一种重复使用的采场顶板机械支柱的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种重复使用的采场顶板机械支柱,是一种以风动扳手驱动一对圆锥齿轮转动，从动锥齿轮带动螺杆转动，驱使与其旋合的螺母带动支撑套管向上移动，从而对采场顶板进行支撑并能回收与重复使用的机械单体支柱，用以取代木支柱和型钢支柱。该支柱支撑高度可调，支撑力大，具有自锁作用，安全可靠，材料能回收与重复使用，对环境无污染。
【专利说明】一种重复使用的采场顶板机械支柱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种重复使用的采场顶板机械支柱，是一种应用于地下金属矿山下向分层采矿充填法中采场顶板支护的机械支柱，属于矿业机械设备领域。
【背景技术】
[0002]对于采矿技术条件复杂的地下金属矿山的倾斜薄矿脉开采，大多采用有钢筋混凝土顶板护顶的下向分层充填采矿法，即自上而下分层回采，在回采完上一个分层后，保留其支撑采场顶板的支柱，分别在呈巷道形状的采空区左、右侧面围岩上打入金属锚杆，在锚杆外伸端焊接钢筋，并最终在采空区形成纵横交错的钢筋网，接下来在采空区入口处砌一堵挡墙，使采空区形成一个密闭空间，然后向采空区充填满混凝土，构筑成下一个分层的钢筋混凝土顶板，并在此顶板下回采下一个分层的矿石。在回采下一个分层时，每向前推进一定距离，都需要在采空区两侧紧靠围岩处用支柱按一定间隔对钢筋混凝土顶板进行竖直支撑，防止顶板下沉，确保回采作业安全。采用什么样的支柱对顶板进行支撑，既安全可靠又经济实用且无环境污染，无疑是一个值得研究的重要技术课题。目前，在采用下向分层充填采矿法的金属矿山采场顶板支护中，主要采用木支柱和型钢支柱的支护形式，在井下煤矿采煤工作面的顶板支护中，主要有木支柱、单体金属摩擦支柱、单体液压支柱和液压支架等支护形式，机械支柱有个别应用。木支柱由于撑紧后，不便回收以及回收不安全，所以木材消耗量大，成本高，且木材来源较为有限，支撑时劳动强度大；用槽钢等制作的型钢支柱撑紧后也不便回收以及回收不安全，由于采场底板和顶板的凹凸不平，需根据具体支撑位置的高度定长下料，高度调整和支设不便，劳动强度大，成本高，还因支柱的底面和顶面分别接触采场底板的矿石和顶板的钢筋混凝土，摩擦系数小，横向受力差，采场爆破矿石的冲击波易将其震倒，安全性能降低；机械支柱的应用方面，一种用废旧液压支柱零件改装的机械支柱在煤矿巷道掘进临时支护和开采作业中曾有个别应用，它以煤电钻为动力驱动蜗杆蜗轮转动，蜗轮再驱使丝杆升降柱达到升降和初撑力，具有液压缓冲保护装置、活塞、油缸、压力表、安全阀等保证支柱柔性，通过改变接长段的长度达到不同工作高度。但由于其采用蜗杆蜗轮传动，传动效率低以及减速比大，蜗轮转动慢，导致升降柱的升降速度较慢，无防爆破震倒设计，不适宜应用于金属矿山采场。另外，拟在煤矿应用的还有一种机械支柱，其主要包括螺旋体装置、升降控制器和制动器。靠人力驱动旋向相反的双螺旋丝杆正转，驱使分别在丝杆两头旋合的两个螺母向上和向下移动，撑紧采煤区的顶板和底板。由于靠人力驱动撑紧和放松支柱，劳动强度大，采用制动器制动，防止丝杆在顶板压力下反转，所需制动力矩大，对制动器长期保持制动的可靠性要求高，也无防爆破震倒设计，不适宜在金属矿山采场应用。金属摩擦支柱结构简单，重量轻，造价低，可回收与重复使用，但其初撑力小且不均匀，影响安全生产；单体液压支柱是煤矿高档普采工作面的主要配套支护设备，其有内注式和外注式两种，在其上设有三用阀控制支柱的工作循环过程，内注式单体液压支柱依靠油缸内装入的液压油在内部循环工作，由于其内部结构复杂，初撑力小且不均匀，生产成本高，劳动强度大等缺点，应用较少，外注式单体液压支柱依靠乳化液泵站输出的压力液进行初撑，卸载时，通过三用阀上的卸载阀使乳化液外泄到采煤工作面内，重复工作时，再用乳化液泵站的压力液进行初撑，工作面顶板的支柱初撑力均匀，安全性高，工人劳动强度低；液压支架是煤矿综采工作面的一种液压支护设备，它不仅能够有效地支撑采煤工作面顶板，而且能随着采煤工作面的推进向前移动，它具备升、降、推、移四个基本动作，每个动作都是利用乳化液泵站提供的高压液体，通过液压控制系统控制不同功能的液压缸来完成的，每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统。液压支架具有支撑能力大，支护性能好，架设移动速度快和安全可靠等优点。液压支架和外注式单体液压支柱都需要建立乳化液泵站，其液控系统、管路系统、机械系统的组成复杂，投资较大，维护要求高。外注式单体液压支柱的乳化液外泄到采煤工作面内，还造成了工作环境和井下水的污染。
[0003]综上所述，在地下金属矿山使用向下分层采矿充填法的采场顶板支护和井下煤矿工作面顶板支护方面，虽然已有几种支护装置或支护设备，但都有其局限性，或是不能回收与重复使用，成本高，支撑不方便，劳动强度大，升降速度慢，效率低，安全性能差；或是无防采场爆破震倒设计；或是需要建立乳化液泵站、液控系统和管路系统，组成复杂，投资大，维护要求高，还造成工作环境和井下水的污染。对于地下金属矿山采场的顶板支护，简单实用、安全可靠、环保和材料消耗少的支护设备还较少，有必要进一步开发出简单实用并能回收与重复使用且无污染的机械支柱以取代木支柱或型钢支柱，以满足矿山采场顶板支护的需要。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于开发一种重复使用的采场顶板机械支柱，是一种以风动扳手驱动一对圆锥齿轮转动，从动锥齿轮带动螺杆转动，驱使与其旋合的螺母带动支撑套管向上移动，从而对采场顶板进行支撑并能回收与重复使用的机械单体支柱，以取代木支柱和型钢支柱。该支柱支撑高度可调，支撑力大，具有自锁作用，安全可靠，能回收与重复使用，对环境无污染。
[0005]本实用新型通过以下技术方案完成，其包括下垫板1、底座2、沉头螺栓3、推力调心轴承4、主管联接螺钉5、主管6、平键7、从动锥齿轮8、螺杆9、螺母10、下部套管11、止动销12、上部套管13、上部套管联接螺栓14、上顶盘沉头螺栓15、上顶盘16、上垫板联接螺栓17、上垫板18、主动锥齿轮19、轴套紧定螺钉20、轴套21和调整垫片22。下垫板1置于采场底板上，下垫板用沉头螺栓3与底座2的下部联接，下垫板为橡胶板，以增大支柱与采场底板的摩擦系数和橡胶板的变形来有效抵御采场爆破产生的冲击波，主管6通过联接螺钉5与底座固定联接，推力调心轴承4的下圈安装在底座上部的内孔中，轴承上圈的内孔安装在螺杆9的下端轴颈上，螺杆螺纹取标准值，大径90 —螺距从动锥齿轮8通过平键7与螺杆的轴颈联接，从动锥齿轮8的下端面支撑在轴承上圈上端面，两者之间装有调整垫片22，通过增加和减少调整垫片的厚度来调整从动锥齿轮与主动锥齿轮19的啮合间隙，螺杆9安装在下部套管11的内孔中，其螺纹段的下端面支撑在从动锥齿轮8上部的凹槽中，为减轻重量，螺杆采用中空无缝钢管制造，螺母10与螺杆9为螺旋副配合，采用梯形螺纹，两者之间用润滑脂润滑，螺母10的外圆柱面与下部套管内孔为螺纹联接，下部套管11装在主管6的内孔中，两者为间隙配合，主管6内孔对下部套管11的伸缩起导向作用，下部套管11外圆上对称开有两条纵向槽，用螺纹固定在主管6上端的两颗止动销12分别位于其两条纵向槽中，使下部套管不能转动，只能轴向移动，上部套管13的下端法兰通过联接螺栓14与下部套管上端法兰连接为一体，上部套管通过上顶盘沉头螺栓15与上顶盘16联接，为减轻重量，上部套管采用铝合金材料，上顶盘紧密接触上垫板18的底面，上垫板用联接螺栓17连接在上顶盘上，以增上垫板也为橡胶板，以增大支柱顶面与采场顶板接触的紧密度，主动锥齿轮19的轴装在轴套21的内孔中，用轴套紧定螺钉20将轴套与主管固定，主从动锥齿轮的啮合采用润滑脂润滑。
[0006]使用支柱时，在采场底板支撑位置处竖起支柱，一人扶住支柱，另外一人将风动扳手(风动扳手的空转速度为4800 1/111111的驱动方头插入主动锥齿轮19右端六角头的方形凹槽中，按顺时针方向驱动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮带动从动锥齿轮8 (锥齿轮的传动比为1 一 1.5)转动，从而带动螺杆9转动，由于螺杆下端轴颈与从动锥齿轮内孔为紧配合以及螺杆受力向下，故螺杆不会产生轴向移动，因螺母10与下部套管11用螺纹固联，下部套管被止动销12阻止其转动，所以螺杆的转动就驱动螺母和下部套管以及上部套管13 —起向上移动，上顶盘16和上垫板18也随之向上移动，上垫板接触和逐渐撑紧采场顶板，当风动扳手的拧紧扭矩达到预紧扭矩值时，停止风动扳手的驱动，此时支柱达到其初撑力。下部套管的伸缩行程为0-500臟，支柱的支撑高度为2.6 — 3.10。当支撑高度为3.1111时，达到支柱的初撑力所需的预紧扭矩为285-310况5？，当顶板来压时支柱保持其压杆稳定所能承受的最大压力为205狀；支柱的支撑高度为2.60时，保持其压杆稳定所能承受的最大压力为381狀。螺杆与螺母的旋合采用自锁螺旋副，螺母不会在顶板压力作用下自行放松。当机械支柱所支撑分层的矿石全部采空并在左、右侧面打入金属锚杆后，用造价更低廉的简易钢筋混凝土等支柱按一定间隔并按由里到外的次序对采空区顶板逐段进行支撑，然后由里向外逐一放松和取下机械支柱，再逐段焊接钢筋。放松机械支柱时，用风动扳手的驱动方头插入主动锥齿轮19右端六角头的方形凹槽中，按逆时针方向驱动主动锥齿轮19转动即可，最大放松扭矩为187况0。为方便搬运，上部套管与下部套管设计为法兰连接，在罐笼提升、下放以及搬运支柱时，可从上部套管与下部套管连接处将支柱拆卸为上下两部分，上部约为26命，下部约为59命，支柱总重约为85命。
[0007]本实用新型的优点在于:(1)本机械支柱所能承受的最大压力高于桉树等一般材质的木支柱，具有更好的支撑性能42)支撑高度在2.6-3.之间可调，更能适应采场高度的变化，支设方便；(3)采用转速高的风动扳手驱动，支柱升降速度快，省时省力，劳动强度低，安全性能好；(4)支柱的上下垫板采用具有一定强度的橡胶板，以增大支柱与采场底板和顶板的摩擦系数以及橡胶板的变形来有效抵御采场爆破产生的冲击波，支撑更加稳定和可靠；(5)能回收与重复使用，制造与使用成本低；(6)上部套管采用铝合金材料以及轻量化设计，质量较轻，拆分简单，搬运方便。因此本设计对于采用下向分层采矿充填法的地下金属矿山采场的顶板支护具有明显的实用价值、经济价值和推广应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型的组成结构图。图中1为下垫板，2为底座，3为沉头螺栓，4为推力调心轴承，5为主管联接螺钉，6为主管，7为平键，8为从动锥齿轮，9为螺杆，10为螺母，11为下部套管，12为止动销，13为上部套管，14为上部套管联接螺栓，15为上顶盘沉头螺栓，16为上顶盘，17为上垫板联接螺栓，18为上垫板，19为主动锥齿轮，20为轴套紧定螺钉，21为轴套，22为调整垫片。
【具体实施方式】
[0009]如图1所示，其包括下垫板1、底座2、沉头螺栓3、推力调心轴承4、主管联接螺钉5、主管6、平键7、从动锥齿轮8、螺杆9、螺母10、下部套管11、止动销12、上部套管13、上部套管联接螺栓14、上顶盘沉头螺栓15、上顶盘16、上垫板联接螺栓17、上垫板18、主动锥齿轮19、轴套紧定螺钉20、轴套21和调整垫片22，下垫板1置于采场底板上，下垫板用沉头螺栓3与底座2的下部联接，下垫板为橡胶板，以增大支柱与采场底板的摩擦系数和橡胶板的变形来有效抵御采场爆破产生的冲击波，主管6通过联接螺钉5与底座固定联接，推力调心轴承4的下圈安装在底座上部的内孔中，轴承上圈的内孔安装在螺杆9的下端轴颈上，螺杆螺纹取标准值，大径螺距从动锥齿轮8通过平键7与螺杆的轴颈联接，从动锥齿轮8的下端面支撑在轴承上圈上端面，两者之间装有调整垫片22，通过增加和减少调整垫片的厚度来调整从动锥齿轮与主动锥齿轮19的啮合间隙，螺杆9安装在下部套管11的内孔中，其螺纹段的下端面支撑在从动锥齿轮8上部的凹槽中，为减轻重量，螺杆采用中空无缝钢管制造，螺母10与螺杆9为螺旋副配合，采用梯形螺纹，两者之间用润滑脂润滑，螺母10的外圆柱面与下部套管内孔为螺纹联接，下部套管11装在主管6的内孔中，两者为间隙配合，主管6内孔对下部套管11的伸缩起导向作用，下部套管11外圆上对称开有两条纵向槽，用螺纹固定在主管6上端的两颗止动销12分别位于其两条纵向槽中，使下部套管不能转动，只能轴向移动，上部套管13的下端法兰通过联接螺栓14与下部套管上端法兰连接为一体，上部套管通过上顶盘沉头螺栓15与上顶盘16联接，为减轻重量，上部套管采用铝合金材料，上顶盘紧密接触上垫板18的底面，上垫板用联接螺栓17连接在上顶盘上，以增上垫板也为橡胶板，以增大支柱顶面与采场顶板接触的紧密度，主动锥齿轮19的轴装在轴套21的内孔中，用轴套紧定螺钉20将轴套与主管固定，主从动锥齿轮的啮合采用润滑脂润滑。
[0010]使用支柱时，在采场底板支撑位置处竖起支柱，一人扶住支柱，另外一人将风动扳手(风动扳手的空转速度为4800 1/111111的驱动方头插入主动锥齿轮19右端六角头的方形凹槽中，按顺时针方向驱动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮带动从动锥齿轮8 (锥齿轮的传动比为1.2)转动，从而带动螺杆9转动，由于螺杆下端轴颈与从动锥齿轮内孔为紧配合以及螺杆受力向下，故螺杆不会产生轴向移动，因螺母10与下部套管11用螺纹固联，下部套管被止动销12阻止其转动，所以螺杆的转动就驱动螺母和下部套管以及上部套管13 —起向上移动，上顶盘16和上垫板18也随之向上移动，上垫板接触和逐渐撑紧采场顶板，当风动扳手的拧紧扭矩达到预紧扭矩值时，停止风动扳手的驱动，此时支柱达到其初撑力。下部套管的伸缩行程为0-500臟，支柱的支撑高度为2.6 — 3.加。当支撑高度为3.1111时，达到支柱的初撑力所需的预紧扭矩为285-310况5？，当顶板来压时支柱保持其压杆稳定所能承受的最大压力为205狀；支柱的支撑高度为2.60时，保持其压杆稳定所能承受的最大压力为381狀。螺杆与螺母的旋合采用自锁螺旋副，螺母不会在顶板压力作用下自行放松。当机械支柱所支撑分层的矿石全部采空并在左、右侧面打入金属锚杆后，用造价更低廉的简易钢筋混凝土等支柱按一定间隔并按由里到外的次序对采空区顶板逐段进行支撑，然后由里向外逐一放松和取下机械支柱，再逐段焊接钢筋。放松机械支柱时，用风动扳手的驱动方头插入主动锥齿轮19右端六角头的方形凹槽中，按逆时针方向驱动主动锥齿轮19转动即可，最大放松扭矩为187况0。为方便搬运，上部套管与下部套管设计为法兰连接，在罐笼提升、下放以及搬运支柱时，可从上部套管与下部套管连接处将支柱拆卸为上下两部分，上部约为26命，下部约为59命，支柱总重约为85命。
【权利要求】
1.一种重复使用的采场顶板机械支柱，其特征在于:其包括下垫板〔0、底座口)、沉头螺栓(31推力调心轴承“)、主管联接螺钉(51主管“)、平键(了)、从动锥齿轮(8).螺杆(幻、螺母(1(0、下部套管(10、止动销(12^上部套管(口)、上部套管联接螺栓(“)、上顶盘沉头螺栓套紧定螺钉(20^轴套(21)和调整垫片(22),下垫板(1)置于采场底板上，下垫板用沉头螺栓(3)与底座(2)的下部联接，主管(6)通过联接螺钉(5)与底座固定联接，推力调心轴承(4)的下圈安装在底座上部的内孔中，轴承上圈的内孔安装在螺杆(9)的下端轴颈上，从动锥齿轮(8)通过平键(7)与螺杆的轴颈联接，从动锥齿轮(8)的下端面支撑在轴承上圈上端面，两者之间装有调整垫片(22),螺杆(9)安装在下部套管(11)的内孔中，其螺纹段的下端面支撑在从动锥齿轮(8)上部的凹槽中，螺母(10)与螺杆(9)为螺旋副配合，采用梯形螺纹，两者之间用润滑脂润滑，螺母(10)的外圆柱面与下部套管内孔为螺纹联接，下部套管(11)装在主管(6)的内孔中，两者为间隙配合，下部套管(11)外圆上对称开有两条纵向槽，用螺纹固定在主管(6)上端的两颗止动销(12)分别位于其两条纵向槽中，上部套管(13)的下端法兰通过联接螺栓(14)与下部套管上端法兰连接为一体，上部套管通过上顶盘沉头螺栓(15)与上顶盘(16)联接，上顶盘紧密接触上垫板(18)的底面，上垫板用联接螺栓(17)连接在上顶盘上，以增主动锥齿轮(19)的轴装在轴套(21)的内孔中，用轴套紧定螺钉(20)将轴套与主管固定，主从动锥齿轮的啮合采用润滑脂润滑。
2.根据权利要求1所述的一种重复使用的采场顶板机械支柱，其特征在于:所述下垫板(1)和上垫板(18)为橡胶板。
3.根据权利要求1所述的一种重复使用的采场顶板机械支柱，其特征在于:所述螺杆(9)采用中空无缝钢管制造，所述上部套管(13)采用铝合金材料。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种重复使用的采场顶板机械支柱，其特征在于:所述螺杆螺纹取标准值，大径90—110臟，螺距12—20臟。
【文档编号】E21D15/24GK204140097SQ201420528587
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】陈青, 张院萍, 玉拾昭, 朱贵运, 黄灏, 黄学贵, 李永川, 黄烈刚 申请人:彝良驰宏矿业有限公司