一种巷道支架及用于巷道支架的支撑组件安装设计方法与流程

：本发明涉及巷道支撑，具体涉及一种巷道支架及用于巷道支架的支撑组件安装设计方法。

背景技术

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背景技术：

1、地下煤矿开采技术目前已经达到一定的先进程度，保证地下开采的安全性，目前，地下煤矿开采的巷道一般都是直接采用超前支架进行支撑，使用起来是非常方便快捷。

2、对于有些年久的矿井，进行开采作业时，还没有合适的超前支架进行使用，一般都是直接采用中间支架对巷道进行支撑，由于因为开采后续工作的需要，以及对支撑效果的要求，需要把这些中间支架更换成超前支架，但是由于井下运输较为困难，运输成本较大，或者运输过程中，容易影响其他设备的运行，产生安全事故。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、为此，本发明提供一种巷道支架及用于巷道支架的支撑组件安装设计方法，用以克服现有技术对于有些年久的矿井，进行开采作业时，还没有合适的超前支架进行使用，一般都是直接采用中间支架对巷道进行支撑，由于因为开采后续工作的需要，以及对支撑效果的要求，需要把这些中间支架更换成超前支架，但是由于井下运输较为困难，运输成本较大，或者运输过程中，容易影响其他设备的运行，产生安全事故的问题。

2、本发明由如下技术方案实施：

3、一种巷道支架，包括中间支架，所述中件支架包括底座，所述底座顶部通过连杆支架与掩护梁板活动连接，且掩护梁板与连杆支架铰接，所述掩护梁板顶部侧端通过铰接轴铰接有顶梁板，所述顶梁板与底座之间设有液压油缸，且液压油缸两端分别与顶梁板和底座铰接，所述中间支架的掩护梁后端可拆卸连接有后护梁板，所述后护梁板与掩护梁之间设置安装有第一支撑组件，所述第一支撑组件可驱动后护梁板的顶面与顶梁板的顶面齐平，所述后护梁板一侧通过联轴器与连接轴与掩护梁板和顶梁板之间连接的铰接轴铰接，且另一侧通过第一支撑组件与掩护梁板固定连接，且第一支撑组件分别与掩护梁板和后护梁板铰接。

4、优选的，所述第一支撑组件包括调节连接件和驱动件，所述调节连接件的底端和顶端分别与掩护梁板和后护梁板铰接，所述调节连接件与后护梁板之间设有驱动件，且驱动件两端分别与调节连接件和后护梁板铰接，所述驱动件可伸缩驱动调节连接件摆动。

5、优选的，所述调节连接件包括上连接杆和下连接杆，所述上连接杆和下连接杆之间通过连接销轴铰接，且上连接杆和下连接杆分别与后护梁板和掩护梁板铰接，且上连接杆和下连接杆之间最大夹角小于180°；

6、所述驱动件包括千斤顶，所述千斤顶倾斜设置在调节连接件与后护梁板之间，所述千斤顶顶端与后护梁板底面通过销轴铰接，底端套接在上连接杆和下连接杆之间的连接销轴上，所述千斤顶的缸径大于100mm。

7、优选的，所述后护梁板的侧面上铰接有辅助护梁板块，所述辅助护梁板块与掩护梁、底座之间设置安装有第二支撑组件，所述第二支撑组件可驱动辅助护梁板块顶面与后护梁板顶面齐平，所述第二支撑组件也包括调节连接件和驱动件，所述调节连接件的底端和顶端分别与底座和辅助护梁板块铰接，所述调节连接件与后护梁板之间设有驱动件，且驱动件两端分别与调节连接件和掩护梁板铰接，所述驱动件可伸缩驱动调节连接件摆动，所述第二支撑组件与第一支撑组件采用同种结构。

8、优选的，所述辅助护梁板块包括护梁板、l型辅助梁板和驱动调节件，所述护梁板铰接在后护梁板的侧面上，所述护梁板两侧分别设有l型辅助梁板，所述l型辅助梁板底面上固定有多个加强肋板，所述护梁板底部固定连接有驱动调节件，所述驱动调节件的输出端固定连接有l型辅助梁板，且两个l型辅助梁板可被驱动调节件驱动与护梁板顶面齐平。

9、优选的，所述驱动调节件包括u型架，所述u型架套在护梁板两侧，且u型架与护梁板之间通过连接板固定连接，所述连接板上固定有双向油缸，所述双向油缸两端分别固定连接有定位滑动板，且定位滑动板与u型架通过限位板和限位滑道孔滑动连接，所述限位板固定在定位滑动板底端，限位滑道孔固定在u型架的底面上，所述限位板贴合滑动插入在限位滑道孔内，所述定位滑动板两侧分别铰接有摆动滑动件，所述定位滑动板的滑动可驱动摆动滑动件摆动，所述摆动滑动件的输出端上固定有l型辅助梁板。

10、优选的，所述摆动滑动件包括第一摆动杆、第二摆动杆和倒“几”字形滑道孔，所述第一摆动杆和第二摆动杆平行设置，且第一摆动杆和第二摆动杆两端分别与l型辅助梁板的侧面和定位滑动板的侧面铰接，所述第一摆动杆的侧面固定有定位柱，所述定位柱插入到倒“几”字形滑道孔内，并与倒“几”字形滑道孔贴合滑动连接。

11、优选的，所述定位滑动板的侧面上摆动连接有多个加强支撑件，所述加强支撑件可进一步加强支撑l型辅助梁板，所述加强支撑件包括定位槽和弹性伸缩支撑杆，所述定位槽内底部通过定位连接轴铰接有弹性伸缩支撑杆，且定位连接轴上固定有角簧，定位连接轴上固定连接有弧形限位板。

12、一种用于巷道支架的支撑组件安装设计方法，包括后护梁板和第一支撑组件，所述顶梁板的顶部固定安装有压力传感器，所述压力传感器与控制系统电性连接，所述控制系统与第一支撑组件的千斤顶控制电性连接；

13、步骤1：根据压力传感器检测顶梁板的顶部受到压力大小，确定出后护梁板受到的承载力f；

14、步骤2：设上连接杆和下连接杆之间的最大夹角为θ(θ＜180°)，设上连接杆与后护梁板之间的最大夹角为θ1，下连接杆与后护梁板之间的最大夹角为θ2，所以θ1+θ2＝θ，设千斤顶与后护梁板之间的最大夹角为θ3(θ3＜90°)，设定上连接杆和下连接杆产生的作用力为f1,f2，且根据力的合成，同时千斤顶驱动上连接杆和下连接杆产生摆动，设定千斤顶输出端产生的作用力fn为f1和f2的合力，设定千斤顶产的支撑力为f3；

15、步骤3：不考虑其他因素的影响情况下(后护梁板自身重力忽略不计)，以上连接杆、下连接杆和千斤顶连接点为坐标原点，当千斤顶启动后，使得后护梁板的顶面与顶梁板的顶面齐平后，为了保证上连接杆、下连接杆合力在千斤顶最小，可以假设为0，根据力的平衡原理，可以初步得出：

16、f＝f1sinθ1+f2sinθ2+f3sinθ3

17、f1*cosθ1＝f2*cosθ2+f3cosθ3

18、在理想情况下：

19、f3＝fn/m

20、m＝a1/a2

21、m表示为千斤顶的机械优势；a1是活塞的截面积，a2是活塞杆的截面积，所以m为一个大于1的常数；

22、步骤4：设定θ1+θ2＝θ为固定值，根据正弦函数，可以得出f1sinθ1+f2sinθ2也为固定值，设定此固定值为p，根据步骤3记载的f＝f1sinθ1+f2sinθ2+f3sinθ3，f3＝fn/m，得出f＝p+fnsinθ3/m；

23、步骤5：设定控制系统内有千斤顶输出端产生的标准作用力的矩阵为fn0，设定fn0(fn1，fn2，fn3)，fn1表示第一标准作用力，fn2表示第二标准作用力，fn3表示第三标准作用力，fn1＜fn2＜fn3，设定θ3为固定角度不变；

24、步骤6：当压力传感器检测的承载力fx，fx＜fn1，根据步骤4记载的f＝p+fnsinθ3/m，以及正弦函数的变化曲线，控制系统可以控制千斤顶输出端产生的标准作用力为fn1；

25、当压力传感器检测的承载力fx，fn1＜fx＜fn2，根据步骤4记载的f＝p+fnsinθ3/m，以及正弦函数的变化曲线，控制系统可以控制千斤顶输出端产生的标准作用力为fn2；

26、当压力传感器检测的承载力fx，fn2＜fx＜fn3，根据步骤4记载的f＝p+fnsinθ3/m，以及正弦函数的变化曲线，控制系统可以控制千斤顶输出端产生的标准作用力为fn3；

27、当压力传感器检测的承载力fx，fx＞fn3，根据步骤4记载的f＝p+fnsinθ3/m，以及正弦函数的变化曲线，此时千斤顶输出端产生作用以及不能进行有效支撑，需要更换大缸径千斤顶。

28、优选的，还包括第二支撑组件和辅助护梁板块，对第二支撑组件和辅助护梁板块也可以得出f’＝p’+fn’sinθ3’/m’设定控制系统内有第二支撑组件的千斤顶输出端产生的标准作用力的矩阵为fn0’，设定fn0’(fn1’，fn2’，fn3’)，

29、当压力传感器检测的承载力fx’，fx＜fn1+fn1’，根据f＝p+fnsinθ3/m和f’＝p’+fn’sinθ3’/m’，以及正弦函数的变化曲线，控制系统可以控制千斤顶输出端产生的标准作用力为fn1；

30、当压力传感器检测的承载力fx，fn1+fn1’＜fx＜fn2+fn2’，根据f＝p+fnsinθ3/m和f’＝p’+fn’sinθ3’/m’以及正弦函数的变化曲线，控制系统可以控制千斤顶输出端产生的标准作用力为fn2+fn2’；

31、当压力传感器检测的承载力fx，fn2+fn2’＜fx＜fn3+fn3’，根据f＝p+fnsinθ3/m和f’＝p’+fn’sinθ3’/m’以及正弦函数的变化曲线，控制系统可以控制千斤顶输出端产生的标准作用力为fn3+fn3’；

32、当压力传感器检测的承载力fx，fx＞fn3+fn3’，根据f＝p+fnsinθ3/m和f’＝p’+fn’sinθ3’/m’，以及正弦函数的变化曲线，此时千斤顶输出端产生作用以及不能进行有效支撑，需要更换大缸径千斤顶。

33、本发明的优点：

34、1、利用第一支撑组件可驱动后护梁板的顶面与顶梁板的顶面齐平，实现快速提高支架的支撑面，不需要进行更换其他设备，操作简单；

35、2、可以直接在井下，进行安装后护梁板和第一支撑组件，利用千斤顶的驱动作用，可以实现对上连接杆和下连接杆驱动，从而使得后护梁板可以与顶梁板的顶面齐平，并完成支护作用，提高支护面积防止顶板矸石脱落伤；

36、3、利用后护梁板侧面再安装辅助护梁板块，并利用第二支撑组件实现辅助护梁板块顶面与后护梁板顶面齐平，完成进一步支撑面提高的作用，进一步提高支撑强度；

37、4、为了保证辅助护梁板块支撑面的提高，可以利用l型辅助梁板和驱动调节件，驱动调节件可以驱动l型辅助梁板运动，从而使得l型辅助梁板顶面与护梁板顶面齐平，保证辅助护梁板块支撑面的提高；

38、5、利用承载力的不同，确保千斤顶的使用，以最小的行程满足上下运行，受力部件主要集中在上下两根连杆上，上下两根连杆合力在千斤顶非常小，不用使用大油缸来增加成本费用，顶梁板来压的话，保证主要受力部件只是后梁和连杆，千斤顶不会过载。