CN104179517B - 一种掘进支护系统及巷道支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及巷道综掘技术领域，公开了一种掘进支护系统。在掘进机和转载机顶部设置轨道，轨道上设计可沿轨道移动的转载小车，移动转载小车通过轨道将收缩后的支架由转载机尾部托运到掘进机前部的新开采且未进行顶板支护的巷道空间内，支架通过设计在支架两侧的左右伸缩梁的扩展以及伸缩支腿的高度调整，对新开采的巷道顶板进行支护，为掘进机快速进入下一个截割循环提供安全空间。避免了现有技术中，掘进机截割一个步距后需要后退，等待通过工人进入新开采巷道空间进行支护作业。本掘进支护系统实现了控制机械自动完成支护，提高了采掘工作的整体工作效率。本发明还提供了一种巷道支护方法。

Description

一种掘进支护系统及巷道支护方法

技术领域

本发明涉及巷道综掘技术领域，特别是涉及一种掘进支护系统及巷道支护方法。

背景技术

在矿山采掘工作过程中，井下巷道综掘开采通过掘进机掘进完成，同时，在掘进过程中伴随着支护工作，其二者工作相辅相成，掘进采掘同时对新揭露的巷道顶板进行支护。支护分为临时支护和永久支护，当掘进机截割掘进一个步距后，巷道迎头出现了一个未支护的新揭露的顶板，需要进行支护作业。待支护完成后，再次进行掘进机综掘开采。

近年来，随着掘进机产品装机功率的不断加大，掘进机工作效率不断提高，对综掘工作生产任务的要求不断提升，而上述的配套支护工作需要掘进机掘进后停车、倒退并等待，此流程及配套的支护设备结构大大限制了掘进工作效率的提高。

现有技术中，当掘进机截割掘进一个步距后，首先对新揭露的巷道顶板进行临时支护，临时支护大多采用前探梁方式，然后启动掘进机带动其尾部的转载机后退，留出足够的支护空间，锚护工人携带支护材料、工具进行永久支护，待支护完成后撤离人员和支护工具，启动掘进机牵引转载机前进，开始新的掘进循环。

上述现有技术中，在掘进机自身工作效率不断提高的情况下，配套的支护工作需掘进机停车并后退，操作人员进行人工支护，待支护完成后再启动掘进机前进开始新一轮工作，此工序流程中包含的掘进机停车、后退、等待以及通过人工方式进入新开采巷道进行支护的方式都势必限制了综掘开采工作效率的提高。

因此，设计一种支护方法，并与掘进机采掘工作形成一套提高掘进工作效率的系统，将新开采巷道由人工支护改为机械自动化支护，且掘进机不必后退，从而降低现有技术中支护工作对整体掘进工作效率的限制是本领域技术人员的设计目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种掘进支护系统，该掘进支护系统通过由人工对新开采巷道进行支护改为机械自动化支护，并且掘进支护系统进行机械自动支护时不需要掘进机后退，从而提高整体掘进工作效率。本发明的另一目的是提供一种巷道支护方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种掘进支护系统，包括：掘进机，转载机，所述转载机与所述掘进机的后部连接，还包括：

轨道，所述轨道一端设置于所述转载机尾端顶部，另一端设置于所述掘进机顶部；

移动转载小车，所述移动转载小车包括设置于所述轨道上且沿所述轨道前后移动的行走驱动机构；定位和转运支架的输送装置；

所述支架包括：用于在临时支护时支护巷道顶部的顶梁；分别设置于所述顶梁两端的左伸缩梁与右伸缩梁；分别设置于所述左伸缩梁与所述右伸缩梁上，且能够被所述输送装置托举运输的伸缩支腿。

优选地，所述轨道包括设置于所述掘进机上的第一段轨道；设置于所述转载机上部的第三段轨道；连接于所述第一段轨道与所述第三段轨道之间的第二段轨道，且所述第二段轨道为柔性轨道。

优选地，在所述第一段轨道的首端及所述第三段轨道的尾端分别设置防止所述移动转载小车脱轨的限位挡块。

优选地，所述轨道包括第一轨道与第二轨道，所述第一轨道和所述第二轨道相平行。

优选地，所述移动转载小车还包括设置于所述行走驱动机构上，且在所述移动转载小车移动过程中能够对各移动位置节点处轨道间距离修正补偿的调偏机构。

优选地，所述调偏机构包括设置于所述行走驱动机构上的滑轨，所述滑轨包括位于所述第一轨道上方且垂直于所述第一轨道的第一滑轨和位于所述第二轨道上方且垂直于所述第二轨道的第二滑轨，所述第一滑轨和所述第二滑轨沿所述轨道方向前后分别设置两条；插接于所述第一滑轨和所述第二滑轨上且可相对于所述第一滑轨和/或第二滑轨相对运动的的基座板。

优选地，设置于所述基座板上的所述输送装置包括沿所述轨道方向伸缩的伸缩机构和定位块，所述定位块设置于所述伸缩机构顶部且随所述伸缩机构的伸缩而移动。

优选地，所述伸缩机构包括滑动配合的固定臂和滑动臂，所述固定臂设置于所述基座板上；所述伸缩机构还包括固定杆和滑动杆，所述固定杆设置于所述固定臂上，所述滑动杆与所述固定杆嵌套且所述滑动杆的滑动端与所述滑动臂的伸出端固连；所述定位块设置于所述滑动杆上。

优选地，所述基座板上包括两套互相平行且沿轨道方向左右设置的所述伸缩机构，两套所述伸缩机构分别设置于所述顶梁下部近所述左伸缩梁和近所述右伸缩梁的位置。

优选地，所述定位块断面呈U形且轴线与所述轨道方向垂直。

本发明还提供一种巷道支护方法，包括步骤：

1)掘进机掘进一个步距，同时对转载机尾端位置处于临时支护状态的巷道顶板进行永久支护；

2)位于转载机尾端处已完成永久支护的位置的支架由支护状态收缩至转运状态；

3)位于所述转载机上的移动转载小车承托所述支架；

4)所述移动转载小车输送所述支架由所述转载机尾端至所述掘进机的顶部所处于的新截割出的空顶巷道部位；

5)在所述掘进机掘进的步距位置，处于转运状态的所述支架伸展至支护状态并与所述移动转载小车脱离。

转载机在掘进机后部与掘进机连接。自掘进机顶部至转载机尾端顶部设置轨道，轨道的设置目的在于移动转载小车能够在轨道上前后移动，移动转载小车用于承托并转运支架，对巷道进行临时支护的支架能够通过缩短纵向与横向尺寸结构而经移动转载小车转运，进而被输送至掘进机新开采的巷道位置，再通过对支架结构的横向和纵向的扩展，进行对巷道支护。支架的运送是利用了掘进机和转载机与巷道之间的顶部空间完成，因此不必如现有技术中的方式：将掘进机连同转载机后退，腾出新开采出的巷道空间进行支护；支架被运送至新开采的巷道后，通过控制左伸缩梁和右伸缩梁的伸展达到支护的宽度要求，通过控制伸缩支腿的伸展，使支架的顶梁抵住巷道顶部，同时伸缩支腿支住巷道底部，达到高度方向的支护要求。由此，支架的运送和支护都通过机械结构操作自动化完成，避免了现有技术中通过工人进入新开采巷道进行支护作业。

掘进机、转载机以及其二者之上设计的轨道，架设于轨道上的移动转载小车和可伸缩的支架共同组成的掘进支护系统将现有技术中由人工完成的新开采巷道支护工作变为机械化自动完成，且通过巷道顶部空间的利用避免了需掘进机停车后退的步骤，由此，与现有技术对比，本掘进支护系统提高了掘进工作的整体效率。

在一种优选的实施方式中，自掘进机顶部至转载机尾端顶部设置的轨道分为三段组合而成，分别为设置于掘进机上的第一轨道、设置于转载机上的第三轨道和第一轨道与第三轨道之间的第二轨道。对于掘进机与转载机的连接，其二者为独立的两套设备，故连接后必然存在共同移动时的随动偏移量，若置于其二者上部的轨道为一体结构，势必在使用中轨道的一体结构被颠覆。第二轨道分别与第一轨道和第三轨道衔接，衔接处如同掘进机与转载机的连接点，可以存在一定的偏移量。上方的轨道设置对应了掘进机与转载机的连接状态，互相协调移动，处于和谐状态。此处的第二轨道使整体轨道实现了随动偏移量的存在，具有柔性轨道的实质。

在一种优选的巷道支护方法中，掘进机的采掘工作照常进行，当采掘一个步距后出现一个新揭露的巷道顶板，此时已经从转载机尾端被移动转载小车经轨道运抵掘进机顶部的支架处于转运状态，即为左右和上下都处于收缩的状态，支架在新揭露的巷道顶板位置伸展左右和上下的结构，使左右宽度达到支护要求尺寸，使上下结构与巷道的顶板和地板分别相抵，达到支护状态。掘进机在此处完成自动化支护后，可以在不后退的情况下继续开始下一步开采工作。此巷道支护方法实现了机械自动化支护，且在支护工作进行时无需将完成开采工作的掘进机“倒车”。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明中掘进支护系统整体示意图；

图2为掘进机与转载机连接示意图；

图3为轨道设置于掘进机和转载机上的结构示意图；

图4为移动转载小车结构示意图；

图5为支架结构示意图；

其中，图1至图3中：掘进机—1、转载机—2、轨道—3、移动转载小车—4、支架—5、第一轨道—31、第二轨道—32、第三轨道—33

图4中：行走驱动机构—41、输送装置—42、调偏机构—43、伸缩机构—421、定位块—422、滑轨—431、基座板—432、固定臂—4211、滑动臂—4212、固定杆—4213、滑动杆—4214

图5中：顶梁—51、左伸缩梁—52、右伸缩梁—53、伸缩支腿—54

具体实施方式

本发明的核心是提供一种掘进支护系统，该掘进支护系统通过操作机械自动进行支护，且不需要掘进机和转载机后退以提供支护空间。从而提高整体掘进工作效率。本发明的另一核心是提供一种巷道支护方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图5。根据图中所示，在采掘工作所需的设备，即掘进机1和转载机2的顶部设置轨道3，轨道3由掘进机1顶部延伸至与掘进机1相连接的转载机2尾端的顶部，移动转载小车4设置于轨道3上并承托及转运支架5。其中，移动转载小车4包括在轨道3上行进的行走驱动机构41和对支架5定位和承托的输送装置42；支架5包括与巷道顶部接触的顶梁51、左伸缩梁52、右伸缩梁53和伸缩支腿54。

在本掘进支护系统中，支架5的数量为多个，且需要在支护状态和转运状态下呈现不同的结构姿态，具体地说，由掘进机1带动转载机2在井下巷道内采掘行进过程中，被开采的各个巷道横断面大体相当，与掘进机1头部的截割部件工作幅面相一致，即巷道横断面的宽度与高度基本保持不变。在掘进支护系统中与掘进机1配套使用的支架5在支护巷道的工作状态下，支架5结构的宽度与高度设置为与上述巷道横断面配合，保证高度方向对巷道顶部进行足够的支撑，同时保证宽度方向与巷道边侧壁相近，以便于巷道内的机械设备、被采掘的矿产以及人员的出入。多个支架5在每间隔一定距离便需要设置一个进行支护，且支护状态下结构尺寸相同，而本掘进支护系统需要将位于掘进机1和转载机2后部的、已经进行了永久支护位置的支架5转运至掘进机1最前部新开采揭露的巷道位置，处于支护工作结构的支架5势必在转运过程中与其它处于支护状态的支架5发生干涉，故需要通过控制支架5的左伸缩梁52和右伸缩梁53缩进以减少宽度，同时缩进伸缩支腿54以降低高度。完成操作后，支架5处于待转运状态。在高度降低的同时，顶梁51离开了顶部巷道壁且被承托在了已对位备好的移动转载小车4的定位块422上。移动转载小车4的输送装置42承载了支架5后，移动转载小车4的行走驱动机构41开始沿轨道3将支架5转运至新揭露出的巷道顶部需要支护的位置。需指出的是：1、处于转运姿态的支架5在转运过程中不与路径中其他处于支护状态的支架5发生碰撞，转运过程由移动转载小车4在轨道3上完成，不需要人工搬运；2、位于掘进机1和转载机2上部的巷道空间由掘进机1进行采掘作业时已经截割得到，故此空间内的轨道3、移动转载小车4以及支架5可以顺利通过。

支架5被转运到掘进机1头部新揭露的巷道位置后，通过控制操作使支架5由转运姿态转换至支护姿态，变化过程是上述变为转运姿态过程的逆过程。由于支架5向两侧的扩展及升高高度抵住巷道顶板的过程都是机械化自动完成的而不需工人到此位置进行人工操作，所以利用掘进机1周边的空间，支架便完成了支护工作，故掘进机1及配套设备不需要后退以留出工人进入的空间。

以上的方案与现有技术相比，避免了工人进入需进行支护的空间进行支护工作，进而不需要掘进机1及配套设备在开采一个步距后进行“倒车”作业。所以说本掘进支护系统实现了机械自动化支护，提高了开采工作的整体工作效率。

此外，由于新揭露巷道塌方概率远高于已支护位置的巷道，本掘进支护系统与现有技术相比，新揭露位置的巷道支护工作不需要工人进入此空间进行操作，提升了采掘生产的安全性。

在另一具体实施方式中，由于掘进机1与转载机2连接，而其二者为两套独立的设备，因此必然此连接为活动连接，即在连接状态下协同前进或后退行程中彼此间存在一定偏移量。设置于由掘进机1顶部至转载机2尾端顶部的轨道3如果为一体式结构，在轨道3的“路基”都存在前后偏移的状态下，一体式的轨道3必然出现扭曲甚至会使轨道3上移动的载体发生倾覆。本实施方式中将轨道3分为三段式：设置于掘进机1上的第一轨道31，设置于转载机2上的第三轨道33和与此二者连接的第二轨道32。第二轨道32与其它两条轨道的连接也存在一定量的偏移容量，由此设置，在掘进机1牵引转载机2移动时，所发生的颠簸偏移传递到轨道3后被第二轨道32两端的连接点实现偏移补偿，故此具有“柔性轨道”的含义，使第一轨道31、第二轨道32和第三轨道33的整体性不被破坏。掘进支护系统在实际运作过程中的可行性进一步提升。

另一个具体实施例中，轨道3设置为两条，通常的轨道运输以两条轨道3最为常见，实现了载体的平衡性移动，而特别对于第二轨道32需要补偿偏移情形，当设置为左右平行的两条轨道3后，左右两侧轨道3可能出现某一坐标点宽度随时变化的情形，此时，轨道3上的移动转载小车4设置为具有与两条轨道宽度变化随动功能的调偏机构43，调偏机构43包括几段与轨道方向垂直的滑轨431，分别设置于左右两条轨道3上方，且前后均有设置，当行进过程中两侧轨道3宽度发生变化时，位于一侧轨道3上方的滑轨431与另一侧轨道3上方对应的滑轨431发生相互距离的变化，形如“四轮独立悬挂的汽车，各轮随道路凸凹而随动。”横向设置的滑轨431之间设有“抽拉式”的基座板432，基座板432由各个位置的滑轨431支撑，即各个滑轨431间相对运动时，相当于只是基座板432的各个支撑点在变化滑动，而基座板432的整体性不受破坏。如此的设置，使基座板432以上的结构以及移动转载小车4上承托的支架5保证了平稳性。

另一个实施例中，移动转载小车4的最上部为伸缩机构421，伸缩机构421中的固定臂4211设置于基座板432上，与固定臂4211滑动配合的滑动臂4212可以相对于固定臂4211沿轨道3方向移动伸出或缩进，固定杆4213设置在固定臂4211上，相当于设置在固定臂4211上的一条“导轨”，滑动杆4214与固定杆4213嵌套并沿固定杆4213滑动，滑动杆4214的伸出端与活动臂4212的对应位置固连，旨在当滑动杆4214的部分长度滑出固定杆4213后，其滑出端仍有支撑，即滑动臂4212对滑动杆4214的伸出端支撑，固定臂4211通过固定杆4213对滑动杆4214的另一端支撑。如此设置，当设置于滑动杆4214上的定位块422承托支架5状态下，防止了滑动杆4214的受力变形。伸缩机构421的设置旨在移动转载小车4处于转载机2尾端的轨道3上准备承托由支护状态变化为转运状态的支架5时，可以调整定位块422的沿轨道方向的位置点，以便支架5降低高度过程中可以顺利准确地被定位块422定位承托。伸缩机构421可以在基座板432上左右设置两套，如此可以使得支架5被承托后保持左右平衡。通过对伸缩机构421的控制，避免了工人干预支架5位置的人工操作，进一步提升了机械自动化。

在一种巷道支护方法的实施例中，位于转载机2尾部的支架5在左右和高度方向收缩至转运姿态，移动转载小车4承托此支架5沿轨道3移动至掘进机1顶部，在掘进机1新开采的巷道位置，左伸缩梁52和右伸缩梁53各自伸展，使纵向的伸缩支腿54靠近巷道侧壁，伸缩支腿54伸出，顶起顶梁51，使顶梁51抵住巷道顶壁，完成支护。支架5的收缩与伸出，移动转载小车4的转运等机械动作替代了工人进入新采掘出的巷道空间进行支护作业，同时不需要掘进机1等设备“倒车”。提高了采掘工作整体的工作效率。另外，提高了工作安全性。

Claims (10)

1.一种掘进支护系统，包括：掘进机(1)，转载机(2)，所述转载机(2)与所述掘进机(1)的后部连接，其特征在于，还包括：

轨道(3)，所述轨道(3)一端设置于所述转载机(2)尾端顶部，另一端设置于所述掘进机(1)顶部；

移动转载小车(4)，所述移动转载小车(4)包括设置于所述轨道(3)上且沿所述轨道(3)前后移动的行走驱动机构(41)；定位和转运支架(5)的输送装置(42)；

所述支架(5)包括：用于在临时支护时支护巷道顶部的顶梁(51)；分别设置于所述顶梁(51)两端的左伸缩梁(52)与右伸缩梁(53)；分别设置于所述左伸缩梁(52)与所述右伸缩梁(53)上，且能够被所述输送装置(42)托举运输的伸缩支腿(54)；

所述轨道(3)包括设置于所述掘进机(1)上的第一段轨道(31)；设置于所述转载机(2)上部的第三段轨道(33)；连接于所述第一段轨道(31)与所述第三段轨道(33)之间的第二段轨道(32)，且所述第二段轨道(32)为柔性轨道。

2.如权利要求1所述的掘进支护系统，其特征在于，在所述第一段轨道(31)的首端及所述第三段轨道(33)的尾端分别设置防止所述移动转载小车脱轨的限位挡块。

3.如权利要求2所述的掘进支护系统，其特征在于，所述轨道(3)包括第一轨道与第二轨道，所述第一轨道和所述第二轨道相平行。

4.如权利要求3所述的掘进支护系统，其特征在于，所述移动转载小车(4)还包括设置于所述行走驱动机构(41)上，且在所述移动转载小车(4)移动过程中能够对各移动位置节点处轨道间距离修正补偿的调偏机构(43)。

5.如权利要求4所述的掘进支护系统，其特征在于，所述调偏机构(43)包括设置于所述行走驱动机构(41)上的滑轨(431)，所述滑轨包括位于所述第一轨道上方且垂直于所述第一轨道的第一滑轨和位于所述第二轨道上方且垂直于所述第二轨道的第二滑轨，所述第一滑轨和所述第二滑轨沿所述轨道方向前后分别设置两条；插接于所述第一滑轨和所述第二滑轨上且可相对于所述第一滑轨和/或第二滑轨相对运动的基座板(432)。

6.如权利要求5所述的掘进支护系统，其特征在于，设置于所述基座板(432)上的所述输送装置(42)包括沿所述轨道(3)方向伸缩的伸缩机构(421)和定位块(422)，所述定位块(422)设置于所述伸缩机构(421)顶部且随所述伸缩机构(421)的伸缩而移动。

7.如权利要求6所述的掘进支护系统，其特征在于，所述伸缩机构(421)包括滑动配合的固定臂(4211)和滑动臂(4212)，所述固定臂(4211)设置于所述基座板(432)上；所述伸缩机构(421)还包括固定杆(4213)和滑动杆(4214)，所述固定杆(4213)设置于所述固定臂(4211)上，所述滑动杆(4214)与所述固定杆(4213)嵌套且所述滑动杆(4214)的滑动端与所述滑动臂(4212)的伸出端固连；所述定位块(422)设置于所述滑动杆(4214)上。

8.如权利要求7所述的掘进支护系统，其特征在于，所述基座板(432)上包括两套互相平行且沿轨道方向左右设置的所述伸缩机构(421)，两套所述伸缩机构(421)分别设置于所述顶梁(51)下部近所述左伸缩梁(52)和近所述右伸缩梁(53)的位置。

9.如权利要求8所述的掘进支护系统，其特征在于，所述定位块(422)断面呈U形且轴线与所述轨道(3)方向垂直。

10.一种巷道支护方法，其特征在于，基于如权利要求1-9任一项所述的掘进支护系统，包括步骤：

1)掘进机(1)掘进一个步距，同时对转载机(2)尾端位置处于临时支护状态的巷道顶板进行永久支护；

2)位于转载机(2)尾端处已完成永久支护的位置的支架(5)由支护状态收缩至转运状态；

3)位于所述转载机(2)上的移动转载小车(4)承托所述支架(5)；

4)所述移动转载小车(4)输送所述支架(5)由所述转载机(2)尾端至所述掘进机(1)的顶部所处于的新截割出的空顶巷道部位；

5)在所述掘进机(1)掘进的步距位置，处于转运状态的所述支架(5)伸展至支护状态并与所述移动转载小车(4)脱离。