一种超前液压支架柔性接顶方式及顶梁结构的制作方法

本发明涉及煤矿综采工作面超前巷道支护领域，尤其涉及一种超前液压支架柔性接顶方式及顶梁结构。

背景技术：

随着煤炭资源综合机械化和智能化开采的发展，以及深部开采复杂条件超前巷道围岩控制难度的增大，为保障综采工作面两端头支护安全，采用超前液压支架支护超前巷道成为发展趋势。当前实际投入应用的超前液压支架分为两类，一类是交替迈步式，另一类是后架倒前架的循环倒架式。交替迈步式超前液压支架移架速度快，但由于存在反复支撑问题，造成对顶板的过度扰动和破碎；循环倒架式减少了反复支撑次数，但尚缺少有效的搬移方式，效率相对较低。两者共同的特点是采用分组布置，整体顶梁结构。回采巷道顶板为不平整状态，初撑力过大或来压时，因接局部接触实际比压远大于按照完整顶梁平面接触计算值，造成接触区域瞬间冲击或比压过大而破碎，进而影响周围锚杆构件的预紧力；同时，整体顶梁会直接破坏原有锚网巷道锚索、锚杆结构体或支护系统。因此锚网支护系统无法和超前液压支架协同发挥作用，且在钢绞线等破坏后无法完成退锚等后续作业工艺。现场在整体顶梁上铺设橡胶垫等接顶手段适应性差，无法从根本上解决上述问题；专利201410503266.8公布了一种冲击地压巷道迈步式吸能防冲支架，主要是为了提高超前支架抗冲击性，其在顶梁上设置的液压立柱，起到了避让锚索作用，但各立柱之间并没有明确的关联，无法起到柔性支护作用。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有柔性接顶功能的超前液压支架顶梁结构，以适应超前巷道凹凸不平顶板条件及锚网支护系统。

技术方案：本发明在交替迈步式或循环倒架式超前液压支架整体顶梁基础上离散布置单列或多列接顶液压支座，每个顶梁上的液压支座组成一个独立的控制单元，其特征在于液压支座下方和顶梁之间通过底座联接，上方铰接柱帽与巷道顶板接触，且每个控制单元之间的液压支座承压腔之间并联，形成柔性接顶单元。所述液压支座单元可分为主动接顶和被动接顶两种控制模式，主动接顶模式液压支座采用双作用液压缸，每个柔性接顶单元内的双作用液压缸的上腔和下腔（承压腔）分别并联起来，由换向阀通过液控单向阀集中控制，在双作用液压缸下腔连接有安全阀；被动接顶模式液压支座采用单作用液压缸，所述单作用液压缸上腔为限位腔，下腔为承压腔，柔性接顶单元内的单作用液压缸下腔之间并联，由换向阀通过液控单向阀连接成集中控制单元，在液压支座承压腔同样连接有安全阀。根据巷道顶板不平度和巷道锚索锚固点布局，确定每个柔性接顶单元的液压支座数量、行程以及在顶梁上的布设位置，与超前液压支架行走步距相配合实现柔性接顶和避锚功能。

本发明具体工作原理如下。

（1）初撑接顶。对于主动接顶模式，可将超前液压支架其中一个顶梁升至或直接设定在某一高度，通过换向阀向对应的柔性接顶单元内各液压支座下腔供液，各液压缸活塞克服自身重力以及摩擦力向上举升，由于运动阻力的差异以及与巷道顶板距离的不同，各液压支座将异步触顶，由帕斯卡原理可知，最先与巷道顶板接触的活塞接触阻力产生的压强将同步传递到其他液压缸，由于相互连通的其他液压缸仍在上升，压力不会立即增大，待所有液压支座均接顶或至行程末端时开始同步增压至供液压力，避免了单点直接触顶的刚性接顶状态。对于被动接顶模式，液压支座内可以通过换向阀预充一定量的液体，初撑时超前支架中部立柱带动顶梁及上方的柔性接顶单元上升，与巷道顶板最近的液压支座最先触顶后，由于控制单元内的连通效应，顶梁继续上升过程该液压支座内的液体将流至其他液压支座内，使其他液压支座活塞伸出行程加大，系统内压力不会立即上升，待所有液压支座活塞均与巷道顶板接触或至行程末端时开始同步增压至与中部立柱升力平衡状态，若换向阀打开液控单向阀控制口超前支架中部立柱继续举升实现液压支座的排液和复位。

（2）来压承载。巷道顶板下沉或来压过程，对于主动支撑或被动支撑模式，都是均压承载状态，柔性接顶单元内的液压支座同步增阻抵抗变形，由液压支座柱帽多点均压承载，避免产生局部压力集中情况。

本发明具有下述优点：（1）对不平顶板的适应性好，承压均匀，有效避免了因顶板不平造成的应力集中破坏；（2）有效避开了锚索，减少了对锚索、锚杆的破坏，实现锚网支护系统和超前支架的协调支护，；（3）柔性接顶单元布设密度和行程可以根据实际情况进行安设，结构方案实施和操作性强。

附图说明

图1是本发明的超前液压支架柔性接顶方式示意图。

图2是本发明图1的A-A方向剖视图。

图3是柔性接顶单元主动接顶模式控制原理图。

图4是柔性接顶单元被动接顶模式控制原理图。

图中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：超前液压支架组；Ⅳ:排头超前支架；1：底座；2：中部立柱；3：顶梁；4：液压支座；4-1：连接底座；4-2：液压缸；4-3：柱帽；4’：双作用液压缸；4”：单作用液压缸； 5：四连杆稳定机构；6：推移千斤顶；7：上调架千斤顶；8：下调架千斤顶；9：锚索；10：换向阀；11:液控单向阀；12：安全阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

图1和图2为某回风巷超前液压支架柔性接顶支护工作示意图，采用了迈步式超前液压支架作为柔性接顶单元的承载体。本实施例中的迈步式超前液压支架组由两列3组并排的超前液压支架和1组排头超前支架构成，超前液压支架底座1和顶梁3之间设有两根中部立柱2和四连杆稳定机构5，3组超前支架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ底座前后之间、以及超前支架组Ⅲ底座和排头超前液压支架Ⅳ底座之间通过推移千斤顶6连接，并排的两列超前支架顶梁3之间通过上调架千斤顶左右联接，底座1之间通过下调架千斤顶左右联接。所述超前液压支架组顶梁3上分别安设单排液压支座4，液压支座4的间距设置保证和锚索9的布设点交错开，每架超前液压支架顶梁3上的液压支座构成一个独立的柔性接顶单元。本发明所述的液压支座4除液压缸4-2外，还包括与顶梁3固接的底座4-1以及和液压缸4-2铰接的柱帽4-3，其特征在于液压支座承压腔并联，机械结构部分为离散布置状态。本发明所述的柔性接顶单元，可以采用主动接顶或被动接顶两种模式进行控制。

图3是柔性接顶单元采用主动接顶模式控制原理，由双作用液压缸和控制阀件构成，本实施例中柔性接顶单元内的双作用液压缸4’上腔和下腔（承载腔）分别并联连接，三位四通换向阀10通过液控单向阀11控制一组双作用液压缸4’，液控单向阀11的主回路和控制口分别与双作用液压缸4’的下腔和上腔连接，在双作用液压缸4’的下腔并联安全阀12。

图4是柔性接顶单元采用被动接顶模式控制原理，由单作用液压缸和控制阀件构成，本实施例中柔性接顶单元内的单作用液压缸4”承载腔并联连接，三位四通阀换向阀10通过液控单向阀11控制一组单作用液压缸4”，液控单向阀11的主回路与单作用液压缸4”承压腔连接，液控单向阀的11控制口直接接通换向阀10的另一工作口，在单作用液压缸4”的下腔同样装有安全阀12。所述的单作用液压缸4”，其特征是具有活塞限位功能，其下腔（承压腔）与上腔（限位腔）之间连通，构成差动模式。

本发明柔性接顶配合超前支架移架和支护动作分组进行控制。对于主动接顶模式，将换向阀10置于图3所示左位将液压支座4’活塞收回，控制中部立柱2将顶梁3抬升到一定高度后停止，然后将换向阀10置于右位，各液压支座活塞将在压力液的作用下异步提升，待所有液压支座柱帽与巷道顶板接触或行程末端时开始同步增压。对于被动接顶模式，通过换向阀10预先向单作用液压缸4”承压腔内注入一定量的液体，然后控制中部液立柱2提升，与巷道顶板距离最短的液压支座最先触顶，然后将液体挤压向其他液压支座，在中部立柱的提升和活塞移动复合运动作用下，各液压支座全部完成接顶动作或至行程末端时，开始同步增压。所述柔性接顶方式和顶梁结构工作能够适应凹凸不平顶板、均匀平稳承压、同时有效避让锚索。

上述实施例是对本发明的有效实施方式进行描述，并非对本方面的范围进行限定，在不脱离本发明的设计精神前提下，普通工程技术人员对本发明做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。