一种超前支架的改进结构及其移架方法与流程

本发明涉及煤矿巷道超前支护领域，特别是涉及一种超前支架的改进结构及其移架方法。

背景技术：

我国《煤矿安全规程》明确规定:釆煤工作面顺槽超前支护的范围不能小于20m。传统矿区综釆工作面顺槽一般釆用的是单体液压支柱作超前支护，随着综采工作面机械化程度的不断提高，这种支护方式很难与综采工作面高产高效的生产模式相匹配，并且这种支护方式存在支护强度低、工人劳动强度大、支护速度慢等缺点。为了解决这些问题，煤科总院太原分院、郑州煤矿机械集团股份有限公司等设备制造厂研发了不同型号的超前支护液压支架。这些超前支护液压支架在一定程度上满足了矿井安全、高产高效的要求。但这些超前支护液压支架均未能从根本上解决综釆工作面顺槽顶板反复支撑破碎的问题。

我国普遍采用的超前支护液压支架根据结构特点的不同可以分为:大采高四连杆超前支护液压支架、自移式超前支护液压支架、跨骑式超前支护液压支架以及履带行走式超前支护液压支架等。前三种超前支护液压支架在移架时，都需要釆取降架、拉架(或推架)、升架、调整，再降架和升架等动作。即都存在反复支撑顶板的技术缺陷，这对顶板的稳定性和完整性具有很大破坏性，会对后续移架，支护和安全开采带来极大隐患。对于履带行走式超前支护液压支架这样就会成功的避免顶板的反复支撑破碎。但这样的移架方式所产生的滑动摩擦会严重的影响该支架的使用寿命，且会带来前行阻力较大、行走极其不稳定等缺陷，容易给巷道人员的安全造成危害。

目前还有一种设计(参考论文：《新型履带行走式超前支护液压支架开发及关键技术研究》)，是指超前液压支架的顶梁和底座都是带有履带的，顶梁安装有机、电、液有机结合的压力反馈系统，动力履带由拨齿液压虹进行驱动。顶梁履带的驱动装置与底座履带的驱动装置之间由液压伺服同步回路系统连接。这种连接方式使得上履带与下履带的速度达到一致，减少了上履带与顶板的摩擦，但是履带式设计存在的问题；上履带与顶板是滚动摩擦，但是履带与支架顶梁是滑动摩擦，会严重的影响该支架的使用寿命,且会带来履带转动阻力大、转动极其不稳定等缺陷，如果前后驱动轮足够大，履带与支架顶梁不会接触，从而没有滑动摩擦，但是在重压之下，两个驱动轮轴承所承受的压力将是全部顶板加在支架上的力，这是无法承受的。同时，这种支架工业应用可行性有待考究，至少到目前为止，并未见其工业推广，所以不属于本专利对传统超前支架改进的讨论范畴。

CN201310413286一种具有履带顶梁的自移式超前支护支架，情况跟上方类似，履带与支架顶梁是滑动摩擦，会严重的影响该支架的使用寿命,且会带来履带转动阻力大、转动极其不稳定等缺陷。同时，这种支架工业应用可行性有待考究，至少到目前为止，并未见其工业推广，所以不属于对传统超前支架改进的讨论范畴。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便、可靠实用的超前支架的改进结构。

本发明还提供了一种采用所述超前支架的改进结构的移架方法。

一种超前支架的改进结构，包括超前液压支架和圆柱承压排，所述圆柱承压排由多个圆柱形滚轮依次串联而成，所述圆柱承压排设置在所述超前液压支架的顶梁和巷道顶板之间，所述圆柱形滚轮的长度为450mm，直径为70mm。

本发明所述的超前支架的改进结构，其中，所述圆柱形滚轮的轴线方向与所述超前液压支架的前进方向相垂直；在所述圆柱形滚轮的两端的中心分别向外延伸有一根圆柱形的铁杆，所述铁杆的外端具有螺纹结构及与所述螺纹结构相配合的固定螺母；

在第一个和最后一个所述圆柱形滚轮的铁杆上设置有第一连接件或第二连接件，在其他的所述圆柱形滚轮的铁杆上均设置有第一连接件和第二连接件，

所述第一连接件包括一个第一连接杆和固定在所述第一连接杆两端的第一套管，所述第一套管为两端开口的中空圆柱形，所述第一套管的内径大于所述铁杆的直径，其中一个所述第一套管套设在所述铁杆上，另一个所述第一套管套设在前一个圆柱形滚轮的铁杆上；

所述第二连接件包括一个第二连接杆和固定在所述第二连接杆两端的第二套管，所述第二套管为两端开口的中空圆柱形，所述第二套管的内径大于所述铁杆的直径，其中一个所述第二套管套设在所述铁杆上，另一个所述第二套管套设在后一个圆柱形滚轮的铁杆上，依次连接排列形成所述圆柱承压排。

本发明所述的超前支架的改进结构，其中，所述铁杆的直径为4mm，长度为22mm，其中，所述螺纹结构的长度为4mm；所述第一套管和所述第二套管的外径为7mm，内径为6mm，长度为6mm；所述第一连接杆和所述第二连接杆的直径为4.5mm，长度比所述圆柱形滚轮的直径大10mm，所述固定螺母的外径为10mm，内径为4mm。

本发明所述的超前支架的改进结构，其中，所述超前液压支架的顶梁的前端设置有前顶梁护板，都端设置有后顶梁护板；所述前顶梁护板包括板式承压挡板和条式盛放漏斗，所述板式承压挡板的后端与所述超前液压支架的顶梁的前端相连，所述板式承压挡板的前端与所述调试盛放漏斗的后端相连。

本发明所述的超前支架的改进结构，其中，所述条式盛放漏斗为长条形，其横截面为勺状结构，包括开口向上的盛放槽和开口向下的弧形连接部；

所述板式承压挡板包括承压板、承压块和第一固定板，所述承压块为实心方形铁块，承压板包括水平板和连接在所述水平板前端的斜板，所述水平板和所述斜板为焊接或一体成型结构，所述承压块的顶部固定在所述水平板的底部的前侧，所述水平板的后侧固定在所述超前液压支架顶部，所述承压块与所述超前液压支架的前端相接触；所述第一固定板长度方向的一侧固定在所述斜板的中部，另一侧固定在所述承压块上。

本发明所述的超前支架的改进结构，其中，所述条式盛放漏斗包括多个平行设置的勺状结构钢筋，多个所述勺状结构钢筋由3个平行设置的长条形钢筋焊接固定在一起。

本发明所述的超前支架的改进结构，其中，所述条式盛放漏斗高度为470mm，宽度为450mm，长度为600mm；所述承压块的厚度为140mm，长度为330mm，高度为420mm；

所述水平板和所述斜板由弹簧钢制成，尺寸相同，均为：厚度为8mm，长度为800mm，宽度为450mm；所述斜板与水平面之间的角度为4°；所述第一固定板的底端与所述承压块的顶部之间的距离为70mm。

本发明所述的超前支架的改进结构，其中，所述后顶梁护板包括收集槽和固定装置，所述固定装置包括第二固定板，所述第二固定板的后端与所述收集槽相连，所述第二固定板的前部设置有固定条带和固定锁，将所述第二固定板固定在所述超前液压支架的顶梁上；所述收集槽包括水平底板和分别设置在其前端和后端的前侧板和后挡板，所述前侧板的上端与所述第二固定板的后端相连。

本发明所述的超前支架的改进结构，其中，所述水平底板的长度为380mm，宽度为480mm，前侧板的高度为280mm，后挡板的高度为140mm，第二固定板的长度为280mm，所述水平底板、所述前侧板、所述后挡板和所述第二固定板的厚度为11mm。

采用本发明所述的超前支架的改进结构进行的移架方法，包括如下步骤：

(A)将圆柱承压排的圆柱形滚轮、固定螺母、第一连接件、第二连接件、前顶梁护板和后顶梁护板运送到井下超前支护区域；

(B)每个圆柱形滚轮的铁杆都安装第一连接件和第二连接件，连接形成圆柱承压排，刚开始圆柱承压排安装到4m，其中，第一个圆柱形滚轮两侧，每侧只需要安装一个第一连接件或第二连接件，用以连接后面的圆柱形滚轮，当第一个圆柱形滚轮滚出超前液压支架后，可以旋开固定螺母，连接到超前液压支架前面，接替使用；

(C)第一次安装时，超前液压支架前柱泄压，使顶梁前端脱离顶板70-80mm，停止泄压，将承压板的水平板插入到超前液压支架和顶板之间，将安装好的圆柱承压排塞进顶板和顶梁之间的空隙；

(D)支架旁边3m之内不要站人，防止移架时顶板漏矸伤人，检查超前液压支架前方状况，确保移架路径平坦，开始推动千斤顶，带压移架；

(E)当圆柱承压排刚刚滚动到超前支架顶梁中部的时候，对超前液压支架后柱泄压，使顶梁后端脱离巷道顶板70-80mm，停止泄压，将固定装置的第二固定板插入到超前液压支架和顶板之间，将固定条带绑在支架顶梁后端，利用固定锁锁紧，将所述第二固定板和收集槽固定在所述超前液压支架的顶梁后；

(F)完成初次使用，调节前后柱压力值，使前后柱压力与原来的正常压力值相当，保证支架顶梁与顶板平行，支护稳定；

(G)以超前液压支架每前进2m为一个循环，每前进2m，将水平底板内多余的圆柱形滚轮拆下，弄到前面安装上，如此2m为一个循环。

本发明超前支架的改进结构与现有技术不同之处在于：

传统方法中，当工作面推进时，超前液压支架也需要往前推进，在这推进的过程中，是先泄压，等支架的顶梁与巷道顶板脱离一定距离时，往前推进，推进一定距离之后，再顶起支架，因为支架在推移的过程中，路线并不会按照直线走，所以还需要调整，再次泄压，保证不会压到顶板的支护锚杆和锚索。所以在这过程中顶板破碎严重，对后期的煤炭开采留下很大隐患，顶板破碎，会导致气体，水瓦斯等的渗漏，特别是后面支架移动时，有大量的顶板碎石等垮落，对安全生产造成大量不必要的影响和一定的安全隐患。

本发明超前支架的改进结构在顶板和支架顶梁之间铺设圆柱承压排，这样可以以滚动摩擦的形式直接带着压力，通过千斤顶从后面推动支架，这样支架就不需要泄压再加压，直接这样往前推进，对顶板几乎不会造成任何破坏。本发明所述装置结构简单、成本低、操作简便、可靠实用。

下面结合附图对本发明的超前支架的改进结构作进一步说明。

附图说明

图1为本发明超前支架的改进结构的结构示意图；

图2为本发明超前支架的改进结构中圆柱形滚轮的结构示意图；

图3为本发明超前支架的改进结构中的前顶梁护板的结构示意图；

图4为前顶梁护板中的条式盛放漏斗的俯视结构示意图；

图5为本发明超前支架的改进结构中的后顶梁护板的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1～图5所示，一种超前支架的改进结构，包括超前液压支架1和圆柱承压排2，圆柱承压排2由多个圆柱形滚轮201依次串联而成，圆柱承压排2设置在超前液压支架1的顶梁和巷道顶板3之间，所述圆柱形滚轮201在超前液压支架1前进时滚动；在巷道顶板3和超前液压支架1的顶梁之间铺设圆柱承压排2，这样可以以滚动摩擦的形式直接带着压力，通过千斤顶从后面推动超前液压支架1，这样就不需要泄压再加压，直接这样往前推进，对巷道顶板3几乎不会造成任何破坏。圆柱形滚轮201的长度为450mm，直径为70mm，太小，顶板可能会与顶梁直接接触，无法发挥滚动摩擦的作用，太大承压圆柱体之间的空隙也会加大，顶板碎石陷进去，可能会造成承压圆柱体不会转动，也无法发挥滑动摩擦的作用，因此这个尺寸是相对合理和科学的。

以上方案就可以完成本发明的目的，在此基础上，又提出了以下优选方案：

圆柱形滚轮201的轴线方向与超前液压支架1的前进方向相垂直；在圆柱形滚轮201的两端的中心分别向外延伸有一根圆柱形的铁杆202，铁杆202走向与圆柱形滚轮201平行，铁杆202的外端具有螺纹结构203及与螺纹结构203相配合的固定螺母204；

在第一个和最后一个圆柱形滚轮201的铁杆202上设置有第一连接件或第二连接件，在其他的圆柱形滚轮201的铁杆202上均设置有第一连接件和第二连接件；

第一连接件包括一个第一连接杆205和两个分别固定在第一连接杆205两端的第一套管206，第一套管206为两端开口的中空圆柱形，第一套管206的内径大于铁杆202的直径，其中一个第一套管206套设在铁杆202上，另一个第一套管206套设在前一个圆柱形滚轮201的铁杆上；

第二连接件包括一个第二连接杆207和两个分别固定在第二连接杆207两端的第二套管208，第二套管208为两端开口的中空圆柱形，第二套管208的内径大于铁杆202的直径，其中一个第二套管208套设在铁杆202上，另一个第二套管208套设在后一个圆柱形滚轮201的铁杆202上，依次连接排列形成圆柱承压排2，在螺纹结构203上拧上固定螺母204，整个圆柱承压排2就可以自由弯曲移动。

铁杆202的直径为4mm，长度为22mm，在同一根铁杆202的第一套管206和第二套管208之间有6mm的空间，可以保证二者在铁杆202上自由旋转。螺纹结构203的长度为4mm，这样的设计都是尽可能的使铁杆短，不受圆柱体外巷道顶板凸起或者碎石的影响；第一套管206和第二套管208的外径为7mm，内径为6mm，长度为6mm；第一连接杆205和第二连接杆207的直径为4.5mm，长度比圆柱形滚轮201的直径大10mm，固定螺母204的外径为10mm，内径为4mm。直径尽可能的小，也是为了巷道顶板凸起或者碎石尽可能不碰到铁杆202，因为圆柱承压排2设计的最大创新点就，将上部巨大的压力全部转化为圆柱形滚轮201来承担，铁杆202只承担他们的旋转作用，如果圆柱体中间是轴承设计的话，那么顶板巨大的压力会使轴承失效，无法发挥作用。所以不承载压力的铁杆202应该尽可能短，以免圆柱形滚轮201外侧的巷道顶板3凸起对铁杆202造成破坏，同时太短也不能完全发挥它的作用，因此这个尺寸的设计是相对合理的，本发明的尺寸都是优选设计，并不是必须的，不形成对保护范围的限制，只是这样效果更好。

超前液压支架1的顶梁的前端设置有前顶梁护板，后端设置有后顶梁护板；前顶梁护板包括板式承压挡板4和条式盛放漏斗5，板式承压挡板4的后端与超前液压支架1的顶梁的前端相连，板式承压挡板4的前端与条式盛放漏斗5的后端相连。条式盛放漏斗5的作用主要是存放叠在一起的部分圆柱承压排2，方便在移架时，圆柱承压排2顺着前顶梁护板滚进巷道顶板3和顶梁之间，而不需要人工在旁边照看和作业。

条式盛放漏斗5为长条形，其横截面为勺状结构，包括开口向上的盛放槽501和开口向下的弧形连接部502；条式盛放漏斗5包括多个平行设置的勺状结构钢筋，多个勺状结构钢筋由3个平行设置的长条形钢筋焊接固定在一起。

条式盛放漏斗5高度为470mm，宽度为450mm，长度为600mm；主要是为了保证漏斗有一定空间盛放圆柱承压排，同时保证了力矩不会太大，条式盛放漏斗可以由一定强度承受圆柱承压排带来的压力。

条式盛放漏斗5的“勺把”处，即弧形连接部502的最大倾角接近80°，而后平滑的与板式承压挡板4连接，二者之间为焊接，这么设计的原因是巷道顶板3会经常性的散落一些碎石和煤矸等，这样的角度和条带状可以让碎石等滚到条式盛放漏斗5里，最终会掉到巷道底板上，钢筋焊接也能保证强度需求，同时减小了通风风阻，保证了巷道断面通风量。这不是必要的，是优选设计，效果更好。

板式承压挡板4包括承压板、承压块403和第一固定板404，承压块403为实心方形铁块，它的作用主要是承载支架顶梁向前的推动力，然后带动板式承压板4和条式盛放漏斗5随之移动。

承压板包括水平板401和连接在水平板401的前端的斜板402，水平板401和斜板402为焊接或一体成型结构，承压块403的顶部固定在水平板401的底部的前侧，水平板401的后侧固定在超前液压支架1的顶部，承压块403与超前液压支架1的前端相接触；第一固定板404长边的一侧固定在斜板402的中部，另一侧固定在承压块403上。

水平板401和斜板402由弹簧钢制成，尺寸相同，均为：厚度为8mm，长度为800mm，宽度为450mm；斜板402与水平面之间的角度为4°；第一固定板404的底端与承压块403的顶部之间的距离为70mm。承压块403的厚度为140mm，长度为330mm，高度为420mm；承压块403承载超前液压支架1的顶梁向前的推动力，然后带动承压板和条式盛放漏斗5随之移动。厚度可以保证钢板具有一定强度和刚度，可以承受承压块403和部分圆柱承压排2的重量以及受到的巷道顶板3的摩擦力。板式承压挡板4的作用主要是提供一个空间，使后续的圆柱承压排2得以平缓的进入巷道顶板3和顶梁之间的空间。

第一固定板404的作用主要是起支撑斜板402的作用，在斜板402自身弹性刚的作用下，会对上部的圆柱承压排2有一定的压力，并表现一部分的让压，以让圆柱承压排2平缓的进入巷道顶板3和顶梁之间的空间。第一固定板404可以对斜板402提供高强度支撑，保证圆柱承压排2不会因为压力太大压坏斜板402部分，第一固定板404焊接的一段距离承压块403上端距离70mm，这个距离保证对承压块403的施力点在顶梁厚度范围之内，通过与顶梁前端力抵消，不会对装置造成旋转失稳的影响。

后顶梁护板包括收集槽6和固定装置7，固定装置7包括第二固定板701，第二固定板701的后端与收集槽6相连，第二固定板701的前部设置有固定条带702和固定锁703，将第二固定板701固定在超前液压支架1的顶梁上；收集槽6主要作用是接住往下逐渐降落的圆柱形滚轮201，收集槽6包括水平底板601和分别设置在其前端和后端的前侧板602和后挡板603，前侧板602的上端与第二固定板701的后端相连。

水平底板601的长度为380mm，宽度为480mm，前侧板602的高度为280mm，后挡板603的高度为140mm，第二固定板701的长度为280mm，水平底板601、前侧板602、后挡板603和第二固定板701的厚度均为11mm。因为一个圆柱形滚轮201重量大概在35斤左右，所以280mm的距离保证他们不会因为悬挂的太多而拉坏了之间的连接装置，380mm的宽度也能保证后顶梁护板能容下大概1-2m长的圆柱承压排2；固定结构左右长280mm，上有固定条带702和固定锁703，将固定结构7插入到巷道顶板3和顶梁之间，将固定条带702绑在支架顶梁上，利用固定锁703锁住。尺寸均为优选方案。

采用本发明的超前支架的改进结构进行的移架方法，包括如下步骤：

(A)将圆柱承压排2的圆柱形滚轮201、固定螺母204、第一连接件、第二连接件、前顶梁护板和后顶梁护板运送到井下超前支护区域；

(B)每个圆柱形滚轮201的铁杆202都安装第一连接件和第二连接件，连接形成圆柱承压排2，刚开始圆柱承压排2安装到4m，其中，第一个圆柱形滚轮201两侧，每侧只需要安装一个第一连接件或第二连接件，用以连接后面的圆柱形滚轮201，当第一个圆柱形滚轮201滚出超前液压支架1后，可以旋开固定螺母204，连接到超前液压支架1前面，接替使用；

(C)第一次安装时，超前液压支架1前柱泄压，使顶梁前端脱离巷道顶板3的距离为70-80mm，停止泄压，将承压板4的水平板401插入到超前液压支架1和巷道顶板3之间，将安装好的圆柱承压排2塞进巷道顶板3和顶梁之间的空隙；

(D)支架旁边3m之内不要站人，防止移架时顶板漏矸伤人，检查超前液压支架1前方状况，确保移架路径平坦，开始推动千斤顶，带压移架；

(E)当圆柱承压排2刚刚滚动到超前支架顶梁中部的时候，对超前液压支架1后柱泄压，使顶梁后端脱离巷道顶板3的距离为70-80mm，停止泄压，将固定装置7的第二固定板701插入到超前液压支架1和巷道顶板3之间，将固定条带702绑在支架顶梁后端，利用固定锁703锁紧，将所述第二固定板701和收集槽6固定在所述超前液压支架1的顶梁后；

(F)完成初次使用，调节前后柱压力值，使前后柱压力与原来的正常压力值相当，保证支架顶梁与顶板平行，支护稳定；

(G)以超前液压支架1每前进2m为一个循环，每前进2m，将水平底板601内多余的圆柱形滚轮201拆下，弄到前面安装上，如此2m为一个循环。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。