CN103670425A - 一种掘支一体化方法及掘进机托载式升降运移支架机械手 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种掘支一体化方法及掘进机托载式升降运移支架机械手，机械手的结构包括一个支撑架，所述的支撑架上面设有一个导轨，所述的导轨上面设有一个能沿其来回滑动的载架小车，所述的载架小车在驱动装置的作用下能前、后来回运动；且在载架小车的前面设有一个由驱动装置驱动的前后移动的移动梁。如采用自动化掘进机，该装置上的千斤顶采用电液控制阀，加上可视化监测监控，可实现远程控制掘支一体化。

Description

一种掘支一体化方法及掘进机托载式升降运移支架机械手

 

技术领域

本发明涉及一种地下工程安全高效快速施工的机械化作业工艺及设备,具体涉及一种掘支一体化掘进工艺及掘进机托载式升降运移支架机械手。

背景技术

地下工程综合机械化掘进施工工艺，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。综合机械化掘进施工工艺一个循环的主要耗时在于掘进机截割和巷道支护。如何实现掘进机截割与巷道支护平行作业，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。其中主要的技术点涉及两个方面，即快速实施安全可靠的临时支护和掘进机截割与永久支护的平行作业。

临时支护是为防止巷道开掘后围岩冒落坍塌伤人，为保证永久支护作业人员的安全而设的，对于开采深度较浅且围岩强度高、开挖后自支撑稳定可靠、地质构造简单等适合条件，可以不作临时支护，直接进行永久支护，一般情况下的巷道施工在巷道开挖后要先在掘进迎头附近实施临时支护，在临时支护的保护下实施巷道的永久支护。

现有掘进巷道临时支护方式主要有6种类型：

1、传统的临时支护方式有吊环加钢管（或轨道、型钢）等，通过前窜钢管（或轨道、型钢）等再加护顶材料临时支护顶板。 

2、掘进机机架式托梁护顶方式。

3、掘锚一体化掘进机。

4、前后推拉式或成对交替迈步式液压自移支架。

5、德国研制的单轨吊架棚机。 

6、TBS遂道施工掘进机临时支护形式。 

现有临时支护存在的主要问题： 

1、传统的临时支护前窜时需人工铺网、上接顶材料，劳动强度大，空顶下作业不安全，对顶板支护力几乎没有，只能对作业人员起到有限的保护作用，常出现现场作业人员图省事、怕麻烦、不使用现象。 

2、掘进机机架托梁式临时支护，铺网作业仍在空顶下，支护面积达不到全断面，机架强度及与掘进机连接强度受限，支护力很小，实施临时支护及永久支护时掘进机就无法平行作业。

3、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变革，第三代掘锚一体化，虽然实现了掘锚平行作业，但锚杆空顶距大，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及德国、波兰等国家开釆深度较深，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。

4、前后推拉式或成对交替迈步式液压自移支架，每一个循环对顶板反复支撑一次，易破坏顶板，不利于对顶板的支护，顶板条件不好时，必须停机支护，不能实现掘进机截割与永久支护平行作业。

5、德国研制的单轨吊架棚机。可以实现永久支护的机械化操作，避免人员进入无支护区作业，但该设备结构太复杂，外形尺寸大，只能适用于大断面巷道施工，支护与掘进截割在同一区域，相互干挠，影响平行作业效率。

6、TBM岩石掘进机有敝开式、双护盾、单护盾等，遂道施工临时支护形式是与全断面截割掘进机一体化的支护方式。该支护方式掘进迎头对顶帮的支护是通过护盾全长对围岩的整体支撑、收缩、前移、再支撑，反复支撑易破坏围岩，仅适用于拐弯曲率半径大、大断面、围岩条件较好的遂道施工，遇断层、破碎带易被卡住。

发明内容

    为了解决现有技术存在的问题，本发明具体公开了一种掘支一体化掘进方法及掘进机托载式升降运移支架机械手。

本发明采用的技术方案如下：

一种掘支一体化方法，如下：

在掘进巷道工作中，通过应用掘进机托载式升降运移支架机械手，将“履带式”液压组合支架或自伸缩巷道液压支架从临时支护区的后端运移至前端并辅助其安装；

将所述的机械手集成在掘进机上，通过掘进机的液压系统或外加液压系统控制机械手升起、降落及巷道临时支架的移动、安装与撤出；实现巷道掘进支护一体化，大幅度提高巷道掘进支护效率。

掘进机托载式升降运移支架机械手上的液压控制阀为电液控制阀时，利用可视化监控系统操控掘进机托载式升降运移支架机械手，实现掘进支护一体化的远程控制。 

一种掘进机托载式升降运移支架机械手，包括支撑架，所述的支撑架上面设有导轨（或支撑架与导轨合二为一），所述的导轨上面设有一个能沿其来回运动的载架小车，所述的载架小车在驱动装置的作用下能前、后来回运动；且在载架小车的前面设有一个由驱动装置驱动的前后移动的移动梁。

所述的支撑架为两个相互平行的纵梁，在所述的纵梁上设有轨道或是支撑架与轨道合二为一，且在支撑架的末端和中部分别设有与两个纵梁相联的两个横梁。

所述的驱动装置为多级伸缩千斤顶组,包括千斤顶II和千斤顶III,所述的千斤顶II的缸体固定于横梁III和横梁II间，千斤顶II的活柱驱动实现移动梁与支撑架的相对运动；所述的千斤顶III的缸体固定载架小车的底部，并在千斤顶II的两侧分别设置一个千斤顶III，通过千斤顶III的活柱驱动，使得载架小车与移动梁能够相对运动。通过多级伸缩千斤顶组的联合驱动，能够实现载架小车在支撑架全长上运动。

如果临时支护液压支架是“履带式”液压组合支架，则所述的载架小车，其上安装有四个竖向千斤顶I和两个侧向的千斤IV，用以辅助临时支护液压支架的升降，如果临时支护液压支架是自伸缩巷道液压支架，则只包括载架小车。

所述的驱动装置为钢丝绳滑轮牵引驱动装置，或是链条齿轮牵引驱动装置。

在所述的支撑架是整体的或是其上设有铰接件，支撑架能在铰接件处弯折。

所述的千斤顶I、千斤顶II、千斤顶III、千斤顶IV均采用液压先导阀或电液阀控制，液压先导阀组或电液阀组固定于掘进机上。

为便于掘进机快速就位，在所述的掘进机上设有掘进机位置聚光指示装置。

支撑架与掘进机的连接方式有三种形式：

1.当支撑架为一个整体支撑架时，其底部通过平行四连杆机构、两个千斤顶V和两个千斤顶VI与掘进机相连，千斤顶的两端铰接在支撑架和掘进机上，且其中千斤顶V为升降千斤顶，千斤顶VI为被动千斤顶；当升降千斤顶将支撑架升起后，被动千斤顶伸长，关闭被动千斤顶的截止阀实现其长度固定从而提供支撑力；在临时支架安装完成后，打开被动千斤顶的截止阀，控制支撑架的升降千斤顶实现支撑架的降落。

2.当支撑架通过铰接件与一个活动支撑架相连时，支撑架的底部通过平行四连杆机构、升降千斤顶V与掘进机相连，活动支撑架的底部通过主动千斤顶VII与掘进机相连，通过升降千斤顶V伸长使得支撑架到达工作位置，控制主动千斤顶VII伸长使得支撑架与活动支撑架位于同一水平高度；在临时支架安装完成后，先收缩主动千斤顶VII，然后收缩升降千斤顶V，从而实现支撑架与活动支撑架的降落。

3. 当支撑架通过铰接件与一个活动支撑架相连时，支撑架的底部通过一个平行四连杆机构、升降千斤顶V与掘进机相连，活动支撑架的底部垫设方木梁，升降千斤顶升起支撑架，调整掘进机炮头的高度通过方木梁支撑支撑架。

以上三种方法均能够实现托载式升降运移支架机械手同掘进机之间的安装固定。

一种掘进机托载式升降运移支架机械手的掘进方法，其操作步骤为：

步骤一：掘进机截割完成一个步距；

步骤二：移动掘进机就位（根据掘进机位置聚光指示位置判断）；

步骤三：升支撑架的升降千斤顶V，将支撑架和活动支撑架移动就位；

步骤四：升升降支架千斤顶I，降临时支架，降升降支架千斤顶I，将临时支架降落在载架小车上；

步骤五：伸缩运移支架千斤顶II和千斤顶I，将临时支架运至临时支护区前端；

步骤六：升升降支架千斤顶I，进行临时支架的安装；

步骤七：降支撑架的升降千斤顶V，将支撑架和活动支撑架后撤，让出掘进机工作空间。

步骤八：掘进机继续截割。

步骤九 重复上述步骤进行下一个循环，同时，临时支护区后端的液压支架前移后，立即进行永久支护。

本发明的有益效果如下：

该装置与配套的临时支架配合，解决了掘进工作面临时支架的机前架设、机后回撤、前移至机前再架设的循环问题及巷道永久支护与掘进机截割平行作业问题。

附图说明

图1 装置透视图（无活动支撑架）；

图2 装置透视图（含活动支撑架）；

图3 装置底视图；

图4（a）装置与掘进机固定方式与工作原理一（临时支架安装）；

图4（b）装置与掘进机固定方式与工作原理一（掘进机截割）；

图5（a）装置与掘进机固定方式与工作原理二（临时支架安装）；

图5（b）装置与掘进机固定方式与工作原理二（掘进机截割）；

图6（a）装置与掘进机固定方式与工作原理三（临时支架安装）；

图6（b）装置与掘进机固定方式与工作原理三（掘进机截割）；

图中：1支撑架,2运移轨道,3 千斤顶II, 4 横梁III，5横梁II,6千斤顶IV,7载架小车，8千斤顶III,9 移动梁，10千斤顶I,11铰接件，12活动支撑架，13临时支架,14千斤顶V,15平行四连杆,16被动千斤顶，17主动千斤顶,18木梁，19掘进迎头，20掘进机。

具体实施方式

掘支一体化掘进方法是基于“履带式”液压组合支架（申请人申请的“履带式”液压组合支架临时支护与永久支护平行作业掘进工艺及设备，申请号  201310311586.9）或自伸缩巷道液压支架和掘进机托载式升降运移支架机械手，实现掘支一体化，即掘进机司机通过掘进机和掘进机上的机械手完成巷道掘进和临时支护区的支护；采用自动化掘进机，机械手上的千斤顶采用电液控制阀，加上可视化监测监控，实现远程控制掘支一体化。

掘进机托载式升降运移支架机械手由支撑架1、运移轨道2、载架小车7、支撑架升降千斤顶V 14、小车多级伸缩千斤顶组（由一个多级伸缩千斤顶II3和两个多级伸缩千斤顶III8构成，多级伸缩千斤顶组末端共同固定于移动梁 9上），升降支架千斤顶I10、支架侧撑千斤顶IV6、横梁III4、多级伸缩千斤顶II 3支撑横梁II 5、液压先导阀组或电液控制阀组、掘进机位置聚光指示装置等组成。

支撑架1采用平行四连杆15铰接固定于掘进机上，通过支撑架升降千斤顶V14进行支撑架的升降，从而确保掘进机的正常掘进空间。支撑架1上安装运移轨道2，其上载架小车7的牵引方式是多级伸缩千斤顶组牵引，或是钢丝绳滑轮牵引，或是链条齿轮牵引。多级伸缩千斤顶组由多级伸缩千斤顶II3和两个多级伸缩千斤顶III8组成，其末端共同固定于横梁9上，多级伸缩千斤顶II3固定在支撑架1的横梁III4和支撑梁5上；两个多级伸缩千斤顶III8，固定于载架小车7的下方，实现载架小车7 在移动轨道2上运移临时支架13全程运动；在载架小车7上设置升降架千斤顶组10（由四个单体千斤顶组成），从而实现巷道临时支架13的升降。在载架小车7的下方两侧设置侧撑千斤顶IV6，如果巷道临时支架13采用自伸缩巷道支架，则不设升降架千斤顶I10和侧撑千斤顶IV6。各液压千斤顶均采用液压先导阀或电液阀控制，液压先导阀组或电液阀组固定于掘进机上。为便于掘进机快速就位，在掘进机上设有掘进机位置聚光指示装置。

一种掘进机托载式升降运移支架机械手是固定于掘进机之上的，为了确保在不影响掘进机工作空间的前提下实现巷道临时支架的安装，本发明提供三种方法实现支撑架1和活动支撑架12的起降：（1）如图4（a）、图4（b）支撑架1作为一个整体，设置一个被动千斤顶16，其两端铰接在支撑架1和掘进机上。当支撑架升降千斤顶V14将支撑架1升起后，被动千斤顶16伸长，关闭被动千斤顶16截止阀实现其长度固定从而提供支撑力；在临时支架13安装完成后，打开活动千斤顶16的截止阀，控制支撑架升降千斤顶V14实现支撑架1的降落。（2）如图5（a）、如图5（b）在支撑架1上设计铰接件11，与活动支撑架12相连设置主动千斤顶17，其两端铰接在活动支撑架12和掘进机上，通过升降千斤顶V14和主动千斤顶17，实现支撑架1和活动支撑架12的升降。（3）如图6（a）、如图6（b）在支撑架1上设有铰接11，与活动支撑架12相连，活动支撑架12下方垫设方木梁18，升降千斤顶V14升起支撑架1，调整掘进机炮头的高度通过方木梁18支撑活动支撑架12。以上三种方法均能够实现托载式升降运移支架机械手同掘进机之间的安装固定。

一种掘支一体化掘进工艺及托载式升降运移支架机械手掘进方法，其操作步骤为：

步骤一：在掘进迎头19的方向上，掘进机20截割完成一个步距；

步骤二：移动掘进机20就位（根据掘进机位置聚光指示位置判断）；

步骤三：升支撑架升降千斤顶V14，将支撑架1和活动支撑架12移动就位；

步骤四：升升降支架千斤顶I10，降临时支架13，降升降支架千斤顶I10，将临时支架13降落在载架小车7上；

步骤五：伸缩运移支架千斤顶组（3和8），将临时支架13运至临时支护区前端；

步骤六：升升降支架千斤顶10，进行临时支架13的安装；

步骤七：降支撑架升降千斤顶V14，将支撑架1和活动支撑架12后撤，让出掘进,20工作空间。

步骤八：掘进机20继续截割，重复上述步骤进行下一个循环，同时，临时支护区后端的液压支架13前移后，立即进行永久支护。

Claims (11)

1.一种掘支一体化方法，其特征在于，如下： 

在掘进巷道工作中，通过应用掘进机托载式升降运移支架机械手，将“履带式”液压组合支架或自伸缩巷道液压支架从临时支护区的后端运移至前端并辅助其安装；

将所述的机械手集成在掘进机上，通过掘进机的液压系统或外加液压系统控制机械手升起、降落及巷道临时支架的移动、安装与撤出；实现巷道掘进支护一体化，大幅度提高巷道掘进支护效率；

掘进机托载式升降运移支架机械手上的液压控制阀为电液控制阀时，利用可视化监控系统操控掘进机托载式升降运移支架机械手，实现掘进支护一体化的远程控制。

2.一种掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于：包括支撑架，所述的支撑架上面设有导轨或支撑架与导轨合二为一，所述的导轨上面设有一个能沿其来回滑动的载架小车，所述的载架小车在驱动装置的作用下能前、后来回运动；且在载架小车的前面设有一个由驱动装置驱动的前后移动的移动梁。

3. 如权利要求2所述的掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于：所述的支撑架为两个相互平行的纵梁，在所述的纵梁上设有轨道或是支撑架与轨道合二为一，且在支撑架的末端和中部分别设有与两个纵梁相联的两个横梁。

4. 如权利要求2所述的掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于：所述的驱动装置为多级伸缩千斤顶组,包括千斤顶II和千斤顶III,所述的千斤顶II的缸体固定于横梁III和横梁II之间，千斤顶II的活柱驱动移动梁，实现移动梁与支撑架的相对运动；所述的千斤顶III的缸体固定载架小车的底部，并在千斤顶II的两侧分别设置一个千斤顶III，通过千斤顶III的活柱驱动，使得载架小车与移动梁能够相对运动。

5. 如权利要求2所述的掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于：如果临时支护液压支架是“履带式”液压组合支架，则所述的载架小车，其上安装有四个竖向千斤顶I和两个侧向的千斤IV，用以辅助临时支护液压支架的升降，如果临时支护液压支架是自伸缩巷道液压支架，则只包括载架小车。

6. 如权利要求2所述的掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于：所述的驱动装置为钢丝绳滑轮牵引驱动装置，或是链条齿轮牵引驱动装置。

7.如权利要求2所述的掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于：该装置上的所有千斤顶均采用液压先导阀或电液阀控制，液压先导阀组或电液阀组固定于掘进机上。

8.如权利要求3所述的掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于：所述的支撑架安装在掘进机上，且在掘进机上设有掘进机位置聚光指示装置。

9. 如权利要求3所述的掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于：当支撑架为一个整体支撑架时，支撑架通过平行四连杆机构、升降千斤顶V和被动千斤顶VI分别铰接在支撑架和掘进机上；当升降千斤顶V将支撑架升起后，被动千斤顶VI伸长，关闭被动千斤顶VI的截止阀使其长度固定从而提供支撑力；在临时支架安装完成后，打开被动千斤顶VI的截止阀，控制支撑架的升降千斤顶V实现支撑架的降落。

10. 如权利要求7所述的掘进机托载式升降运移支架机械手，其特征在于： 

（1）当支撑架通过铰接件与一个活动支撑架相连时，则支撑架的底部通过平行四连杆机构、升降千斤顶V与掘进机相连，活动支撑架的底部通过一个主动千斤顶VII与掘进机相连，通过升降千斤顶V伸长使得支撑架到达工作位置，控制主动千斤顶VII伸长使得支撑架与活动支撑架位于同一水平高度；在临时支架安装完成后，先收缩主动千斤顶VII和升降千斤顶V，从而实现支撑架与活动支撑架的降落；

（2）当支撑架通过铰接件与一个活动支撑架相连时，则支撑架的底部通过平行四连杆机构、升降千斤顶v与掘进机相连，活动支撑架的底部垫设方木梁，升降千斤顶升起支撑架，调整掘进机炮头的高度通过方木梁支撑支撑架。

11. 如权利要求2所述的掘进机托载式升降运移支架机械手的掘进方法，其特征在于,其具体操作步骤为：

步骤一：掘进机截割完成一个步距；

步骤二：根据掘进机位置聚光指示位置判断，移动掘进机就位；

步骤三：升支撑架的升降千斤顶V，将支撑架和活动支撑架移动就位；

步骤四：升升降支架千斤顶I，降临时支架，降升降支架千斤顶I，将临时支架降落在载架小车上；

步骤五：伸缩运移支架千斤顶II和千斤顶I，将临时支架运至临时支护区前端；

步骤六：升升降支架千斤顶I，进行临时支架的安装；

步骤七：降支撑架的升降千斤顶V，将支撑架和活动支撑架后撤，让出掘进机工作空间；

步骤八：掘进机继续截割；

步骤九 重复上述步骤进行下一个循环，同时，临时支护区后端的液压支架前移后，立即进行永久支护。

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