沿空巷道约束混凝土支柱施工装备及机械化施工方法技术

本发明专利技术公开了一种沿空巷道约束混凝土支柱施工装备及机械化施工方法，包括如下步骤：1)沿空巷道形成后，将立柱运输至安装位置处，操作机械手将立柱夹住竖起，将立柱安装到设定位置处，调节立柱顶部的间距调节结构使第二钢板与巷道顶部紧密贴合，在第二钢板与第一钢板之间填充支持物；2)安装下一立柱，使相邻立柱间的距离为设定距离；3)安装侧向护帮装置；4)相邻立柱间采用连接筋连接，将连接筋的两端的弯折段分别卡挂于相邻两立柱侧面的连接孔上，使侧向护帮装置位于连接筋与巷道侧壁之间；5)按照步骤1)‑4)完成支顶护帮装置的安装。可实现约束混凝土立柱和相应的侧向连接装置的机械化安装，安装过程省时、省力，且工作效率高。

Construction Equipment and Mechanized Construction Method of Confined Concrete Pillar in Gob-side Roadway

The invention discloses a construction equipment and mechanized construction method of confined concrete pillars along goaf roadways, which comprises the following steps: 1) after goaf roadways are formed, the pillars are transported to the installation position, the manipulator clamps the pillars to the erection position, the pillars are installed to the set position, the spacing between the top of the pillars is adjusted to make the second steel plate and the top of the roadway closely adhere to each other, and in the second place. Fill the support between the steel plate and the first steel plate; 2) install the next pillar to set the distance between adjacent pillars; 3) install the lateral retaining device; 4) connect the adjacent pillars with connecting bars, and fix the bending sections of the two ends of the connecting bars on the connecting holes on the side of adjacent two pillars, so that the lateral retaining device is located between the connecting bars and the side wall of the roadway; 5) follow step 1). 4) Complete the installation of supporting and supporting device. It can realize the mechanized installation of confined concrete columns and corresponding lateral connection devices, save time, labor and work efficiency.

【技术实现步骤摘要】
沿空巷道约束混凝土支柱施工装备及机械化施工方法
本专利技术属于巷道挡矸支护领域，具体涉及一种巷道挡矸支护约束混凝土立柱支顶护帮体系及其机械化施工方法。
技术介绍
煤炭开采过程中，在工作面割煤后，通过沿采空区边缘布置一排挡矸支护结构来抵抗采空区垮落矸石运动产生的冲击载荷，防止矸石窜入巷道，同时使矸石沿挡矸结构堆积形成稳定的采空区侧巷帮。目前，常用的挡矸支护方案是U型钢支架和金属网沿边墙侧对碎石进行初步挡设，然后在U型钢和金属网的外侧采用切顶护帮支架对巷顶进行支护。采用该种支护方案时，需要将钢筋网、U型钢和轴压承载装置依次架设和安装。切顶护帮支架存在重量大、安装困难、成本高、需要定制以及加工周期长等问题。U型钢等支护构件则无法有效回收进行二次利用，造成极大的资源浪费。所以，这种支护方案存在成本高、施工效率慢等问题，亟需一种施工成本低、施工效率快的新型支护方式。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的以上问题，本专利技术提供了一种沿空巷道约束混凝土支柱施工装备及机械化施工方法，可实现约束混凝土立柱和相应的侧向连接装置的机械化安装，安装过程省时、省力，且工作效率高。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种沿空巷道约束混凝土支柱施工装备，包括至少两个立柱、侧向护帮装置和至少两个连接筋，所述立柱包括立柱本体、安装于立柱本体底部的垫脚钢板和安装于立柱本体顶部的间距调节结构，所述立柱本体包括钢管和填充于钢管内部的混凝土结构，钢管上加工有至少两个连接孔，连接孔位于钢管的同一母线上；所述间距调节结构包括第一钢板、第二钢板和至少两个导杆，第一钢板焊接于立柱本体的顶部，使第一钢板与立柱本体的顶部平行，第二钢板与第一钢板平行，第一钢板或第二钢板上设置至少两个通孔，所述导杆垂直焊接于第二钢板或第一钢板上，且分别穿过所述通孔，以调节第一钢板与第二钢板之间的距离；每个连接筋的两端弯折设置，与立柱上的连接孔配合连接，立柱并列设置，相邻两个立柱之间连接有至少两个连接筋，得到第一加强层，将所述侧向护帮装置固定于待支护表面。立柱的底部设置有垫脚钢板，垫脚钢板具有较大的横截面积，将立柱进行支护时，可以与地面有较大的接触面积，以提高立柱支护的强度和稳定性。立柱的顶部设置有间距调节结构，将立柱竖立起来后，调节第一钢板和第二钢板之间的距离，使第二钢板与巷道顶部紧密接触，实现立柱对巷道顶部的支护作用。可以在第一钢板与第二钢板之间填充木楔、不同厚度的钢板等，以实现牢固支护。支柱为钢管-混凝土复合结构，一方面可以保证支柱具有较高的强度，另一方面在钢管上可以焊接把手、加工连接孔、垫脚钢板的焊接以及实现第一钢板的焊接固定等作用。连接筋的两侧弯折，弯折段与支柱上的连接孔配合连接，便于将相邻两支柱拆卸连接。采用以上结构便于实现支护结构的机械化施工，同时以上结构较为简单，降低了支护成本。优选的，所述侧向护帮装置为钢筋网，立柱侧向紧贴钢筋网，对钢筋网施加作用力，将钢筋网固定在待支护面上。该种结构施工简单，大大节省了施工成本和施工时间。进一步优选的，每个钢管上加工有至少两个第二连接孔，第二连接孔位于同一母线上连接筋两端弯折，将相邻的立柱的同一高度位置的第二连接孔连接，得到第二加强层。更进一步优选的，所述侧向护帮装置位于第一加强层和第二加强层之间。优选的，所述侧向护帮装置为护帮钢板或护帮钢筋网。进一步优选的，所述护帮钢板为整块钢板。此种是整体式护帮钢板。进一步优选的，相邻两立柱之间的护帮钢板包括第一钢板和第二钢板，两块钢板分别与两立柱之间采用销轴连接，形成对开门结构。此种是分离式护帮结构，采用该种结构既方便护帮钢板安装在立柱上，只需要将第一钢板和第二钢板分别与立柱之间销轴连接即可，可解决护帮钢板重量大、安装困难等问题；又不会减弱钢板对碎石帮的支护作用。进一步优选的，所述护帮钢筋网包括四周的钢板加强结构和中间的钢筋网，钢板加强结构与钢筋网之间焊接，钢板加强结构与立柱之间采用销轴连接。优选的，所述垫脚钢板包括支撑钢板和至少两个加强筋，支撑钢板的面积大于立柱的底面积，支撑钢板焊接于立柱的底面，且支撑钢板与立柱之间焊接所述加强筋。采用支撑钢板与立柱底面进行焊接，并焊接加强筋，利于立柱在安装过程中稳固和受力过程中分散压力。优选的，所述立柱的钢管的截面形状为矩形或圆形。优选的，所述立柱的钢管侧面焊接有施工把手。可根据约束混凝土支顶柱的重量和人员操作方便性设置不同数量和设置在不同的位置。优选的，所述间距调节结构中，第一钢板上设置有至少两个螺栓孔，螺栓孔中穿过螺栓，拧动螺栓，对第一钢板与第二钢板之间的距离进行调节。优选的，所述导杆焊接在第一钢板上，第二钢板的对应位置加工通孔，导杆穿过通孔。进一步优选的，所述第一钢板和第二钢板的侧面反向倾斜设置，使得第一钢板和第二钢板的最外侧之间的距离大于内侧之间的距离。更进一步优选的，与所述巷道挡矸支顶护帮装置配合的自动化安装设备，包括行走平台、回转平台、动力臂和机械手，所述回转平台安装在行走平台上，动力臂安装在回转平台上，回转平台通过旋转调节动力臂的方向，动力臂的最前端安装机械手，所述机械手上安装有夹具，夹具的张口可调节。夹具端部容易伸入第一钢板与第二钢板之间，通过调节夹具的张口大小，便于调节第一钢板与第二钢板之间的距离。可适用于不同截面形式的约束混凝土立柱。一种沿空巷道约束混凝土支柱机械化施工方法，包括如下步骤：1)巷道掘进完成后，将立柱运输至安装位置处，操作机械手将立柱夹住竖起，将立柱安装到设定位置处，调节立柱顶部的间距调节结构使第二钢板与巷道顶部紧密贴合，在第二钢板与第一钢板之间填充支持物；2)安装下一立柱，使相邻立柱间的距离为设定距离；3)安装侧向护帮装置；4)将相邻立柱间采用连接筋连接，将连接筋的两端的弯折段分别卡挂于相邻两立柱侧面的连接孔上；5)按照步骤1)-4)完成支顶护帮装置的安装。本专利技术的有益效果为：(1)立柱的底部设置有垫脚钢板，垫脚钢板具有较大的横截面积，将立柱进行支护时，可以与地面有较大的接触面积，以提高立柱支护的强度和稳定性。立柱的顶部设置有间距调节结构，将立柱竖立起来后，调节第一钢板和第二钢板之间的距离，使第二钢板与巷道顶部紧密接触，实现立柱对巷道顶部的支护作用。可以在第一钢板与第二钢板之间填充木楔、不同厚度的钢板等，以实现牢固支护。支柱为钢管-混凝土复合结构，一方面可以保证支柱具有较高的强度，另一方面在钢管上可以焊接把手、加工连接孔、垫脚钢板的焊接以及实现第一钢板的焊接固定等作用。连接筋的两侧弯折，弯折段与支柱上的连接孔配合连接，便于将相邻两支柱可拆卸连接。本专利技术通过整个体系的设置，方便拆卸回收，施工速度快，能实现循环利用，从而可降低施工成本、提高施工效率。(2)采用本专利技术可将现场立柱进行机械化安装，减少工人数量，极大程度减少了工人劳动强度，节省大量成本的同时提高了施工安全性。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术约束混凝土支顶柱示意图；图2为本专利技术钢筋式纵向连接件示意图；图3(a)、图3(b)为本专利技术不同形式的护帮装置示意图；图4为本专利技术约束混凝土立柱机械化施工示意图；图5为本专利技术尖头状承压装置；图6为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沿空巷道约束混凝土支柱施工装备，其特征在于：包括至少两个立柱、侧向护帮装置和至少两个连接筋，所述立柱包括立柱本体、安装于立柱本体底部的垫脚钢板和安装于立柱本体顶部的间距调节结构，所述立柱本体包括钢管和填充于钢管内部的混凝土结构，钢管上加工有至少两个连接孔，连接孔位于钢管的同一母线上；所述间距调节结构包括第一钢板、第二钢板和至少两个导杆，第一钢板焊接于立柱本体的顶部，使第一钢板与立柱本体的顶部平行，第二钢板与第一钢板平行，第一钢板或第二钢板上设置至少两个通孔，所述导杆垂直焊接于第二钢板或第一钢板上，且分别穿过所述通孔，以调节第一钢板与第二钢板之间的距离；每个连接筋的两端弯折设置，与立柱上的连接孔配合连接，立柱并列设置，相邻两个立柱之间连接有至少两个连接筋，得到第一加强层，将所述侧向护帮装置固定于待支护表面。

【技术特征摘要】
1.一种沿空巷道约束混凝土支柱施工装备，其特征在于：包括至少两个立柱、侧向护帮装置和至少两个连接筋，所述立柱包括立柱本体、安装于立柱本体底部的垫脚钢板和安装于立柱本体顶部的间距调节结构，所述立柱本体包括钢管和填充于钢管内部的混凝土结构，钢管上加工有至少两个连接孔，连接孔位于钢管的同一母线上；所述间距调节结构包括第一钢板、第二钢板和至少两个导杆，第一钢板焊接于立柱本体的顶部，使第一钢板与立柱本体的顶部平行，第二钢板与第一钢板平行，第一钢板或第二钢板上设置至少两个通孔，所述导杆垂直焊接于第二钢板或第一钢板上，且分别穿过所述通孔，以调节第一钢板与第二钢板之间的距离；每个连接筋的两端弯折设置，与立柱上的连接孔配合连接，立柱并列设置，相邻两个立柱之间连接有至少两个连接筋，得到第一加强层，将所述侧向护帮装置固定于待支护表面。2.根据权利要求1所述的施工装备，其特征在于：每个钢管上加工有至少两个第二连接孔，第二连接孔位于同一母线上连接筋两端弯折，将相邻的立柱的同一高度位置的第二连接孔连接，得到第二加强层；优选的，所述侧向护帮装置位于第一加强层和第二加强层之间。3.根据权利要求1所述的施工装备，其特征在于：所述侧向护帮装置为护帮钢板或护帮钢筋网；优选的，所述护帮钢板为整块钢板；或，相邻两立柱之间的护帮钢板包括第一钢板和第二钢板，两块钢板分别与两立柱之间采用销轴连接，形成对开门结构；优选的，所述护帮钢筋网包括四周的钢板加强结构和中间的钢筋网，钢板加强结构与钢筋网之间焊接，钢板加强结构与立柱之间采用销轴连接。4.根据权利要求1所述的施工装备，其特征在于：所述垫脚钢板包括支撑钢板和至少两个加强筋，支撑钢板的面积大于立柱的底面积，支撑钢板焊接于立柱的底面，且支撑钢板与立柱之间焊接所述加强筋。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，江贝，曾昭楠，
申请(专利权)人：王琦，山东天勤矿山机械设备有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37