急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架

摘要

本发明涉及急倾斜煤层采煤支架技术领域，是一种急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架，包括斜切顶梁、斜切掩护梁、铰接梁、斜切底座和支撑立柱，斜切顶梁、斜切掩护梁、铰接梁、斜切底座依次相互铰接后形成一个伪斜特异结构的液压支架，斜切顶梁与斜切底座间铰接有至少一排支撑立柱，每排支撑立柱包括两根平行设置的支撑立柱，斜切底座前端空腔内设有能插入空腔并沿空腔前后移动并用于拉动液压支架向煤层方向前移的斜切伸缩梁，在斜切顶梁前端设有能插入空腔并沿空腔前后移动的顶梁伸缩梁。其具有下述优点：1、移架是沿着采煤方向直接移架，因此极大提高了工作效率；2、本发明向下的重力通过相邻支架就可传递至工作面底面，因此稳定性提高。

说明书

技术领域

本发明涉及急倾斜煤层采煤支架技术领域，是一种急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架。

背景技术

传统近水平工作面、缓倾斜工作面液压支架、采煤机、刮板输送机的三机配套成长壁式开采工作面，支架布置方式为支架顶梁支撑顶板，支架底座支撑底板，支架平行于运输顺槽沿工作面布置，切眼与运输顺槽的夹角为90°或近90°，支架底座推移杆与刮板输送机铰接，刮板输送机底面与支架底座均落在底板上，采煤机底面座在刮板上表面采支架推进方向前部的煤，支架靠与刮板输送机铰接的油缸拉动前移。液压支架、采煤机、刮板输送机组成的三机沿煤层倾向布置沿煤层走向推进，采煤机沿煤层走向开采支架前部煤壁的煤，这种传统的三机布置方式目前也逐步在急倾斜煤层中得到应用，在急倾斜煤层中开采空间狭小，因为煤层倾角较大作业空间倾斜角度大，设备倒滑危险性大，三机沿工作面的下滑力增大，煤块矸石飞溅等潜在威胁大，操作和维护难度增大，人员操作困难。同时，其煤层构造复杂、褶曲、断层兼而有之，作业环境恶劣、生产安全隐患多、综采难度大、对机械设备适应性要求特别高，煤层倾角逐渐增大到一定角度后这种方法很难使用。目前在煤层倾角大于70°的工作面这种三机布置方式很难应用。在大倾角煤层中使用传统的三机配套长壁式开采方法一直在研究、解决、克服工作面角度较大时的支架防倒、防滑与采煤机、刮板输送机在大倾角煤层中的防滑及使用问题，在大倾角煤层特别是角度逐渐逼近90°的煤层，传统的三机配套长壁式开采方法一直没有很好的解决方案。采用传统的方法和工艺进行急倾斜煤层的开采已经是无法逾越的难题，还没有有效的解决方法。部分煤矿也尝试将工作面伪斜一定的角度减少三机的下滑力使该种三机布置形式能在60°以上的急倾斜煤层中更好的应用，但是将工作面伪斜布置后刮板输送机、采煤机增加了向工作面煤壁的倾覆力，使采煤机、刮板输送机无法在伪斜工作面很好应用。因此目前并没有一种三机配置方案能很好的应用在急倾斜煤层中。实践证明，急倾斜煤层开采的关键在于设备的适应性和配套性，由于急倾斜煤层开采工作面对煤矿机械设备的适应性要求高、难度大，多数矿区急倾斜煤层的开采发展缓慢，采出率低，资源浪费严重。

在急倾斜煤层开采中, 对于煤层厚度小于8米，煤层倾角大于45°的急倾斜煤层开采曾采用柔性掩护支架开采法、小阶段煤层液压支架开采工艺，但因为均存在种种缺陷已不适合该种煤层的使用。该种煤层一直没有与之配套可靠实用的支护设备、开采设备可供使用，目前遇到该种煤层不得不放弃开采。

柔性掩护支架开采法的布置方式为在急倾斜煤层中上部设置与水平面平行的回风顺槽，距回风顺槽一定距离的下部设置一条与水平面平行的运输顺槽，上下巷道之间贯通俯伪斜切眼，俯伪斜切眼与水平面夹角为20-40°左右。柔性掩护支架向下推进过程中下部掩护支架逐渐窜入运输顺槽，窜入运输顺槽的支架需不断运输到上部回风顺槽进行支架补充，劳动强度大。此外，该型支架适应煤层厚度范围小，煤层变厚会丢煤，煤层变薄就无法使用，不同的煤层变化需要配置不同长度的柔性掩护支架，存在使用不便、机械开采效率低、劳动强度大、产量低、支架不稳定和安全性差等诸多的问题，目前该采煤工艺及匹配的支护设备因劳动强度大，产量低已较少在煤矿中使用。

采用小阶段煤层液压支架开采工艺，支架的巷道布置为在急倾斜煤层中上部设置与水平面平行的回风顺槽，距回风顺槽约20米的下部设置一条与水平面平行的运输顺槽，上下巷道间每间隔6米打一个直径800mm左右的通风孔，使上下巷道贯通，形成U型通风。支架布置于下部运输顺槽道中，支架行进方向为沿运输顺槽向前推进。该种布置方式，支架后部和上部的通风孔因垮落破坏或支架顶梁遮挡无法实现U型通风，支架前部的通风孔可实现U型通风，但新鲜的空气难以到达支架所在的工作位置，支架工作位置为盲巷，易造成瓦斯聚集带来较大安全隐患，2016年因为急倾斜4-8米单一厚煤层水平分段放顶煤采煤法无法构建安全的U型通风系统存在工作面有毒有害气体聚集风险而被煤炭安检部门淘汰，目前该种设备和开采工艺已全面停用。

而本申请人于2019年申请的专利号为2019215536274名称为急倾斜煤层n形综采液压支架的专利，如附图11所示，在使用过程中存在急倾斜煤层n形综采液压支架是垂直于工作面底面伪斜向上布置的，支架为了实现水平回采需要先沿工作面底面向上移动一个工作距离（即向上提架）然后再垂直于工作面底面向下下降一个工作距离从而实现水平回采。支架的水平回采需要有两个方向的移动才能实现，因此支架存在移动效率底，回采效率相对较慢的弊端，支架上移时有漏煤、漏矸导致支架无法并拢，无法正常使用及存在安全隐患等缺陷。

发明内容

本发明提供了一种急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有采煤支架在急倾斜煤层使用时存在严重安全隐患和工作效率低的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架，在俯伪斜切眼内支架行走方向平行于运输巷，支架平行于运输巷，依次爬在俯伪斜切眼中向上相互叠压布置支护，沿煤层走向推进作业，其特征在于包括斜切顶梁、斜切掩护梁、铰接梁、斜切底座和支撑立柱，斜切顶梁、斜切掩护梁、铰接梁、斜切底座依次相互铰接后形成一个伪斜特异结构的液压支架，斜切顶梁与斜切底座间铰接有至少一排支撑立柱，每排支撑立柱包括两根平行设置的支撑立柱，斜切底座前端空腔内设有能插入空腔并沿空腔前后移动并用于拉动液压支架向煤层方向前移的斜切伸缩梁，在斜切顶梁前端设有能插入空腔并沿空腔前后移动的顶梁伸缩梁。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述斜切顶梁与斜切掩护梁之间可设有平衡千斤顶，平衡千斤顶的一端与斜切顶梁铰接，平衡千斤顶的另一端与斜切掩护梁铰接。

上述铰接梁可包括前连杆和后连杆，前连杆的两端分别与斜切掩护梁和斜切底座的前部上端铰接在一起，后连杆的两端分别与斜切掩护梁和斜切底座后部上端铰接在一起，前连杆、后连杆、斜切掩护梁和斜切底座共同构成四连杆结构。

上述斜切顶梁和斜切底座之间可设置两排支撑立柱，每排支撑立柱包括两根平行设置的支撑立柱。

上述斜切顶梁下部和斜切底座上部分别设有可用于推移刮板输送机使刮板输送机在支架斜切顶梁与斜切底座间来回移动的推移油缸。

上述斜切底座前端空腔内固定安装有拉架千斤顶，斜切伸缩梁与拉架千斤顶的活塞杆固定连接。

上述斜切顶梁前端和斜切底座前端均呈与工作面坡度相匹配的斜角状，斜切掩护梁后端和铰接梁后端呈与斜切顶梁前端和斜切底座前端相对应的斜角状。

上述液压支架可为多个，相邻液压支架的斜切伸缩梁之间通过哑铃销连接在一起，通过连接为一体的斜切伸缩梁拉动多个液压支架依次前移。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，其具有下述优点：1、移架是沿着采煤方向直接移架，和专利号为2019215536274名称为急倾斜煤层n形综采液压支架的移架相比，少了提架的过程，因此极大提高了工作效率；2、本发明向下的重力通过相邻支架就可传递至工作面底面，大倾角支架重力需通过3-4架才能将重力传递至工作面底面，因此本发明的抗下滑能力大于大倾角液压支架，本发明在工作面的稳定性高于大倾角液压支架；3、斜切顶梁、斜切底座前部均呈与煤层坡度相匹配的斜角状，斜切顶梁、斜切底座前部能在伪斜工作面很好的支护，避免片帮、漏顶，斜切掩护梁后端和铰接梁后端呈与斜切顶梁前端和斜切底座前端相对应的斜角状能避免采空区矸石漏入支架内，起到很好的遮蔽，支架工作面后部不兜矸，利于工作面排矸；4、煤层倾角60°以上俯伪斜切眼35-45°的煤层，切眼底面倾斜角度较小，在这样的工作面平行于运输顺槽沿俯伪斜切眼向上排列本发明，因为工作面倾斜角度小，减小了上部开采的煤及矸石向下滚落飞窜的现象，本发明所受的倾覆力很大一部分被俯伪斜切眼煤壁抵消从而使本发明能在工作面始终处于稳定工作状态。人员在倾角较小的工作面工作，维护及设备操作的难度也大大降低，人员安全性得到了更高的保障。综上，本发明结构设计独特，能够很好的，无死角、全封闭的支护工作面，匹配专门用于急倾斜煤层伪斜工作面开采的采煤机及刮板输送机能够很好的适应急倾斜煤层开采，能够改变急倾斜煤层的开采现状，有效合理的利用煤炭资源，符合建设节约型社会的要求，该发明的研制填补了我国急倾斜煤层综采支护领域的空白。

附图说明

附图1为本发明在俯伪斜切眼布置时的主视结构示意图。

附图2为本发明的轴侧结构示意图。

附图3为回风顺槽、俯伪斜切眼、运输顺槽及三机布置的主视结构示意图。

附图4为附图3的局部放大示意图。

附图5为本发明急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架座在俯伪斜切眼时的立体结构示意图。

附图6为附图3的C-C向结构示意图。

附图7为附图6中D向结构示意图。

附图8为本发明的移架示意图。

附图9为传统液压支架受力分析图。

附图10为本发明中支架受力分析图。

附图11为专利号为2019215536274名称为急倾斜煤层n形综采液压支架三机配套图。

附图中的编码分别为：1为俯伪斜切眼，2为斜切顶梁，3为斜切掩护梁，4为斜切底座，5为支撑立柱，6为斜切伸缩梁，7为顶板，8为底板，9为运输顺槽，10为采煤机，11为平衡千斤顶，12为前连杆，13为后连杆，14为煤层，15为回风顺槽，16为立井或斜井,17为拉架千斤顶，18为哑铃销，19为推移油缸，20为顶梁伸缩梁。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的，图1箭头所示采煤方向为前向。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1-10所示，该急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架，在俯伪斜切眼1内支架行走方向平行于运输巷，依次爬在俯伪斜切眼中向上相互叠压布置支护沿煤层14走向推进作业，其包括斜切顶梁2、斜切掩护梁3、铰接梁、斜切底座4和支撑立柱5，斜切顶梁2、斜切掩护梁3、铰接梁、斜切底座4依次相互铰接后形成一个伪斜特异结构的液压支架，斜切顶梁2与斜切底座4间铰接有至少一排支撑立柱5，每排支撑立柱5包括两根平行设置的支撑立柱5，斜切底座4前端空腔内设有能插入空腔并沿空腔前后移动并用于拉动液压支架前移的斜切伸缩梁6，在斜切顶梁2前端设有能插入空腔并沿空腔前后移动的顶梁伸缩梁20。上述支撑立柱5可采用现有公知的液压立柱。

可根据实际需要，对上述急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架作进一步优化或/和改进：

如附图5、6所示，斜切顶梁2与斜切掩护梁3之间设有平衡千斤顶11，平衡千斤顶11的一端与斜切顶梁2铰接，平衡千斤顶11的另一端与斜切掩护梁3铰接。

通过伸缩平衡千斤顶11调整液压支架状态使斜切顶梁2与顶板7、斜切底座4与底板8更充分的接触，从而确保液压支架的稳定工作状态，并能使本发明适应不同煤层厚度、煤层角度的支护作业。

如附图6所示，铰接梁包括前连杆12和后连杆13，前连杆12的两端分别与斜切掩护梁3和斜切底座4的前部上端铰接在一起，后连杆13的两端分别与斜切掩护梁3和斜切底座4后部上端铰接在一起，前连杆12、后连杆13、斜切掩护梁3和斜切底座4共同构成四连杆结构。

通过这样设置，当斜切顶梁2与斜切底座4的位置发生相对变化时，能够保持稳定的支撑和稳定的梁端距。

如附图6所示，斜切顶梁2和斜切底座4之间也可设置两排支撑立柱5，每排支撑立柱5包括两根平行设置的支撑立柱5。

通过设置两排支撑立柱5，能够达到较好的平衡性能及液压支架的支护性能。

如附图2、6所示，斜切顶梁2下部和斜切底座4上部分别设有用于推移刮板输送机使刮板输送机在支架斜切顶梁2与斜切底座4间来回移动的推移油缸19。

通过推移油缸19推动刮板输送机移动。

如附图5所示,斜切底座4前端空腔内固定安装有拉架千斤顶17，斜切伸缩梁6与拉架千斤顶17的活塞杆固定连接。通过拉架千斤顶17的伸缩实现斜切伸缩梁6在斜切底座4腔体中的前后伸缩。顶梁伸缩梁20也可通过拉架千斤顶17安装在斜切顶梁2的空腔内。

如附图1、2、5所示，斜切顶梁2前端和斜切底座4前端均呈与工作面坡度相匹配的斜角状，斜切掩护梁3后端和铰接梁后端呈与斜切顶梁2前端和斜切底座4前端相对应的斜角状。此结构是为匹配急倾斜煤层伪斜工作面开采工艺而设计，如附图1所示：本发明沿俯伪斜切眼1斜向上相互叠压水平布置，如图9所示，在工作面伪斜70°的大倾角液压支架，在液压支架的重量相同情况下即液压支架重力F值相同情况下支架斜向下的下滑力F1=F×sin70°，如图10所示的急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架在工作面伪斜35°的工作面布置，在液压支架的重量相同情况下即液压支架重力F值相同情况下支架斜向下的下滑力F1=F×sin35°，由此可得急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架的下滑力F1要远低于大倾角液压支架的下滑力F1。本发明向下的重力通过相邻支架就可传递至工作面底面，大倾角支架重力需通过3-4架才能将重力传递至工作面底面，因此本发明的抗下滑能力大于大倾角液压支架，本发明在工作面的稳定性高于大倾角液压支架。即便在煤层倾角60°以上的煤层14，俯伪斜切眼1的实际倾斜角度为35°至45°，倾斜角度不大，在这样的工作面平行于运输顺槽9沿俯伪斜切眼1向上排列本发明，因为工作面倾斜角度小，不易出现上部开采的煤及矸石向下滚落飞窜的现象，本发明所受的倾覆力很大一部分被俯伪斜切眼1煤壁抵消从而使本发明能在工作面始终处于稳定工作状态。人员在倾角较小的工作面工作，工作及设备操作的难度也大大降低，人员安全性得到了更高的保障。斜切顶梁2、斜切底座4前部均呈与煤层14坡度相匹配的斜角状，斜切顶梁2、斜切底座4前部能在伪斜工作面很好的支护，避免片帮、漏顶，而且，通过这样的布置，使本发明与传统的C形支架完全不同，传统的C形支架的布置为C型竖放式，即为直立的C型支架，支架的所有压力全部传导至支架底座上，因此支架底座为最大受力部件，支架底座底部为最大受力面，而本发明中支架为一个放倒的C型支架，支架斜切顶梁2、斜切底座4会受一定压力，因支架为放倒的C型支架，因此支架的斜切顶梁2侧面与斜切底座4侧面也会受到一定的上部支架给的压力，与传统的C形支架对比受力完全不同，支架布置形式也完全不同。支架通过伪斜水平叠压下部支架能够更好的支撑上部支架，确保上部支架支护稳定无歪斜，斜切掩护梁3后端和铰接梁后端呈与斜切顶梁2前端和斜切底座4前端相对应的斜角状能避免采空区矸石漏入支架内，起到很好的遮蔽，支架工作面后部不兜矸，利于工作面排矸。

如附图6所示，液压支架为多个，相邻液压支架的斜切伸缩梁6之间通过哑铃销18连接在一起，通过连接为一体的斜切伸缩梁6拉动多个液压支架由下至上依次前移。而传统的C形支架是通过底座拉杆与刮板机相连用刮板机拉支架前移。

本发明适用于煤层厚度小于8米，煤层倾角大于45°的急倾斜煤层14，本发明将传统的三机配套长壁式开采工作面支架水平、近水平布置、大倾角布置变更为支架伪斜布置，该急倾斜煤层14采用水平分段伪斜开采，在区段上部水平沿煤层14走向布置一条回风顺槽15，在区段下部水平沿煤层14走向布置一条运输顺槽9至采区边界。沿煤层14走向倾斜布置开俯伪斜切眼1，俯伪斜切眼1与运输顺槽9的夹角范围为30°至45°，回风顺槽15和运输顺槽9均通过立井或斜井16与地面相通，如附图6所示，俯伪斜切眼1左部的岩层为顶板7，俯伪斜切眼1右部的岩层为底板8。将本发明布置在俯伪斜切眼1内，斜切顶梁2支撑顶板7，斜切底座4支撑底板8，斜切顶梁2、斜切底座4平行于运输顺槽9，沿俯伪斜切眼1伪斜向上布置液压支架，由此斜切顶梁2、斜切掩护梁3、铰接梁和斜切底座4与俯伪斜切眼1共同形成一个前后贯通的作业空间，采煤机10在本发明行走方向的前方斜向下开采作业，本发明不仅提供了安全的作业区域，同时该作业区域也可作为开采作业时的通风道，即保证了采煤机10的正常作业，又避免了由于通风不畅造成安全事故的发生。

如附图7、8所示，相邻的斜切伸缩梁6之间通过哑铃销18连接互锁，使斜切伸缩梁6为一个整体但可弯曲一定的角度，使工作面液压支架的斜切伸缩梁6能够逐步向前整体伸缩至一个截深，通过相邻斜切伸缩梁6支撑，本斜切伸缩梁6内的油缸收缩来实现本液压支架的前移，相邻液压支架的前移与该液压支架的前移运动方式相似，由此可实现整个工作面液压支架的前移；

整个工作面液压支架的前移顺序通过推移油缸19推动刮板输送机移动使采煤机切割滚筒开采一个截深的煤，一个截深的煤开采完后伸出斜切底座4内的拉架千斤顶17推移斜切伸缩梁6整体伸出一个截深，撑紧拉架千斤顶17，由下至上依次收缩支撑立柱5泄压，收缩拉架千斤顶17拉急倾斜煤层俯伪斜侧卧式液压支架前移一个截深。通过此液压支架移架方式可有效减小液压支架的下滑，保持液压支架移架过程中的稳定。这样的移架是沿着采煤方向直接移架，和专利号为2019215536274名称为急倾斜煤层n形综采液压支架的移架相比，少了提架的过程，因此极大提高了工作效率，例如：根据计算：一个俯伪斜切眼1内按照布置50个支架计算，采用专利号为2019215536274名称为急倾斜煤层n形综采液压支架，由于其向上提架过程包括支架泄压-移架-支架支撑三个过程，且工作面不能分段同时进行，只能从上往下依次向上移架，按每台支架向上移架耗时10分钟计算，50架的工作面向上移架的时间就需要8小时，而本实用新型没有向上提架的过程，因此与专利号为2019215536274名称为急倾斜煤层n形综采液压支架相比，本实用新型明显降低了回采移架的时间，极大提高了工作效率。

在急倾斜煤层俯伪斜切眼若匹配传统的采煤机及刮板输送机因为工作面俯伪斜角度小而煤层14倾角又较大，工作面刮板输送机将处于伪斜立放布置状态，刮板输送机状态不稳定易倾倒。刮板输送机状态的不稳定也将导致采煤机状态的不稳定，采煤机处在斜爬在煤壁上工作的状态，采煤机向煤壁侧倾倒无法正常工作。鉴于上述问题，在急倾斜煤层俯伪斜切眼急倾斜煤层伪斜特异支架配套的采煤机及刮板输送机摒弃用传统的采煤机及刮板输送机布置形式而采用配置专门用于急倾斜煤层开采的向下开采式采煤机及刮板输送机（该向下开采式采煤机可采用公开号为CN210564526U的向下开采式采煤机），该配置方式刮板输送机平铺在俯伪斜切眼1的伪倾斜煤壁上，向下开采式采煤机坐在刮板输送机上向下开采刮板输送机两侧煤壁的煤。这样布置的优点是刮板输送机铺在伪斜煤壁上，刮板输送机受力状态稳定无倾覆，向下开采式采煤机受力状态稳定无倾覆，斜切顶梁2及斜切底座4前端配置推移油缸19，推移刮板输送机使刮板输送机能在顶、底板间来回运动，使向下开采式采煤机能在顶、底板间运动的过程中采下刮板输送机底部煤壁的煤。通过上述的三机配置（即液压支架、采煤机、刮板输送机相互配套）使三机均处于稳定、可靠、易操作、高效的工作状态。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。