CN104912554A - 一种带压自移式掘支机组及带压自移方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带压自移式掘支机组及带压自移方法。所述掘支机组包括支护部分、掘进部分和连接部分，支护部分和掘进部分通过连接部分连接。支护部分包括顶梁十字滑块、带压推移油缸、金属网固定架、底座，底座上装有两台以上锚杆钻机、液压动力系统和电控系统。掘进部分包括铲板、切割稳定油缸和前后机架。固定于顶梁上的销轴可在十字滑块孔中滑移，在带压推移油缸的推动下实现顶梁的带压推移。掘支机组前移过程中，对顶板没有反复支撑，使巷道围岩保持稳定。顶梁带压推移过程中，可以将挂在顶梁尾端的金属网卷自动铺设在巷道顶板上。在掘支机组自移到位后，掘进和锚杆支护可平行作业，从而达到快速成巷、降低劳动强度、保证安全生产的目的。

Description

一种带压自移式掘支机组及带压自移方法

技术领域

本发明属于巷道设备制造和应用领域，涉及巷道掘进成巷的行走作业机械，特别涉及一种巷道掘进成巷中在临时支护区域可实现带压自移的掘支机组及带压自移方法。

背景技术

目前中国的掘进巷道中，中等稳定以下顶板占有率超过60％以上，采用传统锚杆支护方式，操作者必须在无支护的煤壁前端作业，顶板掉矸现象、煤壁片帮现象时有发生，因此顶板越破碎其安全隐患越大。

现有掘进设备用于目前煤矿综采准备巷道的成巷速度一般是300-400m/月，据统计，在一个掘进循环周期中，破煤与装运约占20％的时间，支护与铺网约占60％的时间，检修与出矸约占20％的时间。我国煤矿综合机械化开采技术取得突飞猛进的发展，综采工作面日产量先后已突破4万吨，对综采准备巷道的成巷速度要求越来越高。

目前中国巷道掘进主要装备掘进机的可靠性得到进一步提高，但只解决了切割、装运机械化，而锚杆支护是在未支护的空顶区用煤电钻打眼作业、铺金属网是用手工作业办法来完成，低效率与安全隐患并存。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种在巷道掘进过程中，可实现切割装运、锚杆支护、铺金属顶网三项工序平行作业的带压自移式掘支机组及带压自移方法，以提高巷道成巷速度，降低劳动强度，保证安全生产。

一种带压自移式掘支机组，其特征在于包括：支护部分、掘进部分和连接部分。所述支护部分和掘进部分由连接部分连接。其中：所述支护部分包括顶梁、前支撑油缸固定架、十字滑块、带压推移油缸、导向柱、金属网固定架、网卷、支撑梁、底座、立柱。支撑梁的一端与底座连接，另一端通过十字滑块与顶梁连接。立柱的一端与底座连接，另一端支撑在支撑梁的中部，支撑力通过支撑梁传导到顶梁上。带压推移油缸的两端分别与顶梁和支撑梁连接。在顶梁上安装有前支撑油缸固定架和金属网固定架。底座上固定有两台以上锚杆支护钻机、液压动力系统和电控系统，在底座前端左右两侧各固定一个掘进操作台，底座两侧有与连接部分推移千斤顶连接的连接耳。

掘进部分包括铲板、切割稳定油缸和前后机架；在铲板的两侧有两个以上与连接部分前支撑油缸连接的连接装置；铲板的后端两侧有与连接部分推移千斤顶连接的连接耳；在前后机架上安装了四根切割稳定油缸，用于保证掘进部分切割强硬度岩体时的稳定性。

连接部分包括连接顶梁和铲板的两根以上的前支撑油缸及支撑柱，连接底座和铲板的两根推移千斤顶。

进一步地，所述支撑梁与顶梁通过一个十字滑块及两根相互垂直销轴连接，固定安装在顶梁上的带压推移的导向柱作为十字滑块的纵向销轴，在带压推移油缸的作用下，导向柱在十字滑块的孔中滑移，带动顶梁完成带压推移动作。顶梁在向前推移的过程中，由于受到立柱支撑力的传导作用始终处于带压状态。

进一步地，所述顶梁尾部安装的金属网固定架上挂有金属网卷，当所述顶梁向前移动时，金属网卷自动旋转，将金属网铺设在巷道顶板上。

进一步地，所述切割稳定油缸的轴线与掘支机组前移方向垂直。

进一步地，所述掘支机组还包括位于已锚固好的金属网下面的两个锚杆支护操作台。

进一步地，连接部分也可以不包括支撑柱，即连接部分包括连接顶梁和铲板的两根以上的前支撑油缸，连接底座和铲板的两根推移千斤顶。

所述带压自移式掘支机组进行带压自移的方法，包括以下步骤：

步骤1，掘支机组正常切割装运、顶板锚固支护作业完成一个步距的阶段，将其设置为初始状态；

步骤2，顶梁带压推移：操作带压推移油缸，推动顶梁，使固定在顶梁上的导向柱在十字滑块上的孔中向前滑动，直至限位；

步骤3，推移千斤顶推动掘进部分向前移动：操作推移千斤顶，推动掘进部分向前移动；

步骤4，推移千斤顶拉动支护部分向前移动：拉动前，先使前支撑油缸切换至支撑状态，后使立柱切换至浮动状态；在支护部分中除顶梁外的部件完全不承受顶板压力情况下，操作推移千斤顶，拉动所述支护部分向前移动；

步骤5，恢复初始状态：操作立柱由浮动状态切换至支撑状态并操作前支撑油缸由支撑状态切换至浮动状态，使机组所有部件恢复初始状态。

其中，步骤2、3、4所述动作移动的距离相等。

进一步地，重复执行步骤1～5两次，完成一个掘进切割移动步距的自移。

进一步地，步骤1、5所述的初始状态为：所述带压推移油缸处于缩回状态，立柱处于支撑状态；所述两根推移千斤顶处于缩回状态，前支撑油缸与巷道底板呈垂直状态，且前支撑油缸的上下腔与系统回油相通呈浮动状态。

进一步地，为保证自移的准确性，采用电液控制形式完成带压自移所涉及的带压推移油缸、推移千斤顶、前支撑油缸和立柱的各项动作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明所述的带压自移式掘支机组，以其可带压自移的特征对巷道掘进迎头到可实现机械化锚杆支护约5米左右的顶板距离实现了无损坏性支护，将掘支机组现有切割装运功能、机械化锚杆支护功能、自动铺设顶网功能，实现了同步作业。将在一个掘进循环周期中，切割装运占用20％时间、锚杆支护和铺金属网占用60％时间的比例进行了重新分配，在本发明的多台锚杆钻机可同时作业的情况下，其巷道的成巷速度在同等条件下可提高100％以上。

(2)本发明所述的带压自移式掘支机组是以巷道成巷作业为主的一种可行走机械，设备每日向前推进距离不超过50米，本发明以油缸推进的带压自移方式取代液压马达加减速器的驱动方式，使设备在功能不变的情况下结构更加简单，即减少了能源消耗又节约了设备成本；同时油缸推进的带压自移方式与液压马达加减速器的驱动方式比较，更加容易实现电液智能化控制，对煤矿采掘智能化的技术提升起到积极地推动作用。

(3)本发明所述的带压自移式掘支机组，将掘进操作人员的位置设置在支护部分底座最前端的顶梁之下，既安全视线又好；锚杆支护操作人员在已锚固好的金属网下工作。掘进操作台和锚杆支护操作台均设计为左右两个操作台，当一台设备只设置两人操作时，两人可左右交替分别进行掘进切割和锚杆支护作业。

(4)本发明所述的带压自移式掘支机组的底座前端3～4米的距离为无人作业区，巷道成巷的每一道工序均不需要人工在此作业，而现有技术在锚杆支护作业时，操作者必须站在该位置在无支护的煤壁前端作业，因此，本发明可使人工在操作上更加安全。

(5)本发明所述的带压自移式掘支机组的顶梁带压前移时，即可将挂在顶梁尾端的金属网自动铺设在顶板上，此功能取代了铺设顶网的人工作业现有技术，进一步提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例煤矿巷道用带压自移式掘支机组主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明实施例支护部分主视图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明实施例掘进部分主视图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明实施例支护部分中顶梁、前支撑油缸固定架、“十字头”连接件、金属网固定架及网卷主视图；

图8为图7的K向逆时针旋转90度视图；

图9为本发明实施例支护部分底座、操作台、液压动力系统、电气系统、配重块主视图；

图10为图9的俯视图。

图中：1—支护部分，10—顶梁，11—前支撑油缸固定架，12—十字滑块，13—带压推移油缸，14—导向柱，15—金属网固定架，16—网卷，17—支撑梁，18—底座，180—锚杆支护钻机，181—液压动力系统，182—电控系统，183—配重块，184—掘进操作台，19—立柱；2—掘进部分，20—铲板，21—切割稳定油缸，22—炮头，23—切割部，24—前后机架，25—刮板输送机；30推移千斤顶，31支撑柱，32—前支撑油缸。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。该实施例只用于对本发明做进一步说明，并不限制本发明的保护范围。

本发明实施例涉及一种用于煤矿巷道的带压自移式掘支机组，其结构如图1～10所示，包括：支护部分1、掘进部分2和连接部分。所述述支护部分1和掘进部分2由连接部分连接。

支护部分1包括顶梁10、前支撑油缸固定架11、十字滑块12、带压推移油缸13、导向柱14、金属网固定架15、网卷16、支撑梁17、底座18、立柱19。

掘进部分2包括铲板20、切割稳定油缸21、炮头22、切割部23、前后机架24和刮板输送机25。

连接部分包括连接顶梁10和铲板20的两根以上前支撑油缸32及支撑柱31，连接底座18和铲板20的两根推移千斤顶30。当前支撑油缸32及支撑柱31对顶梁10实施支撑时，可将掘进部分2固定并以此为支点通过两根推移千斤顶30拉动支护部分1前移，推移千斤顶30又可以支护部分1为支点推动掘进部分2前移。

作为另一实施例，连接部分也可以不包括支撑柱31，使前支撑油缸32与铲板20直接连接。

本发明以油缸推进的带压自移方式取代液压马达加减速器的驱动方式，使设备在功能不变的情况下结构更加简单，既减少了能源消耗又节约了设备成本。此外，全部以油缸推进的带压自移方式更容易实现电液智能化控制，对煤矿采掘智能化的技术提升有积极的推动作用。

如图3、图4所示，支撑梁17左右两侧各一个，每个支撑梁17的一端与底座18连接，另一端通过十字滑块12与顶梁10连接。两个立柱19设置在左右两侧，每个立柱19的缸底端与底座18连接，另一端支撑在支撑梁17的中部，支撑力可通过支撑梁17传导到顶梁10上。支撑梁17与立柱19的数量均不限于两个，可以是一个，也可以是多个。支撑梁17与顶梁10的连接采用十字连接结构，固定在顶梁10上的导向柱14是十字连接结构的纵向销轴。带压推移油缸13的两端分别与顶梁10和支撑梁17连接，当带压推移油缸13以支撑梁17为支点推动顶梁10时，固定于顶梁10上的导向柱14可在十字滑块12的孔中向前滑移，以完成带压推移顶梁10的动作。顶梁带压推移功能的实施，避免了顶梁卸载前移时顶梁对顶板的反复卸载与反复支撑，可使巷道掘进迎头到可实施机械化锚杆支护5米左右距离的顶板实施无损坏性支护，使巷道围岩保持稳定，保证了巷道锚杆支护质量。

如图5、图6所示，掘进部分2涉及切割装运的机械结构，采用现有掘进机结构，不做详细说明。在铲板20的后端两侧增加了与推移千斤顶30连接的连接耳。在掘进部分2的前后机架24上安装了四根切割稳定油缸21，以保证掘进部分切割硬煤(岩)的稳定性；掘进部分前后机架24需落地行走，因此，需在现有掘进机机架的基础上增加落地高度。

如图7、图8所示，在顶梁10上固定有前支撑油缸固定架11、十字滑块12、带压推移油缸13、导向柱14；前支撑油缸固定架11与连接部分的四根前支撑油缸32连接，以实现前支撑油缸对顶梁的支撑；十字滑块12将顶梁10与支撑梁17实现了双自由度连接，其中纵向于顶梁10的一根十字结构连接销轴在图中称作导向柱14，导向柱14既有连接十字滑块12与顶梁10的作用，同时顶梁10带着导向柱14又可在十字滑块12的孔中滑动，在带压推移油缸13作用下实现顶梁的带压推移。在顶梁10向前推移动作的全过程中，由于受到立柱19支撑力的传导作用始终处于带压状态，甚至当顶板出现上下起伏顶梁10需波浪前移时，由于机组的液压系统可使立柱19内的油液自动溢流和自动补油，也可保证立柱的支撑力始终处于恒压状态。

如图7、图8所示，在顶梁10上固定有金属网固定架15、网卷16；在两个顶梁上固定的金属网固定架15，可装三卷为金属的网卷16，两个顶梁10尾部下各挂一卷，两个顶梁10之间挂一卷。当金属网片锚固到巷道顶板上后，在顶梁10前移时，缠绕的网卷16将自动旋转，实现顶梁前移中的自动铺网。网卷16顺巷道纵向铺设，搭接处留有100mm的搭接量，网与网之间的连接采取人工联网完成。自动铺网功能取代了铺设顶网的人工作业现有技术，进一步提高了工作效率。

如图9、图10所示，所述支护部分1的底座18上固定有两组液压动力系统181，一组电控系统182，在底座18前端左右两侧各固定有掘进操作台184。锚固支护操作台也是分左右操作台，这样在左右位置的操作人员可分别交替进行掘进切割和锚杆支护作业，掘进操作人员的位置设置在支护部分底座18的最前端顶梁之下，既安全视线又好。锚杆支护操作人员是在已锚固好的金属网下工作，由于操作人员均处在安全防护条件下下作业，因此，本发明所述的带压自移式掘支机组的底座前端3～4米的距离可设为无人作业区，巷道成巷的每一道工序均不需要人工在此作业。底座18设计采取了桥式结构，在底座18中间桥下放置掘进部分的前后机架24，支护部分1与掘进部分2相对移动时，底座中间侧板与前后机架24相互导向，保证掘支机组近似直线行走。

采用上述掘支机组进行带压自移的方法，包括以下步骤：

步骤1，设置初始状态。

掘支机组正常切割装运煤炭、顶板锚固支护作业完成一个步距的阶段设定为初始状态：所述带压推移油缸13处于缩回状态，所述立柱19处于支撑状态；所述两根推移千斤顶30处于缩回状态，所述四根前支撑油缸32与巷道底板呈近似垂直状态，且油缸上下腔与系统回油相通呈浮动状态。

步骤2，顶梁10带压推移。

操作带压推移油缸13，推动顶梁10，使固定在顶梁10上的导向柱14在静止不动的十字滑块12上的孔中向前滑动，直至限位。此时，前支撑油缸32上的铰点在顶梁10带动下向前移动，前支撑油缸32变为斜置状态且油缸仍处于浮动状态；挂在顶梁10尾部的金属网卷16自动铺设相等距离；其它部件保持初始状态。

步骤3，推移千斤顶30推动掘进部分2向前移动。

操作推移千斤顶30，推动掘进部分2向前移动，移动距离与顶梁带压推移距离相等。此时，处于浮动状态的前支撑油缸32又恢复近似垂直状态。

步骤4，推移千斤顶30拉动支护部分1向前移动。

拉动前，先使前支撑油缸32切换至支撑状态，后使立柱19切换至浮动状态；此时,顶梁对顶板的支撑力由前支撑油缸32承担，由于前支撑油缸32下端与铲板20连接，因此铲板20乃至整个掘进部分2均处于固定状态；在支护部分1中由于立柱19处于浮动状态，支护部分除顶梁10外的其它部件完全不承受顶板压力；此时，操作推移千斤顶30，以处于固定状态的掘进部分2为支点，拉动完全不承受顶板压力的支护部分1向前移动，移动距离与上述两个动作距离相等。所述支护部分向前移动过程中，顶梁10不动，十字滑块12沿顶梁10上的导向柱滑动，带压推移油缸13被动缩回。

步骤5，恢复初始状态。

支护部分1拉动到位后，先操作立柱19切换至支撑状态，后操作前支撑油缸32切换至浮动状态。

步骤6，完成一个切割步距。

按照步骤1～5的动作再操作一次，完成一个切割步距的自移，炮头22接触待切割岩体。

为保证自移的准确性，采用电液控制形式完成带压自移所涉及的带压推移油缸13、推移千斤顶30、前支撑油缸32和立柱19的各项动作。

步骤7，正常切割装运煤炭和顶板锚固支护作业。

操作推移千斤顶30，将切割机构的炮头22切入煤壁一个步距，而后操作固定在前后机架24上的四根切割稳定油缸撑在巷道两帮煤(岩)壁上，以保证切割硬煤、硬岩时掘进部分的稳定性，然后即可操作切割部23及炮头22上下左右切割煤炭。切割煤炭过程中前支撑油缸32呈倾斜状态，切割煤炭完成一个步距后，收缩切割稳定油缸21和推移千斤顶30，将掘进部分拉回一个步距，使掘支机组再次处于初始状态，以进行下一个正常自移动作。在切割煤炭的全部过程中，支护部分1处于静止不动状态，安装在支护部分上的多台锚杆支护钻机可同时进行锚固支护作业。

掘支机组切割装运功能和机械化锚杆支护功能实现同步作业，可将在一个掘进循环周期中，切割装运占用20％时间、锚杆支护和铺金属网占用60％时间的比例进行重新分配。在本发明的多台锚杆钻机可同时作业的情况下，其巷道的成巷速度在同等条件下可提高100％以上。

本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种带压自移式掘支机组，其特征在于包括：支护部分(1)、掘进部分(2)和连接部分；所述支护部分(1)和掘进部分(2)由连接部分连接；其中：

支护部分(1)包括顶梁(10)、前支撑油缸固定架(11)、十字滑块(12)、带压推移油缸(13)、导向柱(14)、金属网固定架(15)、网卷(16)、支撑梁(17)、底座(18)、立柱(19)；支撑梁(17)的一端与底座(18)连接，另一端通过十字滑块(12)与顶梁(10)连接；立柱(19)的一端与底座(18)连接，另一端支撑在支撑梁(17)的中部，支撑力通过支撑梁(17)传导到顶梁(10)上；带压推移油缸(13)的两端分别与顶梁(10)和支撑梁(17)连接；在顶梁(10)上安装有前支撑油缸固定架(11)和金属网固定架(15)；底座(18)上固定有两台以上锚杆支护钻机(180)、液压动力系统(181)和电控系统(182)，在底座(18)前端左右两侧各固定一个掘进操作台(184)，底座(18)两侧有与连接部分推移千斤顶(30)连接的连接耳；

掘进部分(2)包括铲板(20)、切割稳定油缸(21)和前后机架(24)；在铲板(20)的两侧有两个以上与连接部分前支撑油缸(32)连接的连接装置，铲板(20)的后端两侧设计有与连接部分推移千斤顶(30)连接的连接耳；在前后机架(24)上安装了四根切割稳定油缸(21)；

连接部分包括连接顶梁(10)和铲板(20)的两根以上的前支撑油缸(32)及支撑柱(31)，连接底座(18)和铲板(20)的两根推移千斤顶(30)。

2.根据权利要求1所述的带压自移式掘支机组，其特征在于，所述支撑梁(17)与顶梁(10)通过一个十字滑块(12)及两根相互垂直销轴连接，固定安装在顶梁(10)上的带压推移的导向柱(14)作为十字滑块(12)的纵向销轴，在带压推移油缸(13)的作用下，导向柱(14)在十字滑块(12)的孔中滑移，带动顶梁(10)完成带压推移动作；顶梁(10)在向前推移的过程中，由于受到立柱(19)支撑力的传导作用始终处于带压状态。

3.根据权利要求1所述的带压自移式掘支机组，其特征在于，所述顶梁(10)尾部安装的金属网固定架(15)上挂有金属网卷(16)。

4.根据权利要求1所述的带压自移式掘支机组，其特征在于，所述切割稳定油缸(21)的轴线与所述掘支机组前移方向垂直。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的带压自移式掘支机组，其特征在于，所述掘支机组还包括位于已锚固好的金属网下面的左右两个锚杆支护操作台。

6.根据权利要求1所述的带压自移式掘支机组，其特征在于，连接部分包括连接顶梁(10)和铲板(20)的两根以上的前支撑油缸(32)，连接底座(18)和铲板(20)的两根推移千斤顶(30)。

7.权利要求1所述带压自移式掘支机组进行带压自移的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，掘支机组正常切割装运、顶板锚杆支护作业完成一个步距的阶段，将其设置为初始状态；

步骤2，顶梁(10)带压推移：操作带压推移油缸(13)，推动顶梁(10)，使固定在顶梁(10)上的导向柱(14)在十字滑块(12)上的孔中向前滑动，直至限位；

步骤3，推移千斤顶(30)推动掘进部分(2)向前移动：操作推移千斤顶(30)，推动所述掘进部分(2)向前移动；

步骤4，推移千斤顶(30)拉动支护部分(1)向前移动：拉动前，先使前支撑油缸(32)切换至支撑状态，后使立柱(19)切换至浮动状态；在支护部分(1)中除顶梁(10)外的部件完全不承受顶板压力情况下操作推移千斤顶(30)，拉动所述支护部分(1)向前移动；

步骤5，恢复初始状态：操作立柱(19)由浮动状态切换至支撑状态并操作前支撑油缸(32)由支撑状态切换至浮动状态，使机组所有部件恢复初始状态；

所述步骤2、3、4的动作移动的距离相等。

8.根据权利要求7所述的带压自移的方法，其特征在于，重复执行步骤1～5两次，完成一个掘进切割的移动步距的自移。

9.根据权利要求7所述的带压自移的方法，其特征在于，步骤1、5所述的初始状态为：所述带压推移油缸(13)处于缩回状态，立柱(19)处于支撑状态；所述两根推移千斤顶(30)处于缩回状态，前支撑油缸(32)与巷道底板呈垂直状态，且前支撑油缸(32)的上下腔与系统回油相通呈浮动状态。

10.根据权利要求7～9任意一项所述的带压自移的方法，其特征在于，采用电液控制形式完成带压自移所涉及的带压推移油缸(13)、推移千斤顶(30)、前支撑油缸(32)和立柱(19)的各项动作。