一种简易轻型支架及采用该支架放顶煤采煤方法

摘要

本发明公开了一种简易轻型支架，包括底板、下平板、上支撑板、支撑加强结构、放煤口支撑调节机构和垂直设置底板上四个以上的顶升油缸，下平板下表面与顶升油缸上端之间通过第一铰链连接，上支撑板平行设置在下平板上方，支撑加强结构设置在上支撑板和下平板之间；放煤口支撑调节机构设置在底板上并位于顶升油缸外侧；本发明还公开了一种采用简易轻型支架放顶煤采煤方法。本发明在一个支架上设置上位和下位两个放煤口进行放顶煤采煤方法，简称一架双位放顶煤采煤方法，有效地适应大型矿井的边角井田和中小井田的机械化开采，可以有效适应更大的煤层厚度变化，实现较高的回采率，提高回采效率，能够有效防止支架损坏和大面积冒顶。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿安全采煤技术领域，尤其涉及一种简易轻型支架及采用该支架放顶煤采煤方法。

背景技术

目前，在煤炭企业，当井田内煤层较厚且顶煤容易破碎，为了提高生产效率和煤炭采出率，通常采用放顶煤采煤方法进行资源开采。放顶煤采煤方法，实质是在厚煤层中，沿煤层底部布置一个采高2～3m的长壁工作面，用常规方法进行回采，利用矿山压力的作用或铺以人工松动方法，使支架上方的顶煤破碎成散体后由支架后方（上方）放出，并经由刮板输送机运出工作面。但是，在一些中小煤矿企业井田或大型煤矿企业边角井田，由于煤层厚度变化较大，采用大型综采放顶煤比较困难，成本高。为了提高生产效率和煤炭回采率，通常采用轻型简易支架放顶煤采煤方法进行资源开采。现有放顶煤工艺如下：

现有放顶煤工艺如下：放煤口设置在简易支架的尾端下部，通常采用单轮、间隔、多口放煤，从煤层运输平巷开始，依次向回风平巷方向进行，先放1#、3#、5#等单号支架上的顶煤，见一定矸后关闭放煤口，留下较大的脊背煤；滞后一段距离放2#、4#、6#等双号支架上的顶煤，将留下的脊背煤中放出一个椭球体。此种回采工艺缺点：

（1）对不稳定煤层适应较差，煤层较厚（超过6m）时，部分顶煤放不出来，造成回采率低。

（2）煤层较厚时，回采不安全，矸石下落速度快，强烈冲击支架，事故较频繁。

（3）轻型简易支架受力不稳定，支架顶部的支撑板的支撑强度较低，容易被顶煤压弯，而且稳定性较差，容易造成支架前端下沉，尾部上翘，移袈困难，延长工作时间，增加了工人劳动强度。

因而，有必要提供一种改进型轻型简易支架一架双口放顶煤采煤方法，以克服上述缺陷。

发明内容

为了解决现有预应力纤维片材张拉端锚固方法中的不足之处，本发明提供了一种安全可靠、可针对大于6m厚的煤层进行开采、支撑强度高、稳定性好的简易轻型支架及采用该支架放顶煤采煤方法。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：一种简易轻型支架，包括底板、下平板、上支撑板、支撑加强结构、放煤口支撑调节机构和垂直设置底板上四个以上的顶升油缸，下平板下表面与顶升油缸上端之间通过第一铰链连接，上支撑板平行设置在下平板上方，支撑加强结构设置在上支撑板和下平板之间；放煤口支撑调节机构设置在底板上并位于顶升油缸外侧；

放煤口支撑调节机构包括下端均垂直固定设在底板上的升降驱动油缸、内导向柱和外导向柱，内导向柱和外导向柱均设有两根，一根内导向柱和一根外导向柱位于底板的边缘一侧，另一根内导向柱和另一根外导向柱位于底板的边缘另一侧，内导向柱和外导向柱上端之间通过连接板固定连接，内导向柱内侧下部与底板之间设置有斜撑板，内导向柱和外导向柱之间设置有挡矸板，外导向柱内侧沿垂直方向设有导向槽，挡矸板外侧转动设有沿导向槽内滚动的导向轮，升降驱动油缸位于挡矸板内侧，升降驱动油缸上端与挡矸板内侧之间通过连接架连接，升降驱动油缸上端与连接架内侧底部之间通过第二铰链铰接，连接架外侧与挡矸板内侧表面固定连接。

支撑加强结构包括平行设置的至少三根钢管，钢管上部与上支撑板下表面焊接，钢管下部与下平板上表面焊接，每根钢管两端处的内部均设置有一个定位连接结构；每个定位连接结构均包括纵向定位杆和横向定位杆，纵向定位杆设有至少五根且相互平行设置，每根纵向定位杆的下端均与钢管下部内壁固定连接；每根纵向定位杆的上端均固定连接有一个定位圈，相邻两个定位圈之间、两侧的两个定位圈与钢管侧部内壁之间均通过横向定位杆连接，所有的横向定位杆呈一条直线布置，横向定位杆与纵向定位杆垂直；同一根钢管内的两个定位连接结构之间通过对应插设到定位圈中的钢筋连接，钢筋在定位圈处折弯成钩，钢管两端设置堵板，钢管内充填有混凝土砂浆。

采用简易轻型支架放顶煤采煤方法，包括以下步骤：

1）、利用综采工作面平巷深孔和浅孔，探测煤层层厚变化，并绘制煤层层厚图；

2）、在地面上加工支撑加强结构：先在钢管下部内壁焊接纵向的不都等长的5根等水平距离的纵向定位杆，每个纵向定位杆的长度都小于钢管的半径，同时要保证所有的纵向定位杆上端的连线在一条直线上，然后在纵向定位杆的上端依次焊接定位圈，最后再把相邻两个定位圈之间、定位圈和钢管壁支之间通过焊接横向定位杆连接成一条直线，接着使用五根钢筋穿过两个定位连接结构所对应的定位圈之间，并将钢筋两端在定位圈处折弯成钩，然后在钢管两端焊接上堵板，在钢管顶部开着注浆孔，通过注浆孔向钢管内注入混凝土砂浆，在混凝土砂浆凝固的同时，在下平板下表面焊接上第一铰链，混凝土砂浆凝固后，将若干根钢管均匀平行放置到下平板上并将钢管与下平板上表面焊接为一体，然后在钢管顶部放置上支撑板，并将钢管与上支撑板下表面焊接为一体；

3）、将若干组所述的简易轻型支架运输到综采工作面平巷内并进行安装，沿平巷的长度方向依次布置简易轻型支架，并对每组简易轻型支架按顺序进行编号：1#，2#，3#……n#，使每个简易轻型支架的放煤口支撑调节机构的两根外导向柱外侧与平巷的侧壁接触，启动顶升油缸将上支撑板与顶煤层下表面接触并具有一定压力，由于下平板和上支撑板之间设置的支撑加强结构，使上支撑板保持良好的支撑平整度；

4）、根据绘制的煤层层厚图，在层厚大于6m段，先实施上位放煤，此时挡矸板位于内导向柱和外导向柱的下部，挡矸板上边沿、下平板右侧下表面和两根外导向柱之间形成上放煤口；放煤方式按照间隔、顺序、等量放煤，先放1#、3#、5#、7#……单号简易轻型支架上方的顶煤，再放2#、4#、6#、8#……双号简易轻型支架上方的顶煤，每组简易轻型支架处的放煤量为0～3m³或见矸，即层厚大于6m段的煤层的厚度降低到与煤层层厚图上的较薄煤层厚度一致后，启动升降驱动油缸，升降驱动油缸向上通过连接架驱动挡矸板向上移动，挡矸板上的导向轮沿外导向柱上的导向槽向上移动，将上部的上放煤口封堵，完成上位放煤工序；

5）、挡矸板下边沿、底板右侧上表面和两根外导向柱之间形成下放煤口，从下放煤口处采用单轮、间隔、多口放煤，从煤层运输平巷开始，依次向回风平巷方向进行，先放1#、3#、5#、7#……单号简易轻型支架上的顶煤，见一定矸后关闭下放煤口，留下较大的脊背煤；滞后一段距离放2#、4#、6#、8#……双号简易轻型支架上方的顶煤，将留下的脊背煤中放出一个椭球体，完成采煤作业。

采用上述技术方案，本发明的简易轻型支架由于在上支撑板和下平板之间设置的支撑加强结构，支撑加强结构采用多根钢管，并在钢管内设置钢筋混凝土结构，钢管主要用于盛装并紧箍内部的高强混凝土砂浆，使混凝土在自上而下受压条件具备更高的抗压强度。高强混凝土砂浆凝固后在钢管的轴向及环向约束下，抗压强度大大提高。

钢筋通过穿过定位圈布置在钢管内。每个定位连接结构的定位圈的个数等于所需要的钢筋的总条数。由于钢筋具有很好的抗拉强度和延性。布置钢筋在钢管的下部，钢筋的嵌入是为了提高支撑架的抗拉强度，降低支撑架的刚度，防止支撑架在局部出现拉伸剪切破坏和脆性破坏，提高支架整体的稳定性。同时钢筋的介入也能提高支撑架整体的延性，防止在高围压下支撑架脆性破坏。每个纵向定位杆的长度都小于钢管的半径，便于节省一定的材料费用。

定位圈在施工时钢筋才可以顺利插入钢管内预定的位置，更好的发挥钢筋的抗拉强度，并且在钢管两端处的定位圈的处折弯成钩，这样可以充分提高支架的抗拉性能和稳定性。

挡矸板采用液压驱动升降，并通过导向轮沿导向槽滚动，这样减少上下移动的阻力。内导向柱和外导向柱上端之间通过连接板固定连接，内导向柱内侧下部与底板之间设置有斜撑板，这样可充分提高内导向柱和外导向柱的在垂直方向的稳定性，另外，由于在油缸底部设置的底板，提升支撑强度，这样可避免油缸受力较大插底。

综上所述，本发明针对不稳定煤层较厚段放顶煤采煤，提供一种安全、高效、操作性强的支架和采煤方法，即在一个支架上设置上位和下位两个放煤口进行放顶煤采煤方法（简称一架双位放顶煤采煤方法）。通过所述方法在不稳定厚煤层进行回采时，可以有效地适应大型矿井的边角井田和中小井田的机械化开采，可以有效适应更大的煤层厚度变化，实现较高的回采率，提高回采效率，能够有效防止支架损坏和大面积冒顶。

附图说明

图1是本发明的简易轻型支架的结构示意图；

图2是图1中钢管的横向截面示意图；

图3是本发明通过上放煤口进行放煤采煤时的示意图；

图4是图3中横断面的示意图；

图5是本发明通过下放煤口进行放煤采煤时的示意图；

图6是图5中横断面的示意图。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明的一种简易轻型支架，包括底板1、下平板2、上支撑板3、支撑加强结构、放煤口支撑调节机构和垂直设置底板1上四个以上的顶升油缸4，下平板2下表面与顶升油缸4上端之间通过第一铰链5连接，上支撑板3平行设置在下平板2上方，支撑加强结构设置在上支撑板3和下平板2之间；放煤口支撑调节机构设置在底板1上并位于顶升油缸4外侧。

放煤口支撑调节机构包括下端均垂直固定设在底板1上的升降驱动油缸6、内导向柱7和外导向柱8，内导向柱7和外导向柱8均设有两根，一根内导向柱7和一根外导向柱8位于底板1的边缘一侧，另一根内导向柱7和另一根外导向柱8位于底板1的边缘另一侧，内导向柱7和外导向柱8上端之间通过连接板9固定连接，内导向柱7内侧下部与底板1之间设置有斜撑板10，内导向柱7和外导向柱8之间设置有挡矸板11，外导向柱8内侧沿垂直方向设有导向槽12，挡矸板11外侧转动设有沿导向槽12内滚动的导向轮13，升降驱动油缸6位于挡矸板11内侧，升降驱动油缸上端与挡矸板11内侧之间通过连接架14连接，升降驱动油缸6上端与连接架14内侧底部之间通过第二铰链15铰接，连接架14外侧与挡矸板11内侧表面固定连接。

支撑加强结构包括平行设置的至少三根钢管16，钢管16上部与上支撑板3下表面焊接，钢管16下部与下平板2上表面焊接，每根钢管16两端处的内部均设置有一个定位连接结构；每个定位连接结构均包括纵向定位杆17和横向定位杆18，纵向定位杆17设有至少五根且相互平行设置，每根纵向定位杆17的下端均与钢管16下部内壁固定连接；每根纵向定位杆17的上端均固定连接有一个定位圈19，相邻两个定位圈19之间、两侧的两个定位圈19与钢管16侧部内壁之间均通过横向定位杆18连接，所有的横向定位杆18呈一条直线布置，横向定位杆18与纵向定位杆17垂直；同一根钢管16内的两个定位连接结构之间通过对应插设到定位圈19中的钢筋20连接，钢筋20在定位圈19处折弯成钩，钢管16两端设置堵板22，钢管16内充填有混凝土砂浆21。

本发明的采用简易轻型支架放顶煤采煤方法，包括以下步骤：

1）、利用综采工作面平巷深孔和浅孔，探测煤层层厚变化，并绘制煤层层厚图；

2）、在地面上加工支撑加强结构：先在钢管16下部内壁焊接纵向的不都等长的5根等水平距离的纵向定位杆17，每个纵向定位杆17的长度都小于钢管16的半径，同时要保证所有的纵向定位杆17上端的连线在一条直线上，然后在纵向定位杆17的上端依次焊接定位圈19，最后再把相邻两个定位圈19之间、定位圈19和钢管16壁支之间通过焊接横向定位杆18连接成一条直线，接着使用五根钢筋20穿过两个定位连接结构所对应的定位圈19之间，并将钢筋20两端在定位圈19处折弯成钩，然后在钢管16两端焊接上堵板22，在钢管16顶部开着注浆孔，通过注浆孔向钢管16内注入混凝土砂浆21，在混凝土砂浆21凝固的同时，在下平板2下表面焊接上第一铰链5，混凝土砂浆21凝固后，将若干根钢管16均匀平行放置到下平板2上并将钢管16与下平板2上表面焊接为一体，然后在钢管16顶部放置上支撑板3，并将钢管16与上支撑板3下表面焊接为一体；

3）、如图3和图4所示，将若干组所述的简易轻型支架23运输到综采工作面平巷内并进行安装，沿平巷的长度方向依次布置简易轻型支架23，并对每组简易轻型支架23按顺序进行编号：1#，2#，3#……n#，使每个简易轻型支架23的放煤口支撑调节机构的两根外导向柱8外侧与平巷的侧壁接触，启动顶升油缸4将上支撑板3与顶煤层下表面接触并具有一定压力，由于下平板2和上支撑板3之间设置的支撑加强结构，使上支撑板3保持良好的支撑平整度；

4）、根据绘制的煤层层厚图，在层厚大于6m段，先实施上位放煤，此时挡矸板11位于内导向柱7和外导向柱8的下部，挡矸板11上边沿、下平板2右侧下表面和两根外导向柱8之间形成上放煤口24；放煤方式按照间隔、顺序、等量放煤，先放1#、3#、5#、7#……单号简易轻型支架23上方的顶煤，再放2#、4#、6#、8#……双号简易轻型支架23上方的顶煤，每组简易轻型支架23处的放煤量为0～3m³或见矸，即层厚大于6m段的煤层的厚度降低到与煤层层厚图上的较薄煤层厚度一致后，启动升降驱动油缸6，升降驱动油缸6向上通过连接架14驱动挡矸板11向上移动，挡矸板11上的导向轮13沿外导向柱8上的导向槽12向上移动，将上部的上放煤口24封堵，完成上位放煤工序；

5）、如图5和图6所示，挡矸板11下边沿、底板1右侧上表面和两根外导向柱8之间形成下放煤口25，从下放煤口25处采用单轮、间隔、多口放煤，从煤层运输平巷开始，依次向回风平巷方向进行，先放1#、3#、5#、7#……单号简易轻型支架23上的顶煤，见一定矸后关闭下放煤口25，留下较大的脊背煤；滞后一段距离放2#、4#、6#、8#……双号简易轻型支架23上方的顶煤，将留下的脊背煤中放出一个椭球体，完成采煤作业。

本发明中图3-图6中的其他附图标记分别为：26-煤层；27-矸石层；29-松散煤层；紧邻1#简易轻型支架的巷道为运输平巷30；紧邻n#简易轻型支架的巷道为运输平巷30。

本发明的简易轻型支架23由于在上支撑板3和下平板2之间设置的支撑加强结构，支撑加强结构采用多根钢管16，并在钢管16内设置钢筋20混凝土结构，钢管16主要用于盛装并紧箍内部的高强混凝土砂浆21，使混凝土在自上而下受压条件具备更高的抗压强度。高强混凝土砂浆21凝固后在钢管16的轴向及环向约束下，抗压强度大大提高。

钢筋20通过穿过定位圈19布置在钢管16内。每个定位连接结构的定位圈19的个数等于所需要的钢筋20的总条数。由于钢筋20具有很好的抗拉强度和延性。布置钢筋20在钢管16的下部，钢筋20的嵌入是为了提高支撑架的抗拉强度，降低支撑架的刚度，防止支撑架在局部出现拉伸剪切破坏和脆性破坏，提高支架整体的稳定性。同时钢筋20的介入也能提高支撑架整体的延性，防止在高围压下支撑架脆性破坏。每个纵向定位杆17的长度都小于钢管16的半径，便于节省一定的材料费用。

定位圈19在施工时钢筋20才可以顺利插入钢管16内预定的位置，更好的发挥钢筋20的抗拉强度，并且在钢管16两端处的定位圈19的处折弯成钩，这样可以充分提高支架的抗拉性能和稳定性。

挡矸板11采用液压驱动升降，并通过导向轮13沿导向槽12滚动，这样减少上下移动的阻力。内导向柱7和外导向柱8上端之间通过连接板9固定连接，内导向柱7内侧下部与底板1之间设置有斜撑板10，这样可充分提高内导向柱7和外导向柱8的在垂直方向的稳定性，另外，由于在油缸底部设置的底板1，提升支撑强度，这样可避免油缸受力较大插底。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。