CN108468560B - 一种急倾斜煤层伪俯斜长壁z字形支架开采装置及方法 - Google Patents

一种急倾斜煤层伪俯斜长壁z字形支架开采装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形支架开采装置及方法，包括在支架底座上连接的剪叉，剪叉顶部连接一顶梁，剪叉底部与支架底座上的剪叉移动机构连接；顶梁与支架底座之间还进一步绞接有一支撑立柱；支架底座的前端部连接有一连接刮板输送机的推溜杆；在顶梁的前端部设有一前探梁，前探梁铰接有可转动的护帮板；顶梁的后端部铰接一尾梁，尾梁上连接一滑动机构；顶梁的两侧设有左右伸缩梁；支架底座的一侧设有侧推；通过左右伸缩梁和侧推连接相邻多级Z字形液压支架构成伪俯斜长壁Z字形支架开采装置。本发明开采技术设计合理，支架结构简单合理、操作简便，能有效解决现有急倾斜煤层长壁工作面开采过程中装备下滑倾倒等实际问题。

Description

一种急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形支架开采装置及方法
技术领域
本发明涉及一种矿山煤层开采装置，特别是一种急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形支架开采装置及方法。
背景技术
急倾斜煤层是指倾角为45°以上的煤层，属复杂难采煤层。众所周知，当煤层倾角在35°-55°时采用沿煤层倾斜布置、走向推进的传统的走向长壁方法开采时，其成套开采技术与装备已经趋于完善，但当煤层倾角＞55°，甚至达到70°时，如果仍沿用传统的走向长壁开采方法和装备，其势必会加剧工作面顶板和支架与设备自身重力的倾斜分力作用，导致装备下滑和倾倒，工作面顶板和底板破坏非均衡特征更为明显，难以实现该类煤层长壁机械化开采。
因此，要从根本上解决倾角＞55°的急倾斜煤层长壁开采难题，一方面应从巷道系统布置上着手，采用长壁伪俯斜布置来降低工作面实际倾角，保证工作面开采过程中“支架—围岩”系统的稳定；另一方面须从工作面支架结构创新上入手，研制新型支架及工艺，从支架个体上提高其自稳能力。因此，只有开采装备和工艺创新，才可为实现急倾斜煤层长壁机械化开采开辟一条新途径。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种适应于急倾斜煤层伪俯斜长壁工作面的Z字形液压支架及其开采方法，目的在于通过这种方法解决现有急倾斜煤层长壁工作面开采过程中装备下滑倾倒等实际问题，保证工作面开采过程中“支架—围岩”系统的稳定，根本上解决倾角＞55°的急倾斜煤层长壁开采难题，为急倾斜煤层安全、高效开采提供依据。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形支架开采装置，包括支架底座，支架底座上连接有剪叉，剪叉顶部连接一顶梁，剪叉底部与支架底座上的剪叉移动机构连接；顶梁与支架底座之间还进一步绞接有一支撑立柱；所述支架底座的前端部连接有一连接刮板输送机的推溜杆；在所述顶梁的前端部设有一前探梁，前探梁铰接有可转动的护帮板；顶梁的后端部铰接一尾梁，尾梁上连接一滑动机构；顶梁的两侧设有左右伸缩梁；支架底座的一侧设有侧推；通过左右伸缩梁和侧推连接相邻多级Z字形液压支架构成伪俯斜长壁Z字形支架开采装置。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
进一步，所述支撑立柱的上端通过立柱上部铰球与顶梁铰接，支撑立柱的下端通过立柱下部铰球与支架底座铰接。
进一步，所述剪叉分别通过销轴与顶梁和剪叉移动机构铰接，剪叉移动机构与液压机构连接。
进一步，所述支架底座的前端部连接有一个可伸缩防护板。
进一步，连接在所述支架底座的前端部的可伸缩防护板可以沿支架底座呈0～90°旋转。
进一步，所述顶梁两侧的左右伸缩梁与相邻的左右伸缩梁相接触，支架底座一侧的侧推与相邻支架底座侧边缘接触并能为其施加推力。
进一步，所述尾梁一端铰接在顶梁上，另一端连接的滑动机构连接在支架底座后部。
进一步，本发明进而给出了上述装置的急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形支架开采方法，包括以下步骤：
1)将多级Z字形液压支架通过左右伸缩梁和侧推左右接触并防止顶部漏矸，所述多级Z字形液压支架前后垂直于煤层工作面布置，长度方向按照伪倾角β支撑在煤层工作面上；
2)将前探梁铰接的可转动的护帮板支撑在煤层工作面的顶板和煤壁上；
3)将推溜杆挂在刮板输送机上，同时调整支架底座上的可伸缩防护板呈垂直于调整支架底座，多级Z字形液压支架随刮板输送机沿煤层工作面前方推进；
4)调整支撑立柱的倾斜角度，同时通过液压机构驱动剪叉移动机构移动带动剪叉左右移动，调整Z字形液压支架的顶梁向煤层倾斜上方移动，调整Z字形液压支架的中心上移，从而防止Z字形液压支架向倾斜下方倾倒；
5)当煤层工作面倾角增大时，将Z字形液压支架重心向煤层倾斜上方自上向下逐个进行调整，反之，倾角降低时，则从下至上进行调整；
6)同时通过推溜杆与刮板输送机和Z字形液压支架配合完成工作面移架和推溜过程。
本发明的有益效果在于：
本发明仍采用常规的长壁综采开采方法，将原有的综采液压支架改为Z字形液压支架，该支架垂直于工作面煤壁布置，通过调整伪俯斜角度来降低工作面实际倾角，Z字形支架在宽度上较现有支架有明显增加，可达到3-4m，支架长度仍保持现支架长度，一般4-5m，因而，支架的自身稳定性明显提高；同时，该支架可以根据工作面倾角的变化调整顶梁向倾斜上方移动，使得顶梁和底座出现错位，即顶梁、立柱和剪叉机械结构向倾斜上方移动。因此，可将支架重心向倾斜上方转移，实现支架自身防倒，以适应倾角更大的工作面。
同时，Z字形支架的数量较常规液压支架需要60-70架，按工作面长度120m计算，本发明支架仅需要Z字形支架不到40架，可以减少一半；从而简化了移架、推溜等工序。其开采技术设计合理，支架结构简单合理、操作简便，能有效解决现有急倾斜煤层长壁工作面开采过程中装备下滑倾倒等实际问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1(a)为Z字形支架结构示意图；
图1(b)为图1(a)的I-I剖面图；
图2为Z字形支架倾斜布置方式；
图3为急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形支架开采巷道布置方式。
图中：1为顶梁，2为剪叉，3为支撑立柱，4为支架底座，5为左右伸缩梁，6为尾梁，7为滑动机构，8为推溜杆，9为前探梁，10为护帮板，11立柱上部铰球，12为立柱下部铰球，13为剪叉移动机构，14为可伸缩防护板，15为侧推。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1(a)、(b)所示，本发明的适应于急倾斜煤层伪俯斜长壁工作面的Z字形液压支架，该Z字形支架包括支架底座4，支架底座4上连接有剪叉2，剪叉2顶部连接一顶梁1，剪叉2底部与支架底座4上的剪叉移动机构13连接，剪叉2顶部通过销轴与顶梁1连接；顶梁1与支架底座4之间还进一步绞接有一支撑立柱3；在支架底座4的前端部连接有一连接刮板输送机的推溜杆8和一个可伸缩防护板14；在顶梁1的前端部设有一前探梁9，前探梁9铰接可转动的护帮板10，顶梁1的后端部铰接一尾梁6，尾梁6上连接一滑动机构7，尾梁6一端铰接在顶梁1上，另一端连接的滑动机构7连接在支架底座4后部。顶梁1的两侧设有左右伸缩梁5；支架底座4的一侧设有侧推15；通过左右伸缩梁5和侧推15连接相邻多级Z字形液压支架构成伪俯斜长壁Z字形支架开采装置。
其中，支撑立柱3的一端通过立柱上部铰球11与顶梁1铰接，支撑立柱3的一端通过立柱下部铰球12与支架底座4铰接。连接在支架底座4的前端部的可伸缩防护板14可以沿支架底座4呈0～90°翻转。顶梁1两侧的左右伸缩梁5与相邻的左右伸缩梁5相互接触，支架底座4一侧的侧推15与相邻支架底座4侧边缘接触并能为其施加推力，构成多级Z字形液压支架，见图2所示。
如图3所示，本发明仍采用常规的长壁综采开采方法，但将原有的综采液压支架改为Z字形液压支架，该支架垂直于工作面煤壁布置，AD为伪俯斜工作面，∠ACB为真倾角，即煤层倾角α，∠ADB为伪倾角β,∠ADC为伪斜工作面与走向方向夹角，简称走向夹角，L真为真倾斜长度，L伪为伪倾斜长度，DC方向为工作面推进方向，CA方向为倾斜方向。
本发明通过调整伪俯斜角度来降低工作面实际倾角，但Z字形支架在宽度上较现有支架有明显增加，可达到3-4m，支架长度仍保持现支架长度，一般4-5m，因而，支架的自身稳定性明显提高，同时，该支架可以根据工作面倾角的变化调整顶梁向倾斜上方移动，使得顶梁和底座出现错位，即顶梁1、支撑立柱3和剪叉2向倾斜上方移动；因此，可将支架重心向倾斜上方转移，实现支架自身防倒，以适应倾角更大的工作面。同时，Z字形支架的数量较常规液压支架可以减少一半，按工作面长度120m计算，仅需要Z字形支架不到40架，而常规支架可能需要60-70架，从而简化了移架、推溜等工序。
支架的升降主要依靠支撑立柱3来实现，剪叉2主要用来保证支架顶梁1和底座4稳定和平行；顶梁1和支架底座4的沿倾斜方向的相对运动主要依靠驱动剪叉移动机构13来实现。同时，尾梁6也与顶梁1、剪叉2、支撑立柱3一起移动，从而调整支架的中心上移，该过程是在工作面倾角固定以后进行的，调整时需降低支撑立柱3。上述功能可以防止支架在倾角较大的工作面发生自身倾倒。
支架的推溜杆8除具有推溜、拉架功能外，还具有调整支架姿态及其与溜子相对位置的功能，防止溜子与支架错位等。此外，由于支架宽度增加，溜子的分段长度也相应增大，推溜杆8的上下活动空间也相应增大，且应布置推溜杆的侧调装置。
支架向前推进主要依靠推溜杆8和支撑立柱3配合来实现，与常规开采方法下移架推溜工序类似。
急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形支架开采方法，包括以下步骤：
1)将多级Z字形液压支架通过左右伸缩梁5和侧推15左右接触并防止顶部漏矸，该Z字形支架开采装置前后垂直于煤层工作面布置，长度方向按照伪倾角β支撑在煤层工作面上；通过调整伪俯斜角度来降低工作面实际倾角，由于倾角较大，当支架发生下滑时，当支架发生下滑时，可以利用下方稳定支架的侧推结构15对上方支架侧边缘接触并能为其施加推力；
2)通过传动装置连接前探梁9，将前探梁9铰接的可转动的护帮板10支撑在煤层工作面的顶板和煤壁上；
3)将推溜杆8挂在刮板输送机上，同时调整支架底座4上的可伸缩防护板14呈垂直于调整支架底座4，Z字形支架开采装置随刮板输送机沿煤层工作面前方推进；支架向前推进，首先依靠推溜杆8推移刮板输送机，然后收缩护帮板10，降低前探梁，通过支撑立柱3降低支架高度，刮板输送机固定后通过推溜杆8拉z字形支架向前移动；
4)调整支撑立柱3的倾斜角度，同时通过液压机构驱动剪叉移动机构13移动带动剪叉2左右移动，调整Z字形支架的顶梁1向煤层倾斜上方移动，调整支架的中心上移，从而降低Z字形支架的高度，防止支架向倾斜下方倾倒；依靠剪叉移动结构13来实现顶梁1和底座4的沿倾斜方向的相对运动，同时，尾梁6也与顶梁1、剪叉机械结构2、支撑立柱3一起移动，从而调整支架的中心上移；
5)当煤层工作面倾角增大时，将Z字形支架中心从煤层工作面倾斜上部自上(A)向下(D)逐个进行调整降低Z字形支架的高度，反之，倾角降低时，则从下(D)至上(A)进行调整；
6)同时通过推溜杆8与刮板输送机和支架配合完成工作面移架和推溜过程。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形液压支架开采方法，其特征在于，
所述方法采用Z字形液压支架，包括支架底座（4），支架底座（4）上连接有剪叉（2），剪叉（2）顶部连接一顶梁（1），剪叉（2）底部与支架底座（4）上的剪叉移动机构（13）连接；顶梁（1）与支架底座（4）之间还进一步绞接有一支撑立柱（3）；所述支架底座（4）的前端部连接有一连接刮板输送机的推溜杆（8）；在所述顶梁（1）的前端部设有一前探梁（9），前探梁（9）铰接有可转动的护帮板（10）；顶梁（1）的后端部铰接一尾梁（6），尾梁（6）上连接一滑动机构（7）；顶梁（1）的两侧设有左右伸缩梁（5）；支架底座（4）的一侧设有侧推（15）；
所述方法包括以下步骤：
1）将多级Z字形液压支架通过左右伸缩梁（5）和侧推（15）左右接触并防止顶部漏矸，所述多级Z字形液压支架前后垂直于煤层工作面布置，长度方向按照伪倾角β支撑在煤层工作面上；
2）将前探梁（9）铰接的可转动的护帮板（10）支撑在煤层工作面的顶板和煤壁上；
3）将推溜杆（8）挂在刮板输送机上，同时调整支架底座（4）上的可伸缩防护板（14）呈垂直于调整支架底座（4），多级Z字形液压支架随刮板输送机沿煤层工作面前方推进；
4）调整支撑立柱（3）的倾斜角度，同时通过液压机构驱动剪叉移动机构（13）移动带动剪叉（2）左右移动，调整Z字形液压支架的顶梁（1）向煤层倾斜上方移动，调整Z字形液压支架的中心上移，从而防止Z字形液压支架向倾斜下方倾倒；
5）当煤层工作面倾角增大时， 将Z字形液压支架重心向煤层倾斜上方自上向下逐个进行调整，反之，倾角降低时，则从下至上进行调整；
6）同时通过推溜杆（8）与刮板输送机和Z字形液压支架配合完成工作面移架和推溜过程。
2.根据权利要求1所述的急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形液压支架开采方法，其特征在于，所述支撑立柱（3）的上端通过立柱上部铰球（11）与顶梁（1）铰接，支撑立柱（3）的下端通过立柱下部铰球（12）与支架底座（4）铰接。
3.根据权利要求1所述的急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形液压支架开采方法，其特征在于，所述剪叉（2）分别通过销轴与顶梁（1）和剪叉移动机构（13）铰接，剪叉移动机构（13）与液压机构连接。
4.根据权利要求1所述的急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形液压支架开采方法，其特征在于，所述支架底座（4）的前端部连接有一个可伸缩防护板（14）。
5.根据权利要求4所述的急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形液压支架开采方法，其特征在于，连接在所述支架底座（4）的前端部的可伸缩防护板（14）沿支架底座（4）呈0~90°旋转。
6.根据权利要求1所述的急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形液压支架开采方法，其特征在于，所述顶梁（1）两侧的左右伸缩梁（5）与相邻的左右伸缩梁（5）相接触，支架底座（4）一侧的侧推（15）与相邻支架底座（4）侧边缘接触并能为其施加推力。
7.根据权利要求1所述的急倾斜煤层伪俯斜长壁Z字形液压支架开采方法，其特征在于，所述尾梁（6）一端铰接在顶梁（1）上，另一端连接的滑动机构（7）连接在支架底座（4）后部。
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