一种可变角度超前支架及其组合支护方法与流程

本发明属于采矿设备中的超前支架，具体涉及一种可变角度超前支架及其组合支护方法。

背景技术：

1、根据煤矿安全规程要求：“采煤工作面所有安全出口与巷道连接处超前压力影响范围内必须加强支护，且加强支护的巷道长度不得小于20m”。目前大倾角工作面的下顺槽支护方式大部分还是采用单体支护，随着智能化的推进，单体支护已经不能满足智能化推进的要求，迫切需要支架代替单体，实现降低工人劳动强度，减人提效的要求。

2、大倾角工作面的下顺槽往往是沿着巷道顶板掘进，巷道顶板倾角为煤层倾角，而煤层倾角是变化的，通常大倾角工作面的巷道倾角变化范围在0到40度不等，适用于20度以下巷道倾角的下顺槽目前有两种超前支架。

3、一种是设置在转载机两侧的迈步式超前支架，其顶梁可旋转，旋转角度在20度以内，旋转角度超过20度后，其支架机构则不稳，使得油缸和结构件易损坏，具体的，与本发明最接近的为迈步式旋转顶梁超前支架：

4、1、其超前支架由顶梁、上连杆、前后连杆、底座、旋转座和油缸组成。

5、2、顶梁和上连杆之间通过旋转座相连，由旋转座来实现顶梁对巷道顶板倾角的适应。

6、3、其超前支架设置在转载机的两侧。

7、4、约需2～3组支架来实现超前支护20米的要求，首组支架通常通过推移千斤顶与转载机相连，前后组支架之间通过推移千斤顶相连，首组支架以转载机为支点，通过推移千斤顶的收回来实现首组支架的前移，待前架移动完毕后，前架接顶，将前后架间的推移千斤顶收回来实现后架的前移。

8、迈步式旋转顶梁超前支架用于大倾角工作面的下顺槽时，存在以下问题，首先，其适用于巷道顶板倾角的范围为0～20度，超过20度后支架立柱和结构件稳定性降低，无法正常使用；其次，前后组支架的前进过程中，需要反复支撑巷道顶板。

9、一种是整体龙门式超前支架，通过顶梁上部垫斜块，来适应巷道顶板倾角，但其适应性差，巷道顶板倾角的角度变化大时，易造成支架单侧接顶，使支架长期处于偏载的恶劣工况，具体的，与本发明最接近的为带斜顶的整体龙门式超前支架：

10、1、其超前支架由顶梁、上连杆、前后连杆、底座、斜顶和油缸等组成。

11、2、其超前支架顶梁和底座沿着巷道走向的方向布置。

12、3、底座中部敞开，放置转载机。

13、4、顶梁上部背着斜顶，角度不可调，根据矿方提供的平均角度来设置。

14、5、约需2～3组支架来实现超前支护20米的要求，首组支架通常通过推移千斤顶与转载机相连，前后组支架之间通过推移千斤顶相连，首组支架以转载机为支点，通过推移千斤顶的收回来实现首组支架的前移，待前架移动完毕后，前架接顶，将前后架间的推移千斤顶收回来实现后架的前移。

15、带斜顶的整体龙门式超前支架用于大倾角工作面的下顺槽时，存在以下问题，首先，顶梁上部的斜顶适应性差，通常情况下不能和巷道顶板完全接触，可能是在巷道高帮侧接顶，也可能是在巷道低帮侧接顶，矿方在使用一段时间后，通常将斜顶摘掉不在使用；其次，支架长期处于偏载工况，易造成支架提前损坏，减少支架使用寿命；再次，前后组支架的前进过程中，同样需要反复支撑巷道顶板。

16、综上所述，现有技术中，超前支架对巷道倾角的适应性差，针对巷道倾角超过20度的下顺槽，目前没有合适的超前支架，而且，超前支架在行进过程中需要反复撑顶次数较多，造成巷道顶板的锚杆和锚索大面积损坏；为此，迫切需要开发一种在有限空间内，能够适用于巷道倾角超过20度的新型超前支架。

技术实现思路

1、本发明提供一种可变角度超前支架及其组合支护方法，采用上轻下重的结构，使超前支架重心下移，提高超前支架的稳定性，利用窄顶梁结构有效避让锚杆锚索，并将超前支架的顶梁沿着巷道倾向方向布置，将超前支架的底座沿着巷道走向方向布置，使顶梁实现对巷道顶板的充分接触，同时还可使底座实现顺利移架，并通过双推移千斤顶将多个超前支架收尾相接，无需借助外界辅助设备的干预即可完成超前支架的前移，操作简单，动作安全可靠，具有非常广泛的应用前景。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种可变角度超前支架，包括底座，底座采用龙门式箱型结构，底座包括顶梁支撑架，顶梁支撑架上设置有至少三个铰接点分别铰接顶梁倾角调节机构，顶梁倾角调节机构顶部设置有至少三个铰接点分别铰接顶梁；

4、顶梁支撑架左右两侧固定连接支撑腿，支撑腿前后两侧铰接推移千斤顶；

5、顶梁支撑架位于巷道高帮侧的一侧设置有底调梁，底调梁连接伸缩调节装置，伸缩调节装置固定在顶梁支撑架上。

6、利用顶梁倾角调节机构承受超前支架的主要载荷，将顶梁受到的载荷传递到底座上，并利用顶梁倾角调节机构调节顶梁的倾角以适应巷道顶板倾向的变化，使顶梁沿着巷道倾向方向布置，实现超前支架与巷道顶板的充分接触，同时，利用底座支撑腿与推移千斤顶铰接，使底座沿着巷道走向方向布置，实现超前支架的顺利移架。

7、进一步地，顶梁倾角调节机构包括第一伸缩立柱、第二伸缩立柱，第一伸缩立柱上下两端分别铰接于顶梁左侧和顶梁支撑架左侧，第二伸缩立柱上下两端分别铰接于顶梁右侧和顶梁支撑架右侧。

8、通过调整顶梁支撑架左右两侧两伸缩立柱的伸缩长度来改变顶梁左右高低变化，以适应巷道倾角的变化，使超前支架可适用于45度以内的巷道倾角变化。

9、进一步地，顶梁倾角调节机构还包括四连杆机构，四连杆机构包括第一四连杆机构、第二四连杆机构，第一四连杆机构、第二四连杆机构对称设置于第一伸缩立柱、第二伸缩立柱两侧，第一四连杆机构分别与顶梁前侧、顶梁支撑架前侧铰接，第二四连杆机构分别与顶梁后侧、顶梁支撑架后侧铰接。

10、通过超前支架前后两侧四连杆机构的约束，可保证超前支架的顶梁不向前后偏摆，在受到侧向力和顶梁对角作用的扭转载荷时，通过四连杆机构来承受，可有效支撑顶梁并保护第一伸缩立柱、第二伸缩立柱与顶梁柱窝连接的销轴组件。

11、进一步地，第一四连杆机构包括前上连杆，前上连杆上端铰接于顶梁前侧中部，前上连杆下端与前右板式连杆、前左板式连杆铰接，前右板式连杆、前左板式连杆分别铰接于顶梁支撑架前侧右方；

12、第二四连杆机构包括后上连杆，后上连杆上端铰接于顶梁后侧中部，后上连杆下端与后右板式连杆、后左板式连杆铰接，后右板式连杆、后左板式连杆分别铰接于顶梁支撑架后侧右方。

13、通过前后上连杆、前后右板式连杆、前后左板式连杆、顶梁支撑架两两铰接，构成四连杆机构，为顶梁提供前后两侧的辅助支撑。

14、进一步地，顶梁采用窄型箱式结构，顶梁重量占超前支架总重的1/6～1/8，底座重量占超前支架总重的1/2～1/3。

15、利用窄型箱式结构，有效避让巷道内锚杆锚索，并使超前支架上轻下中，将超前支架的重心下移，提高超前支架的稳定性。

16、进一步地，顶梁设置有左右两个柱窝，分别与第一伸缩立柱、第二伸缩立柱形成球面副铰接；

17、顶梁支撑架设置有左右两个柱窝，分别与第一伸缩立柱、第二伸缩立柱形成球面副铰接。

18、利用球面副铰接，使伸缩立柱通过伸缩不同的长度即可灵活调整顶梁的角度，以适应巷道顶板的倾向变化，同时，还可以承受超前支架的主要载荷，将顶梁受到的载荷传递到顶梁支撑架上。

19、进一步地，顶梁和底座均布置有起吊环或起吊孔，支撑腿的底部为船型底支撑脚，船型底支撑脚各纵截面均为倒梯形结构。

20、设置起吊环或起吊孔，方便超前支架的搬运，并利用底部各向纵截面的船型结构，便于超前支架向各方向的移动。

21、进一步地，伸缩调节装置为千斤顶，顶梁支撑架上固定有两个千斤顶，两个千斤顶的工作端分别支撑底调梁的两端。

22、待超前支架接顶撑牢后，调整底调梁两侧伸缩调节装置的伸缩量，使底调梁与巷道高帮侧的煤壁贴合，承受来自巷道顶板的侧向力，提高超前支架的抗侧滑能力。

23、第二方面，本发明提供一种可变角度超前支架的组合支护方法，采用如本发明第一方面所述的可变角度超前支架，包括前后设置的超前支架前架、超前支架后架，推移千斤顶的缸底端铰接于超前支架后架的支撑腿前侧，推移千斤顶的活塞杆与连接头一端铰接，连接头另一端铰接于超前支架前架的支撑腿后侧；

24、超前支架后架在指定位置处升起顶梁接触巷道顶板并撑紧，控制推移千斤顶伸出，推动超前支架前架向前移动，分别调整底座两侧推移千斤顶的活塞杆的伸出长度，使超前支架前架在前进过程中，即可通过两侧推移千斤顶调整超前支架前架的姿态；

25、超前支架前架到位后升起顶梁接触巷道顶板并撑紧，超前支架后架的顶梁下降脱离巷道顶板，收回超前支架前架与超前支架后架间推移千斤顶的活塞杆，使超前支架后架前移一个步距，超前支架后架到位后升起顶梁接触巷道顶板并撑紧；

26、重复以上动作实现多组超前支架的前移。

27、通过单独动作任意一个推移千斤顶，控制左右两侧推移千斤顶伸出长度的不同，方便调节超前支架前架的姿态，实现超前支架行进中的状态调整，并且不需外界辅助设备的干预即可完成超前支架的前移，操作简单，动作安全可靠，且通过一整个步距的移动方式，使超前支架前架一步到位，增加了超前支架前架与超前支架后架间的移架距离，与现有超前支架相比，减少了完成同样移架距离所需要的撑顶次数。

28、进一步地，连接头为十字交叉转动连接机构。

29、通过连接头的十字交叉转动结构，实现超前支架的上、下、左、右四个方向的转动。

30、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

31、1、本发明重量轻：整个超前支架采用窄顶梁、跨骑式底座、窄上连杆、板式左右连杆等轻量化结构设计，使整体重量控制在10t以下，具有体积小、重量轻、反复撑顶次数少、具备自移功能。

32、2、本发明顶梁转动方向和底座移动方向垂直布置，顶梁沿着巷道倾向方向布置，底座沿着巷道走向方向布置，使超前支架顶梁实现对巷道顶边的充分接触，适用于巷道顶板倾角超过20度的下顺槽，同时还可使超前支架底座实现顺利移架。

33、3、本发明调架方便：利用双推移千斤顶分别独立控制底座两侧的支撑腿，可单独动作任意一个推移千斤顶，可根据需要自由调节前后超前支架之间的姿态，并实现将行进中的超前支架调正的功能。

34、4、本发明抗侧滑能力强：采用双调架千斤顶分别独立控制底调梁，使底调梁与巷道高帮侧充分接触，承受来自巷道顶板的侧向力。

35、5、本发明稳定性好：超前支架顶梁轻、底座重、重心低、底座相比顶梁宽度大，上轻下重，将超前支架的重心下移，大大提高了超前支架的稳定性，使整个超前支架有较好的横向和纵向稳定性。

36、6、本发明适应性强：顶梁体积小，更方便的避让巷道顶板的锚杆和锚索支护；通过调整两伸缩立柱伸出的长度来改变顶梁顶面的倾角变化，可很好的适应巷道顶板的倾角变化。

37、7、本发明可靠性高：整个超前支架主体部分只有两根伸缩立柱，其它部件均为结构件，故障率低，不易损坏。

38、8、本发明操作简单：整台支架共采用六根油缸，两根伸缩立柱、两根调架千斤顶和两根推移千斤顶，两根伸缩立柱成对使用，两根调架千斤顶成对使用，两根推移千斤顶成对使用，每次操作时只动作两根油缸，操作方便简单。

39、此外，本发明设计原理可靠，结构简单，通过轻量化、小型化结构设计，使整体重量控制在10t以下，可实现将行进中的超前支架调正的功能，因此，大大减少了超前支架对巷道顶板反复撑顶的次数，进而减少了对巷道锚杆和锚索的破坏，并可随时根据需求情况，调整多个、多组超前支架间的布局方式，且仅通过双推移千斤顶将多个超前支架首尾相连，无需借助外界辅助设备的干预即可完成超前支架的前移，操作简单，动作安全可靠，具有非常广泛的应用前景。

40、由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。