。桁架系统用于支护瞬间破坏的顶板岩层。矿山巷道大量使用锚杆及锚索支护巷道围岩，为了提高支护效果，通常将锚杆或锚索打在钢带上，常用的钢带有w型、m型和梯形钢带。这些钢带护顶面积大，但因厚度较薄、抗弯能力差，在深井软弱顶板巷道支护中巷道大变形常出现撕裂、弯曲和破坏现象，有的深部矿井采用槽钢、工字钢、u型钢等型钢做为钢带支护巷道顶板。用型钢做为顶梁虽然提高了强度和刚性，但是在安装时比较麻烦，并且无法实现对重点部位的集中支护，此外，在这些复杂条件下特别是对于深部高地应力大跨度的巷道，巷道顶板离层变形特别严重，只靠目前使用的锚杆锚索所还不能有效支护顶板，经常发生顶板整体沿巷帮两壁剪切滑落的现象；另外由于受高应力作用，煤层巷道的帮部变形也很大，常常造成巷道收缩变形致使巷道无法使用。
3.申请号为：202010499485.9的中国发明专利公开了拱形巷道预应力锚索桁架与u型钢联合支护系统及方法，包括拱形巷道、u型钢支架以及与所述u型钢支架连接的锚杆索组件；所述锚杆索组件包括位于岩体的锚索件、锚索连接器和锁具，所述锚索连接器位于所述u型钢支架内，所述锚索件与所述u型钢支架连接；所述锚索件包括位于所述u型钢支架顶部的中锚索、位于所述中锚索右侧的右锚索以及位于所述中锚索左侧的左锚索，所述左锚索和所述右锚索通过所述锚索连接器分别与所述中锚索连接，所述中锚索通过所述锁具与所述u型钢支架顶部连接，并向u型钢内部空腔内注入水泥砂浆。然而该种拱形巷道预应力锚索桁架与u型钢联合支护系统中连接器的结构较为复杂，无法适用于平顶煤巷道的支护，其为刚性梁桁架结构，由工字钢，u-型钢或其他形式的型钢带作为水平件，两根或几根垂直锚索组成架体结构，这种结构很难起到桁架的作用，即其无法支撑失效破碎的顶板岩石。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种托顶煤巷道桁架支护系统。
5.为实现上述目的，本实用新型提出的技术方案是：
6.一种托顶煤巷道桁架支护系统，包括竖直锚杆，所述竖直锚杆锚固在煤巷道的顶部岩层中，还包括用于作为桁架系统主体的桁架机构、用于作为桁架系统端部连接结构的
连接机构以及用于将桁架机构配置在煤巷道顶部的承载机构，桁架机构位于所述竖直锚杆的底部且位于煤巷道的顶部，连接机构位于桁架机构的端部，承载机构位于桁架机构的上部且位于煤巷道的顶部岩层中。
7.桁架机构包括柔性钢带以及水平连接件，所述柔性钢带装配在所述竖直锚杆的下端且经由所述竖直锚杆配置在煤巷道的顶板底部，所述柔性钢带与煤巷道的顶板贴合设置，水平连接件设有两组，两组水平连接件并排间隔嵌设在所述柔性钢带内部，所述柔性钢带与水平连接件共同构成组合桁架结构。
8.水平连接件包括钢绞线以及抗冲连接器，所述钢绞线嵌设在所述柔性钢带内部，所述抗冲连接器设有两组，两组所述抗冲连接器对称设置在所述柔性钢带的两端内部且与所述柔性钢带固定连接，所述钢绞线的两端与两组所述抗冲连接器固定连接，所述钢绞线与所述抗冲连接器共同构成镶嵌让压防冲钢绞线结构。
9.连接机构包括安装座以及连接基座，所述安装座设有两组，两组所述安装座对称设置在所述柔性钢带的两端上部且与所述柔性钢带固定连接，所述连接基座对应两组所述安装座设有两组，两组所述连接基座分别设置在两组所述安装座的上端且与对应的所述安装座固定连接。
10.还包括安装钩，所述安装钩对应两组所述安装座设有两组，两组所述安装钩分别设置在两组所述安装座的下部且与对应的所述安装座固定连接，两组所述安装钩嵌设在所述柔性钢带的两端，所述安装座通过所述安装钩与所述柔性钢带固定连接，所述抗冲连接器与对应的所述安装钩挂接，所述安装座、所述连接基座以及所述安装钩共同构成桁架脚结构。
11.承载机构包括倾斜锚索以及端头组件，所述倾斜锚索设有两组，两组所述倾斜锚索对称设置在两组所述连接基座的上部且与对应的所述连接基座转动连接，所述倾斜锚索倾斜锚固在煤巷道的顶部岩层中，端头组件对应两组所述倾斜锚索设有两组，两组端头组件分别设置在两组所述倾斜锚索靠近所述连接基座的一端，所述倾斜锚索通过端头组件与对应的所述连接基座转动连接。
12.端头组件包括端头螺杆以及端头螺母，所述端头螺杆设置在所述倾斜锚索靠近所述连接基座的一端且与所述倾斜锚索转动连接，所述端头螺母设置在所述连接基座上部一侧且通过转轴与所述连接基座转动连接，所述端头螺杆与所述端头螺母螺纹连接。
13.所述倾斜锚索为索体上均匀间隔设有若干组凸节结构的鸟窝锚索。
14.所述竖直锚杆设有若干组，若干组所述竖直锚杆并排间隔设置在所述柔性钢带的上端且与所述柔性钢带固定连接，所述柔性钢带通过若干组所述竖直锚杆以及两组所述倾斜锚索配置在煤巷道的顶部。
15.本实用新型的有益效果是：
16.结构简单，设有桁架机构，其采用柔性钢带与钢绞线共同构成的柔性桁架结构，承载能力以及抗冲击性能高，护表承载面积大，其可进行适当钢塑保持柔性以适应煤巷道顶板凹凸不平的变化，设有连接机构，其便于桁架机构与承载机构的安装连接，装配方便，设有承载机构，采用倾斜鸟窝锚索结构，可以保证锚索的锚固端在巷道煤壁张拉破坏区之外，为锚杆支护系统提供辅助以加强锚杆支护系统的稳定性。
附图说明
17.图1是本实用新型整体结构示意图；
18.图2是本实用新型桁架机构与竖直锚杆配合剖视图；
19.图3是本实用新型桁架机构与承载机构配合示意图。
20.图中：1、竖直锚杆；2、柔性钢带；3、钢绞线；4、抗冲连接器；5、安装座；6、连接基座；7、安装钩；8、倾斜锚索；9、端头螺杆；10、端头螺母。
具体实施方式
21.下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述，
22.一种托顶煤巷道桁架支护系统，包括竖直锚杆1，竖直锚杆1锚固在煤巷道的顶部岩层中，还包括用于作为桁架系统主体的桁架机构、用于作为桁架系统端部连接结构的连接机构以及用于将桁架机构配置在煤巷道顶部的承载机构，桁架机构位于竖直锚杆1的底部且位于煤巷道的顶部，连接机构位于桁架机构的端部，承载机构位于桁架机构的上部且位于煤巷道的顶部岩层中，本实用新型整体结构示意图如图1所示。
23.桁架机构包括柔性钢带2以及水平连接件，柔性钢带2装配在竖直锚杆1的下端且经由竖直锚杆1配置在煤巷道的顶板底部，柔性钢带2与煤巷道的顶板贴合设置，水平连接件设有两组，两组水平连接件并排间隔嵌设在柔性钢带2内部，柔性钢带2与水平连接件共同构成组合桁架结构，桁架机构通过柔性钢带2以及水平连接件配合，构成组合桁架结构，其中，柔性钢带2用于作为桁架结构的主体，水平连接件用于与柔性钢带2共同构成组合桁架结构，满足桁架结构高承载能力、高抗冲击性能、高护表承载面积的要求，可对桁架机构进行适当钢塑以保持柔性以适应煤巷道顶板凹凸不平的变化，具体钢塑程度根据实际情况而定，本实用新型桁架机构与竖直锚杆1配合剖视图如图2所示。
24.水平连接件包括钢绞线3以及抗冲连接器4，钢绞线3嵌设在柔性钢带2内部，抗冲连接器4设有两组，两组抗冲连接器4对称设置在柔性钢带2的两端内部且与柔性钢带2固定连接，钢绞线3的两端与两组抗冲连接器4固定连接，钢绞线3与抗冲连接器4共同构成镶嵌让压防冲钢绞线3结构，水平连接件通过钢绞线3以及抗冲连接器4配合，用于作为柔性钢带2内部的水平连接结构以与柔性钢带2共同构成组合式桁架结构，其中，钢绞线3用于作为水平连接件的柔性主体结构，抗冲连接器4用于作为钢绞线3端部的连接结构以将钢绞线3嵌设在柔性钢带2内部，构成镶嵌双让压防冲钢绞线3结构，从而承受水平拉力和垂直剪力，并且水平连接件对应煤巷道顶板具有护表面积和刚性。
25.连接机构包括安装座5以及连接基座6，安装座5设有两组，两组安装座5对称设置在柔性钢带2的两端上部且与柔性钢带2固定连接，连接基座6对应两组安装座5设有两组，两组连接基座6分别设置在两组安装座5的上端且与对应的安装座5固定连接，连接机构通过安装座5以及连接基座6配合，构成桁架机构端部的连接结构，其中，安装座5用于作为桁架机构端部的安装基础，从而为连接基座6提供安装支撑，连接基座6用于与安装座5共同构成桁架机构端部的连接结构，从而将承载机构与桁架机构进行连接，本实用新型桁架机构与承载机构配合示意图如图3所示。
26.还包括安装钩7，安装钩7对应两组安装座5设有两组，两组安装钩7分别设置在两组安装座5的下部且与对应的安装座5固定连接，两组安装钩7嵌设在柔性钢带2的两端，安
装座5通过安装钩7与柔性钢带2固定连接，抗冲连接器4与对应的安装钩7挂接，安装座5、连接基座6以及安装钩7共同构成桁架脚结构，其中，安装钩7用于作为安装座5底部的安装结构以将安装座5与柔性钢带2安装连接，同时通过抗冲连接器4将安装座5与水平连接件进行连接以构成桁架脚结构，从而将水平连接件与承载机构连接并将合力传递至煤巷道的顶板上。
27.承载机构包括倾斜锚索8以及端头组件，倾斜锚索8设有两组，两组倾斜锚索8对称设置在两组连接基座6的上部且与对应的连接基座6转动连接，倾斜锚索8倾斜锚固在煤巷道的顶部岩层中，端头组件对应两组倾斜锚索8设有两组，两组端头组件分别设置在两组倾斜锚索8靠近连接基座6的一端，倾斜锚索8通过端头组件与对应的连接基座6转动连接，承载机构通过倾斜锚索8以及端头组件配合，构成桁架支护系统的承载结构，其中，倾斜锚索8用于作为桁架支护系统中的锚索结构，在煤巷道顶板破坏时仍然锚固在稳定岩层中，同时具有足够的承载能力，端头组件用于作为倾斜锚索8与连接机构连接端的可调节安装结构。
28.端头组件包括端头螺杆9以及端头螺母10，端头螺杆9设置在倾斜锚索8靠近连接基座6的一端且与倾斜锚索8转动连接，端头螺母10设置在连接基座6上部一侧且通过转轴与连接基座6转动连接，端头螺杆9与端头螺母10螺纹连接，端头组件通过端头螺杆9以及端头螺母10配合，作为倾斜锚索8连接端的可调节安装结构，其中，端头螺杆9用于作为倾斜锚索8连接端的安装结构，端头螺母10用于作为连接基座6上的安装结构，从而与端头螺杆9配合以构成调节结构，可通过端头螺杆9与端头螺母10之间的相对转动以调整倾斜锚索8的锚固长度，从而对桁架机构与煤巷道顶板的配合状态进行调节。
29.倾斜锚索8为索体上均匀间隔设有若干组凸节结构的鸟窝锚索，其中，倾斜锚索8采用鸟窝锚索结构可以使锚索结构具有吸能、抗冲击防断裂的优点。
30.竖直锚杆1设有若干组，若干组竖直锚杆1并排间隔设置在柔性钢带2的上端且与柔性钢带2固定连接，柔性钢带2通过若干组竖直锚杆1以及两组倾斜锚索8配置在煤巷道的顶部，其中，竖直锚杆1与倾斜锚索8的锚固点均在稳定岩层中。
31.其中，锚索的锚固端在煤巷道煤壁张拉破坏区之外，桁架脚离煤帮的距离大于顶板弯曲曲率变化点的位置，可根据围岩特点决定倾斜锚索8的倾角，根据矿压特点设计倾斜锚索8的承载能力，根据顶板围岩条件和压力特征确定水平连接件的护表面积，根据顶板压力特征和冲击地压条件确定水平连接件的承载能力。
32.工作原理：
33.柔性钢带2与水平连接件共同构成组合式柔性桁架结构，承载能力以及抗冲击性能高，护表承载面积大，水平连接件采用镶嵌双让压防冲钢绞线3结构，承受水平拉力和垂直剪力，连接机构通过安装座5、连接基座6以及安装钩7共同构成桁架脚结构，将水平连接件与承载机构连接并将合力传递至煤巷道的顶板上，承载机构通过倾斜锚索8与垂直锚杆将桁架结构配置在煤巷道顶部，支撑失效破碎的顶板岩石，端头组件用于作为倾斜锚索8与连接基座6的连接结构，便于桁架支护系统的安装。
34.本实用新型的有益效果是结构简单，设有桁架机构，其采用柔性钢带与钢绞线共同构成的柔性桁架结构，承载能力以及抗冲击性能高，护表承载面积大，其可进行适当钢塑保持柔性以适应煤巷道顶板凹凸不平的变化，设有连接机构，其便于桁架机构与承载机构的安装连接，装配方便，设有承载机构，采用倾斜鸟窝锚索结构，可以保证锚索的锚固端在
巷道煤壁张拉破坏区之外，为锚杆支护系统提供辅助以加强锚杆支护系统的稳定性。
35.以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种托顶煤巷道桁架支护系统，包括竖直锚杆(1)，所述竖直锚杆(1)锚固在煤巷道的顶部岩层中，其特征在于，还包括用于作为桁架系统主体的桁架机构、用于作为桁架系统端部连接结构的连接机构以及用于将桁架机构配置在煤巷道顶部的承载机构，桁架机构位于所述竖直锚杆(1)的底部且位于煤巷道的顶部，连接机构位于桁架机构的端部，承载机构位于桁架机构的上部且位于煤巷道的顶部岩层中。2.如权利要求1所述的一种托顶煤巷道桁架支护系统，其特征在于，桁架机构包括柔性钢带(2)以及水平连接件，所述柔性钢带(2)装配在所述竖直锚杆(1)的下端且经由所述竖直锚杆(1)配置在煤巷道的顶板底部，所述柔性钢带(2)与煤巷道的顶板贴合设置，水平连接件设有两组，两组水平连接件并排间隔嵌设在所述柔性钢带(2)内部，所述柔性钢带(2)与水平连接件共同构成组合桁架结构。3.如权利要求2所述的一种托顶煤巷道桁架支护系统，其特征在于，水平连接件包括钢绞线(3)以及抗冲连接器(4)，所述钢绞线(3)嵌设在所述柔性钢带(2)内部，所述抗冲连接器(4)设有两组，两组所述抗冲连接器(4)对称设置在所述柔性钢带(2)的两端内部且与所述柔性钢带(2)固定连接，所述钢绞线(3)的两端与两组所述抗冲连接器(4)固定连接，所述钢绞线(3)与所述抗冲连接器(4)共同构成镶嵌让压防冲钢绞线(3)结构。4.如权利要求3所述的一种托顶煤巷道桁架支护系统，其特征在于，连接机构包括安装座(5)以及连接基座(6)，所述安装座(5)设有两组，两组所述安装座(5)对称设置在所述柔性钢带(2)的两端上部且与所述柔性钢带(2)固定连接，所述连接基座(6)对应两组所述安装座(5)设有两组，两组所述连接基座(6)分别设置在两组所述安装座(5)的上端且与对应的所述安装座(5)固定连接。5.如权利要求4所述的一种托顶煤巷道桁架支护系统，其特征在于，还包括安装钩(7)，所述安装钩(7)对应两组所述安装座(5)设有两组，两组所述安装钩(7)分别设置在两组所述安装座(5)的下部且与对应的所述安装座(5)固定连接，两组所述安装钩(7)嵌设在所述柔性钢带(2)的两端，所述安装座(5)通过所述安装钩(7)与所述柔性钢带(2)固定连接，所述抗冲连接器(4)与对应的所述安装钩(7)挂接，所述安装座(5)、所述连接基座(6)以及所述安装钩(7)共同构成桁架脚结构。6.如权利要求5所述的一种托顶煤巷道桁架支护系统，其特征在于，承载机构包括倾斜锚索(8)以及端头组件，所述倾斜锚索(8)设有两组，两组所述倾斜锚索(8)对称设置在两组所述连接基座(6)的上部且与对应的所述连接基座(6)转动连接，所述倾斜锚索(8)倾斜锚固在煤巷道的顶部岩层中，端头组件对应两组所述倾斜锚索(8)设有两组，两组端头组件分别设置在两组所述倾斜锚索(8)靠近所述连接基座(6)的一端，所述倾斜锚索(8)通过端头组件与对应的所述连接基座(6)转动连接。7.如权利要求6所述的一种托顶煤巷道桁架支护系统，其特征在于，端头组件包括端头螺杆(9)以及端头螺母(10)，所述端头螺杆(9)设置在所述倾斜锚索(8)靠近所述连接基座(6)的一端且与所述倾斜锚索(8)转动连接，所述端头螺母(10)设置在所述连接基座(6)上部一侧且通过转轴与所述连接基座(6)转动连接，所述端头螺杆(9)与所述端头螺母(10)螺纹连接。8.如权利要求7所述的一种托顶煤巷道桁架支护系统，其特征在于，所述倾斜锚索(8)为索体上均匀间隔设有若干组凸节结构的鸟窝锚索。
9.如权利要求8所述的一种托顶煤巷道桁架支护系统，其特征在于，所述竖直锚杆(1)设有若干组，若干组所述竖直锚杆(1)并排间隔设置在所述柔性钢带(2)的上端且与所述柔性钢带(2)固定连接，所述柔性钢带(2)通过若干组所述竖直锚杆(1)以及两组所述倾斜锚索(8)配置在煤巷道的顶部。

技术总结
本实用新型公开了一种托顶煤巷道桁架支护系统，包括竖直锚杆，所述竖直锚杆锚固在煤巷道的顶部岩层中，还包括用于作为桁架系统主体的桁架机构、用于作为桁架系统端部连接结构的连接机构以及用于将桁架机构配置在煤巷道顶部的承载机构，桁架机构位于所述竖直锚杆的底部且位于煤巷道的顶部，连接机构位于桁架机构的端部，承载机构位于桁架机构的上部且位于煤巷道的顶部岩层中，本实用新型的有益效果是结构简单，设有桁架机构，其采用柔性钢带与钢绞线共同构成的柔性桁架结构，承载能力以及抗冲击性能高，护表承载面积大，设有连接机构，其便于桁架机构与承载机构的安装连接，装配方便，设有承载机构，可保证锚索的锚固端在巷道煤壁张拉破坏区之外。煤壁张拉破坏区之外。煤壁张拉破坏区之外。


技术研发人员：王亚杰
受保护的技术使用者：捷马支护（天津）矿山科技有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/9/23