一种高效膏体充填模板液压支架

技术领域

本发明涉及矿井填充作业施工装置领域，特别涉及一种高效膏体充填模板液压支架。

背景技术

采煤矿井在建筑物下、铁路下、水体下和承压水体上采煤简称“三下一上”。林西矿“三下一上”压煤十分严重，若不能有效解决“三下一上”压煤(这部分煤矿存在风险无法直接开采)开采问题，该矿就将面临资源枯竭的困境。

针对部分煤矿“三下一上”压煤严重，大量保护煤柱丢失的问题，发明人所在单位积极筹建膏体充填项目，并于2018年顺利投产了第一个综采膏体充填面，然而目前受制于隔离速度和充填工艺的原因，充填效率仍然不高。

主要原因是模板支架的后底座部分采用的是整体全封闭的箱型结构，其宽度与基本支架一致，在基本支架充填作业的时候，将长壁充填开采工作面的充填区域进行单元隔离划分，避免由于充填区域过大造成膏体流动速度降低，流动冲力过大导致充填效率降低，支架容易损坏的现象。如中国专利公开号为CN 109057846 A的文献中公开了一种煤矿膏体充填开采液压隔离支架，该液压支架的顶梁与底座之间设置有4根支撑顶梁的液压支架支撑立柱，在顶梁与底座之间铰接斜梁、前连杆及后连杆，在顶梁的后端部铰接尾梁，在顶梁前端铰接前梁，前梁内嵌伸缩梁，伸缩梁前部铰接护帮板；顶梁后端铰接短梁，短梁铰接上隔离板；在底座后部铰接隔离板张紧装置；上隔离板内嵌套中隔离板，中隔离板内嵌套下隔离板，下隔离板与隔离张紧装置铰接，上隔离板上端有上隔离柔性条，下隔离板下端部有下隔离柔性条。该文献声称在充填采煤中，快速隔离密封采煤工作面待充填区，取消人工搭建隔离模板的工作，减少人工劳动，保证工人辅助作业安全，提高充填开采生产效率。

但是上述充填工艺依然是在基本支架老塘侧完成每个充填单元的充填作业后，只有当支架再完成采煤并移架后，才能对模板支架的老塘侧(已经完成填充的作业面的模板支架所处位置，因模板支架的原因，导致该处无法在充填开采工作面时同步充填)进行单独充填作业。导致充填次数增加，充填效率的降低。现在迫切需要研究一种高效膏体充填模板液压支架提高隔离速度，改善充填工艺，从而提高充填采煤效率。

发明内容

本发明提供了一种高效膏体充填模板液压支架，能够提高隔离速度，改善充填工艺，从而提高充填采煤效率。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种高效膏体充填模板液压支架，包括：液压支架前段和液压支架后段，所述液压支架后段包括后顶梁和后底座，所述后顶梁与后底座分别与液压支架前段可拆卸连接，后顶梁与后底座之间设有后立柱，所述后立柱的上下两端分别与后顶梁和后底座可拆卸连接，所述后顶梁的内侧设有填充空位，后顶梁的边缘设有与后顶梁横截面形状相同的挡板，所述挡板将填充空位隔离在后顶梁内侧。

基础方案原理及有益效果如下：

在使用时，本发明在长壁充填开采工作面每隔若干组基本支架穿插安装1组，既能起到支撑作用，又起到充填单元隔离的作用。由于后顶梁的内侧设有填充空位，后顶梁的边缘设有与后顶梁横截面形状相同的挡板，所述挡板将填充空位隔离在后顶梁内侧。相当于是将后立柱后部箱体减薄(从俯视图上看)。这样充填时挡板(和后顶梁、后底座一起)在首次填充时可以起到单元隔离的作用。

完成三个采煤步距并完成拉架操作后，在进行二次填充(连续填充时)可使中部的基本支架与本支架的待充填区域(首次填充时的老塘侧)贯通。在充填时，能够将二次填充时的作业面与首次填充时后挡板、顶梁和后底座做单元隔离时所遗留的区域一并充填。可做到取消模板支架后方单独充填工艺。通过挡板、顶梁和后底座的结构设计，相当于采用“半挡墙”结构设计，改变模板支架后方需单独充填的工艺。提高充填效率，降低职工的劳动强度。

综上，本发明通过挡板、顶梁和后底座的结构设计，实现了提高隔离速度(避免二次充填)，改善充填工艺，从而提高充填采煤效率的目的。

进一步，所述液压支架前段包括顶梁、底座、斜梁、前连杆和后连杆，底座销轴连接前连杆和后连杆，前连杆和后连杆销轴连接斜梁，斜梁销轴连接顶梁，所述底座、前连杆、后连杆和顶梁形成的四连杆机构。

这样的设计能够与现有的装备更好的通用。

进一步，所述液压支架前段包括还立柱、推移框架和推移千斤顶，所述立柱的上端连接顶梁，所述立柱的下端与底座连接；推移千斤顶包括缸底和活塞杆，推移千斤顶的缸底与底座连接，活塞杆与推移框架连接。

进一步，所述后顶梁与顶梁可拆卸连接，后底座与底座可拆卸连接。

进一步，所述挡板吊挂在后顶梁下方。

进一步，所述后底座与挡板构成箱体，所述箱体横截面形状与后顶梁的横截面形状相同。

进一步，所述后顶梁的尾部设有填充状态检测单元，所述填充状态检测单元包括基座和感应板，所述基座与后顶梁的尾部固定连接，所述感应板上固设有导向杆，基座上设有用于容纳导向杆并于导向杆滑动连接的导向孔；感应板面相基座的表上设有磁性件，所述磁性件与感应面板固定连接，基座上与磁性件对应位置处设有线圈，所述感应板与基座之间设有用于保持二者间距的弹性件，所述弹性件的两端分别与感应板和基座固定，所述感应板的外表面上固设有应变片；所述线圈同时连接有感应电路和供电电路，所述供电电路与感应电路之间设有切换电磁阀，所述切换电磁阀电路连接有控制器，所述控制器还分别与应变片和感应电路接通；

所述控制器用于接收应变片的电流信息和感应电路的电压幅值和频率信息，然后根据应变片的电流信息与预设的应变片形变量与电阻对应关系得到应变片的形变量信息，再根据形变量信息与预设的形变量与膏体填充高度对应关系得到膏体填充高度信息；所述控制器还用于在接收到感应电路的电压幅值和频率信息后，对电压幅值进行积分运算，将积分运算结果通过预设的积分结果与形变量对应关系得到形变量校验值；若形变量校验值与形变量信息未超出预设范围，则生成正常工作指令；若形变量校验值与形变量信息超出预设范围，则生成检修请求指令；然后对频率信息进行识别，在频率信息低于预设值后生成辅助填充指令并发送至切换电磁阀，所述切换电磁阀还用于在接收到辅助填充指令后将线圈由与感应电路连通切换至线圈与供电电路连通，并在保持预设时长后重新切换至线圈由与感应电路连通状态。

在具体使用时，由于二次充填时的工作面(后文简称工作面)较大，首次填充时后挡板、顶梁和后底座做单元隔离时所遗留的区域(形成类似三角形的区域，后文以遗留区代指)较小，两个区域之间的流动性存在一定问题。为保证这部分的充填效果，通过感应板感知充填高度(力小，代表充填物料少)，方便对充填量进行控制(和工作面一起的充填量)。由于遗留区狭小，充填物料在进入的时候会从遗留区与工作面的连接处流入，然后流入到遗留区的底部后再次返回(类似水波以及水波在遇见边界时的反射)，并且会略微阻碍后续充填物料的流入(充填物料是膏体，也较为粘稠，流动性不太好)，这个回流就会被转换为频率信息。正常工作时，充填物料所产生的频率信息是稳定，在低于预设值时，更多的是表征此时遗留区与工作面的连接处受阻。因此通过线圈推动磁性体使得感应板运动，更加便于充填物料的流入，避免因为遗留区狭小以及遗留区与工作面的连接处受阻问题造成的充填空位，保证充填效果。

进一步，所述应变片嵌入感应板中。

更加方便检测充填物料的量。

进一步，所述基座和感应板的表面设有保护膜。

提升使用寿命。

进一步，所述弹性件为弹簧。

采用上述方式成本更低。

附图说明

图1为一种高效膏体充填模板液压支架实施例1的正视图；

图2为一种高效膏体充填模板液压支架实施例1的俯视图；

图3为现有充填工艺首次填充时的示意图；

图4为现有填充工艺二次填充时的示意图；

图5为实施例1首次填充时的示意图；

图6为实施例1二次填充时的示意图；

图7为实施例2中填充状态检测单元的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：顶梁1、底座2、斜梁3、前连杆4、后连杆5、立柱6、推移框架7、推移千斤顶8、后顶梁9、后底座10、挡板11、后立柱12、工作面20、遗留区30、基座40、感应板50、导向杆51、磁铁52、线圈41、弹簧53、应变片54。

实施例1

一种高效膏体充填模板液压支架(如图1、图2所示)，包括：液压支架前段和液压支架后段，所述液压支架后段包括后顶梁9和后底座10，所述后顶梁9与后底座10分别与液压支架前段可拆卸连接，后顶梁9与后底座10之间设有后立柱12，所述后立柱12的上下两端分别与后顶梁9和后底座10可拆卸连接，所述后顶梁9的内侧设有填充空位，后顶梁9的边缘设有与后顶梁9横截面形状相同的挡板11，所述挡板11将填充空位隔离在后顶梁9内侧。所述液压支架前段包括顶梁1、底座2、斜梁3、前连杆4和后连杆5，底座2销轴连接前连杆4和后连杆5，前连杆4和后连杆5销轴连接斜梁3，斜梁3销轴连接顶梁1，所述底座2、前连杆4、后连杆5和顶梁1形成的四连杆机构。所述液压支架前段包括还立柱6、推移框架7和推移千斤顶8，所述立柱6的上端连接顶梁1，所述立柱6的下端与底座2连接；推移千斤顶8包括缸底和活塞杆，推移千斤顶8的缸底与底座2连接，活塞杆与推移框架7连接。所述后顶梁9与顶梁1可拆卸连接，后底座10与底座2可拆卸连接。所述挡板11吊挂在后顶梁9下方。所述后底座10与挡板11构成箱体，所述箱体横截面形状与后顶梁9的横截面形状相同。

具体使用时：底座2销轴连接前连杆4和后连杆5，前连杆4和后连杆5销轴连接斜梁3，斜梁3销轴连接顶梁1，形成的四连杆机构为支架的稳定机构并增强了架抗水平力及抗扭转的能力。四个立柱6柱头连接顶梁1，缸底连接底座2，支撑支架的稳定机构。推移千斤顶8缸底与底座2，活塞杆与推移框架7连接，完成采煤机和刮板机的推移和支架前移的动作。构成四柱支撑式液压支架，保证采面工作面20的顶板支撑和推移拉架的全过程。后顶梁9与顶梁1销轴连接，后底座10与底座2销轴连接，后立柱12柱头与后顶梁9连接，后立柱12缸底与后底座10连接，以后底座10为支点将后顶梁9支撑，起到老塘待充填区域的支撑和提供充填的作业空间作用。挡板11吊挂在后顶梁9下方，防止充填膏体进入支架内部。

与现有的充填工艺在基本支架老塘侧完成每个充填单元的充填作业后，只有当支架再完成采煤并移架后，才能对模板支架的老塘侧进行充填(如图3、图4所示)相比，本实施例中后底座10箱体减薄完成三个采煤步距并完成拉架操作后，可使中部支架与模板支架的待充填区域贯通。充填时，在模板支架下侧弧板向下充填，将模板支架后方三角区一并充填，可做到取消模板支架后方单独充填工艺(图5、图6所示)。提高充填效率，降低职工的劳动强度。

实施例2

与实施例1相比，不同之处仅在于，所述后顶梁9的尾部设有填充状态检测单元(如图7所示)，所述填充状态检测单元包括基座40和感应板50，所述基座40与后顶梁9的尾部(当然也可以和该处的挡板11)固定连接，所述感应板50上固设有导向杆51，基座40上设有用于容纳导向杆51并于导向杆51滑动连接的导向孔；感应板50面相基座40的表上设有磁铁52，所述磁铁52与感应面板固定连接，基座40上与磁铁52对应位置处设有线圈41，所述感应板50与基座40之间设有用于保持二者间距的弹簧53，所述弹簧53的两端分别与感应板50和基座40固定，所述感应板50的外表面上固设有应变片54，应变片54嵌入感应板50中；所述线圈41同时连接有感应电路和供电电路，所述供电电路与感应电路之间设有切换电磁阀，所述切换电磁阀电路连接有控制器(本实施例中选用的是带有AD转换功能的16位单片机)，所述控制器还分别与应变片54和感应电路接通；

所述控制器用于接收应变片54的电流信息和感应电路的电压幅值和频率信息，然后根据应变片54的电流信息与预设的应变片54形变量与电阻对应关系得到应变片54的形变量信息，再根据形变量信息与预设的形变量与膏体填充高度对应关系得到膏体填充高度信息；所述控制器还用于在接收到感应电路的电压幅值和频率信息后，对电压幅值进行积分运算，将积分运算结果通过预设的积分结果与形变量对应关系得到形变量校验值；若形变量校验值与形变量信息未超出预设范围，则生成正常工作指令；若形变量校验值与形变量信息超出预设范围，则生成检修请求指令；然后对频率信息进行识别，在频率信息低于预设值后生成辅助填充指令并发送至切换电磁阀，所述切换电磁阀还用于在接收到辅助填充指令后将线圈41由与感应电路连通切换至线圈41与供电电路连通，并在保持预设时长后重新切换至线圈41由与感应电路连通状态。基座40和感应板50的表面设有保护膜。

具体使用时：首次填充时后挡板11、顶梁1和后底座10做单元隔离时所遗留的区域，二次充填时的工作面20与遗留区30是连通的，填充物料会从工作面20流入到遗留区30中。这个过程中感应板50感知充填高度，方便对充填量进行控制。

充填物料在进入的时候会从遗留区30与工作面20的连接处流入，然后流入到遗留区30的底部后再次返回，并且会略微阻碍后续充填物料的流入，这个回流就会被转换为频率信息。正常工作时，充填物料所产生的频率信息是稳定，在低于预设值时，更多的是表征此时遗留区30与工作面20的连接处受阻。因此通过线圈41推动磁性体使得感应板50运动，更加便于充填物料的流入，避免因为遗留区30狭小以及遗留区30与工作面20的连接处受阻问题造成的充填空位，保证充填效果。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。