CN103628903A - 一种巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装方法及装置，实现了巷道锚杆与锚索、锚杆与锚杆、锚索与锚索间全断面平行安装，解决制约巷道掘进速度的巷道支护问题。该方法的特点是根据巷道支护设计中锚杆锚索具体位置，一根锚杆、锚索对应布设一部钻机，所有钻机固定于一个移动框架上，掘进机掘进一个锚距后前移该装置，实现巷道全断面每一根锚杆和锚索钻机同时就位、同时开钻，锚杆与锚索平行安装。该装置包括固定框架、固定于固定框架前端两侧的托梁千斤顶，固定于框架横梁或立柱上的锚索、锚杆钻机，固定于框架前端的拉移装置、位于框架中部的用于放置锚杆及锚杆索配件的货架、脚手梯及脚手平台，和安装于框架一侧的液压集中控制台等。
Description
技术领域
本发明涉及一种巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装装置及方法，主要应用在矿山巷道锚杆锚索支护工程中，该装置能够与其他巷道临时支护装置或辅助安装运移装置集成为一体。
背景技术
矿山工程综合机械化掘进锚杆支护施工工艺，因其安全可靠、单进效率远高于传统的炮掘工艺，目前已被广泛推广应用。综合机械化掘进锚杆支护施工工艺一个循环的主要耗时在掘进机截割和巷道支护。如何改进钻眼机具，如何提高锚杆安装速度，如何实现多个锚杆平行安装，如何实现巷道支护与掘进机截割平行作业，自上个世纪五十年代至今，国内外采矿界进行了大量的探索，并产生了很多技术与装备。
现有的锚杆钻机按结构不同有掘锚一体式、机载式、钻车式、单体式；按破岩原理不同有回转式、冲击式、冲击回转式、回转冲击式；按机构动力不同有液压式、气动式、电动式。其中锚杆钻机结构中掘锚一体式、钻车式是目前技术进步的主要对象。
掘锚一体化掘进机，从六十年代第一代掘锚机诞生至今已进行过两次大的变革，第三代掘锚一体化，虽然实现了掘锚平行作业，但锚杆支护空顶距大，一般在1.2-1.5米以上，支护不能紧跟迎头，所以，仅适用于釆深不大、矿压小、围岩条件较好的大断面矩形或梯形巷道，因此，一直没有得到广泛的推广应用。像我国绝大部分矿区开釆深度较深，矿压大，围岩松软破碎等条件，锚杆密集，甚至还需要掛网、锚索支护，支护工作量大，不仅空顶距离满足不了要求，支护时间远大于截割时间，也很难与截割同步。
近几年，锚杆钻车的进步较快，已由双臂、四臂，发展到近期在神华神东大柳塔下井使用的跨骑式八臂锚杆钻机高速掘进系统，该系统由掘锚机、跨骑式八臂锚杆钻车、自适应皮带转载机、履带式自移机尾、迈步式自移机尾、两臂锚杆钻车等六种设备组成，其中跨骑式八臂锚杆钻车是其中的核心设备。跨骑式锚杆钻车与掘锚机及其他设备配套作业，作业次序处掘锚机之后，整车配备8个钻臂，分别为4个前锚护钻臂、2个后锚护钻臂、2个侧帮锚护钻臂，分前后3排布置，整车跨骑于自适应皮带转载机之上，与两臂锚杆钻车支护功能形成互补，甚至独立完成对巷道顶板锚杆全部支护，同时完成对部分侧帮锚杆的支护任务。该系统仅支护设备配置就有掘锚机、八臂锚杆钻车、两臂锚杆钻车三台设备，创世界之最。由上述介绍也不难看出，该系统存在以下问题：
1.适应条件苛刻。围岩条件要好，空顶距离要能够满足掘锚机的适应条件。
2.系统复杂。仅支护就有掘锚机、八臂锚杆钻车、两臂锚杆钻车三台设备。
3.安全可靠性控制存在一定的问题。通过掘锚机、八臂锚杆钻车、两臂锚杆钻车实施巷道永久支护，三台设备前后排列占用巷道空间较大，永久支护跨度大，顶帮围岩难以得到及时控制，存在一定的安全隐患，如果要打锚索、铺网，相互间干扰更大。
4.尽管三台支护设备相互配合，但每一根锚杆是先通过移动摇臂就位再钻眼、安装的，难以实现巷道全断面锚杆、锚索一步就位、同时安装。
发明内容
针对现有技术存在的缺点，本发明公开了一种巷道（隧道）锚杆锚索快速安装设备和方法，应用该装置能够实现巷道锚杆与锚索、锚杆与锚杆、锚索与锚索间全断面平行安装，可以解决滞约巷道掘进速度的巷道支护问题。
本发明采用的技术方案如下：
该装置是随巷道掘进前移的独立装置，或是与临时支护液压支架辅助安装运移装置集成为一体的。
该方法的特点是根据巷道支护设计中锚杆锚索具体位置，一根锚杆、锚索对应布设一部钻机，所有钻机固定于一个移动框架上，掘进机掘进一个锚距后前移该装置，可以实现巷道全断面每一根锚杆和锚索钻机同时就位、同时开钻，锚杆与锚索平行安装。
下面以巷道支护仅有顶帮支护，无底板锚固的锚杆锚索支护为例，具体实施方法如下：
（1）前移巷道临时支护液压支架后，相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，利用第一组钻机钻第一排顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，降下托梁千斤顶；
（2）在步骤（1）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，并相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第二排顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索；降下托梁千斤顶；
（3）在步骤（2）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，并相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第三排顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第二排侧面的锚杆、锚索并安装；同时利用第三组钻机安装与第三组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索并安装；降下托梁千斤顶；
（4）在步骤（3）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第四排顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第三排侧面的锚杆、锚索并安装；同时利用第三组钻机安装与第三组钻机相对应位置的第二排侧面的锚杆、锚索并安装；
利用第四组钻机安装与第四组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索并安装；降下托梁千斤顶；
（5）完成步骤（1）-步骤（4）的锚杆、锚索安装后，装置进入正常状态，即前移巷道临时支护液压支架后，相应前移固定框架，同时安装首排和其他三排剩余的锚杆、锚索。
整个装置实现了每一根锚杆和锚索可以一步就位、同时开钻，巷道锚杆与锚索、锚杆与锚杆、锚索与锚索间全断面平行安装。
该装置包括固定框架、固定于固定框架前端两侧的托梁千斤顶，固定于框架横梁或立柱上的锚索、锚杆钻机，固定于框架前端的拉移装置、位于框架中部的用于放置锚杆及锚杆索配件的货架、脚手梯及脚手平台，和安装于框架一侧的液压集中控制台等。
该装置其上锚杆、锚索钻机的数量等于巷道支护设计中一个断面上的锚杆锚索的数量；锚杆、锚索钻机在框架上的固定位置是巷道支护中每一根锚杆、锚索的最佳施钻位置；同一排上的钻机为施钻时没有相互干扰的锚杆、锚索的安装钻机，有相互干扰的锚杆、锚索的安装钻机分别固定于框架的不同排上；锚杆、锚索钻机的一端以铰接的方式固定于框架上，另一端固定于可以在立柱或横梁上滑动的滑块上。
该装置的托梁千斤顶和框架拉移装置是液压驱动的；锚索、锚杆钻机是液压或风力驱动的；液压集中控制台是液压阀或液压先导阀集成的。
本发明的有益效果如下：
本发明与现有最为先进的技术相比，具有适应条件广泛、更为简单、更加可靠、更加高效等特点。
1. 与“履带式”液压组合临时支护配合，能够与各种掘进机配套，能适应掘进机掘进工艺的各种围岩条件，在时间和空间上能够对暴露的围岩以及时支护。
2. 系统简单。“履带式”临时支护与永久支护平行作业高效掘进工艺及设备设施系统由“履带式”临时支护液压组合支架及移架设施和本发明所述巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装技术与装置三部分组成。结构简单紧凑，自动化程度高，操作简便、快捷，安全可靠。
3. 安全可靠。配套的“履带式”临时支护液压组合支架能够根据围岩特性给定初撑力,既可以足够的初撑力限制围岩变形，也可以适当的初撑力和工作阻力释放围岩应力，可以及时有效的控制临时支护区围岩，使用本发明所述巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装技术与装置，永久支护与临时支护间的衔接跨度小于一个控顶排距，时间短，永久支护实施跨度在包含有顶帮锚索锚杆、无底部锚固的情况下，一般也只有四个排距。
4. 高效高质。该装置随巷道掘进前移，或是与临时支护液压支架辅助安装运移装置集成为一体，可以实现巷道全断面锚杆、锚索一步就位、同时安装，锚杆锚索的间排距、安装角度等要素与设计一致，永久支护与掘进机截割同时作业、锚杆与锚索同时作业、锚杆与锚杆和锚索与锚索全断面每一根都平行作业，质量规范化、标准化。
附图说明
图1装置主视图；
图2 为图1的A-A截面图；
图3 为图2的B-B截面图；
图4 为图2的C-C截面图；
图5为图2的D-D截面图；
图6 为图2的E-E截面图。
图7 装置的工作原理图。
图中：1固定框架， 2托梁千斤顶， 3锚杆、锚索钻机， 4工作平台， 5货架，6锚索、锚杆，7掘进迎头，8第一排，9第二排，10第三排，11第四排，12掘进方向，13锚杆锚索的安装位置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
该装置是基于将掘进工作面分为掘进机工作区即临时支护区和永久支护区；临时支护区釆用“履带式”液压组合支架前支后回工艺进行临时支护；永久支护区使用该技术与装置进行永久支护，实现永久支护与掘进机截割同时作业、锚杆与锚索同时作业、锚杆与锚杆和锚索与锚索全断面每一根都平行作业。其根据巷道支护设计中锚杆锚索的具体位置，每一根锚杆、锚索对应布设一部钻机，将这些钻机固定于一个可移动框架上，该框架随着巷道前移，且在巷道内始终保持相对位置不变，使每一根锚杆和锚索可以一步就位、同时施工；为避免锚杆锚索及巷道内设施在时间和空间上的相互间干扰，将有相互干扰的锚杆、锚索钻机固定于框架上的不同位置；根据巷道围岩特性及其控制要求不同确定顶部和两帮锚杆、锚索的安装顺序。
具体的结构如图1-图6所示，包括固定框架1、固定于固定框架前端两侧的托梁千斤顶2，在固定框架1两侧和前端设有与其活动连接的锚索、锚杆钻机3，在所述的固定框架1的前端设有框架拉移装置、在固定框架的中部设置有锚杆及锚杆索配件分类放存货架5、脚手梯及脚手工作平台4，在固定框架1的一侧安装有液压集中控制台。
所述的每个锚索、锚杆钻机只对应一根锚索、锚杆。
所述的托梁千斤顶2是液压驱动的；所述的锚索、锚杆钻机、框架拉移装置是液压或风动的，且是组装和可拆卸的；所述的液压集中控制台是液压阀或液压先导阀集成的。
所述的液压集中控制台采用焊接的方法固定在框架一侧。
如图7所示，掘进迎头7平行安装装置安装锚杆、锚索的安装位置13如图7所示,具体过程如下：
（1）沿掘进方向12前移巷道临时支护液压支架后，相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，利用第一组钻机钻第一排8顶部锚杆、锚索6的固定孔并安装锚杆、锚索，降下托梁千斤顶；
（2）在步骤（1）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，并相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第二排9顶部锚杆、锚索6的固定孔并安装锚杆、锚索6，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索；降下托梁千斤顶；
（3）在步骤（2）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，并相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第三排10顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第二排侧面的锚杆、锚索并安装；同时利用第三组钻机安装与第三组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索；降下托梁千斤顶；
（4）在步骤（3）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第四排11顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第三排侧面的锚杆、锚索；同时利用第三组钻机安装与第三组钻机相对应位置的第二排侧面的锚杆、锚索；利用第四组钻机安装与第四组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索并安装；降下托梁千斤顶；
（5）完成步骤（1）-步骤（4）的锚杆、锚索安装后，装置进入正常状态，即前移巷道临时支护液压支架后，相应前移固定框架，同时安装首排和其他三排剩余的锚杆、锚索。
Claims (8)
1.一种巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装方法，其特征是：根据巷道支护设计中锚杆锚索具体位置，一根锚杆、锚索对应布设一部钻机，所有钻机固定于一个移动框架上，掘进机掘进一个控顶排后，前移所述的移动框架，实现巷道全断面每一根锚杆和锚索钻机同时就位、同时开钻，锚杆与锚索平行安装。
2.如权利要求1所述的平行安装方法，其特征是：具体步骤如下：
步骤（1）前移巷道临时支护液压支架后，相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，利用第一组钻机钻第一排顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，降下托梁千斤顶；
步骤（2）在步骤（1）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，并相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第二排顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索；降下托梁千斤顶；
步骤（3）在步骤（2）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，并相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第三排顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第二排侧面的锚杆、锚索；同时利用第三组钻机安装与第三组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索；降下托梁千斤顶；
步骤（4）在步骤（3）的基础上，前移巷道临时支护液压支架，相应前移固定框架，托梁千斤顶托起锚梁网紧贴顶板，并利用第一组钻机钻第四排顶部锚杆、锚索的固定孔并安装锚杆、锚索，同时利用第二组钻机安装与第二组钻机相对应位置的第三排侧面的锚杆、锚索；同时利用第三组钻机安装与第三组钻机相对应位置的第二排侧面的锚杆、锚索；利用第四组钻机安装与第四组钻机相对应位置的第一排侧面的锚杆、锚索；降下托梁千斤顶；
（5）完成步骤（1）-步骤（4）的锚杆、锚索安装后，装置进入正常状态，即前移巷道临时支护液压支架后，相应前移固定框架，同时安装首排和其他三排剩余的锚杆、锚索。
3.一种巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装装置，其特征是：包括固定框架、固定于固定框架前端两侧的托梁千斤顶、固定于框架横梁或立柱上的锚索锚杆钻机、固定于框架前端的拉移装置，位于框架中部的用于放置锚杆及锚杆索配件的货架、脚手梯及脚手平台和安装于框架一侧的液压集中控制台。
4.如权利要求3所述的巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装装置，其特征是：锚杆、锚索钻机的数量等于巷道支护设计中一个断面上的锚杆锚索的数量；锚杆、锚索钻机在框架上的固定位置是巷道支护中每一根锚杆、锚索的施钻位置；同一排上的钻机为施钻时没有相互干扰的锚杆、锚索的安装钻机，有相互干扰的锚杆、锚索的安装钻机分别固定于框架的不同排上；锚杆、锚索钻机的一端以铰接的方式固定于框架上，另一端固定于在立柱或横梁上滑动的滑块上。
5.如权利要求3所述的巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装装置，其特征是：平行安装装置是随巷道掘进前移的独立装置，或是与临时支护液压支架辅助安装运移装置集成为一体的。
6.如权利要求3所述的巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装方法与装置，其特征是：托梁千斤顶和框架拉移装置是液压驱动的。
7.如权利要求3所述的巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装方法与装置，其特征是：锚索、锚杆钻机是液压或风力驱动的，并且是组装和能拆卸的；在单个作业循环中，每个锚索、锚杆钻机每次安装只对应一根锚杆、锚索。
8.如权利要求3所述的巷道全断面锚杆锚索一体化平行安装方法与装置，其特征是：液压集中控制台是液压阀或液压先导阀集成的。
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