CN103993898B - 循环式掘进及时支护装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开了一种循环式掘进及时支护装置及其方法，包括行走机构、滑移机构、独立支撑机构：沿巷道掘进方向前后设置的支撑单元；首级支撑单元的前方与支撑单元连接设有前探纵梁和护网液压缸，前探纵梁的下端连接有前探横梁和液压立柱；尾级支撑单元上设有移架座，尾级支撑单元的后方设有后铰接横梁以及对应液压立柱，移架座与后铰接横梁之间设有滑移液压油缸；每个支撑单元包括支撑铰接横梁，每个支撑铰接横梁下方设有支撑立柱，沿巷道掘进方向设有贯穿首位支撑单元的内滑杆、滑道；每个支撑单元上设有平行液压油缸。其结构紧凑、可步进式自动移架，具有工作效率高、省时省力的优点。

Description

循环式掘进及时支护装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种循环式掘进及时支护装置及其方法。

背景技术

随着采煤技术迅速发展，煤炭开采逐步的生产实现机械化、自动化，多年来国内外的实践经验表明，煤巷围岩锚固支护具有显著的优越性。在巷道掘进施工过程中，机械化掘进的效率较高，巷道的支护速度却远远滞后于掘进速度，

现有的平行作业不能满足要求，一是机械化程度非常低，需要大量的人力，造成了生产效率低下，成本居高不下的不良现象；

二是，现有的平行作业都是单一的移动，并不能实现自动步进式移架。

目前的矿山开采，尤其是煤矿的井工开采中，巷道的掘进作业是所有其他作业的先决条件。掘进工作面的支护问题是困扰掘进安全及提高单进的技术难题。随着综合机械化掘进机（简称“综掘机”）的普通使用，巷道掘进的效率较传统的“打眼放炮”作业方式有了很大提高。但由于巷道掘进后顶板得不到及时有效的支护，经常会造成顶板伤人事故。国内目前普遍使用的临时支护形式有窜管前探梁和交替支护加横梁两种形式。但这两种形式都存在一定的缺陷，仍然存在着短时空顶作业和使用临时支护时必须停止掘进作业的问题，交替支护加横梁对顶板有损坏、影响掘进效率。因此研制一种支护设备实现掘进工作面循环连续掘进临时支护，确保掘进工作面安全生产，大幅度提供掘进单

进是目前掘进工作亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种循环式掘进及时支护装置及其方法，与现有技术相比，其结构紧凑、可步进式自动移架，有效地解决了现有技术存在的在使用中不能连续接顶或接顶能力差的问题，具有工作效率高、省时省力的优点。

为达到上述目的，本技术方案如下：

一种循环式掘进及时支护装置，包括沿巷道掘进方向前后设置的多级独立支撑单元；首级独立支撑单元的前方沿掘进方向前后依次设有第一前探铰接横梁、第二前探铰接横梁以及各自配套连接的立柱；尾级独立支撑单元后方沿掘进方向前后依次设有第一后铰接横梁、第二后铰接横梁以及各自配套连接的立柱；所述的独立支撑单元包括伸缩式支撑横梁以及与伸缩式支撑横梁端部连接配套的立柱；设有至少贯穿独立支撑单元的至少一个滑道，滑道上滑动设有用于承载独立支撑单元的移架座。

进一步的，第一前探铰接横梁与第二后铰接横梁滑动设置在滑道上（此处的滑动设置是指第一前探铰接横梁与第二后铰接横梁能够在滑道上滑动，可以通过辅助机构，只要能够满足滑动要求即可）；第二前探铰接横梁和第一后铰接横梁固定连接在滑道。

进一步的，移架座与第一或第二后铰接横梁或者配套立柱间设有滑移液压油缸。可优选与第二铰接横梁连接，并不排除上述另两种方式。

进一步的，第一前探铰接横梁、第二前探铰接横梁上各自设有第一前探纵梁组和第二前探纵梁组，第一前探纵梁组与第二前探纵梁组的竖直投影不共线。

进一步的，所述的前探铰接横梁组的每个前探铰接纵梁的前端铰接有前探摆梁，设有护网千斤顶，护网千斤顶的一端与前探横梁铰接、另一端与挑梁铰接。

进一步的，所述的滑道设有两个，位于独立支撑单元的内侧，并与独立支撑单元内侧间留出回缩距离，每个滑道上设有1个同步的移架座。

进一步的，移架座上设有上下伸缩装置，移架座上端设有与支撑铰接横梁对应的凹槽。

进一步的，所述第一二前探铰接横梁、第一二后铰接横梁以及伸缩式支撑横梁中，至少伸缩式支撑横梁（为与巷道断面结构形状相符，随巷道断面结构形状变化可调节，）其包括位于中部的中间梁，内有可调节拱形的大小的交接液压油缸，中间梁两端内通过内梁液压油缸滑动设有端梁，端梁的下端通过平行液压油缸连接有立柱。

进一步的，所述的第二后铰接横梁和第一前探铰接横梁与滑道之间套设有滑杆，滑杆内设有推移液压油缸，其一端与滑道铰接，另一端铰接横梁。

循环式掘进及时支护方法，

A、 当掘进机进尺一排后，第一前探铰接横梁和第二后铰接横梁二下方的立柱收起，推移千斤顶带动第一前探铰接横梁和第二后铰接横梁前移到迎头，重新支护；

B、用滑移液压油缸带动移架座，移架座承接最后一级的独立支撑单元：本级独立支撑单元的支柱收起、伸缩支撑横梁内缩；

C、收起第二前探铰接横梁和第一后铰接横梁上的立柱，伸出推移液压缸，第二前探铰接横梁、第一后铰接横梁一、滑道和原尾级独立支撑单元同时前移，把原尾级独立支撑单元送至独立支撑单元的最前方、第二前探铰接横梁的后方，成为新的首级支撑单元，然后立柱至地板。

本发明的工作原理及工作过程如下：

本发明主要包括以下组件：

多级独立支撑单元，每个独立支撑单元包括可以伸缩的支撑铰接横梁以及配套的立柱，这样，每个独立支撑单元在立柱收起、支撑铰接横梁收缩后体积变小、能够从其前方的独立支撑单元下方畅通无阻的钻过；

设有滑道，在滑道上设有移架座，移架座上端面设有凹槽，用于承载独立支撑单元，这样独立支撑单元可以通过移架座在滑道上进行滑动，为提高机械化，移架座可以通过滑移液压油缸进行推动。

对于移架座，本发明创造在其上设置有移架座液压油缸，可以通过油缸将移架座上提，对应承载支撑铰接横梁之后再进行下落，保证支撑铰接横梁准确进入到移架座内。

沿巷道的掘进方向，多级独立支撑单元的前方设有两个前探铰接横梁、后方设有两个后铰接横梁，其中第二前探铰接横梁与第一后铰接横梁与滑道固定连接，第一前探铰接横梁与第二后铰接横梁通过内滑杆、推移液压油缸滑动设置在滑道内；这样，可以在第二前探铰接横梁与第一后铰接横梁处于支撑的状态下，放松第一前探铰接横梁以及第二后铰接横梁后，然后可以通过内滑杆、推移液压油缸使放松后的第一前探铰接横梁以及第二后铰接横梁向前移动一步、移步后重新使其支护；再使第二前探铰接横梁与第一后铰接横梁放松，然后回收推移液压油缸，从而使第二前探铰接横梁、第一后铰接横梁、滑道一块向前移步，如此反复。

同时，为了能够实现掘进过程中的支护，在两前探铰接横梁上设有前探纵梁组，两组前探纵梁交错设置，即第一前探纵梁组与第二前探纵梁组的竖直投影不共线，实现：1、前探横梁交替支护时，相互之间不会产生影响；2、在前探纵梁的前方铰接前探摆梁，变掘进变放置护网。

本发明创造在立柱与横梁间设有平行液压缸，这样通过平行液压缸可以修复立柱的角度，是之能够更加紧密贴合巷道的帮部，达到护帮的目的；其次通过平行液压缸也可以使得立柱竖直，便于移架座能够准确的对应承载独立支撑单元的支撑铰接横梁。

综上：

护网液压缸、第一二前探纵梁、第一二前探铰接横梁、内滑杆、滑道、配套立柱、滑移液压缸、第一、二后铰接横梁、滑移液压油缸形成行走机构；

移架座、滑移液压油缸、移架座液压油缸形成滑移机构、

液压立柱、支撑铰接横梁、接顶液压缸、小纵梁、平行液压缸、内梁、内梁液压油缸、交接液压油缸独立支撑机构。

使用原理：行走机构可以伸缩行走、交替接顶、锚网铺挂等功能，所有横梁上的立柱规格可根据需要进行选取。

A、 当掘进机进尺一排后，第一前探铰接横梁和第二后铰接横梁二下方的立柱收起，推移千斤顶带动独立支撑单元前移到迎头，锚网铺挂重新支护；

B、用滑移液压油缸带动移架座，移架座承接最后一级的独立支撑单元：本级独立支撑单元的支柱收起、伸缩支撑横梁内缩；

C、收起第二前探铰接横梁和第一后铰接横梁上的立柱，伸出推移液压缸，第二前探铰接横梁、第一后铰接横梁一、滑道和原尾级独立支撑单元同时前移，把原尾级独立支撑单元送至独立支撑单元的最前方、第二前探铰接横梁的后方，成为新的首级支撑单元，然后立柱至地板。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视视结构示意图；

图3为本发明的行走初始示意图；

图4为本发明的第一前探铰接横梁和第二后铰接横梁以及最后一级独立支撑单元向前移动后结构示意图；

图5为本发明第二前探铰接横梁和第一后铰接横梁以及最后一级独立支撑单元向前移动后重新支护后结构示意图；

图6为图1的A-A视图；

图7为图6第二前探铰接横梁上升支撑图；

图8为独立支撑单元穿过时的横截面示意图；

图9为图1的I放大图；

图10为图1的D放大图；

图中：1护网液压缸、2第一前探纵梁、3第二前探纵梁、4第一前探铰接横梁、5 第二前探铰接横梁、6内滑杆、7滑道、8立柱、9支撑铰接横梁、10接顶液压缸、11小纵梁 、12底座、13平行液压缸、14推移液压缸、15移架座、16后铰接横梁一、17滑移液压油缸、18后铰接横梁二、19操纵阀、20小底座、21内梁、22内梁液压油缸、23交接液压油缸、24移架座液压油缸。

具体实施方式

下面未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1-2所示，一种循环式掘进及时支护装置，包括沿巷道掘进方向前后依次设置的独立支撑单元；本实施例的独立支撑单元设有8个，当然也可以根据需要进行选取，不限于8个。

本每个独立支撑单元包括位于上端的伸缩式支撑铰接横梁9（说明：本领域内沿巷道延伸方向为纵向，垂直方向为横向），支撑铰接横梁9的两端铰接设有立柱8以及底座12。且为了增强支撑效果，在支撑铰接横梁9两侧沿巷道延伸方向铰接设有小纵梁11以及接顶液压缸10，接顶液压缸10一端与小纵梁11铰接，另一端与支撑铰接横梁9铰接。

沿巷道掘进方向，首级独立支撑单元的前方依次设有第一前探铰接横梁4以及第二前探铰接横梁5。每个前探铰接横梁的两端下部各铰接有一立柱以及小底座20，每个前探铰接横梁上沿巷道掘进方向固定设有前探纵梁组：第一前探纵梁组2和第二前探纵梁组3，本实施例中每个前探铰接横梁上固定有三个前探纵梁，两组前探纵梁相互交错设置，也就是说两组前探纵梁的竖直投影不重合或者重叠，两者升降式互不影响；每个前探纵梁的前端铰接有一个挑梁25以及护网千斤顶1，护网千斤顶1的一端与前探纵梁铰接另一端与挑梁25铰接；图6-7所示。

沿巷道掘进方向，尾级独立支撑单元的后方依次设有第二后铰接横梁18以及第一后铰接横梁16，即沿巷道延伸方向第一后铰接横梁16位于第二后铰接横梁18前方。

设有滑道7，滑道7贯穿于独立支撑单元，滑道7上滑动设有移架座15，移架座15用于对应承载独立的支撑单元，然后通过滑道7进行输送，因此滑道的数量可以设置为一个或者两个甚至多个，本实施例设有两个方钢型滑道，每个滑道7同步设有一个移架座15，每个滑道7的两端分别与第二前探铰接横梁5、第一后铰接横梁16固定；第一前探铰接横梁4与第二后铰接横梁18滑动设置在滑道7上，本实施例采用以下滑动方式：滑道7的两端部各套设有一个内滑杆6，设有推移液压油缸14，推移液压油缸14的一端铰接在滑道7上、另一端铰接分别对应铰接第一前探铰接横梁4或第二后铰接横梁18。

后铰接横梁与移架座间设有滑移千斤顶17，滑移千斤顶17一端可以铰接在第一或者第二后铰接横梁上；本实施例与两个移架座对应设有两个同步的滑移千斤顶，两个滑移千斤顶的一端铰接在第二后铰接横梁上、另一端与各自对应的移架座铰接。

两个滑移座15的上端设有与支撑铰接横梁对应的凹槽，滑移座上设有移架座液压油缸24，在移架座液压油缸24的带动下，滑移座凹槽能够向上升起，使得凹槽能够承载并容纳支撑铰接横梁。

除支撑铰接横梁外，两前探铰接横梁、两后铰接横梁也可以是伸缩式结构；本实施例中，三种横梁都是与巷道配合的弧形伸缩式结构，伸缩方式如下，其包括位于中部的中间梁，中间梁两端内通过内梁液压油缸22滑动设有内端梁21，内端梁21的下端通过平行液压油缸13连接有立柱。

也就是说：

内梁液压油缸22：中间梁两端内通过内梁液压油缸22滑动设有端梁，端梁的下端通过平行液压油缸连接13有立柱主要调节巷道宽窄；

交接液压油缸23：位于中部的中间梁内，可调节拱形的大小，适应不同的巷道断面形状。

通过上述的伸缩方式，横梁两端的内端梁可以向中间梁内回收，配合收起对应的立柱后，横梁的整体结构变小，因此可以在移架座上向前滑动，为了保证横梁的收缩空间，上述的两个滑道不能紧贴立柱或者横梁的内侧面设置，必须预留出横梁的伸缩空间。

通过设置操纵阀19，循环式掘进及时支护步骤如下，图3-5所示：

A、当掘进机进尺一排后，第一前探铰接横梁和第二后铰接横梁下方的立柱收起；

B、用滑移液压油缸带动移架座到尾级独立支撑单元，将移架座千斤顶向上延伸，用移架座向上使得凹槽对应承接最后一级（尾级）的独立支撑单元的伸缩支撑横梁，然后将本级独立支撑单元的支柱收起、使本级独立支撑单元的伸缩支撑横梁内缩，图8所示，然后移架座千斤顶回收；

C、向推移千斤顶内注液，使两推移千斤顶同步带动第一前探铰接横梁和第二后铰接横梁向前运动到迎头，然后使其重新支护；

D、收起第二前探铰接横梁和第一后铰接横梁上的立柱，在推移液压缸带动下，第二前探铰接横梁和第一后铰接横梁向前运动入位，使其支护；

E、伸出滑移液压油缸把原尾级独立支撑单元送到第二前探铰接横梁后边，重新注液使其支护，此时原尾级独立支撑单元成为新的首级独立支撑单元；

上述的步骤中，可以采用A到E的步骤，也可以将AB颠倒（BACDE）；也可以将BC颠倒（ACBDE）；也可以为ACDBE，甚至其他合理组合；以上的移步方法与上述的步骤并没有实质性的区别，应该视为本移步的等同替换；

上述的推进方法比较灵活，可以根据需要选择推进的距离，尤其是选择独立支撑单元的推进距离；当然也可以采用恒步距离式，如下方式：

将第二后铰接横梁与第一前探铰接横梁同步移动、重新支护后；然后将利用滑移液压油缸将尾级独立支撑单元推送到首级独立支撑单元的正下方，然后再向前推进第一后铰接横梁与第二前探铰接横梁，此时可以带动原尾级独立支撑单元向前挪动，然后再重新对其注液形成新的首级支护，这种推挤方式可以保证独立支撑单元的推挤距离与第二后铰接横梁、第一前探铰接横梁推挤距离一致。

推进过程中，如果巷道宽窄有变化可用内梁液压油缸22带动内梁21来调整，升起立柱8使前后铰接横梁4、18接顶，收缩护网液压油1缸使2前探纵梁一下摆将锚网和钢带铺挂在2前探纵梁上，然后伸出护网液压缸1使锚网和钢带接顶并符合顶板断面的形状。

本实施例中，推移千斤顶以及滑移千斤顶铰接方式中，其可以铰接在上述对应横梁上，也可以铰接在对应的立柱上，应该认为其是一种等同形式，并不能产生实质性的影响，应视为在本发明创造保护范围内。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种循环式掘进及时支护装置，其特征在于：包括沿巷道掘进方向前后设置的多级独立支撑单元 ；首级独立支撑单元的前方沿掘进方向前后依次设有第一前探铰接横梁、第二前探铰接横梁以及各自配套连接的立柱；尾级独立支撑单元后方沿掘进方向前后依次设有第一后铰接横梁、第二后铰接横梁以及各自配套连接的立柱；所述的独立支撑单元包括伸缩式支撑横梁以及与伸缩式支撑横梁端部连接配套的立柱；设有至少贯穿独立支撑单元的至少一个滑道，滑道上滑动设有用于承载独立支撑单元的移架座；第一前探铰接横梁与第二后铰接横梁滑动设置在滑道上 ；第二前探铰接横梁和第一后铰接横梁固定连接在滑道。

2.根据权利要求 1 所述的循环式掘进及时支护装置，其特征在于：移架座与第一或第二后铰接横梁或者配套立柱间设有滑移液压油缸。

3.根据权利要求 1 所述的循环式掘进及时支护装置，其特征在于：第一前探铰接横梁、第二前探铰接横梁上各自设有第一前探纵梁组和第二前探纵梁组，第一前探纵梁组与第二前探纵梁组的竖直投影不共线。

4.根据权利要求 3所述的循环式掘进及时支护装置，其特征在于：所述的前探铰接横梁组的每个前探铰接纵梁的前端铰接有前探摆梁，设有护网千斤顶，护网千斤顶的一端与前探横梁铰接、另一端与挑梁铰接。

5.根据权利要求 1 所述的循环式掘进及时支护装置，其特征在于：所述的滑道设有两个，位于独立支撑单元的内侧，并与独立支撑单元内侧间留出回缩距离，每个滑道上设有 1个同步的移架座。

6.根据权利要求 1 或 5所述的循环式掘进及时支护装置，其特征在于：移架座上设有上下伸缩装置，移架座上端设有与支撑铰接横梁对应的凹槽。

7.根据权利要求 1 所述的循环式掘进及时支护装置，其特征在于 ：所述第一二前探铰接横梁、第一二后铰接横梁以及伸缩式支撑横梁中，至少伸缩式支撑横梁，其包括位于中部的中间梁，内有可调节拱形的大小的交接液压油缸，中间梁两端内通过内梁液压油缸滑动设有端梁，端梁的下端通过平行液压油缸连接有立柱。

8.根据权利要求 1 所述的循环式掘进及时支护装置，其特征在于：所述的第二后铰接横梁和第一前探铰接横梁与滑道之间套设有滑杆，滑杆内设有推移液压油缸，其一端与滑道铰接，另一端铰接横梁。

9.循环式掘进及时支护方法，其特征在于：

A、 当掘进机进尺一排后，第一前探铰接横梁和第二后铰接横梁二下方的立柱收起，推移千斤顶带动第一前探铰接横梁和第二后铰接横梁前移到迎头，重新支护；

B、用滑移液压油缸带动移架座，移架座承接最后一级的独立支撑单元：本级独立支撑单元的支柱收起、伸缩支撑横梁内缩；

C、收起第二前探铰接横梁和第一后铰接横梁上的立柱，伸出推移液压缸，第二前探铰接横梁、第一后铰接横梁一、滑道和原尾级独立支撑单元同时前移，把原尾级独立支撑单元送至独立支撑单元的最前方、第二前探铰接横梁的后方，成为新的首级支撑单元，然后立柱至地板。