專利名稱：液壓雙套管支柱的制作方法
一種液壓雙套管支柱包括一圓柱形外套管，和可在該外套管中移動的內(nèi)套管，以及一自套管延伸的活塞桿，還具有位于圓柱形外套管和內(nèi)套管之間的一個外環(huán)間隙以及位于內(nèi)套管和活塞桿之間的內(nèi)環(huán)間隙。其中，壓力介質(zhì)可被加注到內(nèi)套管的活塞下方并經(jīng)過位于活塞桿下方的底閥以便延伸兩個壓力級，壓力介質(zhì)也可被加注到所述外環(huán)間隙和內(nèi)環(huán)間隙之中以進(jìn)行回縮操作。
在進(jìn)行地下采礦時，上述類型的兩級式雙套管與自行支架共同使用。在采煤過程中，為了以高的井壁砌旋支撐力在長工作面表面上支撐暴露出的壓在上方的地層，需要使用大量的支柱，相應(yīng)地對壓力介質(zhì)的需求也很高。根據(jù)所提要求，對用于承受靜載荷的支柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置，且支柱套管和活塞桿被設(shè)計(jì)成具有適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤詈捅诤?。反過來，所選定的尺寸對控制閥以及含有液壓流體的供應(yīng)管線的公稱直徑也均有影響。這些關(guān)系最終決定了支柱的特性，所述的特性除了支柱的支撐力之外還包括收起特性，這一特性在反向操作中對于移動墻襯來說是很重要的。為了進(jìn)行收起操作，即為了收起已放置好的支柱，位于圓柱形外套管中的壓力空間與通向水箱的回流管線相連，這樣，液壓流體可被排出且支柱下沉。同時，液壓流體被引入位于圓柱形外套管與內(nèi)套管之間的外環(huán)間隙之中。該液壓流體在環(huán)形區(qū)域之中作用于內(nèi)套管中的活塞上并推動活塞。然而，施加在一小的加壓環(huán)形面積上的用于收起支柱的力很小。相反，當(dāng)這種液壓流體從大量的支柱空間中排出時，在控制閥中會產(chǎn)生一種對流體的阻力，且如果液壓流體同時從其他使用液壓流體的地方流入回流管線，則受回流管線中的阻擋壓力作用，對流體的這種阻力會進(jìn)一步增加。
結(jié)果是支柱的緩慢下降以及井壁砌旋移動操作進(jìn)展延遲。如果環(huán)形區(qū)域結(jié)構(gòu)上的擴(kuò)大會以支柱的內(nèi)部尺寸為代價，則也會不可避免地使支柱的外尺寸增大或是損害支柱的靜載荷承載特性，這二種效應(yīng)都是不希望產(chǎn)生的。
本發(fā)明源于有關(guān)支柱內(nèi)部操作的背景技術(shù)，據(jù)此，液壓雙套管支柱是按如下方式構(gòu)造的，位于圓柱外套管和內(nèi)套管之間的外環(huán)間隙具有相對較窄的寬度(在收起操作期間，該外環(huán)間隙受液壓流體的作用)。從而在內(nèi)套管的活塞區(qū)域和環(huán)形區(qū)域之間具有至少為10∶1的尺寸比例，這不利于支柱的下沉操作。另一方面，內(nèi)環(huán)形面積/活塞桿面積的較小尺寸比并沒多少作用，這是因?yàn)樵诰谄鲞x移動操作中，活塞桿常常不收回。
本發(fā)明的目的在于配置一種在本文開頭部分所引用的一種套管支柱的靜態(tài)承載結(jié)構(gòu)，使得在支持力保持恒定的同時，增加收起力。
這一目的是通過在主權(quán)利要求的特征部分中所述的特征來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成了從屬權(quán)利要求的主要內(nèi)容。
本發(fā)明的雙套管支柱在內(nèi)支柱結(jié)構(gòu)的構(gòu)成尺寸方面體現(xiàn)出其先進(jìn)性，其目的在于，在預(yù)定外尺寸和支撐力保持不變的情況下，將環(huán)面積增大超過內(nèi)套管的活塞面積，并且加強(qiáng)收起支柱的力量。
由于支柱套管的所需壁厚和活塞桿直徑都沒有改變，所以支柱的靜態(tài)承載結(jié)構(gòu)保持不變。為了加快收起過程，使用了更大的力量，這是因?yàn)樵谳^高的液體壓力下，大量的液體可流出支柱的壓力空間而進(jìn)入回流管線。這會使得在收起支柱時加速井壁砌旋操作，從而能節(jié)約時間。這樣，當(dāng)采煤機(jī)以很高的切削速度領(lǐng)先于井壁砌旋的移動前進(jìn)時，就可以避免在現(xiàn)代化的高產(chǎn)出操作中發(fā)生井壁砌旋工作跟不上的問題，這種問題是因?yàn)榫谄鲂ぷ鞅炔擅汗ぷ餍枰嗟臅r間，所以井壁砌旋總是落后而造成的。
下面將參照示于圖中的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，圖中示出了液壓雙套管回縮狀態(tài)或收起狀態(tài)下的視圖，圖的右側(cè)為縱向剖面圖。
該支柱為二級結(jié)構(gòu)，并且包含圓柱形外套管1，一圓柱形內(nèi)套管2和一活塞桿3，其中內(nèi)套管2在圓柱形外套管1中被軸向可移地導(dǎo)引，且活塞桿3在內(nèi)套管2中被軸向可移地導(dǎo)引。在采鑿下盤側(cè)(footwall)上的支柱支撐體由一個半球形的支柱基座4形成，該基座4將圓柱形外套管1終止于底部。所述內(nèi)套管2由一帶有階梯式縮進(jìn)的具有較大直徑的內(nèi)套管活塞5終止上于采鑿下盤側(cè)，在該活塞中插入有一底閥6，活塞桿3的采鑿下盤端部也類似地具有比其柄部更大的直徑，具有一個階梯形縮進(jìn)，并被構(gòu)造成活塞7。凹進(jìn)部8包圍住底閥6的凸出部分。支柱頭9位于活塞桿3的頂端。
在采鑿下盤端部，內(nèi)套管2被其內(nèi)套管活塞5于圓柱形外套管1的內(nèi)壁上導(dǎo)引，并且在其頭端部被位于外壁上的法蘭型螺紋環(huán)10所導(dǎo)引，該螺紋環(huán)被從上方擰入到圓柱形外套管1中。這樣就在直徑為d1的圓柱形外套管1的內(nèi)壁與直徑為d2的內(nèi)壁2的外壁之間構(gòu)成一個間隙寬度d1-d2。以同樣的方式活塞桿3以其活塞7在直徑為d3的內(nèi)套管2的內(nèi)壁上滑動，該活塞桿3由插入到內(nèi)套管2頂端的螺紋環(huán)12所導(dǎo)引?；钊麠U3的柄部的直徑由d4表示，在內(nèi)套管2和活塞桿3之間形成具有d3-d4的縫隙寬度的內(nèi)環(huán)間隙13。
液壓流體在內(nèi)套管活塞5下方被傳送，從一連接部14經(jīng)孔15進(jìn)入支柱的下級，使圓柱形外套管1內(nèi)部的壓力空間(未標(biāo)出)被充滿，這樣，內(nèi)套管2向外移出，直到內(nèi)套管活塞5與螺紋環(huán)10接觸為止。該流體經(jīng)底閥6繼續(xù)流入進(jìn)位于上級的內(nèi)套管之中壓力空間(同樣未標(biāo)出)，這樣活塞桿3也被向外推直到活塞7同螺紋環(huán)12相接觸為止。底閥6是一個逆止閥，其能夠?qū)⑾录墘毫臻g與上級壓力空間彼此分離開，因此，由于二者具有不同的面積比值，所以可以在上級壓力空間中建立比下級壓力空間更高的壓力。
在加注操作中，內(nèi)套管被移出，同時液壓流體被內(nèi)套管活塞5從環(huán)間隙11經(jīng)孔16和連接部17置換到回流管線。環(huán)間隙11經(jīng)沿內(nèi)管道2的管壁延伸的通道18與環(huán)間隙13相連接，這樣，當(dāng)活塞桿延伸時液壓流體能從環(huán)間隙13中溢出。
為了在收起操作中使壓力級回縮，液壓流體經(jīng)連接部17在相反的方向上被引入到外環(huán)間隙11。液壓流體作用在位于寬度為d1-d2的環(huán)形面積上方的內(nèi)套管活塞5上，以使內(nèi)套管2連同活塞桿3一起被推入圓柱形套管1的壓力空間之中，從該處，液壓流體經(jīng)連接部14進(jìn)入回流管線。起初，上級的壓力并不下降，因?yàn)橐簤毫黧w不能經(jīng)關(guān)閉的底閥6從內(nèi)套管2的壓力空間流出。底閥6直到內(nèi)套管2的內(nèi)套管活塞5與支柱底座4相接觸才被打開。于是液壓流體經(jīng)連接部14和管道18流入到內(nèi)環(huán)間隙13中，并作用在縫隙寬度為d3-d4的環(huán)形面積之上的活塞7上，這樣，活塞桿3就被推入上級的壓力空間。
根據(jù)本發(fā)明，外環(huán)間隙11的縫隙寬度d1-d2大于或等于內(nèi)環(huán)間隙13的縫隙寬度d3-d4，圓柱形外套管1的壁厚與內(nèi)套管2的壁厚大致相同。內(nèi)套管2的活塞面積(d1/2)2π與外環(huán)11的環(huán)形面積(d1/2)2·π-(d2/2)2·π之比小于等于8.5。活塞桿3的活塞面積(d3/2)2·π與外環(huán)11的環(huán)面積(d3/2)2·π-(d4/2)2·π之比大于等于5.5∶1。
權(quán)利要求
1．一種液壓雙套管支柱，包括一圓柱形外套管，和一內(nèi)套管，該內(nèi)套管可在外套管中移動，并且有活塞桿自其中伸出，它具有一位于圓柱形外套管和內(nèi)套管之間的外環(huán)間隙以及一位于內(nèi)套管和活塞桿之間的內(nèi)環(huán)間隙，其中壓力介質(zhì)可以經(jīng)位于活塞桿下方的底閥被加注到內(nèi)套管的活塞的下方，以便延伸兩個壓力級并能被加注到內(nèi)環(huán)間隙和外環(huán)間隙之中以便進(jìn)行回縮操作，其特征在于，外環(huán)間隙(11)的縫寬設(shè)計(jì)成d1-d2使其大于或等于內(nèi)環(huán)間隙(13)的縫寬d3-d4，且內(nèi)套管(2)上的活塞面積與外環(huán)間隙(13)的環(huán)形面積的比小于或等于8.5∶1，而活塞桿(3)上的活塞面積與內(nèi)環(huán)(13)的環(huán)面積的比大于或等于5.5∶1。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓雙套管支柱，其特征在于，圓柱形外套管(1)和內(nèi)套管(2)具有大致相同的壁厚。
全文摘要
一種雙套管支柱，包括一圓柱形外套管1，一在可在外套管中移動的內(nèi)套管2和一個能從其伸出的活塞桿3，用于延伸兩支柱級的液壓流體經(jīng)一連接部14被傳送到內(nèi)套管2的活塞5并經(jīng)一底閥被傳送到活塞桿3的活塞7上，如果液壓流體經(jīng)連接部17流入圓柱形外套管1與內(nèi)套管2之間的外環(huán)間隙11，則支柱回縮。對實(shí)現(xiàn)支柱的回縮而言，內(nèi)套管2的面積與環(huán)11間隙的環(huán)面積之間的比值最大為8.8∶1是有利的。
文檔編號E21D15/00GK1238025SQ97199726
公開日1999年12月8日 申請日期1997年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月20日
發(fā)明者弗里德里克·W·丹納爾, 沃納·賴內(nèi)爾特 申請人:Dbt德國礦業(yè)工程有限責(zé)任公司