一種大傾角煤層的掩護支架的製作方法

2023-08-04 07:38:26 1

本發明涉及煤礦開採領域，具體涉及一種大傾角煤層的掩護支架。

背景技術：

採煤工作面中的支護設備是煤礦安全工作的保障設施，其使用過程中穩定性，以及移架的可控性是此類設備的重要指標。現有的綜採液壓支架可基本滿足中厚煤層開採的安全性和可靠性要求。但是地層應力釋放並非朝夕之間即可完成的，特別是對於地層能量大，煤層周圍具有異常壓力層等特殊地層而言，地應力的釋放可能需要數周、數月甚至數年才能徹底完成。在此過程中，地層壓力會逐漸增大，現有的綜採液壓支架存在對於地應力釋放緩慢地層的適應力不佳，容易被後期緩慢釋放的地應力所破壞，導致後期開採受到幹擾，嚴重時甚至誘發井下事故。此外，現有的井內支架由於自身寬度較窄，在井下需要逐個相鄰的緊密設置，容易浪費資源、增大開採成本。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種大傾角煤層的掩護支架，以解決現有技術中煤礦井井內支架無法適應緩慢釋放的地應力的問題，實現側向支撐力與地應力相適應，降低後期受損可能性的目的。

本發明通過下述技術方案實現：

一種大傾角煤層的掩護支架，包括依次鉸接的上支腿、支護梁、頂梁、下支腿，所述上支腿、下支腿的外側分別靠在井壁兩側，上支腿與頂梁之間轉動連接第一支撐杆，下支腿與頂梁之間轉動連接第二支撐杆；所述上支腿、下支腿的側面分別固定連接n根相互平行的橫向支撐杆，n≥2，所有橫向支撐杆均位於上支腿、下支腿所在平面的同側；相鄰兩根橫向支撐杆的外端連接金屬波紋管；還包括錨固在上支腿、下支腿之間的地面上的第一支撐件、第二支撐件，且第一支撐件靠近上支腿，第二支撐件靠近下支腿；所述第一支撐件、第二支撐件上均設置有斜面，斜面上設置方形的凹槽；所述第一支撐件與上支腿之間連接第一直線驅動裝置，所述第一直線驅動裝置的一端固定在第一支撐件斜面上的凹槽底部，另一端轉動連接在上支腿的內側；所述第二支撐件與下支腿之間連接第二直線驅動裝置，所述第二直線驅動裝置的一端固定在第二支撐件斜面上的凹槽底部，另一端轉動連接在下支腿的內側；所述第一直線驅動裝置的軸線垂直於第一支撐件上的斜面；所述第二直線驅動裝置的軸線垂直於第二支撐件上的斜面；所述第一支撐件斜面上的凹槽底面嵌設與第一直線驅動裝置接觸的第一壓力傳感器，第一支撐件內部設置第一控制器，所述第一控制器用於接收第一壓力傳感器的壓力信號，並以此為依據控制第一直線驅動裝置的輸出力；所述第二支撐件斜面上的凹槽底面嵌設與第二直線驅動裝置接觸的第二壓力傳感器，第二支撐件內部設置第二控制器，所述第二控制器用於接收第二壓力傳感器的壓力信號，並以此為依據控制第二直線驅動裝置的輸出力。

針對現有技術中煤礦井井內支架無法適應緩慢釋放的地應力的問題，本發明提出一種一種大傾角煤層的掩護支架，包括依次鉸接的上支腿、支護梁、頂梁、下支腿，其中上支腿、下支腿的外側分別靠在井壁兩側，用於對井壁側向提供支撐與穩固，頂梁用於承擔上覆地層壓力，支護梁用於調整角度。上支腿與頂梁之間轉動連接第一支撐杆，下支腿與頂梁之間轉動連接第二支撐杆，用以增大支撐力，同時使用轉動連接方式，即是第一支撐杆、第二支撐杆通過鉸接或轉軸連接等現有的轉動連接方式進行連接，從而不會影響支架角度的調整。除了現有的支架結構外，本發明還包括了錨固在上支腿、下支腿之間的地面上的第一支撐件、第二支撐件，第一支撐件、第二支撐件上均設置有斜面，斜面上設置方形的凹槽，由於第一直線驅動裝置的軸線垂直於第一支撐件上的斜面；第二直線驅動裝置的軸線垂直於第二支撐件上的斜面，因此，由第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置傳遞而來的作用力能夠完全、直接的施加在第一支撐件、第二支撐件上，不會對第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置施加徑向的分力，確保地層作用力沿著第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置的軸線進行傳遞，極大的降低了第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置的受損可能性，提高了其使用的可靠性與安全係數。第一直線驅動裝置的一端固定在第一支撐件斜面上的凹槽底部，另一端轉動連接在上支腿的內側，因此第一直線驅動裝置能夠隨著上支腿角度的調整而繞上支腿進行轉動。同樣的，第二直線驅動裝置的一端固定在第二支撐件斜面上的凹槽底部，另一端轉動連接在下支腿的內側，因此第二直線驅動裝置能夠隨著下支腿角度的調整而繞上支腿進行轉動。使得本發明能夠適用於各種地層傾角下的煤礦礦井中。第一支撐件斜面上的凹槽底面嵌設與第一直線驅動裝置接觸的第一壓力傳感器，第一支撐件內部設置第一控制器，所述第一控制器用於接收第一壓力傳感器的壓力信號，並以此為依據控制第一直線驅動裝置的輸出力。第二支撐件斜面上的凹槽底面嵌設與第二直線驅動裝置接觸的第二壓力傳感器，第二支撐件內部設置第二控制器，所述第二控制器用於接收第二壓力傳感器的壓力信號，並以此為依據控制第二直線驅動裝置的輸出力。對於地應力釋放緩慢的地層而言，隨著地應力的逐漸緩慢釋放，作用在上支腿、下支腿上的作用力逐漸增大，該逐漸增大的作用力分別傳遞至第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置上，進而傳遞至第一支撐件、第二支撐件的凹槽底面，分別由第一壓力傳感器、第二壓力傳感器所接收，第一壓力傳感器、第二壓力傳感器所獲取的壓力數據經其轉化後分別傳輸至第一控制器、第二控制器，兩個控制器分別以各自所接收的壓力信號為依據，控制對應的直線驅動裝置的輸出力。具體使用時，只需在控制器內部預設壓力與輸出力的對應關係即可，使得地層壓力越大時，直線驅動裝置所輸出的作用力也越大，從而以此克服變大的地層壓力。隨著地應力的逐漸緩慢釋放，地層壓力逐漸增大，而第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置所輸出的作用力也逐漸增大，所輸出的作用力分別通過上支腿、下支腿直接作用在煤礦井井壁上，以此克服部分或全部地層壓力的增大值，降低支架被逐漸增大的地層壓力所損壞的可能性，第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置所輸出的作用力隨著地層壓力的變換而進行調整，從而使得本發明能夠與地應力釋放緩慢的地層相適應，相較於傳統的固定不變的支架具有突出的實質性特點和顯著進步。此外，上支腿、下支腿的側面分別固定連接n根相互平行的橫向支撐杆，n≥2，所有橫向支撐杆均位於上支腿、下支腿所在平面的同側；相鄰兩根橫向支撐杆的外端連接金屬波紋管。作為本發明的另一個發明點，在上支腿、下支腿的側面分別固定連接n根相互平行的橫向支撐杆，當上支腿、下支腿緊靠在井壁上時，橫向支撐杆向側面伸出同樣貼靠在井壁上，從而使得一個支架獲得更大更廣的支撐面積。所有橫向支撐杆均位於上支腿、下支腿所在平面的同側，因此即可增大相鄰兩個支架之間的間距，極大程度上降低支架使用數量，以此節約資源與成本。相鄰兩根橫向支撐杆的外端連接金屬波紋管，使得位於一個支腿上的所有橫向支撐杆連接為一個整體，具有更大更強的承載能力，同時利用金屬波紋管的韌性與延展性抵消橫向支撐杆所受的部分地層壓力，進一步增大橫向支撐杆的承載能力。

優選的，所述上支腿的內側固定兩個相互平行的第一凸起，兩個第一凸起之間通過第一轉軸進行連接，所述第一轉軸穿過第一直線驅動裝置，所述第一直線驅動裝置能夠繞第一轉軸進行轉動；所述第一直線驅動裝置朝向上支腿的一端連接橡膠墊。即是第一轉軸連接在兩個第一凸起之間，第一直線驅動裝置繞第一轉軸進行轉動，從而實現第一直線驅動裝置與上支腿之間的轉動連接。第一直線驅動裝置朝向上支腿的一端連接橡膠墊，避免剛性部件與剛性部件之間的直接接觸導致的摩擦，對第一直線驅動裝置提供一層軟性保護，同時使得第一直線驅動裝置輸出的作用力在上支腿表面具有更大的受力範圍，避免局部應力集中形成薄弱點，從而提高本發明的使用壽命與工作效率。

優選的，所述下支腿的內側固定兩個相互平行的第二凸起，兩個第二凸起之間通過第二轉軸進行連接，所述第二轉軸穿過第二直線驅動裝置，所述第二直線驅動裝置能夠繞第二轉軸進行轉動；所述第二直線驅動裝置朝向下支腿的一端連接橡膠墊。即是第二轉軸連接在兩個第二凸起之間，第二直線驅動裝置繞第二轉軸進行轉動，從而實現第二直線驅動裝置與下支腿之間的轉動連接。第二直線驅動裝置朝向下支腿的一端連接橡膠墊，避免剛性部件與剛性部件之間的直接接觸導致的摩擦，對第二直線驅動裝置提供一層軟性保護，同時使得第二直線驅動裝置輸出的作用力在下支腿表面具有更大的受力範圍，避免局部應力集中形成薄弱點，從而提高本發明的使用壽命與工作效率。

優選的，所述第一直線驅動裝置的輸出力與第一壓力傳感器所受到的壓力成正比；所述第二直線驅動裝置的輸出力與第二壓力傳感器所受到的壓力成正比。確保兩個直線驅動裝置所輸出的作用力能夠與地層壓力大小相匹配，從而克服地應力的緩慢釋放所帶來的後續影響。

優選的，相鄰兩根橫向支撐杆之間還鋪設有金屬網。金屬網首先增大對井內側壁的承載強度，其次還能夠承接自井壁掉落的巖屑掉塊等，避免掉塊砸落至工作人員身上，以此提高本發明的安全性能。

優選的，所述第一支撐杆、第二支撐杆為伸縮杆。增大頂梁與上支腿、下支腿之間角度調整範圍，提高本發明的適用範圍。

優選的，所述第一控制器、第二控制器為可編程邏輯控制器。可編程邏輯控制器，即plc控制器，用於本發明中能夠確保控制精度。

優選的，所述第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置為液壓缸。以便於提供能夠克服部分或全部地層壓力改變的較大輸出力。

優選的，所述金屬波紋管為錫青銅波紋管。錫青銅波紋管具有優良的強度與耐腐蝕性能，相較於傳統使用的不鏽鋼管，除了能夠防氧化鏽蝕以外，還能夠克服地層中可能出現的烷烴氣體導致的氫脆腐蝕、硫化腐蝕等，因此能夠延長本發明的使用壽命。此外，錫青銅波紋管的彈性後效小，承受地層壓力後彈性變形的增長量很小，因此有利於對井壁的穩定支撐，確保長時間支撐過程中的可靠程度。

優選的，所述橫向支撐杆上設置有錨杆插孔。用於插入錨杆，便於通過錨杆將橫向支撐杆錨固在井壁內。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明一種大傾角煤層的掩護支架，隨著地應力的逐漸緩慢釋放，地層壓力逐漸增大，而第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置所輸出的作用力也逐漸增大，所輸出的作用力分別通過上支腿、下支腿直接作用在煤礦井井壁上，以此克服部分或全部地層壓力的增大值，降低支架被逐漸增大的地層壓力所損壞的可能性，第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置所輸出的作用力隨著地層壓力的變換而進行調整，從而使得本發明能夠與地應力釋放緩慢的地層相適應。

2、本發明一種大傾角煤層的掩護支架，由第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置傳遞而來的作用力能夠完全、直接的施加在第一支撐件、第二支撐件上，不會對第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置施加徑向的分力，確保地層作用力沿著第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置的軸線進行傳遞，極大的降低了第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置的受損可能性，提高了其使用的可靠性與安全係數。

3、本發明一種大傾角煤層的掩護支架，第一直線驅動裝置朝向上支腿的一端連接橡膠墊，第二直線驅動裝置朝向下支腿的一端連接橡膠墊，避免剛性部件與剛性部件之間的直接接觸導致的摩擦，對兩個直線驅動裝置提供軟性保護，同時使得兩個直線驅動裝置輸出的作用力具有更大的受力範圍，避免局部應力集中形成薄弱點，從而提高本發明的使用壽命與工作效率。

4、本發明一種大傾角煤層的掩護支架，在上支腿、下支腿的側面分別固定連接n根相互平行的橫向支撐杆，當上支腿、下支腿緊靠在井壁上時，橫向支撐杆向側面伸出同樣貼靠在井壁上，從而使得一個支架獲得更大更廣的支撐面積，極大程度上降低支架使用數量，以此節約資源與成本。相鄰兩根橫向支撐杆的外端連接金屬波紋管，具有更大更強的承載能力。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明具體實施例的結構示意圖；

圖2為本發明具體實施例中上支腿與第一直線驅動裝置連接處的局部結構示意圖；

圖3為本發明具體實施例中下支腿與第二直線驅動裝置連接處的局部結構示意圖；

圖4為圖1中a處的局部放大示意圖；

圖5為圖1中b處的局部放大示意圖；

圖6為本發明具體實施例中橫向支撐杆的連接結構示意圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-上支腿，2-支護梁，3-頂梁，4-下支腿，5-凹槽，6-第一支撐杆，7-第二支撐杆，8-第一支撐件，9-第二支撐件，10-第一直線驅動裝置，11-第二直線驅動裝置，12-第一凸起，13-第一轉軸，14-第二凸起，15-第二轉軸，16-第一控制器，17-第一壓力傳感器，18-第二壓力傳感器，19-第二控制器，20-橡膠墊，21-橫向支撐杆，22-金屬波紋管，23-金屬網，24-錨杆插孔。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例1：

如圖1至圖6所示的一種大傾角煤層的掩護支架，包括依次鉸接的上支腿1、支護梁2、頂梁3、下支腿4，所述上支腿1、下支腿4的外側分別靠在井壁兩側，上支腿1與頂梁3之間轉動連接第一支撐杆6，下支腿4與頂梁3之間轉動連接第二支撐杆7；還包括錨固在上支腿1、下支腿4之間的地面上的第一支撐件8、第二支撐件9，且第一支撐件8靠近上支腿1，第二支撐件9靠近下支腿4；所述第一支撐件8、第二支撐件9上均設置有斜面，斜面上設置方形的凹槽5；所述第一支撐件8與上支腿1之間連接第一直線驅動裝置10，所述第一直線驅動裝置10的一端固定在第一支撐件8斜面上的凹槽5底部，另一端轉動連接在上支腿1的內側；所述第二支撐件9與下支腿4之間連接第二直線驅動裝置11，所述第二直線驅動裝置11的一端固定在第二支撐件9斜面上的凹槽5底部，另一端轉動連接在下支腿4的內側；所述第一直線驅動裝置10的軸線垂直於第一支撐件8上的斜面；所述第二直線驅動裝置11的軸線垂直於第二支撐件9上的斜面；所述第一支撐件8斜面上的凹槽5底面嵌設與第一直線驅動裝置10接觸的第一壓力傳感器17，第一支撐件8內部設置第一控制器16，所述第一控制器16用於接收第一壓力傳感器17的壓力信號，並以此為依據控制第一直線驅動裝置10的輸出力；所述第二支撐件9斜面上的凹槽5底面嵌設與第二直線驅動裝置11接觸的第二壓力傳感器18，第二支撐件9內部設置第二控制器19，所述第二控制器19用於接收第二壓力傳感器18的壓力信號，並以此為依據控制第二直線驅動裝置11的輸出力。所述上支腿1的內側固定兩個相互平行的第一凸起12，兩個第一凸起12之間通過第一轉軸13進行連接，所述第一轉軸13穿過第一直線驅動裝置10，所述第一直線驅動裝置10能夠繞第一轉軸13進行轉動；所述第一直線驅動裝置10朝向上支腿1的一端連接橡膠墊20。所述下支腿4的內側固定兩個相互平行的第二凸起14，兩個第二凸起14之間通過第二轉軸15進行連接，所述第二轉軸15穿過第二直線驅動裝置11，所述第二直線驅動裝置11能夠繞第二轉軸15進行轉動；所述第二直線驅動裝置11朝向下支腿4的一端連接橡膠墊20。所述第一直線驅動裝置10的輸出力與第一壓力傳感器17所受到的壓力成正比；所述第二直線驅動裝置11的輸出力與第二壓力傳感器18所受到的壓力成正比。所述第一支撐杆6、第二支撐杆7為伸縮杆。所述第一控制器16、第二控制器19為可編程邏輯控制器。所述第一直線驅動裝置10、第二直線驅動裝置11為液壓缸。上支腿1、下支腿4的側面分別固定連接n根相互平行的橫向支撐杆21，n≥2，所有橫向支撐杆21均位於上支腿1、下支腿4所在平面的同側；相鄰兩根橫向支撐杆21的外端連接金屬波紋管22。鄰兩根橫向支撐杆21之間還鋪設有金屬網23。所述金屬波紋管22為錫青銅波紋管。所述橫向支撐杆21上設置有錨杆插孔24。本發明使用過程中，隨著地應力的逐漸緩慢釋放，地層壓力逐漸增大，而第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置所輸出的作用力也逐漸增大，所輸出的作用力分別通過上支腿、下支腿直接作用在煤礦井井壁上，以此克服部分或全部地層壓力的增大值，降低支架被逐漸增大的地層壓力所損壞的可能性，第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置所輸出的作用力隨著地層壓力的變換而進行調整，從而使得本發明能夠與地應力釋放緩慢的地層相適應。由第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置傳遞而來的作用力能夠完全、直接的施加在第一支撐件、第二支撐件上，不會對第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置施加徑向的分力，確保地層作用力沿著第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置的軸線進行傳遞，極大的降低了第一直線驅動裝置、第二直線驅動裝置的受損可能性，提高了其使用的可靠性與安全係數。此外，第一直線驅動裝置朝向上支腿的一端連接橡膠墊，第二直線驅動裝置朝向下支腿的一端連接橡膠墊，避免剛性部件與剛性部件之間的直接接觸導致的摩擦，對兩個直線驅動裝置提供軟性保護，同時使得兩個直線驅動裝置輸出的作用力具有更大的受力範圍，避免局部應力集中形成薄弱點，從而提高本發明的使用壽命與工作效率。此外，當上支腿、下支腿緊靠在井壁上時，橫向支撐杆向側面伸出貼靠在井壁上，使得一個支架獲得更大更廣的支撐面積。所有橫向支撐杆均位於上支腿、下支腿所在平面的同側，即可增大相鄰兩個支架之間的間距，極大程度上降低支架使用數量，節約資源與成本。相鄰兩根橫向支撐杆的外端連接金屬波紋管，使得位於一個支腿上的所有橫向支撐杆連接為一個整體，具有更大更強的承載能力，同時利用金屬波紋管的韌性與延展性抵消橫向支撐杆所受的部分地層壓力，進一步增大橫向支撐杆的承載能力。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。