专利名称：液压双套管支柱的制作方法
一种液压双套管支柱包括一圆柱形外套管，和可在该外套管中移动的内套管，以及一自套管延伸的活塞杆，还具有位于圆柱形外套管和内套管之间的一个外环间隙以及位于内套管和活塞杆之间的内环间隙。其中，压力介质可被加注到内套管的活塞下方并经过位于活塞杆下方的底阀以便延伸两个压力级，压力介质也可被加注到所述外环间隙和内环间隙之中以进行回缩操作。
在进行地下采矿时，上述类型的两级式双套管与自行支架共同使用。在采煤过程中，为了以高的井壁砌旋支撑力在长工作面表面上支撑暴露出的压在上方的地层，需要使用大量的支柱，相应地对压力介质的需求也很高。根据所提要求，对用于承受静载荷的支柱结构进行配置，且支柱套管和活塞杆被设计成具有适当的截面形状和壁厚。反过来，所选定的尺寸对控制阀以及含有液压流体的供应管线的公称直径也均有影响。这些关系最终决定了支柱的特性，所述的特性除了支柱的支撑力之外还包括收起特性，这一特性在反向操作中对于移动墙衬来说是很重要的。为了进行收起操作，即为了收起已放置好的支柱，位于圆柱形外套管中的压力空间与通向水箱的回流管线相连，这样，液压流体可被排出且支柱下沉。同时，液压流体被引入位于圆柱形外套管与内套管之间的外环间隙之中。该液压流体在环形区域之中作用于内套管中的活塞上并推动活塞。然而，施加在一小的加压环形面积上的用于收起支柱的力很小。相反，当这种液压流体从大量的支柱空间中排出时，在控制阀中会产生一种对流体的阻力，且如果液压流体同时从其他使用液压流体的地方流入回流管线，则受回流管线中的阻挡压力作用，对流体的这种阻力会进一步增加。
结果是支柱的缓慢下降以及井壁砌旋移动操作进展延迟。如果环形区域结构上的扩大会以支柱的内部尺寸为代价，则也会不可避免地使支柱的外尺寸增大或是损害支柱的静载荷承载特性，这二种效应都是不希望产生的。
本发明源于有关支柱内部操作的背景技术，据此，液压双套管支柱是按如下方式构造的，位于圆柱外套管和内套管之间的外环间隙具有相对较窄的宽度(在收起操作期间，该外环间隙受液压流体的作用)。从而在内套管的活塞区域和环形区域之间具有至少为10∶1的尺寸比例，这不利于支柱的下沉操作。另一方面，内环形面积/活塞杆面积的较小尺寸比并没多少作用，这是因为在井壁砌选移动操作中，活塞杆常常不收回。
本发明的目的在于配置一种在本文开头部分所引用的一种套管支柱的静态承载结构，使得在支持力保持恒定的同时，增加收起力。
这一目的是通过在主权利要求的特征部分中所述的特征来实现的。本发明的优选实施例构成了从属权利要求的主要内容。
本发明的双套管支柱在内支柱结构的构成尺寸方面体现出其先进性，其目的在于，在预定外尺寸和支撑力保持不变的情况下，将环面积增大超过内套管的活塞面积，并且加强收起支柱的力量。
由于支柱套管的所需壁厚和活塞杆直径都没有改变，所以支柱的静态承载结构保持不变。为了加快收起过程，使用了更大的力量，这是因为在较高的液体压力下，大量的液体可流出支柱的压力空间而进入回流管线。这会使得在收起支柱时加速井壁砌旋操作，从而能节约时间。这样，当采煤机以很高的切削速度领先于井壁砌旋的移动前进时，就可以避免在现代化的高产出操作中发生井壁砌旋工作跟不上的问题，这种问题是因为井壁砌旋工作比采煤工作需要更多的时间，所以井壁砌旋总是落后而造成的。
下面将参照示于图中的实施例详细说明本发明，图中示出了液压双套管回缩状态或收起状态下的视图，图的右侧为纵向剖面图。
该支柱为二级结构，并且包含圆柱形外套管1，一圆柱形内套管2和一活塞杆3，其中内套管2在圆柱形外套管1中被轴向可移地导引，且活塞杆3在内套管2中被轴向可移地导引。在采凿下盘侧(footwall)上的支柱支撑体由一个半球形的支柱基座4形成，该基座4将圆柱形外套管1终止于底部。所述内套管2由一带有阶梯式缩进的具有较大直径的内套管活塞5终止上于采凿下盘侧，在该活塞中插入有一底阀6，活塞杆3的采凿下盘端部也类似地具有比其柄部更大的直径，具有一个阶梯形缩进，并被构造成活塞7。凹进部8包围住底阀6的凸出部分。支柱头9位于活塞杆3的顶端。
在采凿下盘端部，内套管2被其内套管活塞5于圆柱形外套管1的内壁上导引，并且在其头端部被位于外壁上的法兰型螺纹环10所导引，该螺纹环被从上方拧入到圆柱形外套管1中。这样就在直径为d1的圆柱形外套管1的内壁与直径为d2的内壁2的外壁之间构成一个间隙宽度d1-d2。以同样的方式活塞杆3以其活塞7在直径为d3的内套管2的内壁上滑动，该活塞杆3由插入到内套管2顶端的螺纹环12所导引。活塞杆3的柄部的直径由d4表示，在内套管2和活塞杆3之间形成具有d3-d4的缝隙宽度的内环间隙13。
液压流体在内套管活塞5下方被传送，从一连接部14经孔15进入支柱的下级，使圆柱形外套管1内部的压力空间(未标出)被充满，这样，内套管2向外移出，直到内套管活塞5与螺纹环10接触为止。该流体经底阀6继续流入进位于上级的内套管之中压力空间(同样未标出)，这样活塞杆3也被向外推直到活塞7同螺纹环12相接触为止。底阀6是一个逆止阀，其能够将下级压力空间与上级压力空间彼此分离开，因此，由于二者具有不同的面积比值，所以可以在上级压力空间中建立比下级压力空间更高的压力。
在加注操作中，内套管被移出，同时液压流体被内套管活塞5从环间隙11经孔16和连接部17置换到回流管线。环间隙11经沿内管道2的管壁延伸的通道18与环间隙13相连接，这样，当活塞杆延伸时液压流体能从环间隙13中溢出。
为了在收起操作中使压力级回缩，液压流体经连接部17在相反的方向上被引入到外环间隙11。液压流体作用在位于宽度为d1-d2的环形面积上方的内套管活塞5上，以使内套管2连同活塞杆3一起被推入圆柱形套管1的压力空间之中，从该处，液压流体经连接部14进入回流管线。起初，上级的压力并不下降，因为液压流体不能经关闭的底阀6从内套管2的压力空间流出。底阀6直到内套管2的内套管活塞5与支柱底座4相接触才被打开。于是液压流体经连接部14和管道18流入到内环间隙13中，并作用在缝隙宽度为d3-d4的环形面积之上的活塞7上，这样，活塞杆3就被推入上级的压力空间。
根据本发明，外环间隙11的缝隙宽度d1-d2大于或等于内环间隙13的缝隙宽度d3-d4，圆柱形外套管1的壁厚与内套管2的壁厚大致相同。内套管2的活塞面积(d1/2)2π与外环11的环形面积(d1/2)2·π-(d2/2)2·π之比小于等于8.5。活塞杆3的活塞面积(d3/2)2·π与外环11的环面积(d3/2)2·π-(d4/2)2·π之比大于等于5.5∶1。
权利要求
1．一种液压双套管支柱，包括一圆柱形外套管，和一内套管，该内套管可在外套管中移动，并且有活塞杆自其中伸出，它具有一位于圆柱形外套管和内套管之间的外环间隙以及一位于内套管和活塞杆之间的内环间隙，其中压力介质可以经位于活塞杆下方的底阀被加注到内套管的活塞的下方，以便延伸两个压力级并能被加注到内环间隙和外环间隙之中以便进行回缩操作，其特征在于，外环间隙(11)的缝宽设计成d1-d2使其大于或等于内环间隙(13)的缝宽d3-d4，且内套管(2)上的活塞面积与外环间隙(13)的环形面积的比小于或等于8.5∶1，而活塞杆(3)上的活塞面积与内环(13)的环面积的比大于或等于5.5∶1。
2．根据权利要求1所述的液压双套管支柱，其特征在于，圆柱形外套管(1)和内套管(2)具有大致相同的壁厚。
全文摘要
一种双套管支柱，包括一圆柱形外套管1，一在可在外套管中移动的内套管2和一个能从其伸出的活塞杆3，用于延伸两支柱级的液压流体经一连接部14被传送到内套管2的活塞5并经一底阀被传送到活塞杆3的活塞7上，如果液压流体经连接部17流入圆柱形外套管1与内套管2之间的外环间隙11，则支柱回缩。对实现支柱的回缩而言，内套管2的面积与环11间隙的环面积之间的比值最大为8.8∶1是有利的。
文档编号E21D15/00GK1238025SQ97199726
公开日1999年12月8日 申请日期1997年11月8日 优先权日1996年11月20日
发明者弗里德里克·W·丹纳尔, 沃纳·赖内尔特 申请人:Dbt德国矿业工程有限责任公司