CN113074011A - 一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统 - Google Patents
一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，涉及煤矿综采支护设备，用于减少沿空留巷充填开采采空区顶板无支护面积，提供封闭式充填作业空间，保证沿空留巷支护系统的高效自移及工人安全作业，同时为充填墙体提供强力支撑。它包括充填过渡支架和通过柔性拉移系统连接在其后的挡矸支架，充填过渡支架与输送机通过推移系统连接。支护系统正常工作时，充填过渡支架、挡矸支架支撑采空区顶板，减少了顶板的裸露面积，同时靠近采空区的支架设计有侧挡矸板、后部挡矸板及可旋转挡矸装置，形成对采空区顶板的安全维护及封闭式的充填作业空间，同时为充填墙体分担顶板载荷；充填过渡支架移架时，以输送机为支点，依靠推移系统使充填过渡支架前移；挡矸支架移架时，以充填过渡支架为支点，依靠柔性拉移系统使挡矸支架前移，同时可自动调整支架姿态，实现支护系统的高效自移。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，属于煤矿开采机械制造领域。
背景技术
沿空留巷是一种无煤柱开采技术，技术经济效益明显，近年来广泛推广应用。该技术能实现高瓦斯矿井Y型通风，解决隅角瓦斯积聚；少掘一条巷道，缓解采掘交替紧张；取消孤岛工作面，避免工作面跳采，减少搬家次数；回收区段护巷煤柱，节约资源，技术和经济效益显著。自上世纪70年代开始，我国开始引进、消化、使用沿空留巷技术，几十年来在沿空留巷支护理论与技术方面积累了丰富的经验，但受赋存条件、支护设备、充填材料及工艺等限制，使得沿空留巷技术没有得到更大范围推广应用。
目前煤矿井下沿空留巷多采用木支柱或单体液压支柱配合铰接顶梁联合支护，该支护方式支护强度低，不能自移，不能有效隔离采空区与充填作业区，且人工操作随意性强，无法保证充填墙体与巷道平行，效果较差，若采用常规工作面液压支架支护，支架后部掩护梁上方区域顶板极易垮落，无支护面积较大，增加安全隐患，同时挡矸结构设计困难，难于保证工作空间的安全性。
发明内容
本发明目的在于针对现有沿空留巷工艺特点，提供一种支护强度高、安全性好、结构紧凑、易于推移的沿空留巷用充填过渡支架，本发明方法能够减小沿空留巷顶板无支护面积，提供封闭式充填空间，保证充填过渡支架的高效自移及沿空留巷作业的安全性。
技术方案：一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，包括充填过渡支架及挡矸支架，充填过渡支架通过推移系统与输送机连接，挡矸支架通过柔性拉移系统与充填过渡支架连接，可旋转挡矸装置一端与充填过渡支架底座连接，另一端斜搭在挡矸支架采空区侧，达到密闭充填作业空间的目的。
充填过渡支架布置在工作面内，避免顶梁破坏巷道锚索，通过推移系统与输送机连接，用于推移输送机及拉架。充填过渡支架包括主顶梁、正四连杆稳定机构、液压立柱、主底座、前伸缩装置、随动连接装置、护帮装置、后顶梁、后底座、后伸缩梁及相关油缸。充填过渡支架主顶梁与后顶梁铰接，后顶梁能以该铰接轴线为中心旋转，以更好接顶及适应采空区顶板下沉；充填过渡支架升起时，主顶梁直接接触采空区顶板，对采空区顶板起到支撑维护作用。正四连杆稳定机构与主顶梁铰接点位于主顶梁下部，正四连杆稳定机构位于中排液压立柱与后排液压立柱之间。充填过渡支架液压立柱可带动主顶梁、后顶梁上下升降以适应采高变化。充填过渡支架主底座后部设计有与后底座铰接的长孔，主底座前端抬起时，改善主底座与后底座铰接销轴受力状况，同时适应底板起伏；充填过渡支架后顶梁的柱帽位于装配后伸缩梁箱型空间的下方，结构紧凑；充填过渡支架后底座后部设计有与拉移系统链环卡连接的排孔。
带挡矸装置的充填过渡支架包括主顶梁、正四连杆稳定机构、液压立柱、主底座、前伸缩装置、随动连接装置、护帮装置、后顶梁、后底座、后伸缩梁、顶梁侧挡矸板、底座侧挡矸板、顶梁后挡矸板、底座后挡矸板及相关油缸。后底座后部设计有与可旋转挡矸装置连接的排孔；顶梁侧挡矸板与后顶梁采空区侧铰接，底座侧挡矸板固定在所述底座采空区侧，连接后顶梁侧挡矸板位于底座侧挡矸板外侧。
充填过渡支架布置数量可根据顶板状况适当增减，改善顶板维护效果。
靠近充填墙体的挡矸支架包括顶梁、前连杆、后连杆、掩护梁、液压立柱、底座、抬底装置、伸缩装置、底调机构。后连杆后部设计有固定密封挡板，防止挡矸支架后部采空区矸石进入支架；掩护梁设置大面积侧护板，保证挡矸支架之间的架间密封；正四连杆稳定机构位于液压立柱后部；挡矸支架液压立柱可带动顶梁上下升降以适应采高变化；底座设计有底调机构，均布在前、后部左右两侧，用于调节挡矸支架与充填墙体及相邻挡矸支架的姿态。
靠近采空区的挡矸支架包括顶梁、前连杆、后连杆、掩护梁、液压立柱、底座、抬底装置、顶梁侧挡矸板、底座侧挡矸板。后连杆后部设计有固定密封挡板，防止挡矸支架后部采空区矸石进入支架；掩护梁设置大面积侧护板，保证挡矸支架之间的架间密封；正四连杆稳定机构位于液压立柱后部；液压立柱可带动顶梁上下升降以适应采高变化；顶梁侧挡矸板与后顶梁采空区侧铰接，底座侧挡矸板固定在所述底座采空区侧，连接后顶梁侧挡矸板位于底座侧挡矸板外侧。
柔性拉移系统由拉移千斤顶、刚性连接杆、连接头、柔性链条、链环卡组成，为刚性连接杆、柔性链条及连接头在拉移千斤顶作用下沿挡矸支架底座中档前后滑动的滑动机构，拉移时还可自动调整支架姿态，保证挡矸支架与充填过渡前后平齐。链环卡安装在充填过渡支架后底座排孔上，且有多个安装位置，链环卡可与柔性链条的任一平环连接，方便调整柔性链条的长度，从而调整挡矸支架与充填过渡支架的相对位置。
可旋转挡矸装置由连接座、可旋转挡矸板组成。连接座前部为犁形结构，拉架时减轻与底板的阻力；连接座一端与充填过渡支架后底座固定连接，一端与可旋转挡矸板铰接；由工人根据现场工况决定所述连接座与哪个充填过渡支架连接。可旋转挡矸板为非箱型焊接结构，与底板接触的各角倒圆，可旋转挡矸板斜搭接在挡矸支架上，防止采空区矸石窜入支架及作业区域。
支护系统正常工作时，充填过渡支架、挡矸支架支撑采空区顶板，减少了顶板的裸露面积，同时靠近采空区的支架设计有侧挡矸板、后部挡矸板及可旋转挡矸装置，形成对采空区顶板的安全维护及封闭式的充填作业空间，同时为充填墙体分担顶板载荷；充填过渡支架移架时，以输送机为支点，依靠推移系统使充填过渡支架前移；挡矸支架移架时，以充填过渡支架为支点，依靠柔性拉移系统使挡矸支架前移，同时可自动调整支架姿态，实现支护系统的高效自移。
本发明具有下述优点。
（1）充填过渡支架主顶梁后部铰接后顶梁，增大了对采空区顶板的支护面积，减少了顶板无支护区域；正四连杆稳定机构位于中排液压立柱后部，结构抗偏载强度高，布置简单。顶梁及底座侧面、后部挡矸板结构简单可靠，架间及架内密闭效果好。
（2）挡矸支架借助四连杆稳定机构及顶梁挡矸板、底座挡矸板对支架架内及架间进行密闭，结构简单可靠，密闭效果好。
（3）连接充填过渡支架及挡矸支架的柔性拉移系统结构简单可靠，链环卡可与柔性链条的任一平环连接，方便调整柔性链条的长度，便于调整挡矸支架与充填过渡支架的相对位置；拉移时还可自动调整支架姿态，保证挡矸支架与充填过渡前后平齐。
（4）可旋转挡矸装置连接座前部为犁形结构，拉架时减轻与底板的阻力；可旋转挡矸板与充填过渡支架连接位置可根据现场工任意调整；可旋转挡矸板斜搭接在挡矸支架上，防止采空区矸石窜入支架及充填作业区域。
（5）充填过渡支架布置数量可根据顶板状况适当增减，改善顶板维护效果。
附图说明
图1是沿空留巷充填支护系统的平面布置示意图。
图2是不带装置的充填过渡支架结构示意图。
图3是带挡矸装置的充填过渡支架结构示意图。
图4是靠近充填墙体侧挡矸支架结构示意图。
图5是靠近采空区侧挡矸支架结构示意图。
图6是柔性拉移系统结构示意图。
图7是可旋转挡矸装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。
如图1所示，一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，包括充填过渡支架01、充填过渡支架02、充填过渡支架03、充填过渡支架04、充填过渡支架05、充填过渡支架06、挡矸支架07、挡矸支架08，柔性拉移系统09一端与充填过渡支架连接，另一端与挡矸支架07、挡矸支架08底座连接，推移系统10一端与输送机连接，另一端与充填过渡支架01～06的底座连接，可旋转挡矸装置11一端与充填过渡支架底座连接，另一端斜搭在挡矸支架08采空区侧。减少了采空区顶板的无支护面积，实现了支护系统的自行前移，形成了密闭的充填作业空间。
如图2所示，充填过渡支架01包括主顶梁0101、正四连杆稳定机构0102、液压立柱0103、主底座0104、前伸缩装置0105、随动连接装置0106、护帮装置0107、后顶梁0108、后底座0109、后伸缩梁0110。所述充填过渡支架01布置于输送机后部，通过所述推移系统10与输送机连接，用于推移输送机及拉架，所述充填过渡支架01布置在工作面内，避免顶梁破坏巷道锚索。所述充填过渡支架主顶梁0101与所述充填过渡支架后顶梁0108铰接，所述充填过渡支架后顶梁0108能以该铰接轴线为中心旋转以更好接顶及适应采空区顶板下沉；所述充填过渡支架01升起时，所述充填过渡支架主顶梁0101直接接触采空区顶板，对采空区顶板起到支撑维护作用。所述正四连杆稳定机构0102与所述主顶梁0101铰接点位于主顶梁0101下部，所述正四连杆稳定机构0102位于中排液压立柱与后排液压立柱之间。所述充填过渡支架液压立柱0103 可带动所述充填过渡支架主顶梁0101、后顶梁0108上下升降以适应采高变化。所述充填过渡支架主底座0104后部设计有与后底座0109铰接的连接孔，该孔为长孔，主底座前端抬起时，改善主底座0104与后底座0109铰接销轴受力状况，同时适应底板起伏；所述充填过渡支架主底座0104与所述充填过渡支架后底座0109铰接，所述充填过渡支架后底座0109能以该铰接轴线为中心旋转。所述充填过渡支架后顶梁0108的柱帽位于装配后伸缩梁0110箱型空间的下方，结构紧凑；充填过渡支架01升起时，所述充填过渡支架后顶梁0108直接接触采空区顶板，对采空区顶板起到支撑维护作用。所述充填过渡支架后底座0109后部设计有与拉移系统09中链环卡0905连接的排孔。
所述充填过渡支架02、所述充填过渡支架03、所述充填过渡支架04结构与所述充填过渡支架01结构完全相同。
如图3所示，充填过渡支架05包括主顶梁0501、正四连杆稳定机构0502、液压立柱0503、主底座0504、前伸缩装置0505、随动连接装置0506、护帮装置0507、后顶梁0508、后底座0509、后伸缩梁0510、顶梁侧挡矸板0511、底座侧挡矸板0512、顶梁后挡矸板0513、底座后挡矸板0514。所述后顶梁0508后部设计有与所述顶梁后部挡矸板0513铰接的孔；所述后底座0509后部设计有与可旋转挡矸装置10连接的排孔；所述顶梁侧挡矸板0511与所述后顶梁0508采空区侧铰接，铰接后与所述底座侧挡矸板0512搭接，位于所述底座侧挡矸板0512外侧；所述底座侧挡矸板0512固定在所述底座0509采空区侧；所述顶梁后挡矸板0513与所述顶梁0508后部铰接孔连接，铰接后与所述底座后挡矸板0514搭接，位于所述底座后挡矸板0514外侧.
所述充填过渡支架06与所述充填过渡支架05结构完全相同。充填过渡支架布置数量可根据顶板状况适当增减，改善顶板维护效果。
如图4所示，所述挡矸支架07包括顶梁0701、前连杆0702、后连杆0703、掩护梁0704、液压立柱0705、底座0706、抬底装置0707、伸缩装置0708、底调机构0709。所述后连杆0703后部设计有固定密封挡板，防止挡矸支架后部采空区矸石进入支架；所述掩护梁0704设置大面积侧护板，保证所述挡矸支架07与所述挡矸支架08之间的架间密封；由前连杆0702、后连杆0703、掩护梁0704组成的正四连杆稳定机构位于液压立柱0705后部。所述挡矸支架液压立柱0705可带动所述挡矸支架顶梁0701上下升降以适应采高变化。所述底座0704上设计有所述底调机构0709，均布在前、后部左右两侧。所述底调机构0709位于所述底座0706上，用于调节所述挡矸支架07与充填墙体及与其相邻的所述挡矸支架08的姿态。
如图5所示，所述挡矸支架08包括顶梁0801、前连杆0802、后连杆0803、掩护梁0804、液压立柱0805、底座0806、抬底装置0807、顶梁侧挡矸板0808、底座侧挡矸板0809。所述后连杆0803后部设计有固定密封挡板，防止挡矸支架后部采空区矸石进入支架；所述掩护梁0804设置大面积侧护板，保证所述挡矸支架08与所述挡矸支架07之间的架间密封；由前连杆0802、后连杆0803、掩护梁0804组成的正四连杆稳定机构位于液压立柱0805后部。所述挡矸支架液压立柱0805可带动所述挡矸支架顶梁0801上下升降以适应采高变化。所述顶梁侧挡矸板0808与所述顶梁0801采空区侧铰接，铰接后与所述底座侧挡矸板0809搭接，位于所述底座侧挡矸板0809外侧；所述底座侧挡矸板0809固定在所述底座0806采空区侧。
如图6所示，所述柔性拉移系统09由拉移千斤顶0901、刚性连接杆0902、连接头0903、柔性链条0904、链环卡0905组成，为刚性连接杆0902、柔性链条0904及连接头0903在拉移千斤顶0901作用下沿所述挡矸支架底座0704、0804中档前后滑动的滑动机构，拉移时还可自动调整支架姿态，保证挡矸支架与充填过渡前后平齐。所述拉移千斤顶0901一端与所述挡矸支架底座0706、所述挡矸支架0806铰接，另一端与刚性连接杆0902后部铰接；刚性连接杆0902一端与拉移千斤顶0901活塞杆连接，一端与连接头0903连接；所述连接头0903一端与刚性连接杆0902连接，一端与柔性链条0904连接；柔性链条0904一端与连接头0903连接，一端与链环卡0905连接；所述链环卡0905安装在所述充填过渡支架后底座0109排孔上，且有多个安装位置，链环卡0905可与柔性链条0904的任一平环连接，方便调整柔性拉移系统中柔性链条0904的长度，从而调整挡矸支架07、08与充填过渡支架的相对位置。
如图7所示，所述可旋转挡矸装置11由连接座1101、可旋转挡矸板1102组成。所述连接座1101前部为犁形结构，拉架时减轻与底板的阻力；所述连接座1101一端与所述充填过渡支架后底座0109固定连接，一端与可旋转挡矸板1102铰接；由工人根据现场工况决定所述连接座1101与哪个充填过渡支架连接。所述可旋转挡矸板1102为非箱型焊接结构，与底板接触的各角倒圆，所述可旋转挡矸板1102斜搭接在挡矸支架07上，防止采空区矸石窜入支架及作业区域。
支护系统正常工作时，充填过渡支架、挡矸支架支撑采空区顶板，减少了顶板的裸露面积，同时靠近采空区的支架设计有侧挡矸板、后部挡矸板及可旋转挡矸装置，形成对采空区顶板的安全维护及封闭式的充填作业空间，同时为充填墙体分担顶板载荷；充填过渡支架移架时，以输送机为支点，依靠推移系统使充填过渡支架前移；挡矸支架移架时，以充填过渡支架为支点，依靠柔性拉移系统使挡矸支架前移，同时可自动调整支架姿态，实现支护系统的高效自移。
上述实施例是对本发明的有效实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明的设计精神前提下，工程技术人员对本发明做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，其特征在于，包括数量可调整的充填过渡支架及布置于其后部的两个挡矸支架，柔性拉移系统一端与充填过渡支架连接，另一端与挡矸支架底座连接，推移系统一端与输送机连接，另一端与充填过渡支架的底座连接，可旋转挡矸装置一端与充填过渡支架底座连接，另一端斜搭在挡矸支架采空区侧；减少了采空区顶板的无支护面积，实现了支护系统的自行前移，形成了密闭的充填作业空间。
2.如权利1所述的一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，其特征在于：充填过渡支架正四连杆稳定机构与主顶梁铰接点位于主顶梁下部，正四连杆稳定机构位于中排液压立柱与后排液压立柱之间；充填过渡支架主底座后部设计有与后底座铰接的长孔，主底座前端抬起时，改善主底座与后底座铰接销轴受力状况，同时适应底板起伏；充填过渡支架后顶梁的柱帽位于装配后伸缩梁箱型空间的下方，结构紧凑；充填过渡支架后底座后部设计有与拉移系统链环卡连接的排孔。
3.如权利1所述的一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，其特征在于：带挡矸装置的充填过渡支架后底座后部设计有与可旋转挡矸装置连接的排孔；顶梁侧挡矸板与后顶梁采空区侧铰接，底座侧挡矸板固定在所述底座采空区侧，连接后顶梁侧挡矸板位于底座侧挡矸板外侧。
4.如权利1所述的一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，其特征在于：靠近充填墙体的挡矸支架后连杆后部设计有固定密封挡板，防止挡矸支架后部采空区矸石进入支架；掩护梁设置大面积侧护板，保证挡矸支架之间的架间密封；正四连杆稳定机构位于液压立柱后部；底座设计有底调机构，均布在前、后部左右两侧，用于调节挡矸支架与充填墙体及相邻挡矸支架的姿态。
5.如权利1所述的一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，其特征在于：靠近采空区的挡矸支架后连杆后部设计有固定密封挡板，防止挡矸支架后部采空区矸石进入支架；掩护梁设置大面积侧护板，保证挡矸支架之间的架间密封；正四连杆稳定机构位于液压立柱后部；顶梁侧挡矸板与后顶梁采空区侧铰接，底座侧挡矸板固定在所述底座采空区侧，连接后顶梁侧挡矸板位于底座侧挡矸板外侧。
6.如权利1所述的一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，其特征在于：柔性拉移系统拉移挡矸支架时，还可自动调整支架姿态，保证挡矸支架与充填过渡前后平齐；链环卡有多个安装位置，链环卡可与柔性链条的任一平环连接，方便调整柔性拉移系统中柔性链条的长度，从而调整挡矸支架与充填过渡支架的相对位置。
7.如权利1所述的一种用于煤矿破碎顶板综采工作面的沿空留巷充填支护系统，其特征在于：可旋转挡矸装置连接座前部为犁形结构，拉架时减轻与底板的阻力；连接座可由工人根据现场工况随时调整安装位置，且可旋转挡矸板斜搭接在挡矸支架上，防止采空区矸石窜入支架及作业区域。
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