CN107939433A - 跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，包括内循环内压平衡式三伸缩立柱、高相关度四连杆机构的无缝对接结构、高强伸缩推移杆结构、双位平衡千斤顶结构、支架成套防倒防滑装置、弯型掩护梁结构、轻型活动式连杆侧护板结构、千斤顶嵌入式伸缩梁机构。跨越了现有支架的分类，可以涵盖相邻两种甚至三种厚度煤层，比如：支架的应用支护范围包括了薄煤层和中厚煤层，或者涵盖了中厚煤层和厚煤层等等，相当于两种或三总不同架型的支护范围，满足两种或三种支架的特点。可以实现工作面超长距离推进，提高煤炭资源的回收率。

Description

跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备

技术领域

本发明涉及一种煤矿综采工作面液压支架，尤其涉及一种跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备。

背景技术

当前综采工作面液压支架，按适用煤层高度可分为：薄煤层液压支架、中厚煤层液压支架、厚煤层液压支架和特厚煤层液压支架几类。

随着现代开采技术的发展，工作面超长推进距离和煤炭资源高回收率要求的提高，跨限高支架越来越成为煤炭开采的迫切需求。

现有技术中，为加大支护设备的可能适应范围，采取了加大立柱安装倾斜角度、尽可能减小立柱伸出部分含入段、优化四连杆曲线、减小支架伸展时立柱倾角等多项技术改良措施，使支护设备的伸缩比达到：低工作阻力(小于5000kN)2.5，中等工作阻力(5000～8000kN)2.4，大工作阻力(大于8000kN)2.3。

现有技术的缺点：

受立柱伸缩比、四连杆稳定机构的限制，适应煤层厚度跨度范围不足，不能满足大跨度煤层开采生产实际需要；支护设备在低位应用时，支护效率低下、掩护梁煤矸下滑角度小，生产应用使用性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，包括内循环内压平衡式三伸缩立柱、高相关度四连杆机构的无缝对接结构、高强伸缩推移杆结构、双位平衡千斤顶结构、支架成套防倒防滑装置、弯型掩护梁结构、轻型活动式连杆侧护板结构、千斤顶嵌入式伸缩梁机构。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，跨越了现有支架的分类，可以涵盖相邻两种甚至三种厚度煤层，比如：支架的应用支护范围包括了薄煤层和中厚煤层，或者涵盖了中厚煤层和厚煤层等等，相当于两种或三总不同架型的支护范围，满足两种或三种支架的特点；

突破了传统支架的支护高度范围限制，实现了大跨度煤层开采支护。跨限高支架的应用，可以实现工作面超长距离推进，提高煤炭资源的回收率，提高矿业集团支护设备的利用率，推动支护设备技术的发展与进步，有利于支护设备标准化、系列化发展。

附图说明

图1为本发明实施例中内循环内压平衡式三伸缩立柱的结构示意图；

图2为本发明实施例中高相关度四连杆机构的无缝对接结构的示意图；

图3为本发明实施例中低采煤时前连杆后位的结构示意图；

图4为本发明实施例中低采煤时前连杆前位的结构示意图；

图5为本发明实施例中高采煤时前连杆前位的结构示意图；

图6为本发明实施例中高采煤时前连杆后位的结构示意图；

图7为本发明实施例中高强伸缩推移杆结构的示意图；

图8为本发明实施例中高强伸缩推移杆收回的结构示意图；

图9为本发明实施例中高强伸缩推移杆伸出的结构示意图；

图10为本发明实施例中支撑式平衡的结构示意图；

图11为本发明实施例中掩护式平衡的结构示意图；

图12为本发明实施例中双位平衡切换防护的结构示意图；

图13为本发明实施例中弯型掩护梁的结构示意图；

图14为现有技术中直型掩护梁的结构示意图；

图15为本发明实施例中轻型活动式连杆侧护板的结构示意图；

图16为本发明实施例中低位开采支护状态的结构示意图；

图17为本发明实施例中高位开采支护状态的结构示意图；

图18为本发明实施例中伸缩梁的仰视结构示意图；

图19为本发明实施例中伸缩梁的箱体断面结构示意图；

图20为本发明实施例中顶梁唇板的结构示意图；

图21为本发明实施例中顶梁的结构示意图；

图22为现有技术中伸缩梁与托梁中部的纵向断面结构示意图；

图23为本发明实施例中伸缩梁与托梁中部的纵向断面结构示意图。

图中：

1、立柱大缸，2、底阀A，3、底阀B，4、导向套，5、一级中缸，6、二级中缸，7、三级中缸，8、压力平衡杆，9、活塞；

11、固定于底座上的千斤顶耳座及销轴，12、前连杆下铰点调位千斤顶，13、固定于前连杆上的千斤顶耳座及销轴，14、固定块及限位装置，15、前连杆下铰点销轴，16、滑块及固定装置；

21、内推杆，22、固定销轴，23、外推杆；

31、平衡千斤顶，32、双位平衡切换防护千斤顶；

41、连杆，42、拆装式连杆侧护板；

51、伸缩梁，52、护帮千斤顶，53、伸缩梁箱体断面，54、顶梁唇板，55、伸缩梁千斤顶，56、顶梁。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其较佳的具体实施方式是：

包括内循环内压平衡式三伸缩立柱、高相关度四连杆机构的无缝对接结构、高强伸缩推移杆结构、双位平衡千斤顶结构、支架成套防倒防滑装置、弯型掩护梁结构、轻型活动式连杆侧护板结构、千斤顶嵌入式伸缩梁机构。

所述内循环内压平衡式三伸缩立柱包括立柱大缸、底阀A、底阀B、导向套、一级中缸、二级中缸、三级中缸、压力平衡杆、活塞，通过缸壁钻孔形成各级缸之间的液体循环通道，在所述三级中缸内设置压力平衡杆机构。

所述高相关度四连杆机构的无缝对接结构包括前连杆下铰点调位千斤顶，前连杆的下铰点设有前后两个位置，所述前连杆下铰点调位千斤顶连接于底座与所述前连杆之间。

所述高强伸缩推移杆结构包括内推杆、外推杆，内推杆与外推杆之间为抽屉式伸缩活动结构并通过固定销轴连接，所述内推杆和/或外推杆上设有多个销轴固定位置。

所述双位平衡千斤顶结构包括平衡千斤顶，所述平衡千斤顶的两端分别连接在顶梁和掩护梁上，或者所述平衡千斤顶的两端分别连接在顶梁和底座上，所述平衡千斤顶设有双位平衡切换防护千斤顶。

所述支架成套防倒防滑装置包括：

在支架的顶梁和底座分别预留防倒防滑安装位置，并通过所述防倒防滑安装位置设置相邻顶梁相连的防倒装置、相邻底座相连的防滑装置、刮板机防滑装置。

所述弯型掩护梁结构包括：

将支架的掩护梁设计成弯型。

所述轻型活动式连杆侧护板结构包括：

将支架的连杆侧护板设计成拆装式连杆侧护板。

所述千斤顶嵌入式伸缩梁机构包括：

将伸缩梁千斤顶的梁体外挂式结构改变为梁体内镶嵌式结构，并采用伸缩梁托梁一体化结构。

本发明的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，跨越煤层分类限制高度，实现立柱及稳定结构的超大伸缩比，支护范围能够适用于两种或更多相邻分类煤层高度，具备较低和较高两种支架的特点，配套设备能够适应较低和较高两种或更多种类采煤机和刮板运输机，对于不同的煤层和地质条件具备较强的适应性和通用性。

具体应用举例：

ZY12000/18/52D型掩护式液压支架：

伸缩比达到2.89；

支护范围能够适应2.0～5.0米大跨度厚度煤层开采；

能够适应配套“MG650/1690-WD采煤机、GZ1000/2*1000刮板输送机”，能够适应配套“MG450/1020-WD采煤机、SGZ960/1400刮板机”等；

在支架采高2～3米时，在生产现场微调四连杆机构，减小立柱倾角3～4度，提高支架的支护效率；

采用弯型掩护梁，加大低位采高时掩护梁水平夹角，更加适应低采高综采支护；

采用千斤顶嵌入式伸缩梁机构，减薄支架梁体的厚度，加大架内配套设备安置空间；

掩护式平衡机构与支撑掩护式平衡机构的切换应用，可以大幅调节支架切顶能力，使支架更加适应不同的顶板条件；

支架防倒防滑装置的设置，使支架适应不同倾角工作面的开采支护；

支架抬底及防护装置的设置，使支架适应不同底板条件工作面的安全开采。

ZY12000/18/52D型掩护式液压支架：

能够适应2～5米不同厚度煤综采支护，能够适应2～5米大跨度煤层综采支护，能够适应不同地质条件工作面煤层综采支护，具有很强的通用性与适应性。

本发明解决了三伸缩油缸在矿用支架的特高压系统的应用，实现立柱超大伸缩比；解决支架稳定机构的超大伸缩比实现问题；解决了支架大跨度煤层，各厚度开采支护的适应性；解决了支架与两种或多种开采运输设备的配套适应性；解决了支架对大倾角工作面、较软地板、较坚硬顶板等不同工作面地质条件的适应性。

具体实施例：

一、内循环内压平衡式三伸缩立柱：

1、发明原理：

1)立柱各级缸体产生的液压推力是相同的，三级缸液压面积最小，液压比压最大。在三级缸内设置压力平衡杆机构，增加液体压力受力面积，降低三级缸液压比压。

2)通过缸壁钻孔实现各级缸之间液体循环流动，二、三级缸体不必设置外部进液口。

2、实现结构：

如图1所示，包括立柱大缸1、底阀A2、底阀B3、导向套4、一级中缸5、二级中缸6、三级中缸7、压力平衡杆8、活塞9。

3、具体实施举例：

ZY12000/18/52D型液压支架立柱，缸径Φ440/340/230mm，行程3400mm；

大缸液压39.5MPa，一级中缸液压66MPa，二级中缸液压108MPa；

采用当前技术的钢材材质、密封及底阀，能够满足应用要求，实现了三伸缩油缸在矿用支架的特高压系统的应用。

二、高相关度四连杆机构的无缝对接结构：

1、发明原理：

通过千斤顶调节前连杆下铰点的前后两个位置，千斤顶一段固定在底座上，一段固定在前连杆上，调节位置后将下铰点位置固定，变换为另一种四连杆机构。使具备低采高和高采高支架支护特点，

2、实现结构：

如图2所示，包括固定于底座上的千斤顶耳座及销轴11、前连杆下铰点调位千斤顶12、固定于前连杆上的千斤顶耳座及销轴13、固定块及限位装置14、前连杆下铰点销轴15、滑块及固定装置16。

具体实施举例：

ZY12000/18/52D掩护式液压支架，前连杆下铰点前后位置相距60mm；

如图3、图4所示，在低位采煤时(3.2米以下)，前连杆下铰点在后位。此状态时，支架性能与前连杆下铰点在前位相比，①立柱水平倾角加大，支护效率提高；②支架切顶力加大；③掩护梁水平夹角加大，支架背矸力减小；④支架底座对底尖端比压减小；⑤支架整体受力状态改善；

如图5、图6所示，在高位采煤时(3.2米以上)，前连杆下铰点在前位。此状态时，支架性能与前连杆下铰点在后位相比，①缩小梁端距，使梁端距在合适的范围；②支架重心前移，使支架处于更稳定状态；③改善支架在高位采煤时的整体受力状态。

三、高强伸缩推移杆结构：

1、发明原理：

将推移杆设计成为抽屉式伸缩活动结构，用销轴固定位置，可以调节推移杆的长度，从而调节与推移杆连接的配套设备与支架之间的位置关系。

2、实现结构：

如图7所示，包括内推杆21、外推杆23，内推杆21与外推杆23之间通过固定销轴22连接。

3、具体实施举例：

ZY12000/18/52D掩护式液压支架：

如图8、图9所示，伸缩推移杆设置两组微调孔，孔距150mm；两组微调控支架相距一个步距。

伸缩推移杆的应用作用：

通过伸缩推移杆的调节，能够适应配套“MG650/1690-WD采煤机、GZ1000/2*1000刮板输送机”，也能够适应配套“MG450/1020-WD采煤机、SGZ960/1400刮板机”等；

通过调节伸缩推移杆，能够实现即时支护和滞后支护两种综采支护配套方式。

四、双位平衡千斤顶结构：

1、发明原理：

掩护式平衡千斤顶是指平衡千斤顶的两端分别连接在顶梁和掩护梁上，支架切顶力是由千斤顶的拉力产生的；支撑式平衡千斤顶是指平衡千斤顶的两端分别连接在顶梁和底座上，支架切顶力是由千斤顶的推力产生的；而千斤顶的推力远远大于拉力，同时支撑式平衡千斤顶与顶梁的水平夹角大于掩护式平衡，因此，支撑式平衡千斤顶的切顶力远大于掩护式。

根据顶板的坚硬、破碎程度，根据综采支护需要切顶力的大小，可以对支架的双位平衡千斤顶进行切换，切换过程设置安全防护措施。

2、实现结构：

如图10、图11、图12所示，包括支撑式平衡、掩护式平衡、双位平衡切换防护结构。

3、具体实施举例：

ZY12000/18/52D掩护式液压支架，平衡千斤顶规格为Φ250/160mm，其闭锁推力与闭锁拉力分别为2109kN和1216kN(Pk＝43MPa)，双位平衡切换防护千斤顶规格为Φ80/160mm。

两种位置平衡千斤顶切顶力对比如下：

支架高度(mm)	2050	2200	2400	2600	2800
						掩护式平衡	41kN	46kN	51kN	57kN	59kN
支撑式平衡	395kN	543kN	708kN	836kN	938kN

五、支架成套防倒防滑装置：

支架顶梁底座预留防倒防滑安装位置；

设置相邻顶梁相连的防倒装置、相邻底座相连的防滑装置、刮板机防滑装置。

六、弯型掩护梁结构：

1、发明原理及结构：

支架掩护梁通常为板型，在低位综采支护时，掩护梁背角(水平夹角)较小，不利于顶板垮落煤矸下滑，恶化支架受力状态，容易导致支架不良综采支护状态，比如高射跑状态等。

采用弯型掩护梁，类似刀把形式，加大支架低位综采支护状态时掩护梁背角，提高掩护梁背矸下滑力，改善支架受力状态。

2、具体实施举例：

ZY12000/18/52D掩护式液压支架，如图13所示，采用弯型掩护梁时其背角比直板型增加7度，在支架2500mm状态时，煤矸下滑力增加24.2％。

七、轻型活动式连杆侧护板结构：

1、发明原理：

跨限高支架，适应大跨度煤层厚度综采支护，具备薄煤层支架、中厚煤层支架和厚煤层支架，两种或三种支架的特点。

薄煤层和中厚煤层支架，由于采高较低，支架综采支护时不必设置连杆侧护板，同时在低位采高时支架内也没有设置连杆侧护板的空间；厚煤层开采时，开采煤层大，为防止老塘煤矸窜入架内，支架需设置连杆侧护板。

跨限高支架需同时满足两种支架要求：设置轻型、便捷安装式连杆侧护板，根据实际生产综采需要取消或安装。

2、具体实施举例：

ZY12000/18/52D掩护式液压支架，如图15所示，连杆侧护板为活动式，通过螺栓固定，也可以通过销轴、板槽等固定方式；活动式连杆侧护板的材质采用荆条或橡胶等材质，具备轻型、强度、一定的韧性和塑性；如图16、图17所示，根据需要，可便捷的在综采支护工作面现场进行连杆侧护板拆装操作。

八、千斤顶嵌入式伸缩梁机构：

1、发明原理：

支架采高高度较低时，为保证采煤机架下安全运行，要求具备足够的架下空间，为此，要尽可能降低支架的顶梁前端的厚度，尤其是大工作阻力支架和带伸缩梁和护帮的支架。

为降低带伸缩梁和护帮机构的顶梁厚度，保证结构强度，一将伸缩梁千斤顶的梁体外挂式结构改变为梁体内镶嵌式结构，二采用伸缩梁托梁一体化结构。

2、实现结构：

千斤顶嵌入式伸缩梁机构：

如图18至图21所示，五箱型伸缩梁梁体，外侧两箱体为厚箱型，中部三箱体为薄箱型，将伸缩千斤顶镶嵌于顶梁梁体内。

伸缩梁托梁一体化结构：

如图22所示，通常结构中，伸缩梁中箱为单板结构，护帮千斤顶托梁为单独结构；如图23所示，伸缩梁托梁一体化结构中，将伸缩梁单板中箱与托梁合并为：带有护帮千斤顶连接耳板的伸缩梁中箱体，提高伸缩梁梁体强度。

3、具体实施举例：

ZY12000/18/52D掩护式液压支架顶梁采用千斤顶嵌入式伸缩梁机构，顶梁前端厚度由通常机构的550mm左右，降低到320mm左右，依据架内过机空间，可以降低支架最低综采高度200多毫米。

本发明技术方案带来的有益效果：

1、可以根据煤层厚度，较大范围地调节煤层开采高度，提高工作面煤炭回采效率；

2、能够适应厚度大跨度变化煤层开采，延长工作面推进长度，减少设备搬家倒面，提高生产效率；

3、大跨度支架能够适应较大范围煤层厚度的综采支护，减少了综采工作面支护设备的应用种类，最大限度的减少支护设备的闲置提高支护设备的利用率，有利于标准化的生产与设备管理，降低生产与设备管理成本；

4、跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，引领了支护设备的发展方向，推动了综采支护设备的技术发展。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，包括内循环内压平衡式三伸缩立柱、高相关度四连杆机构的无缝对接结构、高强伸缩推移杆结构、双位平衡千斤顶结构、支架成套防倒防滑装置、弯型掩护梁结构、轻型活动式连杆侧护板结构、千斤顶嵌入式伸缩梁机构。

2.根据权利要求1所述的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，所述内循环内压平衡式三伸缩立柱包括立柱大缸、底阀A、底阀B、导向套、一级中缸、二级中缸、三级中缸、压力平衡杆、活塞，通过缸壁钻孔形成各级缸之间的液体循环通道，在所述三级中缸内设置压力平衡杆机构。

3.根据权利要求1所述的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，所述高相关度四连杆机构的无缝对接结构包括前连杆下铰点调位千斤顶，前连杆的下铰点设有前后两个位置，所述前连杆下铰点调位千斤顶连接于底座与所述前连杆之间。

4.根据权利要求1所述的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，所述高强伸缩推移杆结构包括内推杆、外推杆，内推杆与外推杆之间为抽屉式伸缩活动结构并通过固定销轴连接，所述内推杆和/或外推杆上设有多个销轴固定位置。

5.根据权利要求1所述的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，所述双位平衡千斤顶结构包括平衡千斤顶，所述平衡千斤顶的两端分别连接在顶梁和掩护梁上，或者所述平衡千斤顶的两端分别连接在顶梁和底座上，所述平衡千斤顶设有双位平衡切换防护千斤顶。

6.根据权利要求1所述的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，所述支架成套防倒防滑装置包括：

在支架的顶梁和底座分别预留防倒防滑安装位置，并通过所述防倒防滑安装位置设置相邻顶梁相连的防倒装置、相邻底座相连的防滑装置、刮板机防滑装置。

7.根据权利要求1所述的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，所述弯型掩护梁结构包括：

将支架的掩护梁设计成弯型。

8.根据权利要求1所述的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，所述轻型活动式连杆侧护板结构包括：

将支架的连杆侧护板设计成拆装式连杆侧护板。

9.根据权利要求1所述的跨限高大伸缩比大倾角高效综采支护设备，其特征在于，所述千斤顶嵌入式伸缩梁机构包括：

将伸缩梁千斤顶的梁体外挂式结构改变为梁体内镶嵌式结构，并采用伸缩梁托梁一体化结构。