一种大倾角煤层的掩护支架的制作方法

本发明涉及煤矿开采领域，具体涉及一种大倾角煤层的掩护支架。

背景技术：

采煤工作面中的支护设备是煤矿安全工作的保障设施，其使用过程中稳定性，以及移架的可控性是此类设备的重要指标。现有的综采液压支架可基本满足中厚煤层开采的安全性和可靠性要求。但是地层应力释放并非朝夕之间即可完成的，特别是对于地层能量大，煤层周围具有异常压力层等特殊地层而言，地应力的释放可能需要数周、数月甚至数年才能彻底完成。在此过程中，地层压力会逐渐增大，现有的综采液压支架存在对于地应力释放缓慢地层的适应力不佳，容易被后期缓慢释放的地应力所破坏，导致后期开采受到干扰，严重时甚至诱发井下事故。此外，现有的井内支架由于自身宽度较窄，在井下需要逐个相邻的紧密设置，容易浪费资源、增大开采成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大倾角煤层的掩护支架，以解决现有技术中煤矿井井内支架无法适应缓慢释放的地应力的问题，实现侧向支撑力与地应力相适应，降低后期受损可能性的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大倾角煤层的掩护支架，包括依次铰接的上支腿、支护梁、顶梁、下支腿，所述上支腿、下支腿的外侧分别靠在井壁两侧，上支腿与顶梁之间转动连接第一支撑杆，下支腿与顶梁之间转动连接第二支撑杆；所述上支腿、下支腿的侧面分别固定连接n根相互平行的横向支撑杆，n≥2，所有横向支撑杆均位于上支腿、下支腿所在平面的同侧；相邻两根横向支撑杆的外端连接金属波纹管；还包括锚固在上支腿、下支腿之间的地面上的第一支撑件、第二支撑件，且第一支撑件靠近上支腿，第二支撑件靠近下支腿；所述第一支撑件、第二支撑件上均设置有斜面，斜面上设置方形的凹槽；所述第一支撑件与上支腿之间连接第一直线驱动装置，所述第一直线驱动装置的一端固定在第一支撑件斜面上的凹槽底部，另一端转动连接在上支腿的内侧；所述第二支撑件与下支腿之间连接第二直线驱动装置，所述第二直线驱动装置的一端固定在第二支撑件斜面上的凹槽底部，另一端转动连接在下支腿的内侧；所述第一直线驱动装置的轴线垂直于第一支撑件上的斜面；所述第二直线驱动装置的轴线垂直于第二支撑件上的斜面；所述第一支撑件斜面上的凹槽底面嵌设与第一直线驱动装置接触的第一压力传感器，第一支撑件内部设置第一控制器，所述第一控制器用于接收第一压力传感器的压力信号，并以此为依据控制第一直线驱动装置的输出力；所述第二支撑件斜面上的凹槽底面嵌设与第二直线驱动装置接触的第二压力传感器，第二支撑件内部设置第二控制器，所述第二控制器用于接收第二压力传感器的压力信号，并以此为依据控制第二直线驱动装置的输出力。

针对现有技术中煤矿井井内支架无法适应缓慢释放的地应力的问题，本发明提出一种一种大倾角煤层的掩护支架，包括依次铰接的上支腿、支护梁、顶梁、下支腿，其中上支腿、下支腿的外侧分别靠在井壁两侧，用于对井壁侧向提供支撑与稳固，顶梁用于承担上覆地层压力，支护梁用于调整角度。上支腿与顶梁之间转动连接第一支撑杆，下支腿与顶梁之间转动连接第二支撑杆，用以增大支撑力，同时使用转动连接方式，即是第一支撑杆、第二支撑杆通过铰接或转轴连接等现有的转动连接方式进行连接，从而不会影响支架角度的调整。除了现有的支架结构外，本发明还包括了锚固在上支腿、下支腿之间的地面上的第一支撑件、第二支撑件，第一支撑件、第二支撑件上均设置有斜面，斜面上设置方形的凹槽，由于第一直线驱动装置的轴线垂直于第一支撑件上的斜面；第二直线驱动装置的轴线垂直于第二支撑件上的斜面，因此，由第一直线驱动装置、第二直线驱动装置传递而来的作用力能够完全、直接的施加在第一支撑件、第二支撑件上，不会对第一直线驱动装置、第二直线驱动装置施加径向的分力，确保地层作用力沿着第一直线驱动装置、第二直线驱动装置的轴线进行传递，极大的降低了第一直线驱动装置、第二直线驱动装置的受损可能性，提高了其使用的可靠性与安全系数。第一直线驱动装置的一端固定在第一支撑件斜面上的凹槽底部，另一端转动连接在上支腿的内侧，因此第一直线驱动装置能够随着上支腿角度的调整而绕上支腿进行转动。同样的，第二直线驱动装置的一端固定在第二支撑件斜面上的凹槽底部，另一端转动连接在下支腿的内侧，因此第二直线驱动装置能够随着下支腿角度的调整而绕上支腿进行转动。使得本发明能够适用于各种地层倾角下的煤矿矿井中。第一支撑件斜面上的凹槽底面嵌设与第一直线驱动装置接触的第一压力传感器，第一支撑件内部设置第一控制器，所述第一控制器用于接收第一压力传感器的压力信号，并以此为依据控制第一直线驱动装置的输出力。第二支撑件斜面上的凹槽底面嵌设与第二直线驱动装置接触的第二压力传感器，第二支撑件内部设置第二控制器，所述第二控制器用于接收第二压力传感器的压力信号，并以此为依据控制第二直线驱动装置的输出力。对于地应力释放缓慢的地层而言，随着地应力的逐渐缓慢释放，作用在上支腿、下支腿上的作用力逐渐增大，该逐渐增大的作用力分别传递至第一直线驱动装置、第二直线驱动装置上，进而传递至第一支撑件、第二支撑件的凹槽底面，分别由第一压力传感器、第二压力传感器所接收，第一压力传感器、第二压力传感器所获取的压力数据经其转化后分别传输至第一控制器、第二控制器，两个控制器分别以各自所接收的压力信号为依据，控制对应的直线驱动装置的输出力。具体使用时，只需在控制器内部预设压力与输出力的对应关系即可，使得地层压力越大时，直线驱动装置所输出的作用力也越大，从而以此克服变大的地层压力。随着地应力的逐渐缓慢释放，地层压力逐渐增大，而第一直线驱动装置、第二直线驱动装置所输出的作用力也逐渐增大，所输出的作用力分别通过上支腿、下支腿直接作用在煤矿井井壁上，以此克服部分或全部地层压力的增大值，降低支架被逐渐增大的地层压力所损坏的可能性，第一直线驱动装置、第二直线驱动装置所输出的作用力随着地层压力的变换而进行调整，从而使得本发明能够与地应力释放缓慢的地层相适应，相较于传统的固定不变的支架具有突出的实质性特点和显著进步。此外，上支腿、下支腿的侧面分别固定连接n根相互平行的横向支撑杆，n≥2，所有横向支撑杆均位于上支腿、下支腿所在平面的同侧；相邻两根横向支撑杆的外端连接金属波纹管。作为本发明的另一个发明点，在上支腿、下支腿的侧面分别固定连接n根相互平行的横向支撑杆，当上支腿、下支腿紧靠在井壁上时，横向支撑杆向侧面伸出同样贴靠在井壁上，从而使得一个支架获得更大更广的支撑面积。所有横向支撑杆均位于上支腿、下支腿所在平面的同侧，因此即可增大相邻两个支架之间的间距，极大程度上降低支架使用数量，以此节约资源与成本。相邻两根横向支撑杆的外端连接金属波纹管，使得位于一个支腿上的所有横向支撑杆连接为一个整体，具有更大更强的承载能力，同时利用金属波纹管的韧性与延展性抵消横向支撑杆所受的部分地层压力，进一步增大横向支撑杆的承载能力。

优选的，所述上支腿的内侧固定两个相互平行的第一凸起，两个第一凸起之间通过第一转轴进行连接，所述第一转轴穿过第一直线驱动装置，所述第一直线驱动装置能够绕第一转轴进行转动；所述第一直线驱动装置朝向上支腿的一端连接橡胶垫。即是第一转轴连接在两个第一凸起之间，第一直线驱动装置绕第一转轴进行转动，从而实现第一直线驱动装置与上支腿之间的转动连接。第一直线驱动装置朝向上支腿的一端连接橡胶垫，避免刚性部件与刚性部件之间的直接接触导致的摩擦，对第一直线驱动装置提供一层软性保护，同时使得第一直线驱动装置输出的作用力在上支腿表面具有更大的受力范围，避免局部应力集中形成薄弱点，从而提高本发明的使用寿命与工作效率。

优选的，所述下支腿的内侧固定两个相互平行的第二凸起，两个第二凸起之间通过第二转轴进行连接，所述第二转轴穿过第二直线驱动装置，所述第二直线驱动装置能够绕第二转轴进行转动；所述第二直线驱动装置朝向下支腿的一端连接橡胶垫。即是第二转轴连接在两个第二凸起之间，第二直线驱动装置绕第二转轴进行转动，从而实现第二直线驱动装置与下支腿之间的转动连接。第二直线驱动装置朝向下支腿的一端连接橡胶垫，避免刚性部件与刚性部件之间的直接接触导致的摩擦，对第二直线驱动装置提供一层软性保护，同时使得第二直线驱动装置输出的作用力在下支腿表面具有更大的受力范围，避免局部应力集中形成薄弱点，从而提高本发明的使用寿命与工作效率。

优选的，所述第一直线驱动装置的输出力与第一压力传感器所受到的压力成正比；所述第二直线驱动装置的输出力与第二压力传感器所受到的压力成正比。确保两个直线驱动装置所输出的作用力能够与地层压力大小相匹配，从而克服地应力的缓慢释放所带来的后续影响。

优选的，相邻两根横向支撑杆之间还铺设有金属网。金属网首先增大对井内侧壁的承载强度，其次还能够承接自井壁掉落的岩屑掉块等，避免掉块砸落至工作人员身上，以此提高本发明的安全性能。

优选的，所述第一支撑杆、第二支撑杆为伸缩杆。增大顶梁与上支腿、下支腿之间角度调整范围，提高本发明的适用范围。

优选的，所述第一控制器、第二控制器为可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器，即plc控制器，用于本发明中能够确保控制精度。

优选的，所述第一直线驱动装置、第二直线驱动装置为液压缸。以便于提供能够克服部分或全部地层压力改变的较大输出力。

优选的，所述金属波纹管为锡青铜波纹管。锡青铜波纹管具有优良的强度与耐腐蚀性能，相较于传统使用的不锈钢管，除了能够防氧化锈蚀以外，还能够克服地层中可能出现的烷烃气体导致的氢脆腐蚀、硫化腐蚀等，因此能够延长本发明的使用寿命。此外，锡青铜波纹管的弹性后效小，承受地层压力后弹性变形的增长量很小，因此有利于对井壁的稳定支撑，确保长时间支撑过程中的可靠程度。

优选的，所述横向支撑杆上设置有锚杆插孔。用于插入锚杆，便于通过锚杆将横向支撑杆锚固在井壁内。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种大倾角煤层的掩护支架，随着地应力的逐渐缓慢释放，地层压力逐渐增大，而第一直线驱动装置、第二直线驱动装置所输出的作用力也逐渐增大，所输出的作用力分别通过上支腿、下支腿直接作用在煤矿井井壁上，以此克服部分或全部地层压力的增大值，降低支架被逐渐增大的地层压力所损坏的可能性，第一直线驱动装置、第二直线驱动装置所输出的作用力随着地层压力的变换而进行调整，从而使得本发明能够与地应力释放缓慢的地层相适应。

2、本发明一种大倾角煤层的掩护支架，由第一直线驱动装置、第二直线驱动装置传递而来的作用力能够完全、直接的施加在第一支撑件、第二支撑件上，不会对第一直线驱动装置、第二直线驱动装置施加径向的分力，确保地层作用力沿着第一直线驱动装置、第二直线驱动装置的轴线进行传递，极大的降低了第一直线驱动装置、第二直线驱动装置的受损可能性，提高了其使用的可靠性与安全系数。

3、本发明一种大倾角煤层的掩护支架，第一直线驱动装置朝向上支腿的一端连接橡胶垫，第二直线驱动装置朝向下支腿的一端连接橡胶垫，避免刚性部件与刚性部件之间的直接接触导致的摩擦，对两个直线驱动装置提供软性保护，同时使得两个直线驱动装置输出的作用力具有更大的受力范围，避免局部应力集中形成薄弱点，从而提高本发明的使用寿命与工作效率。

4、本发明一种大倾角煤层的掩护支架，在上支腿、下支腿的侧面分别固定连接n根相互平行的横向支撑杆，当上支腿、下支腿紧靠在井壁上时，横向支撑杆向侧面伸出同样贴靠在井壁上，从而使得一个支架获得更大更广的支撑面积，极大程度上降低支架使用数量，以此节约资源与成本。相邻两根横向支撑杆的外端连接金属波纹管，具有更大更强的承载能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中上支腿与第一直线驱动装置连接处的局部结构示意图；

图3为本发明具体实施例中下支腿与第二直线驱动装置连接处的局部结构示意图；

图4为图1中a处的局部放大示意图；

图5为图1中b处的局部放大示意图；

图6为本发明具体实施例中横向支撑杆的连接结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-上支腿，2-支护梁，3-顶梁，4-下支腿，5-凹槽，6-第一支撑杆，7-第二支撑杆，8-第一支撑件，9-第二支撑件，10-第一直线驱动装置，11-第二直线驱动装置，12-第一凸起，13-第一转轴，14-第二凸起，15-第二转轴，16-第一控制器，17-第一压力传感器，18-第二压力传感器，19-第二控制器，20-橡胶垫，21-横向支撑杆，22-金属波纹管，23-金属网，24-锚杆插孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图6所示的一种大倾角煤层的掩护支架，包括依次铰接的上支腿1、支护梁2、顶梁3、下支腿4，所述上支腿1、下支腿4的外侧分别靠在井壁两侧，上支腿1与顶梁3之间转动连接第一支撑杆6，下支腿4与顶梁3之间转动连接第二支撑杆7；还包括锚固在上支腿1、下支腿4之间的地面上的第一支撑件8、第二支撑件9，且第一支撑件8靠近上支腿1，第二支撑件9靠近下支腿4；所述第一支撑件8、第二支撑件9上均设置有斜面，斜面上设置方形的凹槽5；所述第一支撑件8与上支腿1之间连接第一直线驱动装置10，所述第一直线驱动装置10的一端固定在第一支撑件8斜面上的凹槽5底部，另一端转动连接在上支腿1的内侧；所述第二支撑件9与下支腿4之间连接第二直线驱动装置11，所述第二直线驱动装置11的一端固定在第二支撑件9斜面上的凹槽5底部，另一端转动连接在下支腿4的内侧；所述第一直线驱动装置10的轴线垂直于第一支撑件8上的斜面；所述第二直线驱动装置11的轴线垂直于第二支撑件9上的斜面；所述第一支撑件8斜面上的凹槽5底面嵌设与第一直线驱动装置10接触的第一压力传感器17，第一支撑件8内部设置第一控制器16，所述第一控制器16用于接收第一压力传感器17的压力信号，并以此为依据控制第一直线驱动装置10的输出力；所述第二支撑件9斜面上的凹槽5底面嵌设与第二直线驱动装置11接触的第二压力传感器18，第二支撑件9内部设置第二控制器19，所述第二控制器19用于接收第二压力传感器18的压力信号，并以此为依据控制第二直线驱动装置11的输出力。所述上支腿1的内侧固定两个相互平行的第一凸起12，两个第一凸起12之间通过第一转轴13进行连接，所述第一转轴13穿过第一直线驱动装置10，所述第一直线驱动装置10能够绕第一转轴13进行转动；所述第一直线驱动装置10朝向上支腿1的一端连接橡胶垫20。所述下支腿4的内侧固定两个相互平行的第二凸起14，两个第二凸起14之间通过第二转轴15进行连接，所述第二转轴15穿过第二直线驱动装置11，所述第二直线驱动装置11能够绕第二转轴15进行转动；所述第二直线驱动装置11朝向下支腿4的一端连接橡胶垫20。所述第一直线驱动装置10的输出力与第一压力传感器17所受到的压力成正比；所述第二直线驱动装置11的输出力与第二压力传感器18所受到的压力成正比。所述第一支撑杆6、第二支撑杆7为伸缩杆。所述第一控制器16、第二控制器19为可编程逻辑控制器。所述第一直线驱动装置10、第二直线驱动装置11为液压缸。上支腿1、下支腿4的侧面分别固定连接n根相互平行的横向支撑杆21，n≥2，所有横向支撑杆21均位于上支腿1、下支腿4所在平面的同侧；相邻两根横向支撑杆21的外端连接金属波纹管22。邻两根横向支撑杆21之间还铺设有金属网23。所述金属波纹管22为锡青铜波纹管。所述横向支撑杆21上设置有锚杆插孔24。本发明使用过程中，随着地应力的逐渐缓慢释放，地层压力逐渐增大，而第一直线驱动装置、第二直线驱动装置所输出的作用力也逐渐增大，所输出的作用力分别通过上支腿、下支腿直接作用在煤矿井井壁上，以此克服部分或全部地层压力的增大值，降低支架被逐渐增大的地层压力所损坏的可能性，第一直线驱动装置、第二直线驱动装置所输出的作用力随着地层压力的变换而进行调整，从而使得本发明能够与地应力释放缓慢的地层相适应。由第一直线驱动装置、第二直线驱动装置传递而来的作用力能够完全、直接的施加在第一支撑件、第二支撑件上，不会对第一直线驱动装置、第二直线驱动装置施加径向的分力，确保地层作用力沿着第一直线驱动装置、第二直线驱动装置的轴线进行传递，极大的降低了第一直线驱动装置、第二直线驱动装置的受损可能性，提高了其使用的可靠性与安全系数。此外，第一直线驱动装置朝向上支腿的一端连接橡胶垫，第二直线驱动装置朝向下支腿的一端连接橡胶垫，避免刚性部件与刚性部件之间的直接接触导致的摩擦，对两个直线驱动装置提供软性保护，同时使得两个直线驱动装置输出的作用力具有更大的受力范围，避免局部应力集中形成薄弱点，从而提高本发明的使用寿命与工作效率。此外，当上支腿、下支腿紧靠在井壁上时，横向支撑杆向侧面伸出贴靠在井壁上，使得一个支架获得更大更广的支撑面积。所有横向支撑杆均位于上支腿、下支腿所在平面的同侧，即可增大相邻两个支架之间的间距，极大程度上降低支架使用数量，节约资源与成本。相邻两根横向支撑杆的外端连接金属波纹管，使得位于一个支腿上的所有横向支撑杆连接为一个整体，具有更大更强的承载能力，同时利用金属波纹管的韧性与延展性抵消横向支撑杆所受的部分地层压力，进一步增大横向支撑杆的承载能力。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。