超前液壓支架非等強支護控制方法
2023-06-01 21:34:31 1
超前液壓支架非等強支護控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種考慮工作面超前順槽應力分布規律和頂板狀況的非等強支護控制方法。本發明超前液壓支架分為多組，進行成組控制，每組採用不同的初撐強度，從工作面向煤壁方向初撐強度依次降低。每組超前液壓支架的立柱液控單向閥與換向閥之間設置可調式減壓閥或可調式溢流閥，壓力不大於泵站壓力，具體值可根據回採過程超前礦壓的顯現和頂板完整性情況實時調整。本發明提出的非等強支護控制方法能夠提高超前液壓支架對巷道頂板圍巖空間和時間變化規律的適應性，實現低初撐力和大工作阻力的支護模式，減小因反覆支撐對頂板的破壞，為煤炭資源安全高效開採提供保障。
【專利說明】超前液壓支架非等強支護控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種綜採工作面超前順槽頂板支護參數的確定方法，具體涉及超前液壓支架組初撐力分段非等強控制方法。
【背景技術】
[0002]在闡述技術背景之前，首先說明下面四個詞彙的含義。
[0003]初撐力:立柱通過泵壓給頂板的主動支撐力，較大的初撐力能使立柱較快達到工作阻力，減小頂板下沉量，防止早期剝離。
[0004]初撐強度:支架對單位面積提供的初撐力稱為初撐強度。
[0005]工作阻力:支架正常工作時，對頂板產生的最大支撐力稱為工作阻力，立柱規格和數量確定後，工作阻力取決於立柱安全閥的壓力設定值。
[0006]支護強度:支架對單位面積提供的工作阻力稱為支護強度。
[0007]我國煤礦安全規程綜採工作面超前20m範圍內順槽需要進行超前支護；隨著開採強度的加大和深部複雜煤層開採比例的增加大，很多工作面實際超前支護距離已遠超20m。目前，自移式超前液壓支架已逐漸代替單體支柱配金屬鉸接頂梁的方式成為超前支護的主流方式。不同於工作面情況，超前順槽支沿走向支護距離較長，從工作面實體煤側方向一般分為塑性區、高壓區和穩壓區，然而超前液壓支架支護強度確定時仍沿用工作面液壓支架的理念，整個支護段範圍內全部採用相同的初撐強度和支護強度，由此帶來以下影響。
[0008](I)頂板破壞超前液壓支架的工作方式需反覆降架前移，過大的初撐力加劇頂板破壞，在距離工作面較遠的區段因需更多次數支撐，頂板破碎尤為明顯。
[0009](2)過度支護在頂板條件較好的煤礦，多數時間內立柱壓力遠小於泵站供液壓，即達不到初撐力狀態。為提高工作面的支護強度，目前泵站壓力不斷增加，部分煤礦泵壓由31.5MPa增大到37.5MPa，過大的初撐力對對超前頂板的擾動更為強烈。
[0010](3)調節困難憑井下工人的經驗通過接頂即停液的方式來控制初撐力，可控性差。
[0011]因此，需要根據超前順槽壓力的不同區段和時回採過程壓力動態分布，進行分段非等強控制，並提供便於操控的方法。
【發明內容】
[0012]技術問題:本發明針對當前工作面順槽超前液壓支架整個支護範圍內採用單一的初撐力帶來的頂板破壞和過度擾動問題，提出非等強支護原理，並通過液壓系統的改進提供一種分段控制的實現方法。
[0013]技術方案:在超前支護段內，將超前液壓支架前後分為多組，3組及以上為優，每組的立柱型式一致，支護面積和立柱數比值接近，在相同供液壓力下能夠基本達到等初撐強度。左右並排的一組支架由同一片換向閥控制，在換向閥間和每組立柱下腔液控單向閥間增加一支可調減壓閥，根據超前壓力顯現情況設定合理的值，一般而言，減壓閥的壓力設定值隨距工作面距離增大而逐次降低。安全閥調定的值保持不變，保持等工作阻力，且工作阻力儘可能保持較大值。
[0014]緊鄰工作面的塑性區和高壓區受回採擾動大、巷道變形劇烈，適當增大初撐力可防止直接頂過早的下沉離層、減緩頂板下沉速度並增加其穩定性，因大的初撐力造成的頂板破壞，隨工作面的推進而能夠在較短時間內甩到採空區，影響相對較小。距工作面較遠的區段，超前應力和受回採擾動強度均遞減，因反覆移架需要的支撐次數多，因此適當降低初撐力，在保證支護效果的同時可減小對頂板破壞。當整個順槽受衝擊壓力影響時，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，自移式超前液壓支架對頂板的支撐力也越來越大，呈現增阻狀態，直至隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當升高到安全閥的調定壓力時，安全閥開啟溢流的恆阻狀態，即達到了工作阻力。大的工作阻力有助於抵抗衝擊壓力，維護巷道完整。安全閥設定的壓力未做減小，仍保持大的工作阻力，因此較遠段的低初撐力不會帶來支護效果的明顯降低。
[0015]本發明具有下述優點:(1)不改變工作阻力的前提下，能夠實現低的初撐力，不影響支護效果的前提下減小超前液壓支架對頂板的破壞42)對現有超前液壓支架無任何改動，只在每組立柱控制迴路中增加一個減壓閥即可，既可在新設計超前支架上應用，也便於現有超前支架組的改造；(3)可在回採過程中，不僅可以分段控制初撐力值，還可根據壓力的變化適時調整每組超前液壓支架減壓閥的壓力設定值，實現與順槽超前段應力分布的動態成組協調控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的超前液壓支架組布置圖。
[0017]圖2是圖1中立柱的液壓控制系統原理圖。
[0018]圖中，1-1、1-2、1-3:超前液壓支架組1、超前液壓支架組I1、超前液壓支架組III ；2:立柱；3:推拉千斤頂；4:調節千斤頂；5:安全閥；6:液控單向閥；7:換向閥；8-1、8-2:可調減壓閥、可調溢流閥。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述:
圖1所示為某礦井工作面迴風順槽超前液壓支架布置圖，它是一種由三組超前液壓架組成的超前支護支架組，左右並排的兩架為一組，由調節千斤頂4聯接為整體，超前支護距離(至工作面距離)為300。本實施例中超前液壓支架組I 1-1緊鄰工作面，超前液壓支架組II 1-2為中間架，超前液壓支架組III 1-3為排頭架，相鄰兩組超前液壓支架間設有推拉千斤頂3。所述三組超前液壓支架採用相同型式和數量的立柱2。
[0020]如圖2所示，每組超前支架立柱採用相同的液壓控制系統，通過一片三位四通換向閥7控制一組超前液壓支架的四棵立柱2，每棵立柱2裝有液控單向閥5，液控單向閥5的控制口與立柱有杆腔相連，立柱2下腔連接有安全閥6。本發明所述的液壓控制系統，其特徵是在液控單向閥5與換向閥7間串聯有可調減壓閥8-1 ；本發明所述的液壓控制系統壓力控制另一方案是在控單向閥5與換向閥7支架並聯可調溢流閥8-2。
[0021]工作面泵站壓力為31.5腿^，根據對超前巷道壓力顯現的觀測和頂板情況，分別將超前液壓支架組1、超前液壓支架組II和超前液壓支架組III的減壓閥壓力預設為25MPa、20MPa和15MPa。根據工作面的推進及超前液壓支架的支護效果，在工作面推進過程可以隨時進行調整，以適應頂板情況的變化。在升架過程中，當超前液壓支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到可調減壓閥或可調溢流閥設定壓力時，停止供液，液控單向閥立即關閉，實現超前支架對頂板的初撐強度控制。超前液壓支架初撐力的大小取決於減壓閥或溢流閥閥工作壓力、立柱缸徑和立柱數量，通過可調式減壓閥或溢流閥的成組控制實現了低初撐力的精確控制和分段非等強初撐支護。
【權利要求】
1.超前液壓支架非等強支護控制方法，其特徵在於從超前巷道應力分布規律和頂板破碎狀況出發，將超前液壓支架分組控制，每組超前支架採用不同的初撐強度，根據回採過程中巷道壓力顯現，超前液壓支架初撐強度可以進行動態調整。
2.根據權利要求1所述的超前液壓支架非等強支護控制方法，其特徵在於每組立柱和相應的換向閥之間串聯有可調式減壓閥。
3.根據權利要求1所述的超前液壓支架非等強支護控制方法，其特徵在於每組立柱和相應的換向閥之間也可以並聯可調式溢流閥。
【文檔編號】E21D23/16GK104453970SQ201410651503
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】王國法, 張德生, 任懷偉, 牛豔奇, 趙國瑞, 文治國, 杜毅博, 劉偉 申請人:天地科技股份有限公司