“三软”煤层综采放顶煤支架系列快速移架装置 一、技术领域：本实用新型涉及一种采煤巷道的支撑架的移架装置，特别是涉及一种“三软”煤层综采放顶煤支架系列快速移架装置。
二、背景技术：我集团开采的二迭系山西组二1煤层，煤层厚度0～24m，平均6～8m，硬度系数f＜0.5，允许比压1.1～2.1Mpa，倾角3～25°，煤层变异系数R＝70％，煤层赋存极不稳定。顶板起伏变化大，伪顶厚度0～1.5m，多为炭质泥岩，直接顶厚度0～28.3m，平均厚度7.3m，为砂质泥岩和砂质页岩。老顶为石英砂岩，平均厚度11.2m。煤层底板为砂质页岩，平均厚度8m，允许比压3.7～10.3Mpa，煤体松软易冒落，多呈粉末状，遇水成泥，为典型的“三软”不稳定煤层。
煤矿开采技术从80年代开始使用综采开采，最初使用ZYZ支架，该支架为两柱式四连杆掩护支架，该支架顶梁短，没有伸缩架，不能及时支护采煤机割煤后暴露出的机道空间，而且对“三软”煤层的片帮冒顶不能起到主动支护作用。由于“三软”煤层的特点是顶板软，底板也软，煤层硬度系数仅有0.1～0.5，煤层破碎，有时片帮深度达一米多深，造成采煤机切割煤层后需要投入大量的人力、物力进行人工支护，以维持采煤生产的正常进行，如果人工支护不及时，就有可能出现大面积的冒顶，塌方，造成运输机、采煤机被压死，巷道断面被堵塞，需要投入大量的人力、物力来进行清塞处理。据统计分析，在采煤工作中，处理片帮冒顶的时间约占每班有效工作时间的二分之一，严重影响机械采煤效率。由于采煤推进速度缓慢，支架长时间受到顶板的压力，造成支架底座陷底严重，加上工作面底板软或工作面不跟底时，有时陷底深度达到50-200mm以上，移架阻力非常大，移架更加困难，甚至移不动支架。移架速度严重制约采煤效率的提高，移架速度慢又影响了采煤工作面的推进速度，进一步加剧了片帮冒顶事故的发生频率，给采煤工作面造成恶性循环，一个机采区采煤产量最低时只有2～3万吨/月，采煤产量低，经济效益差，工人劳动强度大。
后来我集团公司在国内率先发明了放顶煤开采技术，改造了支架设计，采用了支撑掩护式双部运输机中位开天窗放顶煤支架。该支架为整体顶梁，在顶梁中增设液压伸缩梁，使采煤机切割煤层后能及时支护机道空顶，有效解决了以前片帮冒顶问题。但支架底座陷底问题依然没有得到根本解决，移架阻力大，移架速度慢。
经分析支架底座陷底地原因有：(1)底板松软，抗压强度低；(2)支架底座受力的合力作用点位置靠前；(3)采用走向长壁俯斜开采使支架重心前移。由于这些原因，使得综采面的液压支架普遍存在底座前端陷底几十公分，造成支架移不动。经过移架阻力计算：
当底座宽110cm，下陷5cm，三软煤体垂直剪切力为400Mpa时，则
(1)克服陷底煤的阻力为F1＝P*A1＝220KN
(2)擦顶移架时克服顶、底板的摩擦阻力所需的支护强度为
q＝(h1*r1+h2*r2)g＝(5*1.3+6*2.1)*9.81＝1870Mpa，其中h1、h2为支架顶梁上方顶煤厚度和直接顶厚度，单位：m；r1、r2为松散煤体的密度和直接顶岩石密度，单位：t/m2，g为重力加速度。
所需工作阻力：p＝qA＝1870*7.5＝1402.5KN；
其中A＝LB＝5*7.5m2，L、B分别为支架顶梁长度和支架宽度，单位：m
擦顶移架时克服的摩擦阻力：
F2＝P*(f1+f2)＝1402.5*(0.3+0.3)＝841.5KN，其中f1、f2为支架与顶、底板的摩擦系数，
移架时所需克服的总阻力：F＝F1+F2＝220+841.5＝1061.5KN
(3)推移千斤顶能提供的移架力：
PY＝JI D2/4*Pb*103＝3.14/4*0.16*0.16*25*1000＝502.4KN
可见，推移千斤顶能提供的移架力较小，移不动支架，以前在这种情况下，每移一架必须由2-3个工人同时操作，用单体柱支住顶梁，然后降架，抬起底座前移，移一架需5-10分钟，单体柱易滑倒伤人，工人劳动强度大，安全性差。
在已公开的专利文献中，ZL92212484.1的一种全自动迈步式液压支架，发明特征在于短柱油缸管路上装有由复位弹簧和距拉绳控制的三通阀，推移油缸的活塞杆通过装有坡度调节机构万向联轴节来实现与槽板连接；发明ZL92102263.8(同时申报实用新型，专利号ZL92206029.0)公开的一种半卸载迈步式液压支架，由里梁、外梁、前伸梁、多功能组合油缸和双作用液压支柱等组成，里、外梁和前伸梁分别和多功能组合油缸的外缸、内缸和活塞杆铰接，里梁装于外梁中，多功能组合油缸装于里梁中，移架时里梁和外梁交替迈步并相对上、下移动，消除了空顶现象，缓解了顶煤下落问题，四根液压立柱分别连接里、外梁同时实现交替迈步，只能使用于坚硬的采煤工作面，和较松散顶板工作面，在“三软”煤层无法使用。
三、实用新型内容：
本实用新型所要解决的技术问题：针对背景技术现有液压支架存在的不适用于“三软”煤层、支架容易陷底、移架不方便的问题，提出一种移架快速、方便的“三软”煤层综采放顶煤支架系列快速移架装置。
本实用新型采用的技术方案：一种“三软”煤层综采放顶煤支架系列快速移架装置，含有一定数量的综采放顶煤支架，每个综采放顶煤支架含有顶梁，掩护梁，支架底座，推移油缸，彼此铰接，在底座与顶梁之间并排安装两根液压前立柱，在底座与掩护梁和顶梁铰接处附近并排安装两根液压后立柱，准备移架的综采放顶煤支架的推移油缸缸体的端部与底座上过桥板挂耳铰接，推移油缸活塞杆通过推杆和运输机的底座铰接，在顶梁腔中安装有液压伸缩梁，在每个综采放顶煤支架顶梁的并排两根液压前立柱的外侧各安装固定有一个上柱窝，在前立柱与底座铰接处底座两侧边的前后位置上各设有前下柱窝、后下柱窝，顶梁一侧的上柱窝通过十字接头与悬挂抬底油缸缸体端头挂耳铰接，悬挂抬底油缸的活塞杆插进未移位的相邻综采放顶煤支架相邻一侧的前或后下柱窝中，或当需要两侧的上柱窝各自同时通过十字接头连接悬挂抬底油缸时，则两侧悬挂抬底油缸的活塞杆分别插进各自相邻的综采放顶煤支架相邻一侧的前下柱窝或后下柱窝中。
所述的上柱窝为双边挂耳，一端固定在顶梁下表面上，另一端通过销轴与十字接头铰接，十字接头另一端通过销轴与悬挂抬底油缸的缸体一端挂耳铰接，两销轴互相垂直相隔一定距离，十字接头两挂耳接头外形近似直角梯形，端面为圆弧面，悬挂抬底油缸可做前、后、左、右摆动。
推移油缸在支架底座中的安装方式为直装式，推移油缸端部挂耳与底座过桥板铰接，其活塞杆直接穿过底座空腔铰接在运输机底座上；或者推移油缸端部挂耳与底座过桥板倒装式安装，其活塞杆与推杆反向180°穿过底座下空腔与运输机底座铰接。
顶梁后部铰接连接的掩护梁中间设有放煤插板，掩护梁的下部和支架底座铰接连接。
由一定数量的综采放顶煤支架并列排列，在综采放顶煤支架的顶梁两侧设有侧护板。
各液压立柱及推移油缸和悬挂抬底油缸，其活塞两端缸体上分别设有管接头及高压油管连接液压泵和油箱。
本实用新型的积极有益效果：
1、本实用新型综采放顶煤支架快速移架装置，在原来液压支架的基础上，采用悬挂式提升底座油缸，移架时先使支架底座提起100-200mm以上，解除了支架底座陷底底板对底座的阻力以及支架底座对底板的摩擦阻力，彻底解决了三软煤层放顶煤支架的底座陷底问题，增强了放顶煤支架对煤层底板起伏变化的适应性。
2、本实用新型综采放顶煤支架快速移架装置，移架时间由过去的5-10分钟缩短到十几秒，移架速度提高20倍以上，实现了三软厚煤层条件下综放面高产高效，充分发挥机械化的效能，生产效率大大提高，使月产由原来的5-6万吨，提高到10-19万吨，直接工效达20t/工以上；综采单产由50-60万吨，上升到130-190万吨，创全国三软厚煤层综采放顶煤同类条件下单产最高记录，大幅度提高企业经济效益和采煤工人工资。
3、本实用新型综采放顶煤支架快速移架装置，大大减轻了工人繁重的体力劳动，避免了单体柱滑倒伤人事故的发生，保证了生产高效、安全。
四、附图说明：
图1：“三软”煤层综采放顶煤支架系列快速移架装置正视结构示意图
图2：“三软”煤层综采放顶煤支架系列快速移架装置侧视结构示意图
图3：“三软”煤层综采放顶煤支架系列快速移架装置俯视半剖结构示意图
图4：推移油缸连接关系及作用原理示意图
图5-1、5-2：分别为十字接头正视半剖和侧视结构示意图
图6-1、6-2：分别为下柱窝剖视和俯视结构示意图
五、具体实施方式：
实施例一：参见图1，图2，图3，图4，图5-1、5-2，图6-1、6-2，“三软”煤层综采放顶煤支架系列快速移架装置，由一定数量的综采放顶煤支架(大约有100～150个)并排组成，图中每个综采放顶煤支架含有顶梁2，掩护梁3，支架底座5，推移油缸8，在与顶梁2后部与其铰接连接的掩护梁3中间设有放煤插板4，掩护梁3的下部和支架底座5铰接连接，每个综采放顶煤支架顶梁2的两外侧设有侧护板24；在底座5与顶梁2之间并排安装两根液压前立柱9，在底座5与掩护梁3和顶梁2的铰接处附近并排安装两根液压后立柱7，在顶梁2腔体中安装有液压伸缩梁1，在每个综采放顶煤支架顶梁2的两侧两根液压前立柱9的外侧各安装固定有一个上柱窝21，上柱窝21为双边挂耳，一端固定在顶梁2下表面上，另一端通过销轴与十字接头22铰接，十字接头22结构如图5-1、5-2所示，十字接头两挂耳接头外形近似直角梯形，端面为圆弧面；十字接头22另一端通过销轴与悬挂抬底油缸10缸体端头挂耳铰接，两销轴互相垂直相隔一定距离，与顶梁一侧的上柱窝21连接的悬挂抬底油缸10可以前后左右移动，在前立柱9与底座5铰接处底座两侧边的前后位置上各设有前、后两个下柱窝14，移位时，悬挂抬底油缸10的活塞杆25插进未移位的相邻综采放顶煤支架相邻一侧的前或后下柱窝14中。下柱窝14结构如图6-1、6-2所示，为一段矩形柱体16，上端设有一外围高、中心低的凹槽15，矩形柱体焊接在支架底座两侧壁上靠近液压前立柱前、后两侧。当然下柱窝结构体也可为圆柱体，或者横截面为梯形等的柱体段。
当支架底座陷底较深，需要两侧的上柱窝同时连接两个悬挂抬底油缸抬升支架底座时，则两侧悬挂抬底油缸的活塞杆分别插在各自相邻的综采放顶煤支架相邻一侧的前下柱窝或后下柱窝中，此时不排除每个综采放顶煤支架顶梁上液压立柱两侧安装两个悬挂抬底油缸，或者在需要时，由人工将相邻支架上的一个悬挂抬底油缸移过来使用。
各综采放顶煤支架的液压立柱及推移油缸和悬挂抬底油缸，其活塞两端缸体上分别设有管接头及高压输油管连接液压驱动机构，以提供移架或抬升动力。本实施例推移油缸端部挂耳与底座过桥板倒装式安装，图4为推移油缸连接关系及作用原理示意图，推移油缸8缸体的端部与底座过桥板挂耳19铰接，推移油缸8的活塞杆11通过推杆18转向180°穿过底座下空腔与前部运输机12的底座铰接；推移油缸8活塞两端的缸体上分别设有管接头及高压输油管17连接液压驱动机构的液压泵和油箱，根据施加油压时活塞受力方向不同，分别以运输机和支架底座为基点或受力作用点，依次实现运输机和液压支架的步距移动。图1中，6为后部运输机，13为采煤机。
本实用新型操作过程：移架前先把悬挂抬底油缸的活塞杆下柱头伸出固定在临架底座的下柱窝内，将移架手把打在移架位置，然后降架，液压立柱上腔进液，由于顶梁与立柱上铰点固定并由伸出的提升油缸支撑着，液压作用力使立柱缸体经下铰点带动底座上提升起一定高度(50-100mm)，解除支架底座(前端)陷入煤层产生的阻力和支架与底板之间的摩擦力，推移油缸足以克服剩余的擦顶移架时的摩擦力实现顺利移架。即利用设计安装在支架顶梁两侧的悬挂抬底油缸(可按需要前后或左右移动)支撑在临架底座两侧的下柱窝内，靠支架液压立柱收缩，将底座前端抬起，从而解决底座前端陷底造成的移架困难问题。
实施例二：参见图1、图2，本实施例基本同实施例一，其与实施例一的区别仅在于：推移油缸8在支架底座5中的安装方式为直装式，推移油缸8端部挂耳与底座过桥板铰接，其活塞杆直接穿过底座空腔铰接在运输机的底座上。