CN109595022B - 煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿回采巷道的掘进，具体为煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统。煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统，掘锚一体机上布置临时支护结构、13台钻机、送网机构和拖网机构。采用多钻机同时作业，分段支护来提高支护效率，利用吊运定法循环往复运动实现送网、上钢带；本掘进系统掘进方法流程：机组截割→清煤→临时前探支护升起，同步铺网送钢带→及时支护→稳定补支→循环结束，剩余角锚杆、最下排护帮锚杆由配套锚杆钻车完成。本发明使用快速掘进系统后月均进尺可达到到800—1000米，并且采用锚杆、锚索、钢带、网片联合支护方式，满足巷道的支护要求。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿回采巷道的掘进，具体为煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统。
背景技术
现煤巷综掘主要有两种机型，EBZ系列纵轴式掘进机和掘锚一体机，其中EBZ系列纵轴式掘进机适用性强，技术成熟，使用普遍，月平均进尺为180—280米，但未集成锚杆（索）钻机，支护作业用时占整个作业用时的80%以上，使用集成锚杆（索）钻机的掘锚一体机月平均进尺400-480米，但适应性较差，对掘进巷道地质条件要求较严。而随着回采工艺的不断发展和成熟，煤巷综掘的单进水平现在已无法满足矿井的生产需要，严重影响煤矿的采掘接替。
发明内容
为克服掘锚一体机在复杂地质条件下掘进效率和支护效率的不足，本发明提供了煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统。该系统不仅能适应复杂地质条件，而且集成多台锚杆（索）钻机，并配备自动送网、送钢带机构，提高掘进和支护效率。
本发明是采用如下的技术方案实现的：煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统，掘锚一体机上布置临时支护结构、13台钻机、送网机构和拖网机构。
临时支护结构包括顶护板、4根支顶油缸、2个支护架体、4个支地油缸和滑靴，支护架体采用键和螺栓固定在掘锚一体机铲板两侧，支护架体的上端和下端分别连接支顶油缸和支地油缸，支顶油缸上铰接顶护板，支地油缸上铰接滑靴，锚护作业时，支地油缸伸出，滑靴受力触底、支顶油缸伸出，拖动顶护板护住巷道顶板，起到支护和辅助支撑的作用，利于掘锚一体机进行锚杆支护作业，掘锚一体机掘进作业时，支地油缸缩回，滑靴收回、支顶油缸缩回，顶护板收回，利于整机向前掘进或向后移动。临时支护用于掘锚机锚护作业时，支护巷道顶板和保护工作人员的作用，防止顶板塌落或落石等。
13台钻机在掘锚一体机上分五排分布，第一排布置4台顶锚杆钻机，第二排布置2台侧帮锚杆钻机，第三排布置3台顶锚杆钻机，第四排布置2台侧帮锚杆钻机，第五排布置2台锚索钻机，采用多钻机同时作业，分段支护来提高支护效率。
送网机构包括2个后支架组件、左滑道、左支架组件、送网机构左连接座、右滑道、右支架组件、送网机构右连接座、驱动架、拖网架；送网机构左连接座、送网机构右连接座采用键和螺栓的形式固定在临时支护结构的支护架体上，左支架组件和右支架组件分别固定在送网机构左连接座、送网机构右连接座上，驱动架通过螺栓连接固定在掘锚一体机后支撑上，后支架组件固定在驱动架上，左滑道前端通过销轴与左支架组件铰接，后端下面浮搁在后支架组件的托辊上，通过左右顶丝调整左滑道的位置；右滑道前端通过销轴与右支架组件铰接，后端下面浮搁在后支架组件的托辊上，通过左右顶丝调整右滑道的位置；左、右滑道上分别都设置有可在滑道上滑动的马达驱动座，马达驱动座上设置有导向杆孔，拖网架支撑在左、右滑道的驱动座上，拖网架上的导向杆位于导向杆孔内；锚护作业时，工人将钢带和锚网放在拖网架上，马达驱动座上的驱动马达将拖网架由零位通过齿轮齿条驱动向前运动，当末位接近开关检测到信号时马达停止运动，拖网架停止在拖网机构托盘座上方，由拖网机构顶起拖网架进行锚护作业，拖网架上的导向杆起到导向作用；当锚护作业结束后，拖网机构下降，驱动马达将拖网架由末位通过齿轮齿条驱动向后运动，当零位接近开关检测到信号时马达停止运动，拖网架停止在零位位置。掘锚一体机掘进作业时，送网机构一直在零位位置，等待下一次的锚护作业命令。送网机构用于掘锚机锚护作业时，将钢带和锚网自动送到锚杆（锚索）工作位，减轻了井下工人的劳动强度，同时拖网架都由接近开关控制其位置，提高了锚杆的位置精确度，从而大大提高了巷道的锚护强度及效率。
拖网机构包括托盘座、2个托盘架、2个拖网油缸和2个导杆，托盘架通过螺栓连接固定在临时支护结构的顶护板上，托盘架上设置有导杆孔，拖网油缸固定在托盘架上，托盘座固定在拖网油缸上，托盘座上的导杆插入到托盘架上的导杆孔内，锚护作业时，拖网油缸伸出，拖动托盘座将送网机构拖网架（包括钢带和锚网）顶起，与巷道顶面接触，进行锚护作业。掘锚机掘进作业时，拖网油缸缩回，托盘座组件收回，等待下一次的锚护作业命令。
本掘进系统掘进方法流程：机组截割→清煤→临时前探支护升起，同步铺网送钢带→及时支护→稳定补支→循环结束，剩余角锚杆、最下排护帮锚杆由配套锚杆钻车完成；及时支护：由第一排4台顶锚杆钻机完成，同时施工第一排4根顶锚杆；稳定补支：由第二排2台侧帮锚杆钻机、第三排3台顶锚杆钻机、第四排2台侧帮锚杆钻机和第五排2台锚索钻机完成。
该掘进方法具体步骤包括：
1、截割及临时支护：巷道掘进采用掘锚一体机，当掘锚一体机截割部进刀后，机组集成的临时支护结构升起，随着机组进刀向前行进，临时支护结构向前移；
2、支护作业：
（1）当掘锚一体机截割部第三次进刀结束后开始进行第一循环支护；首先由四台顶锚杆钻机施工第一循环支护中的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（2）当掘锚一体机截割部第四次进刀结束后开始进行第二循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第二循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，同时由另外三台顶锚杆钻机补打第一循环支护中的2、4、6号顶锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并施工第一循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（3）当掘锚一体机截割部第五次进刀结束后开始进行第三循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第三循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第二循环支护a、b号锚索钻孔、4号顶锚杆钻孔及第一循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第二循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，上述的a号锚索钻孔位于1号、3号锚杆钻孔之间， b号锚索钻孔位于5号、7号锚杆钻孔之间；
（4）当掘锚一体机截割部第六次进刀结束后开始进行第四循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第四循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第三循环支护2、4、6号顶锚杆钻孔、第二循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔、第二循环支护与第三循环支护间的E号、F号锚索钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第三循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（5）当掘锚一体机截割部第七次进刀结束后开始进行第五循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第五循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第四循环支护a、b号锚索钻孔、4号顶锚杆钻孔及第三循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第四循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，上述的a号锚索钻孔位于1号、3号锚杆钻孔之间， b号锚索钻孔位于5号、7号锚杆钻孔之间；
（6）当掘锚一体机截割部第八次进刀结束后开始进行第六循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第六循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第五循环支护2、4、6号顶锚杆钻孔、第四循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔、第四循环支护与第五循环支护间的E号、F号锚索钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第五循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
如此反复进行循环支护，循环结束后剩余角锚索、最下排护帮锚杆由后配套锚杆钻车完成。
上述的煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统，顶板锚杆采用Φ22×2500mm的螺纹钢锚杆，配合的托盘为130×130×10mm的蝶形托盘；顶板锚索采用Φ21.8×8000mm的钢绞线，配合的托板为250×250×16mm的钢板；顶板钢带采用5100×280×3mm的W形钢带；顶板和非回采帮的网片采用Φ4×100×100mm菱形金属网；非回采帮锚杆采用Φ20×2000mm的螺纹钢锚杆，配合的托板为450×280×3mm的W形钢带；回采帮锚杆采用Φ22×2200mm的玻璃钢锚杆，配合的网片为塑料网；角锚索采用Φ21.8×8000mm的钢绞线，配合的托板为1000mm的11#矿用工字钢。
本发明使用快速掘进系统后月均进尺可达到到800—1000米，并且采用锚杆、锚索、钢带、网片联合支护方式，满足巷道的支护要求。
附图说明
图1为第一循环支护施工顶板钻孔示意图。
图2为第二循环支护施工顶板钻孔示意图。
图3为第二循环支护施工左帮支护示意图。
图4为第二循环支护施工右帮支护示意图。
图5为第三循环支护施工顶板钻孔示意图。
图6为第三循环支护施工左帮支护示意图。
图7为第三循环支护施工右帮支护示意图。
图8为第四循环支护施工顶板钻孔示意图。
图9为第四循环支护施工左帮支护示意图。
图10为第四循环支护施工右帮支护示意图。
图11为巷道支护断面图。
图12为巷道支护平面示意图。
图13为临时支护结构示意图。
图14为图13的侧视图。
图15为送网机构的结构示意图。
图16为图15的俯视图。
图17为拖网机构的结构示意图。
图18为图17的侧视图。
图中：1-顶护板，2-支顶油缸，3-支护架体，4-支地油缸，5-滑靴，6-后支架组件，7-左滑道，8-左支架组件，9-送网机构左连接座，10-右滑道，11-驱动架，12-拖网架，13-后支撑，14-托盘座，15-托盘架，16-拖网油缸，17-导杆。
具体实施方式
将掘进巷道分为截割区、临时支护区、及时支护区、稳定补支区、控制区和后勤补给区，实现一掘、一护、一网、一支同步协同作业。
（一）十三臂掘锚一体机掘进系统
1、截割：采用现有掘锚一体机截割方式，即使用横向可伸缩截割部全断面一次截割成巷，最大截割宽度为5400mm（4800mm+2×300mm可伸缩部）、截割部直径为1120mm、截割高度范围为3500—3700mm，每循环分两次截割，每次截割400—500mm。
2、临时支护：截割部与锚杆（索）钻机有机械尺寸限制，导致截割后空顶距离较大，难以做到及时支护，在顶板破碎或过地质构造时顶板管理难度较大，安装临时支护结构，支撑强度大于21KN/㎡，护顶面积均不小于4.32㎡（4.8×0.9），为安全顺利过地质构造提供有力保障。
3、锚杆（索）钻机群：根据掘锚一体机掘进情况分析，现制约掘进效率的关键仍是支护，为减少支护所用时间，提升支护效率，须实现多台钻机同步平行作业，掘锚一体机机身共布置13台锚杆（索）钻机，采用多钻机同时作业，分段支护来提高支护效率。
（1）及时支护：由第一排4台顶锚杆钻机完成，同时施工第一排4根顶锚杆。
（2）稳定补支：由第二排2台侧帮锚杆钻机、第三排3台顶锚杆钻机、第四排2台侧帮锚杆钻机和第五排2台锚索钻机完成。
4、送网机构和拖网机构：采用吊装运法，通过机械装置实现自动托送网及上钢带。
（二）快速掘进工艺
本发明工艺流程：机组截割→清煤→临时前探支护护架升起（同步铺网送钢带）→及时支护→稳定补支→循环结束（用时30-40分钟）（剩余角锚杆、最下排护帮锚杆由后配套锚杆钻车完成）
1、截割及临时支护：巷道掘进采用掘锚一体机，当掘锚一体机截割部进刀后，机组集成的临时支护结构同时升起，随着机组进刀向前行进，临时支护结构向前移；
2、支护作业：
（1）当掘锚一体机截割部第三次进刀结束后开始进行第一循环支护；首先由四台顶锚杆钻机施工第一循环支护中的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（2）当掘锚一体机截割部第四次进刀结束后开始进行第二循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第二循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，同时由另外三台顶锚杆钻机补打第一循环支护中的2、4、6号顶锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并施工第一循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（3）当掘锚一体机截割部第五次进刀结束后开始进行第三循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第三循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第二循环支护a、b号锚索钻孔、4号顶锚杆钻孔及第一循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第二循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，上述的a号锚索钻孔位于1号、3号锚杆钻孔之间， b号锚索钻孔位于5号、7号锚杆钻孔之间，
（4）当掘锚一体机截割部第六次进刀结束后开始进行第四循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第四循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第三循环支护2、4、6号顶锚杆钻孔、第二循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔、第二循环支护与第三循环支护间的E号、F号锚索钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第三循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（5）当掘锚一体机截割部第七次进刀结束后开始进行第五循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第五循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第四循环支护a、b号锚索钻孔、4号顶锚杆钻孔及第三循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第四循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，上述的a号锚索钻孔位于1号、3号锚杆钻孔之间， b号锚索钻孔位于5号、7号锚杆钻孔之间；
（6）当掘锚一体机截割部第八次进刀结束后开始进行第六循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第六循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第五循环支护2、4、6号顶锚杆钻孔、第四循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔、第四循环支护与第五循环支护间的E号、F号锚索钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第五循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
如此反复进行循环支护，循环结束后剩余角锚索、最下排护帮锚杆由后配套锚杆钻车完成。
4、支护设计需满足的设计要求：
（1）顶板锚杆：采用Φ22×2500mm的螺纹钢锚杆，配合的托盘为130×130×10mm的蝶形托盘；
（2）顶板锚索采用Φ21.8×8000mm的钢绞线，配合的托板为250×250×16mm的钢板；
（3）顶板钢带采用5100×280×3mm的W形钢带；
（4）顶板和非回采帮的网片：采用Φ4×100×100mm菱形金属网；
（5）非回采帮锚杆：采用Φ20×2000mm的螺纹钢锚杆，配合的托板为450×280×3mm的W形钢带；
（6）回采帮锚杆：采用Φ22×2200mm的玻璃钢锚杆，配合的网片为塑料网；
（7）角锚索采用Φ21.8×8000mm的钢绞线，配合的托板为1000mm的11#矿用工字钢。
Claims (2)
1.煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统，其特征在于掘锚一体机上布置临时支护结构、13台钻机、送网机构和拖网机构；
其中临时支护结构包括顶护板（1）、支顶油缸（2）、2个支护架体（3）、支地油缸（4）和滑靴（5），2个支护架体（3）采用键和螺栓分别固定在掘锚一体机铲板两侧，支护架体（3）的上端和下端分别连接支顶油缸（2）和支地油缸（4），支顶油缸（2）上铰接顶护板（1），支地油缸上铰接滑靴（5）；
13台钻机在掘锚一体机上分五排分布，第一排布置4台顶锚杆钻机，第二排布置2台侧帮锚杆钻机，第三排布置3台顶锚杆钻机，第四排布置2台侧帮锚杆钻机，第五排布置2台锚索钻机，采用多钻机同时作业，分段支护来提高支护效率；
送网机构包括2个后支架组件（6）、左滑道（7）、左支架组件（8）、送网机构左连接座（9）、右滑道（10）、右支架组件、送网机构右连接座、驱动架（11）和拖网架（12）；送网机构左连接座（9）、送网机构右连接座采用键和螺栓的形式固定在临时支护结构的支护架体（3）上，左支架组件（8）和右支架组件分别固定在送网机构左连接座（9）、送网机构右连接座上，驱动架（11）通过螺栓连接固定在掘锚一体机后支撑（13）上，后支架组件（6）固定在驱动架（11）上，左滑道（7）前端通过销轴与左支架组件铰接，后端设置在后支架组件上；右滑道（10）前端通过销轴与右支架组件铰接，后端设置在后支架组件上；左、右滑道上分别都设置有可在滑道上滑动的马达驱动座，马达驱动座上设置有导向杆孔，拖网架（12）支撑在左、右滑道的驱动座上，拖网架上的导向杆插入导向杆孔内，其中一个滑道上还设置有零位接近开关和末位接近开关；
拖网机构包括托盘座（14）、2个托盘架（15）、拖网油缸（16）和导杆（17），托盘架（15）通过螺栓连接固定在临时支护结构的顶护板（1）上，托盘架（15）上设置有导杆孔，拖网油缸（16）固定在托盘架上，托盘座（14）固定在拖网油缸（16）上，托盘座（14）上的导杆插入到托盘架（15）上的导杆孔内，托盘座（14）位于拖网架的下方；
本掘进系统掘进方法流程：机组截割→清煤→临时支护结构升起和同步铺网送钢带→及时支护→稳定补支→循环结束，剩余角锚杆、最下排护帮锚杆由后配套锚杆钻车完成；及时支护：由第一排4台顶锚杆钻机完成，同时施工第一排4根顶锚杆；稳定补支：由第二排2台侧帮锚杆钻机、第三排3台顶锚杆钻机、第四排2台侧帮锚杆钻机和第五排2台锚索钻机完成；
该掘进方法具体步骤包括：
1、截割及临时支护：巷道掘进采用掘锚一体机，当掘锚一体机截割部进刀后，机组集成的临时支护结构升起，随着机组进刀向前行进，临时支护结构向前移；
2、支护作业：
（1）当掘锚一体机截割部第三次进刀结束后开始进行第一循环支护；首先由四台顶锚杆钻机施工第一循环支护中的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（2）当掘锚一体机截割部第四次进刀结束后开始进行第二循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第二循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，同时由另外三台顶锚杆钻机补打第一循环支护中的2、4、6号顶锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并施工第一循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（3）当掘锚一体机截割部第五次进刀结束后开始进行第三循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第三循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第二循环支护a、b号锚索钻孔、4号顶锚杆钻孔及第一循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第二循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，上述的a号锚索钻孔位于1号、3号锚杆钻孔之间， b号锚索钻孔位于5号、7号锚杆钻孔之间，
（4）当掘锚一体机截割部第六次进刀结束后开始进行第四循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第四循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第三循环支护2、4、6号顶锚杆钻孔、第二循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔、第二循环支护与第三循环支护间的E号、F号锚索钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第三循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
（5）当掘锚一体机截割部第七次进刀结束后开始进行第五循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第五循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第四循环支护a、b号锚索钻孔、4号顶锚杆钻孔及第三循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第四循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，上述的a号锚索钻孔位于1号、3号锚杆钻孔之间， b号锚索钻孔位于5号、7号锚杆钻孔之间；
（6）当掘锚一体机截割部第八次进刀结束后开始进行第六循环支护，首先由四台顶锚杆钻机施工第六循环支护的1、3、5、7号锚杆钻孔，安装并紧固锚杆，并补打第五循环支护2、4、6号顶锚杆钻孔、第四循环支护两帮剩余帮锚杆钻孔、第四循环支护与第五循环支护间的E号、F号锚索钻孔，安装并紧固锚索、锚杆，同时施工第五循环支护两帮上部帮锚杆钻孔，安装并紧固锚杆；
如此反复进行循环支护，循环结束后剩余角锚索、最下排护帮锚杆由后配套锚杆钻车完成。
2.根据权利要求1所述的煤矿回采巷道十三臂掘锚一体机掘进系统，其特征在于：顶板锚杆采用Φ22×2500mm的螺纹钢锚杆，配合的托盘为130×130×10mm的蝶形托盘；顶板锚索采用Φ21.8×8000mm的钢绞线，配合的托板为250×250×16mm的钢板；顶板钢带采用5100×280×3mm的W形钢带；顶板和非回采帮的网片采用Φ4×100×100mm菱形金属网；非回采帮锚杆采用Φ20×2000mm的螺纹钢锚杆，配合的托板为450×280×3mm的W形钢带；回采帮锚杆采用Φ22×2200mm的玻璃钢锚杆，配合的网片为塑料网；角锚索采用Φ21.8×8000mm的钢绞线，配合的托板为1000mm的11#矿用工字钢。
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