一种矿用气动防片帮装置及其气动防片帮的方法与流程

本发明涉及一种预防片帮技术领域，尤其涉及一种矿用气动防片帮装置及其气动防片帮的方法。

背景技术：

12032切眼掘进工作面是我矿乃至新疆公司首个沿空送巷切眼掘进工作面，煤层倾角28°—36°，迎面墙垂高3.1m，本工作面施工期间需要穿越两个顺槽和一个安全保护煤柱，且要经过一个断层。以上因素均是煤层遭受影响较大的关键区域，煤层受压破碎。在掘进施工过程中，由于迎面墙裸露面积大，采用风镐施工工艺时，迎面墙的裸露时间相对较长，这就为迎面墙煤矸掉落及片滑创造了有利条件，无疑给施工人员造成一定的安全威胁。

矿层采出后，采空区顶板岩层内出现悬空，其压力便转移到煤壁上，煤壁承受的压力增加，形成增压区，煤壁在附加荷载的作用下，一部分煤被压碎，并挤向采空区，这种现象称为片帮。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种矿用气动防片帮装置及其气动防片帮的方法能够有效防止煤壁发生片帮危险。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种矿用气动防片帮装置：包括有气动伸缩装置和支撑结构，所述气动伸缩装置通过支撑结构横向设置在矿洞内，所述气动伸缩装置的尾部设置有支撑块，所述支撑块与气动支撑结构尾部球铰链连接设置，所述支撑块抵压设置在矿洞左岩壁上，所述气动伸缩装置的顶部设置有顶板结构，所述气动伸缩装置将顶板结构顶压在煤壁上；通过利用气动伸缩装置将煤壁片帮处顶压，避免煤壁发生崩塌的危险。

所述气动伸缩装置包括有固定气缸和活动杆，所述活动杆尾部伸缩设置在固定气缸内，所述活动杆尾部套设有密封垫圈，所述活动杆尾部与固定气缸内腔形成密封气腔；所述固定气缸前端内壁处沿活动杆伸缩方向设置有长椭圆凹槽，所述活动杆上设置有限位柱，所述限位柱滑动设置在长椭圆凹槽内；所述固定气缸内腔前端面与限位柱之间设置有压缩弹簧。设置有密封垫圈能够防止活动杆与固定气缸内壁磨损导致密封气腔内气密性不好；在固定气缸内设置长椭圆凹槽，使活动杆始终沿固定气缸长度方向伸缩，使气动支撑装置沿一个方向作用力。

进一步地，所述支撑结构呈“y”形状设置，且支撑结构的固定端上设置有螺纹连接柱，所述矿洞顶部设置有支撑梁，所述支撑结构通过螺纹连接柱设置在支撑梁下方；所述支撑结构的支撑部位沿竖直方向等距设置有若干销孔，所述销孔内固定设置有固定销轴，所述固定气缸外表面上套设有固定套环，所述固定套环上设置有支撑孔，所述固定销轴插设在支撑孔内，与固定套环设置在一起的固定气缸绕固定销轴摆动设置。通过调节固定销轴的位置可以实现对气动支撑装置的支撑方向进行微调，使气动支撑装置将顶板结构正压在煤壁片帮处。

进一步地，所述顶板结构包括有连接部分、锥台结构和顶板；所述连接部分支撑设置在锥台结构的较小底面上，所述锥台结构较大底面设置在顶板端面上；所述活动杆顶端设置有球状结构，所述连接部分上设置有球形凹槽，所述球状结构设置在球形凹槽内，所述活动杆顶端与顶板结构球铰链配合设置。通过设置有锥台结构能够将活动杆对连接部分的作用力分散到整块顶板上，使顶板整个板面受力均匀，有利于对煤壁片帮处的支撑作用。

进一步地，所述锥台结构的较大底面上设置有若干凸起结构，所述凸起结构呈锥柱状设置，且若干所述凸起结构的高度交错设置，所述凸起结构垂直于顶板端面；所述顶板靠近锥台结构的端面上设置有与凸起结构一一对应配合的凹槽孔，且凹槽孔的深度大于凸起结构的长度，所述凸起结构设置在凹槽孔内，且锥台结构的较大底面与顶板端面之间粘接设置。凸起结构能够使锥台结构上的力垂直与顶板板面作用，使顶板垂直于煤壁顶压。

进一步地，所述顶板顶压处的煤壁内部设置有压力感应探针；靠近所述气动伸缩装置的尾端设置有进气管和出气管，所述进气管与出气管分别与密封气腔连通，所述进气管和出气管上分别设置有第一电磁阀和第二电磁阀；所述压力感应探针的信号输出端与控制器的信号输入端连接，所述控制器的信号输出端分别与第一电磁阀的信号输入端和第二电磁阀的信号输入端连接。通过设置有压力感应探针能够自动根据煤壁片帮压力的大小调节密封气腔内的压强，从而使顶板与煤壁之间受力平衡。

一种矿用气动防片帮的方法：包括有

第一步，探测片帮部位：在矿洞煤壁一侧内设置布置有压力探测器，探测出压力最大点；

第二步，安装气动防片帮装置：调整气动伸缩装置的位置和角度，使顶板正对挤压片帮部位；

第三步，调压平衡：打开第一电磁阀，从进气管向密封气腔内充入气体，使活动杆将顶板顶紧在煤壁片帮部位，对此时的压力感应探针进行“调零”设置。当压力感应探针感应到压力增大时，通过进气管向密封气缸内充气使活动杆对顶板的压力升高，使顶板与煤壁片帮处压力平衡。

进一步地，第一步中通过蜂窝阵列的方式均匀在矿洞煤壁侧设置压力探测器，相邻所述压力探测器的距离为0.5m；所述压力探测器信号输出端与控制器的信号输入端连接，所述控制器上设置对各个压力探测器进行标记检测。呈蜂窝状阵列分布的探测器在探测相同的面积时，所需探测器最少，起到了节省成本的作用。

有益效果：本发明的一种矿用气动防片帮装置及其气动防片帮的方法通过利用气动伸缩装置将煤壁片帮处顶压，避免煤壁发生崩塌的危险；通过在气动支撑装置尾部设置有球铰链结构，在活动杆与顶板结构之间设置有球铰链结构，能够使气动支撑装置作用力垂直作用在顶板结构上，保证了顶板结构在长时间使用时不会在煤壁上的位置发生偏移；通过顶板支撑处的煤壁上设置有压力感应探针，可根据压力感应探针反馈的煤壁片帮压力来自动调节密封气腔内的压强，从而使顶板与煤壁之间受力平衡，节省了人工成本。

附图说明

附图1为本发明的气动防片帮装置支撑结构示意图；

附图2为本发明的气动支撑装置内部结构示意图；

附图3为本发明的支撑结构的结构示意图；

附图4为本发明的气动支撑装置和顶板结构的结构示意图；

附图5为本发明的顶板结构的结构示意图；

附图6为本发明的锥台结构的示意图；

附图7为本发明的压力探测器在煤壁上的分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1～7，一种矿用气动防片帮装置：包括有气动伸缩装置1和支撑结构2，所述气动伸缩装置1通过支撑结构2横向设置在矿洞内，所述气动伸缩装置1的尾部设置有支撑块3，所述支撑块3与气动支撑结构1尾部球铰链连接设置，能够调整气动伸缩装置1的支撑方向，有利于对顶板43的支撑；所述支撑块1抵压设置在矿洞左岩壁5上，所述气动伸缩装置1的顶部设置有顶板结构4，所述气动伸缩装置1将顶板结构4顶压在煤壁6上；通过利用气动伸缩装置1将煤壁6片帮处顶压，避免煤壁6发生崩塌的危险.

所述气动伸缩装置1包括有固定气缸11和活动杆12，所述活动杆12尾部伸缩设置在固定气缸11内，所述活动杆12尾部套设有密封垫圈13，密封垫圈13能够避免活动杆12与固定气缸11内壁直接接触磨损，起到了保护作用；所述活动杆12尾部与固定气缸11内腔形成密封气腔14，通过密封气腔14中产生的压力使活动杆12伸缩；所述固定气缸11前端内壁处沿活动杆11伸缩方向设置有长椭圆凹槽111，所述活动杆12上设置有限位柱121，能够使活动杆11始终沿伸缩方向伸缩，避免活动杆11使用时间久后伸缩方向发生变化，所述限位柱121滑动设置在长椭圆凹槽111内；所述固定气缸11内腔前端面与限位柱121之间设置有压缩弹簧15，能够使活动杆12在不受力时收缩到固定气缸11内，便于气动伸缩装置1的搬运。

所述支撑结构2呈“y”形状设置，支撑结构2对气动伸缩装置1起到了支撑作用，对且支撑结构2的固定端上设置有螺纹连接柱211，所述矿洞顶部设置有支撑梁7，所述支撑结构2通过螺纹连接柱211设置在支撑梁7下方；所述支撑结构2的支撑部位22沿竖直方向等距设置有若干销孔，所述销孔内固定设置有固定销轴221，可以使固定销轴221固定在不同的销孔内，所述固定气缸11外表面上套设有固定套环16，固定套环16由两个半圆环结构组成，半圆环结构通过螺栓锁紧在固定气缸11外壁上，所述固定套环16上设置有支撑孔161，所述固定销轴221插设在支撑孔161内，与固定套环16设置在一起的固定气缸11绕固定销轴221摆动设置，对固定气缸11的设置方向进行微调，有利于使气动支撑装置1将顶板结构4正压在煤壁6片帮处。

所述顶板结构4包括有连接部分41、锥台结构42和顶板43；所述连接部分41支撑设置在锥台结构42的较小底面上，所述锥台结构42较大底面设置在顶板43端面上，通过设置有锥台结构42能够将活动杆12对连接部分41的作用力分散到整块顶板43上，使顶板43整个板面受力均匀，有利于对煤壁6片帮处的支撑作用。所述活动杆12顶端设置有球状结构122，所述连接部分41上设置有球形凹槽411，所述球状结构122设置在球形凹槽411内，所述活动杆12顶端与顶板结构4球铰链配合设置，球铰链设置能够微调活动杆作用在顶板结构4上的压力的方向，使气动伸缩装置1始终垂直与顶板结构4作用力。

所述锥台结构42的较大底面上设置有若干凸起结构421，所述凸起结构421呈锥柱状设置，且若干所述凸起结构421的高度交错设置，使凸起结构421对顶板43的作用力不会作用在顶板43内部同一平面，避免顶板43被凸起结构421损坏；所述凸起结构421垂直于顶板43端面，使锥台结构42上的力垂直与顶板43板面作用，使顶板43垂直于煤壁6顶压；所述顶板43靠近锥台结构42的端面上设置有与凸起结构421一一对应配合的凹槽孔，且凹槽孔的深度大于凸起结构421的长度，所述凸起结构421设置在凹槽孔内，且锥台结构42的较大底面与顶板43端面之间粘接设置，有利于锥台结构42与顶板43的固定。

所述顶板43顶压处的煤壁6内部设置有压力感应探针，当煤壁片帮逐渐严重时，煤层之间的压力会增大，可以通过压力感应探针检测出来；靠近所述气动伸缩装置1的尾端设置有进气管17和出气管18，所述进气管17与出气管18分别与密封气腔14连通，所述进气管17和出气管18上分别设置有第一电磁阀和第二电磁阀；所述压力感应探针的信号输出端与控制器的信号输入端连接，所述控制器的信号输出端分别与第一电磁阀的信号输入端和第二电磁阀的信号输入端连接。当压力感应探针感应到压力增大时，通过进气管17向密封气缸14内充气使活动杆12对顶板43的压力升高，当压力感应探针感应到压力减小时，通过放气管18向密封气缸14内充气使活动杆12对顶板43的压力升高；顶板43支撑处的煤壁6上设置有压力感应探针，可根据压力感应探针反馈的煤壁6片帮压力来自动调节密封气腔14内的压强，从而使顶板43与煤壁6之间受力平衡，节省了人工成本。

一种矿用气动防片帮的方法，包括有

第一步，探测片帮部位：在矿洞煤壁6一侧内设置布置有压力探测器8，探测出压力最大点；通过蜂窝阵列的方式均匀在矿洞煤壁6侧设置压力探测器8，相邻所述压力探测器8的距离为0.5m；所述压力探测器8信号输出端与控制器的信号输入端连接，所述控制器上设置对各个压力探测器8进行标记检测；呈蜂窝状阵列分布的压力探测器8在探测相同的面积时，所需压力探测器8最少，起到了节省成本的作用。

第二步，安装气动防片帮装置：将支撑块3固定在岩壁5上，调整支撑结构2上固定销轴221的位置，使气动伸缩装置1对顶板结构4产生正向压力，使顶板43正对挤压煤壁6片帮部位；

第三步，调压平衡：打开第一电磁阀，从进气管17向密封气腔14内充入气体，使活动杆12将顶板43顶紧在煤壁6片帮部位，对此时的压力感应探针进行“调零”设置；此时当压力感应探针感应到压力增大时，通过进气管17向密封气缸14内充气使活动杆12对顶板43的压力升高，当压力感应探针感应到压力减小时，通过放气管18向密封气缸14内充气使活动杆12对顶板43的压力升高，使顶,43与煤壁6片帮处压力始终平衡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。