CN110259489A - 一种吊顶支护机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吊顶支护机器人，包括机车主架、用于供机车主架行走移动的行走轨道梁、用于安装围岩支护件的升降机械臂、用于辅助安装锚杆和打孔的辅助机械臂以及控制牵引装置，行走轨道梁吊装于巷道顶板上；控制牵引装置与机车主架连接，以便控制机车主架在行走轨道梁的行进；升降机械臂与机车主架连接，控制牵引装置与升降机械臂连接，以便控制升降机械臂的升降；辅助机械臂与机车主架连接，控制牵引装置与辅助机械臂连接，以便控制辅助机械臂及附属工具的辅助打钻孔、吊装、打锚杆和支护工作。本发明实现了围岩支护件的机械化安装过程，避免了人力安装，提高了巷道支护掘进的效率，且保证了生产过程的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及巷道支护技术领域，更具体地说，涉及一种吊顶支护机器人。
背景技术
随着经济的快速发展，社会对能源的需求日益增加，而浅部易开采资源日渐枯竭，矿井正逐渐向深部快速推进。
由于传统的锚网支护技术已经无法适应深部巷道稳定控制与低成本开采的需求，恒阻延长锚杆(索)、注浆锚杆(索)、W钢带、梯形钢梁、工字钢梁、金属菱形网、U型支架棚和混凝土喷砼等技术正逐渐应用于矿井施工中。
但是上述产品和技术施工方案工艺繁琐、人工劳动强度高，严重制约着巷道支护的效率。同时由于采用人力安装方式，在安装过程中巷道顶板只存在临时支护，安全隐患严重，容易出现顶板事故。
综上所述，如何提供一种安全高效的巷道支护产品，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种吊顶支护机器人，能够对巷道支护件进行机械化作业，避免了人力安装，提高了巷道支护掘进的效率，且保证了生产过程的安全性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种吊顶支护机器人，包括机车主架、用于供所述机车主架行走移动的行走轨道梁、用于安装围岩支护件的升降机械臂、用于辅助打孔和安装锚杆的辅助机械臂以及控制牵引装置，所述行走轨道梁吊装于巷道顶板上；
所述控制牵引装置与所述机车主架连接，以便控制所述机车主架在所述行走轨道梁的行进；
所述升降机械臂与所述机车主架连接，所述控制牵引装置与所述升降机械臂连接，以便控制所述升降机械臂托举所述围岩支护件至与巷道顶板接触以及控制所述升降机械臂复位；
所述辅助机械臂与所述机车主架连接，所述控制牵引装置与所述辅助机械臂连接，以便控制所述辅助机械臂辅助打孔和安装锚杆。
优选的，所述行走轨道梁吊装于所述围岩支护件上。
优选的，所述行走轨道梁上设置有在巷道掘进方向上贯通的凹槽，所述机车主架上设有卡接在所述凹槽内并可在所述凹槽移动的卡接部。
优选的，所述升降机械臂与所述机车主架铰接，且在所述机车主架与所述升降机械臂之间连接有与所述控制牵引装置连接的、长度可调节的第一调节装置，所述控制牵引装置通过控制所述第一调节装置的长度控制所述升降机械臂的高度。
优选的，所述第一调节装置包括锁链。
优选的，所述升降机械臂包括用于与所述机车主架连接的第一臂和用于安装顶板上所述围岩支护件的托举平台，所述托举平台垂直于巷道掘进方向上的两个侧面上设有用于安装立帮上所述围岩支护件的竖直安装件。
优选的，所述辅助机械臂包括与所述机车主架铰接的臂座、用于放置锚杆并将锚杆插入围岩的锚杆安装座，以及连接所述臂座与所述锚杆安装座的连接杆，所述连接杆的长度可以伸缩；
所述连接杆与锚杆安装座铰接，且在所述连接杆与所述锚杆安装座之间设置有长度可调节的第二调节装置，所述第二调节装置的一端与所述连接杆连接，另一端与所述锚杆安装座连接。
优选的，所述辅助机械臂的数量与所述升降机械臂单次安装的所述围岩支护件的数量相同。
优选的，还包括可转动连接于所述机车主架四周、用于在所述机车主架停车时增强结构稳定性的支撑腿，所述机车主架上设有用于放置所述支撑腿的安装槽，所述支撑腿与所述控制牵引装置连接。
本发明提供的吊顶支护机器人，包括机车主架、用于供机车主架行走移动的行走轨道梁、用于安装围岩支护件的升降机械臂、用于辅助安装锚杆和打孔的辅助机械臂以及控制牵引装置，行走轨道梁吊装于巷道顶板上；控制牵引装置与机车主架连接，以便控制机车主架在行走轨道梁的行进；升降机械臂与机车主架连接，控制牵引装置与升降机械臂连接，以便控制升降机械臂托举围岩支护件至与巷道顶板接触以及控制升降机械臂复位；辅助机械臂与机车主架连接，控制牵引装置与辅助机械臂连接，以便控制辅助机械臂辅助打孔和安装锚杆。
在巷道掘进过程中，控制牵引装置控制机车主架在行走轨道梁上沿巷道掘进方向行走，机车主架运动至行走轨道梁的末端后，控制牵引装置控制安装有围岩支护件的升降机械臂的高度升高，直至围岩支护件与围岩表面接触，控制牵引装置控制辅助机械臂对围岩进行打孔、并通过锚杆将围岩支护件固定于围岩表面；然后控制牵引装置控制辅助机械臂与升降机械臂复位，在巷道顶板上吊装行走轨道梁，则机车主架可以继续沿巷道掘进方向前进。
因此，本发明实现了围岩支护件的机械化安装过程，避免了人力安装，提高了巷道支护掘进的效率，且保证了生产过程的安全性。
同时，由于吊顶支护机器人的行走和工作区域在巷道顶板上，不会对连采机、掘进机、装载机和皮带运输机等的地面设备的施工过程产生干扰，各自独立运行交替接续支护工作，进一步提高了巷道支护掘进的效率。
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为本发明所提供的吊顶支护机器人的具体实施例一的结构示意图；
图2为本发明所提供的吊顶支护机器人的具体实施例二的结构示意图。
图1-图2中：
1为行走轨道梁、2为机车主架、3为升降机械臂、4为控制牵引装置、5为围岩支护件、6为辅助机械臂。
具体实施方式
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。
本发明的核心是提供一种吊顶支护机器人，能够对巷道支护件进行机械化作业，避免了人力安装，提高了巷道支护掘进的效率，且保证了生产过程的安全性。
请参考图1-图2，图1为本发明所提供的吊顶支护机器人的具体实施例一的结构示意图；图2为本发明所提供的吊顶支护机器人的具体实施例二的结构示意图。
需要指出的是，本申请文件中提到的锚杆，并非特指锚杆，而是泛指锚杆锚索一类表面围岩支护工具；本申请文件中提到的巷道，也并非特指巷道，而是包括巷道、隧道一类工作环境。
本发明提供的吊顶支护机器人，包括机车主架2、用于供机车主架2行走移动的行走轨道梁1、用于安装围岩支护件5的升降机械臂3、用于辅助安装锚杆和打孔的辅助机械臂6以及控制牵引装置4，行走轨道梁1吊装于巷道顶板上；控制牵引装置4与机车主架2连接，以便控制机车主架2在行走轨道梁1上的行进；升降机械臂3与机车主架2连接，且控制牵引装置4与升降机械臂3连接，以便控制升降机械臂3托举围岩支护件5至与巷道顶板接触以及控制升降机械臂3复位；辅助机械臂6与机车主架2连接，且控制牵引装置4与辅助机械臂6连接，以便控制辅助机械臂6辅助打孔和安装锚杆。
行走轨道梁1吊装于巷道顶板上，是机车主架2的行进轨道。行走轨道梁1与巷道顶板之间，可以通过钢索连接，当然也可以通过其他方式连接。
机车主架2是吊顶支护机器人的主体，其上连接有升降机械臂3和辅助机械臂6。同时机车主架2与控制牵引装置4连接，受到控制牵引装置4的驱动，可沿行走轨道梁1移动。
升降机械臂3的前端伸出机车主架2，升降机械臂3上可放置围岩支护件5，升降机械臂3与控制牵引装置4连接，控制升降机械臂3升高以实现围岩支护件5的安装。
辅助机械臂6用于辅助在围岩上打孔以及辅助锚杆的安装，也可以辅助其他机械设备的操作使用。
在巷道掘进过程中，控制牵引装置4控制机车主架2在行走轨道梁1上沿巷道掘进方向行走，机车主架2运动至行走轨道梁1的末端后，控制牵引装置4控制安装有围岩支护件5的升降机械臂3的高度升高，直至围岩支护件5与围岩表面接触，控制牵引装置4控制辅助机械臂6对围岩进行打孔、并通过锚杆将围岩支护件5固定于围岩表面；然后控制牵引装置4控制辅助机械臂6与升降机械臂3复位，在巷道顶板上吊装行走轨道梁1，则机车主架2可以继续沿巷道掘进方向前进。
因此，本实施例实现了围岩支护件5的机械化安装过程，避免了人力安装，提高了巷道支护掘进的效率，且保证了生产过程的安全性。
同时，由于吊顶支护机器人的行走和工作区域在巷道顶板上，不会对连采机、掘进机、装载机和皮带运输机等的地面设备的施工过程产生干扰，各自独立运行交替接续支护工作，进一步提高了巷道支护掘进的效率。
此外，在回采期，吊顶支护机器人吊装于回采工作面的后方，可以配合大口径钻孔机和大型液压岩石劈裂机，实现了机械液压可控式切顶留巷，且吊顶支护机器人可支护沿空留巷的破碎顶板巷道，实现了巷道支护的整体快速和高效安全。尤其是配合抗冲击锚索，可以获得更好地支护效果，实现回采、掘进一次高效的新式采煤法。
优选的，围岩支护件5可以为可回收托盘，以便对围岩支护件5进行重复使用，以降低开采成本。
在回采期，控制牵引装置4控制机车主架2在行走轨道梁1沿远离巷道掘进面的方向运动，直至机车主架2距巷道掘进面有一段行走轨道梁1的距离，拆除吊装于巷道顶板上的上述行走轨道梁1后，控制牵引装置4控制升降机械臂3上升，直至与可回收托盘的表面接触，去除固定围岩支护件5的锚杆上的固定件后，可回收托盘脱离围岩表面，由升降机械臂3将其拆卸回收；然后机车主架2继续向远离巷道掘进面的方向运动，重复上述步骤。
可回收托盘5支护强度和尺寸大小根据实际生产的需要进行设计。依据成本、强度和结构性能等因素，可以合理选择纯金属结构、金属骨架混凝土结构和金属骨架新材料结构等多种结构作为可回收托盘5的结构。
优选的，可以将行走轨道梁1吊装于围岩支护件5上，合理利用了围岩支护件5作为吊装点，避免了在围岩上直接吊装行走轨道梁1的额外施工。
在上述实施例的基础上，为了实现机车主架2在行走轨道梁1上的移动，可在行走轨道梁1上设置有在巷道掘进方向上贯通的凹槽，在机车主架2上设有卡接在凹槽内并可在凹槽内移动的卡接部。
卡接部可以是在凹槽内运动的凸起，也可以是包裹凹槽的滑块。
优选的，行走轨道梁1可以为工字梁结构，卡接部为安装在工字梁结构上的滑块，结构简单、便于制造。
优选的，卡接部可以贯通机车主架2的长度方向，以增大机车主架2与行走轨道梁1的接触面积，减小机车主架2的重量对行走轨道梁1的压力。
在本实施例中，由于控制牵引装置4与机车主架2连接，因此控制牵引装置4可以通过卡接部在凹槽内的移动，控制机车主架2在行走轨道梁1上的移动。
当然，机车主架2与行走轨道梁1之间还可以通过其他方式连接，比如在机车主架2上设有可在行走轨道梁1上滑动的吊环结构。
在上述实施例的基础上，为了实现升降机械臂3的升降，升降机械臂3可以与机车主架2铰接，并在机车主架2与升降机械臂3之间连接有与控制牵引装置4连接的、长度可调节的第一调节装置，控制牵引装置4通过控制第一调节装置的长度控制升降机械臂3的高度。
升降机械臂3与机车主架2铰接，使得升降机械臂3可在与巷道掘进面垂直的平面内相对机车主架2转动，从而实现升降机械臂3的高度的变化。
升降机械臂3与机车主架2的连接位置，可以是机车主架2远离巷道掘进面的一端，当然机车主架2上的其他位置，只要满足连接强度的要求并使升降机械臂3的前端位于机车主架2的前方即可。需要进行说明的是，此处机械升降臂3的前端是指机械升降臂3靠近巷道掘进面的一端，前方指靠近巷道掘进面的方向。
第一调节装置可以是控制油缸，如电动推杆，可以是其他结构，如钢索。
优选的，第一调节装置可以包括锁链，结构简单、成本较低。
在本实施例中，控制牵引装置4通过控制第一调节装置的长度，改变了机车主架2与升降机械臂3之间的距离，使得升降机械臂3绕铰接点转动，从而改变了升降机械臂3的高度。
在上述实施例的基础上，升降机械臂3可以包括用于与机车主架2连接的第一臂和用于安装顶板上围岩支护件5的托举平台，托举平台垂直巷道掘进方向上的两个侧面上设有用于安装立帮上围岩支护件5的竖直安装件。
托举平台上可以放置若干个待安装的围岩支护件5，可对多个支护顶板的围岩支护件5同时进行安装。托举平台的长度小于巷道的宽度，其具体长度，由单次可安装的围岩支护件5的数量和围岩支护件5在巷道宽度方向的长度决定。
优选的，可以将托举平台的长度设计为可调节的，以便根据不同的巷道情况调节托举平台的长度。
为了实现托举平台的长度调节，可以在托举平台下方设置与控制牵引装置连接的、长度可调节的长度调节装置，长度调节装置的两端分别与托举平台长度方向上的两端连接，控制牵引装置可以利用长度调节装置的长度改变托举平台的长度。
长度调节装置可以是电动推杆，可以液压缸，当然也可以是具备相似功能的其他结构。
竖直安装件可以是与围岩支护件5插接的连接杆，当然也可以是其他结构。
在上述实施例的基础上，对辅助机械臂6的结构进行限定，辅助机械臂6可以包括与机车主架2铰接的臂座、用于放置锚杆的锚杆安装座，以及连接臂座与锚杆安装座的连接杆，连接杆的长度可调节；连接杆与锚杆安装座铰接，且在连接杆与锚杆安装座之间设置有第二调节装置，第二调节装置的一端与连接杆连接，另一端与锚杆安装座连接。
在安装锚杆过程中，控制牵引装置4控制臂座在垂直巷道高度的平面内转动，使得臂座的前端和升降机械臂3上围岩支护件5上的锚杆安装孔的连线与巷道的长度方向平行；控制牵引装置4控制连接杆伸长，使得连接杆与锚杆安装座的铰点与升降机械部3上围岩支护件5上锚杆安装孔的连线，与巷道的高度方向平行；控制牵引装置4控制第二调节装置的长度，使得锚杆安装座与巷道的高度方向平行；锚杆自锚杆安装座内通过围岩支护件5上的逐渐插入围岩内。
优选的，锚杆可以为恒阻延长锚杆，使得通过吊顶支护机器人搭建的支护体系可以具备恒阻延展性能和高效注浆加固性能。
优选的，第二调节装置可以为控制油缸，比如电动推杆，操作简便且占用的体积较小。
优选的，辅助机械臂6的数量可以与升降机械臂3单次安装的围岩支护件5的数量相同。
在上述实施例的基础上，为了增强机车主架2停车时的结构稳定性，可以在机车主架2四周可以可转动地设置有支撑腿，在机车主架2上设有用于放置支撑腿的安装槽，支撑腿与控制牵引装置4连接。在机车主架2停车时，控制牵引装置4控制支撑腿从安装槽内转出并抵接在围岩上，以增强结构稳定性。
需要进行说明的是，本申请文件中所提到的第一调节装置和第二调节装置中的第一和第二，仅用于区分位置的不同，而不含对顺序的限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的吊顶支护机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种吊顶支护机器人，其特征在于，包括机车主架(2)、用于供所述机车主架(2)行走移动的行走轨道梁(1)、用于安装围岩支护件(5)的升降机械臂(3)、用于辅助打孔和安装锚杆的辅助机械臂(6)以及控制牵引装置(4)，所述行走轨道梁(1)吊装于巷道顶板上；
所述控制牵引装置(4)与所述机车主架(2)连接，以便控制所述机车主架(2)在所述行走轨道梁(1)的行进；
所述升降机械臂(3)与所述机车主架(2)连接，所述控制牵引装置(4)与所述升降机械臂(3)连接，以便控制所述升降机械臂(3)托举所述围岩支护件(5)至与巷道顶板接触以及控制所述升降机械臂(3)复位；
所述辅助机械臂(6)与所述机车主架(2)连接，所述控制牵引装置(4)与所述辅助机械臂(6)连接，以便控制所述辅助机械臂(6)辅助打孔和安装锚杆。
2.根据权利要求1所述的吊顶支护机器人，其特征在于，所述行走轨道梁(1)吊装于所述围岩支护件(5)上。
3.根据权利要求2所述的吊顶支护机器人，其特征在于，所述行走轨道梁(1)上设置有在巷道掘进方向上贯通的凹槽，所述机车主架(2)上设有卡接在所述凹槽内并可在所述凹槽移动的卡接部。
4.根据权利要求3所述的吊顶支护机器人，其特征在于，所述升降机械臂(3)与所述机车主架(2)铰接，且在所述机车主架(2)与所述升降机械臂(3)之间连接有与所述控制牵引装置(4)连接的、长度可调节的第一调节装置，所述控制牵引装置(4)通过控制所述第一调节装置的长度控制所述升降机械臂(3)的高度。
5.根据权利要求4所述的吊顶支护机器人，其特征在于，所述第一调节装置包括锁链。
6.根据权利要求5所述的吊顶支护机器人，其特征在于，所述升降机械臂(3)包括用于与所述机车主架(2)连接的第一臂和用于安装顶板上所述围岩支护件(5)的托举平台，所述托举平台垂直于巷道掘进方向上的两个侧面上设有用于安装立帮上所述围岩支护件(5)的竖直安装件。
7.根据权利要求6所述的吊顶支护机器人，其特征在于，所述辅助机械臂(6)包括与所述机车主架(2)铰接的臂座、用于放置锚杆并将锚杆插入围岩的锚杆安装座，以及连接所述臂座与所述锚杆安装座的连接杆，所述连接杆的长度可以伸缩；
所述连接杆与锚杆安装座铰接，且在所述连接杆与所述锚杆安装座之间设置有长度可调节的第二调节装置，所述第二调节装置的一端与所述连接杆连接，另一端与所述锚杆安装座连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的吊顶支护机器人，其特征在于，所述辅助机械臂(6)的数量与所述升降机械臂(3)单次安装的所述围岩支护件(5)的数量相同。
9.根据权利要求8所述的吊顶支护机器人，其特征在于，还包括可转动连接于所述机车主架(2)四周、用于在所述机车主架(2)停车时增强结构稳定性的支撑腿，所述机车主架(2)上设有用于放置所述支撑腿的安装槽，所述支撑腿与所述控制牵引装置(4)连接。
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