CN110306999A - 门架式掘锚护一体机及其掘锚施工方法 - Google Patents

Abstract

一种门架式掘锚护一体机及其掘锚施工方法，包括掘进机、位于掘进机上方的门架机构、套装于门架机构顶梁内的设有上帮导柱的伸缩前梁，在伸缩前梁、上帮导柱、门架机构顶梁及掘进机后部分别设有第一、第二、第三、第四锚杆机，在铲装部两侧设有扩展铲板装置，在机架后部或后支撑部上设有侧向支撑装置。相应的掘锚施工方法为：当掘进机在前部以定位截割方式进行掘进作业的同时在掘进机后部进行顶锚索、下帮锚杆的打设，在掘进截割作业完成后及时对巷道前端刚暴露的顶板进行临时支护并完成顶锚杆、上帮锚杆的打设。本发明具有设备整体布局与结构合理、锚护作业效率高、锚护作业环节用人少、能实现巷道前部锚杆的及时锚护、能适应各种断面形状巷道的优点。

Description

门架式掘锚护一体机及其掘锚施工方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿巷道掘进与锚护设备技术领域，特别是涉及一种门架式掘锚护一体化装备及巷道掘锚施工方法。

背景技术

目前煤矿巷道掘进施工采用最为普遍的装备是悬臂式掘进机，并以悬臂式掘进机为基础演化出了满足锚杆锚索支护要求的各类掘锚机、掘锚护一体机。而与其配套的锚杆锚索支护施工方法主要有两种类型，第一种为“及时掘锚工法”：掘进机先进行掘进截割作业，完成一个掘进循环后停止掘进，及时对新暴露出的巷道顶板在临时支护装置防护下进行各类锚杆锚索的支护作业，掘进与锚护作业交替进行。这种工法的优点是锚护及时，锚护效果好，作业现场安全性高，能适应包括破碎顶板等各种复杂巷道地质条件。缺点是掘进与锚护作业需交替进行，且由于受设备前方空间的限制可布置的锚杆机数量较少，每台锚杆机需完成多根不同类型锚杆的施工，完成整个断面的锚护施工时间长，锚护作业效率低。第二种为“滞后掘锚工法”：掘进机在巷道前部连续掘进，在掘进机上方布置与掘进机同步前移的临时支护装置，在临时支护装置后部集中布置不同类型的锚杆机，掘进与锚护作业可同时进行。这种工法的优点是掘进与锚护作业并行，锚杆机布置数量多，锚护施工时间短，锚护作业效率高。缺点是巷道顶板不能及时锚护，滞后锚护效果不好，作业现场安全性较差，锚护作业环节用人多，只能适应巷道顶板完整的地质条件。现有技术中采用“及时掘锚工法”及设备的方案有：公告号为CN201443396U的掘锚护一体机、公布号为CN109681225A的岩巷龙门式掘锚护一体机、公告号为CN106194201B的掘锚护一体机、公布号为CN107725062A的掘锚护一体机。现有技术中采用“滞后掘锚工法”及设备的方案有：公告号为CN102704929B的一种掘锚钻一体化的掘锚机、公告号为CN102606153B的全密封煤巷掘锚同步机、公布号为CN107965319A的臂式智能截割掘锚平行一体机。

现阶段分别采用以上两种掘锚工法所形成的技术方案层出不穷，但均未得到有效应用与推广。究其内在原因主要在于所采用的掘锚工法局限性较大，与其相应的掘锚设备整体布局与结构不合理。因此研发高效实用的掘锚护一体施工装备及其工法仍然是业界最热门的课题之一。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种门架式掘锚护一体机及相应的掘锚施工方法，以解决现有技术中掘锚工法局限性大、掘锚设备整体布局与结构不合理、锚护作业时间长效率低、锚护作业环节用人多、滞后锚护效果不好、对巷道断面形状的变化适应性差等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种门架式掘锚护一体机，包括掘进机，掘进机包括机架、铰接于机架前上方的设有横向截割滚筒或纵向截割滚筒的截割部、铰接于机架前下方的铲装部、位于机架中部的运输机、位于机架左右侧下方的两个行走部和铰接于机架左右侧后部的两个后支撑部，所述门架式掘锚护一体机还包括位于机架上方可上下升降的门架机构和伸缩前梁，门架机构包括顶梁、左右两组垂直导向机构和左右两组立柱，垂直导向机构和立柱的底部与机架左右侧连接，垂直导向机构和立柱的顶部铰接在顶梁左右侧下方，伸缩前梁包括前横梁和固定在前横梁后侧的左右两个伸缩纵梁，伸缩纵梁从前方套装于顶梁内并能前后伸缩，在前横梁上设有数台第一锚杆机。第一锚杆机主要用于打设巷道顶板的顶锚杆。门架机构的作用在于，当掘进机处于截割作业时从垂直方向压紧掘进机，形成锚索和下帮锚杆施工的作业平台，当掘进机处于锚护作业时从垂直方向支撑已伸出的伸缩前梁，形成临时支护功能和顶锚杆、上帮锚杆施工的作业平台。

进一步地，在前横梁上还固定有横向导轨和左右两个上帮导柱，数个第一回转滑座套装于横向导轨内，数台第一锚杆机分别与第一回转滑座铰接，驱动第一回转滑座可带动第一锚杆机沿着前横梁左右移动，在上帮导柱上还设有第二锚杆机。

进一步地，在上帮导柱上还固定有竖向导轨，第二回转滑座套装于竖向导轨内，第二锚杆机分别与第二回转滑座铰接，驱动第二回转滑座可带动第二锚杆机沿着上帮导柱上下移动。第二锚杆机主要用于打设巷道侧帮上部的上帮锚杆。

进一步地，在前横梁的顶部还固定有数组间隔布置的前探支撑板，前探支撑板用于托举待锚的锚网及钢带并起到临时支护巷道顶板的功能，前探支撑板可采用弹性材料，以适应巷道顶板前端的不规则变化。在前横梁的两端还铰接有左右两个侧向支撑座II，侧支撑油缸II铰接在侧向支撑座II和上帮导柱之间，当侧支撑油缸II伸出后可带动左右两个侧向支撑座II外摆并横向支撑在巷道侧帮，从而限定前横梁及上帮导柱的横向位移，保证上帮锚杆施工时有可靠的横向定位。

进一步地，顶梁包括横梁，在横梁的两端固定有左右两个纵梁，伸缩纵梁配合套装在纵梁内并可通过伸缩油缸前后伸缩，在横梁上还设有第三锚杆机。

进一步地，在横梁上还固定有横向导轨，数个第三回转滑座套装于横向导轨内，数台第三锚杆机分别与第三回转滑座铰接，驱动第三回转滑座可带动第三锚杆机沿着横梁左右移动。第三锚杆机主要用于打设巷道顶板的顶锚索。

进一步地，在左右两个纵梁的后部还设有浮动支座，浮动支座包括数个支撑油缸，各支撑油缸之间的油管采用串联连接。由于实际巷道的顶板是不平整的，通过设置具有自动平衡功能的浮动支座，可使顶梁与巷道顶板间保持均衡受力，避免顶梁及伸缩前梁的扭曲变形。

进一步地，左右两组垂直导向机构还包括左右两个配合套装的内滑柱和外滑套，外滑套的底部与机架左右侧固定连接，内滑柱的顶部通过横向设置的销轴III铰接在顶梁左右侧下方并能前后摆动，左右两组立柱每组均分为前后两棵并分别布置在垂直导向机构的前后方，立柱下部铰接在机架的左右侧，立柱上部铰接在顶梁左右侧下方，当前后立柱伸缩行程不一致时顶梁相对机架可产生纵向倾角，以适应巷道顶板在纵向的角度变化。

作为本发明中垂直导向机构的另一种改进，左右两组垂直导向机构还包括左右两组四连杆机构和左右两个平衡油缸，四连杆机构的底部通过横向设置的销轴I与机架左右侧铰接连接并能前后摆动，四连杆机构的顶部通过横向设置的销轴III铰接在顶梁左右侧下方并能前后摆动，左右两棵立柱分别布置在四连杆机构的前方，立柱下部铰接在机架的左右侧，立柱上部铰接在顶梁左右侧下方，平衡油缸斜向铰接在顶梁与四连杆机构之间，调节平衡油缸的伸缩行程可使顶梁相对机架产生纵向倾角。

作为本发明中门架机构的另一种改进，门架机构还包括左右两个底座和左右两组斜拉油缸，左右两组垂直导向机构还包括左右两个配合套装的内滑柱和外滑套，内滑柱的底部通过横向设置的销轴I与左右底座铰接并能前后摆动，底座通过纵向设置的销轴II分别铰接在机架的左右侧并能左右摆动，外滑套的顶部通过纵向设置的销轴III铰接在顶梁左右侧下方并能左右摆动，两组斜拉油缸对称的斜向铰接在顶梁与左右两个外滑套之间，左右两组立柱每组均分为前后两棵并分别布置在垂直导向机构的前后侧，立柱的下部铰接在底座的上方，立柱的上部铰接在顶梁左右侧的下方，当左右立柱及左右斜拉油缸伸缩行程不一致时顶梁相对机架可产生横向倾角，当前后立柱伸缩行程不一致时顶梁相对机架可产生纵向倾角，以适应巷道顶板在横向与纵向的角度变化。

进一步地，在机架后部的左右侧还固定有左右两个下帮支座，在下帮支座上设有下帮导柱，在下帮导柱上设有第四锚杆机。

进一步地，在下帮支座与下帮导柱之间还设有前后调整机构，前后调整机构可采用纵向滑移机构或回转摆动机构。在下帮导柱上还固定有竖向导轨，第四回转滑座套装于竖向导轨内，第四锚杆机与第四回转滑座铰接，驱动第四回转滑座可带动第四锚杆机沿着下帮导柱上下移动。第四锚杆机主要用于打设巷道侧帮下部的下帮锚杆。通过前后调整机构可实现第四锚杆机的前后调整。

在以上所述各回转滑座与各锚杆机之间均铰接有摆动油缸，伸缩摆动油缸可调整锚杆机的横向摆角。

进一步地，在铲装部的左右侧还设有左右两组包括扩展铲板、扩展油缸的扩展铲板装置，扩展铲板装置可采用横向伸缩机构、上下翻转机构或侧向摆动机构实现扩展动作。

进一步地，在机架后部或后支撑部上还设有左右两组包括侧向支撑座I、侧支撑油缸I的侧向支撑装置，侧向支撑装置可采用侧向摆动机构、横向伸缩机构或斜向伸缩机构实现侧撑动作。通过在掘进机的前部设置扩展铲板装置和在后部设置侧向支撑装置，可使掘进机在截割作业时避免机体的横向摆动并实现定位截割。

进一步地，在截割部上还设有前探钻机。前探钻机用于在巷道前端打设前探孔。

进一步地，为保证定位截割时巷道截割端面尽量平齐，截割部还包括纵向伸缩机构。

进一步地，为便于施工人员的作业，在第一锚杆机的下端及上帮导柱的下端分别设有可折叠的操作踏板，为保证前端施工人员的作业安全，在第一锚杆机的前侧还设有可折叠的防护板。

进一步地，在上帮导柱内还可设置垂直支撑油缸，用于伸缩前梁的辅助支撑，以提高临时支护效果。

进一步地，在顶梁下侧和/或掘进机上还可设置进风管道和抽风除尘管道。

根据本发明的另一方面，还提供了一种巷道掘锚施工方法，适用于上述的门架式掘锚护一体机，巷道掘锚施工方法包括：

步骤一：驱动掘进机前行，截割部切入巷道端面一个排距；升起门架机构，伸出扩展铲板及侧向支撑座；截割部按照预定的轨迹摆动，以定位截割方式完成整个巷道端面一个排距的截割作业；在截割作业的同时，操作第三锚杆机、第四锚杆机完成一个排距的顶锚索及下帮锚杆的打设及锚护作业；

步骤二：降下门架机构，将钢带、锚网铺放在伸缩前梁的顶部；伸出伸缩前梁，升起门架机构，完成临时支护作业；操作第一锚杆机、第二锚杆机完成一个排距的顶锚杆及上帮锚杆的打设及锚护作业；降下门架机构，收回伸缩前梁，收回扩展铲板及侧向支撑座；

完成步骤二后重复步骤一，如此交替循环作业，直至完成整条巷道的掘锚施工。

本发明和已有技术相比，其积极有益效果是：

1.本发明通过采用可升降的门架机构、扩展铲板装置及侧向支撑装置的组合对掘进机进行上下左右的整体限位，避免掘进机在截割时因截割反力使机身产生摆动或跳动，使掘进机机身在定位截割作业时提供一个稳定的锚护作业平台，从而保证位于机身后部顶锚杆及上帮锚杆的锚护作业与前部的截割作业能同步进行。通过对掘进机的压紧限位，还可降低机身震动、提高截割效率、提高设备可靠性。

2.通过采用设有斜拉油缸的门架机构，使门架机构不仅具有很强的自稳定能力，还具有纵向和横向角度调节的能力，使顶梁能很好的适应巷道顶板不规则的形状变化，设备不仅可以适用于矩形和拱形断面巷道，还可以适用于梯形断面巷道。

3.通过采用门架机构，合理有效的利用了设备的上部空间，锚杆机的布置空间更大、布置数量更多、布置方式更合理，锚杆机可按特定的锚杆打设功能分区布置，将需要及时锚护的顶锚杆机和上帮锚杆机布置在设备的前部，将锚护及时性要求不高的顶锚索机与下帮锚杆机布置在设备的后部，前后交替施工，在不增加人员数量的前提下解决现有技术“及时掘锚工法”中锚杆机布置数量少、锚护作业效率低的问题。

4.通过采用设有第一锚杆机和第二锚杆机的大行程伸缩前梁，可在掘进机完成一个排距的截割作业后快速伸出伸缩前梁，及时完成巷道前部刚暴露出顶板区域的顶锚杆、上帮锚杆的锚护作业，可解决现有技术“滞后掘锚工法”中巷道锚护不及时、锚护效果不好的问题，使设备能适应破碎顶板等各种复杂地质条件的巷道掘锚施工作业要求。

5.通过采用掘进机在前部掘进截割作业的同时在掘进机后部进行顶锚索、下帮锚杆的打设，在掘进截割作业完成后及时对巷道前端刚暴露的顶板进行临时支护并完成顶锚杆、上帮锚杆的打设的工法，形成了一种综合了“及时掘锚工法”与“滞后掘锚工法”优点的新型掘锚工法，既能保证及时锚护作业，又能实现部分掘锚并行作业。新型掘锚工法中前部的锚护作业人员即为后部的锚护作业人员，锚护作业人员前后交替施工，充分利用作业时间，可解决现有技术“滞后掘锚工法”中锚护作业环节用人多的问题。

6.通过采用具有大支护宽度和高支护强度的伸缩前梁，可对刚暴露的巷道顶板起到更好的临时支护作用，具有更高的安全防护能力。

附图说明

以下结合附图与具体实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例一掘进截割状态(步骤一)的侧向视图；

图2是本发明实施例一前部锚护状态(步骤二)的侧向视图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2的正视图；

图5是实施例一门架机构的正视图；

图6是本发明实施例二前部锚护状态(步骤二)的侧向视图；

图7是图6的正视图；

图8是实施例二门架机构的正视图；

图9是图6中铲装部的A向视图；

图10是本发明实施例三前部锚护状态(步骤二)的侧向视图；

图11是图10的正视图；

图12是图10中掘进机的俯视图。

图13是第四锚杆机调整机构和扩展铲板装置的另一种布置方式的实施例。

图中：1.掘进机，1-1.机架，1-2.回转台，1-3.截割部，1-4.铲装部，1-4-1.扩展铲板，1-4-2.扩展油缸，1-5.运输机，1-6.行走部，1-7.后支撑部，1-7-1.后支撑座，1-7-2.后支撑油缸，1-7-3.侧向支撑座I，1-7-4.侧支撑油缸I，2.门架机构，2-1.顶梁，2-1-1.横梁，2-1-2.纵梁，2-1-3.浮动支座，2-1-4.支撑油缸，2-2.垂直导向机构，2-2-1.内滑柱，2-2-2.外滑套，2-2-3.四连杆机构，2-2-4.平衡油缸，2-3.立柱，2-4.底座，2-5.斜拉油缸，2-6.销轴I，2-7.销轴II，2-8.销轴III，3.伸缩前梁，3-1.前横梁，3-2.伸缩纵梁，3-3.上帮导柱，3-4.前探支撑板，3-5.侧向支撑座II，3-6.侧支撑油缸II，4.第一回转滑座，5.第一锚杆机，6.第二回转滑座，7.第二锚杆机，8.第三回转滑座，9.第三锚杆机，10.第四回转滑座，11.第四锚杆机，12.下帮支座，12-1.导向筒，13.下帮导柱，13-1.导向杆，13-2.调整油缸，14.前探钻机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，各实施例中的特征可以相互组合。本申请中采用的术语“掘锚”是掘进截割、锚杆锚索支护两个作业的缩略词。术语“掘锚护”是掘进截割、锚杆锚索支护、临时支护三个作业的缩略词。如无特别限定，一般情况下“掘锚”也包含“掘锚护”的内容。术语“锚护”是锚杆锚索支护作业的缩略词。术语“排距”指预先设定的前后两排锚杆之间的距离。顺序词“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。本申请中，使用的方位词如“前、后、左、右、上、下、纵、横”是以附图所示掘进机的方向确定的，并以掘进机行进方向作为前方，以掘进机前后方向作为纵向，上述方位词并不用于限制本发明。

下面参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例主要适用于顶底板在横向平行的矩形断面巷道场合。

参照附图1至图4，门架式掘锚护一体机包括悬臂式掘进机1，悬臂式掘进机1包括机架1-1、位于机架1-1上方的回转台1-2、铰接于回转台1-2前方的设有横向截割滚筒的悬臂式截割部1-3、铰接于机架1-1前下方的铲装部1-4、位于机架1-1中部的运输机1-5、固定于机架1-1左右侧下方的两个行走部1-6和铰接于机架1-1左右侧后部的两个后支撑部1-7。后支撑部1-7包括与机架1-1铰接的后支撑座1-7-1，后支撑油缸1-7-2铰接在机架1-1和后支撑座1-7-1之间。门架式掘锚护一体机还包括位于机架1-1上方可上下升降的门架机构2和伸缩前梁3。

进一步参照附图5，门架机构2包括顶梁2-1、左右两组垂直导向机构2-2和左右两组立柱2-3。左右两组垂直导向机构2-2包括左右两个配合套装的内滑柱2-2-1和外滑套2-2-2，外滑套2-2-2的底部与机架1-1左右侧固定连接，内滑柱2-2-1的顶部通过横向设置的销轴III2-8铰接在顶梁2-1左右侧下方并能前后摆动。垂直导向机构2-2的作用在于从纵横两个方向限定顶梁2-1的运动并提供必要的纵向横向支撑力。左右两组立柱2-3每组均分为前后两棵并分别布置在垂直导向机构2-2的前后方，立柱2-3下部铰接在机架1-1的左右侧，立柱2-3上部铰接在顶梁2-1的左右侧下方。当立柱2-3伸出时带动顶梁2-1上升，顶梁2-1在垂直导向机构2-2的限定下升起并支撑顶板，同时立柱2-3下部的支撑反力作用在机架1-1上并将掘进机1压紧在巷道底板上。当前后立柱2-3伸缩行程不一致时顶梁2-1相对机架1-1可产生纵向倾角，以适应巷道顶板在纵向的角度变化。

伸缩前梁3包括前横梁3-1和固定在前横梁后侧的左右两个伸缩纵梁3-2。伸缩纵梁3-2从前方套装于顶梁2-1内并能前后伸缩，在前横梁3-1的前侧固定有横向导轨，两个第一回转滑座4套装于横向导轨内，两台第一锚杆机5分别与两个第一回转滑座4铰接，驱动第一回转滑座4可带动第一锚杆机5沿着前横梁3-1左右移动，此驱动装置采用齿轮齿条机构。第一锚杆机5主要用于打设巷道顶板的顶锚杆。

在前横梁3-1的下侧还固定有左右两个上帮导柱3-3，在上帮导柱3-3的后侧固定有竖向导轨，第二回转滑座6套装于竖向导轨内，左右两台第二锚杆机7分别与第二回转滑座6铰接，驱动第二回转滑座6可带动第二锚杆机7沿着上帮导柱3-3上下移动，此驱动装置采用设置在上帮导柱3-3内的升降油缸。第二锚杆机7主要用于打设巷道侧帮上部的上帮锚杆。第二锚杆机7布置在上帮导柱3-3的后侧，可保证第一锚杆机5和第二锚杆机7在作业过程中相互不干涉并可同时作业，保证作业效率。此时第二锚杆机7滞后第一锚杆机5一个排距。

在前横梁3-1的顶部还固定有数组间隔布置的前探支撑板3-4。前探支撑板3-4之间的间隔距离用于打设顶锚杆时形成必要的锚杆通过空间，以及前横梁3-1缩回后避免挤压已打设好的顶锚杆尾端。在前探支撑板3-4的顶部还设有限定钢带前后位置的凹槽。前探支撑板3-4用于托举待锚的锚网及钢带，并起到临时支护巷道顶板的支护功能。前探支撑板3-4采用弹性材料制成，以适应巷道顶板前端的不规则变化。

在前横梁3-1的两端还铰接有左右两个侧向支撑座II3-5，侧支撑油缸II3-6铰接在侧向支撑座II3-5和上帮导柱3-3之间，当侧支撑油缸II3-6伸出可带动左右两个侧向支撑座II3-5外摆并横向支撑在巷道侧帮，从而限定前横梁3-1及上帮导柱3-3的横向位移，保证上帮锚杆施工时有可靠的横向定位。

门架机构2的顶梁2-1还包括横梁2-1-1，在横梁2-1-1的两端分别固定有左右两个纵梁2-1-2，伸缩纵梁3-2配合套装在纵梁2-1-2内并可通过设置在纵梁2-1-2内的伸缩油缸前后伸缩三个排距。在横梁2-1-1的后侧固定有横向导轨，两个第三回转滑座8套装于横向导轨内，两台第三锚杆机9分别与两个第三回转滑座8铰接，驱动第三回转滑座8可带动第三锚杆机9沿着横梁2-1-1左右移动，此驱动装置采用齿轮齿条机构。第三锚杆机9主要用于打设巷道顶板的顶锚索。为了避免横梁2-1-1的顶部挤压已打设好的顶锚杆尾端，横梁2-1-1的顶部应与巷道顶板保持适当距离。

在左右两个纵梁2-1-2的后部还分别设有左右两个浮动支座2-1-3，每个浮动支座2-1-3还包括四个支撑油缸2-1-4，四个支撑油缸2-1-4分两个一组左右对称的固定在纵梁2-1-2的左右侧，各支撑油缸2-1-4的顶部均与浮动支座2-1-3铰接，左右八个支撑油缸2-1-4之间的油管均采用串联连接，使每个支撑油缸2-1-4均具备浮动平衡性能。由于巷道的顶板是不平整的，通过设置具有自动平衡功能的浮动支座2-1-3，可使浮动支座2-1-3与巷道顶板间保持均匀的接触，并使顶梁2-1均衡受力，避免顶梁2-1及伸缩前梁3的扭曲变形。

门架机构2的作用在于，当掘进机1处于截割作业时从垂直方向压紧掘进机1，形成稳定的顶锚索和下帮锚杆施工作业平台；当掘进机1处于锚护作业时从垂直方向支撑已伸出的伸缩前梁3，形成临时支护功能和顶锚杆、上帮锚杆施工的作业平台。

在机架1-1后部的左右侧还固定有左右两个下帮支座12，在下帮支座12上设有下帮导柱13，在下帮支座12与下帮导柱13之间设有包括导向筒12-1、导向杆13-1和调整油缸13-2的纵向滑移机构。上下两个纵向平行的导向筒12-1设在下帮支座12内，下帮导柱13对应的也固定有上下两个纵向平行的导向杆13-1，固定有导向杆13-1的下帮导柱13从后侧配合套装在下帮支座12的导向筒内12-1，调整油缸13-2铰接在下帮支座12与下帮导柱13之间，伸缩调整油缸13-2可使下帮导柱13沿着导向筒12-1平行地前后纵向滑移。下帮导柱13上还固定有竖向导轨，第四回转滑座10套装于竖向导轨内，左右两台第四锚杆机11分别与第四回转滑座10铰接，驱动第四回转滑座10可带动第四锚杆机11沿着下帮导柱13上下移动，此驱动装置采用设置在下帮导柱内的升降油缸。第四锚杆机11主要用于打设巷道侧帮下部的下帮锚杆。纵向滑移机构用于第四锚杆机11的前后平行滑移调整。

在以上所述各回转滑座与各锚杆机之间均铰接有摆动油缸，伸缩摆动油缸可调整锚杆机在巷道横断面内的摆角。

在铲装部1-4的左右侧还设有左右两组包括扩展铲板1-4-1、扩展油缸1-4-2、伸缩导向杆的扩展铲板装置，伸缩导向杆和扩展油缸1-4-2设在在铲装部1-4与扩展铲板1-4-1之间并形成横向伸缩机构，扩展铲板1-4-1采用该横向伸缩机构完成横向平行伸缩的扩展动作。

在机架1-1后部的左右侧还设有左右两组包括侧向支撑座I1-7-3、侧支撑油缸I1-7-4的侧向支撑装置，侧向支撑座I1-7-3与机架1-1铰接，侧支撑油缸I1-7-4铰接在侧向支撑座1-7-3与机架1-1之间并形成侧向摆动机构，侧向支撑座I1-7-3采用该侧向摆动机构完成侧撑动作。通过在掘进机1的前部设置扩展铲板装置和在后部设置侧向支撑装置，可使掘进机1的前后部均被巷道的左右侧帮限定，避免在截割作业时机架1-1的横向摆动。

在巷道掘进过程中还需要定期的对巷道前方通过钻设前探孔来预先判定地质状况，因此在截割部1-3上还设有用于打设前探孔的前探钻机14。为保证巷道截割端面尽量平齐，截割部1-3还包括用于截割头伸缩的纵向伸缩机构。

进一步地，为便于施工人员的作业，在第一锚杆机5的下端及上帮导柱3-3的下端还分别设有与第一锚杆机、第二锚杆机配套的可折叠的操作踏板。为保证巷道前端施工人员的作业安全，在第一锚杆机5的前侧还设有可折叠的前端防护板。操作踏板及前端防护板在锚杆机作业时翻开，在掘进机截割作业时收起。

进一步地，在上帮导柱3-3内还可设置垂直支撑油缸，用于伸缩前梁3伸出后的辅助支撑，以提高临时支护效果。

进一步地，在顶梁2-1下侧和/或掘进机1上还设置有用于巷道通风和除尘的与掘进机1同时移动的进风管道和抽风除尘管道。

实施例二

本实施例主要适用于顶底板在横向不平行的梯形断面巷道场合。

参照附图6至图8，作为门架机构2的另一种改进，本实施例门架机构2包括顶梁2-1、左右两组垂直导向机构2-2、左右两组立柱2-3、左右两个底座2-4和左右两组斜拉油缸2-5。左右两组垂直导向机构2-2包括左右两个配合套装的内滑柱2-2-1和外滑套2-2-2，内滑柱2-2-1的底部通过横向设置的销轴I2-6与底座2-4铰接并能前后摆动，底座2-4通过纵向设置的销轴II2-7分别铰接在机架1-1的左右侧并能左右摆动。外滑套2-2-2的顶部通过纵向设置的销轴III2-8铰接在顶梁2-1左右侧下方并能左右摆动，两组斜拉油缸2-5对称的斜向铰接在顶梁2-1与左右两个外滑套2-2-2之间。通过设置铰接的底座2-4，使左右两个内滑柱2-2-1相对于机架1-1既能前后摆动又能左右摆动。通过设置斜拉油缸2-5，使顶梁2-1与左右两个外滑套2-2-2之间既能相互摆动又能相互限制。左右两组立柱2-3每组均分为前后两棵并分别布置在垂直导向机构2-2的前后侧，立柱2-3的下部铰接在底座2-4的上方，立柱2-3的上部铰接在顶梁2-1左右侧的下方。当左右立柱2-3及左右斜拉油缸2-5伸缩行程不一致时顶梁2-1相对机架1-1可产生横向倾角，以适应巷道顶底板在横向不平行的梯形巷道场合，当前后立柱2-3伸缩行程不一致时顶梁2-1相对机架1-1还可产生纵向倾角，以适应巷道顶板在纵向的角度变化。

本实施例中布置第二锚杆机7的竖向导轨固定在上帮导柱3-3的前侧，第二回转滑座6套装于竖向导轨内，左右两台第二锚杆机7分别与第二回转滑座6铰接。第二锚杆机7布置在上帮导柱3-3的前侧，可保证第二锚杆机7与第一锚杆机5在纵向处于相同的排位，用于在特殊地质条件不允许上帮锚杆滞后锚护时上帮锚杆的及时锚护。此时第一锚杆机5与第二锚杆机7在作业过程中将出现部分干涉，只能实现部分同时作业。

本实施例左右两个浮动支座2-1-3还可采用图示的另一种布置形式。此时每个浮动支座2-1-3设置前后两个支撑油缸2-1-4，支撑油缸2-1-4固定在纵梁2-1-2的中间，支撑油缸2-1-4的顶部与浮动支座2-1-3铰接，左右四个支撑油缸2-1-4之间的油管采用串联连接，每个支撑油缸2-1-4均具备浮动平衡功能。

如图9所示，本实施例扩展铲板装置的扩展动作采用上下翻转机构的方式，此时扩展铲板1-4-1的内侧与铲装部1-4的外侧通过纵向设置的铰接销铰接，扩展油缸1-4-2铰接在扩展铲板1-4-1与铲装部1-4之间，伸缩扩展油缸1-4-2可使扩展铲板1-4-1绕着纵向铰接销上下翻转实现扩展动作。

本实施例截割部1-3采用纵向截割滚筒的布置形式。

本实施例其他部分的结构与实施例一的结构相同。

实施例三

本实施例主要适用于顶板为圆弧形的拱形断面巷道场合。

参照附图10和图11，此时前横梁3-1为与圆弧形顶板相适应的拱形，在拱形前横梁3-1的前侧对称的铰接有四台第一锚杆机5，在前横梁3-1的后侧还对称的铰接有两台第一锚杆机5，铰接在前横梁3-1前后侧的六台第一锚杆机5可完成拱形巷道中部六个顶锚杆的打设，其中前侧的锚杆机与后侧的锚杆机交错布置。在前横梁3-1上不再设置横向导轨、第一回转滑座4、上帮导柱3-3、第二锚杆机7和侧向支撑座II3-5。在前横梁3-1与第一锚杆机5之间均铰接有用于调整锚杆机横向摆角的摆动油缸。

本实施例中两台第三锚杆机9左右对称的铰接在横梁2-1-1的前侧，且该第三锚杆机9也未设横向导轨不能横向移动，只能通过设在横梁2-1-1与锚杆机之间的摆动油缸调整锚杆机的横向摆角。这种布置方式可进一步的减小第三锚杆机9的滞后距离。

参照附图10和图11，作为门架机构2中垂直导向机构2-2的另一种替代方式，本实施例左右两组垂直导向机构2-2采用包括左右两组四连杆机构2-2-3和左右两个平衡油缸2-2-4的形式。四连杆机构2-2-3的底部通过横向设置的销轴I2-6与机架1-1左右侧铰接并能前后摆动，四连杆机构2-2-3的顶部通过横向设置的销轴III2-8铰接在顶梁2-1左右侧下方并能前后摆动。左右两棵立柱2-3分别布置在四连杆机构2-2-3的前方，立柱2-3下部铰接在机架1-1的左右侧，立柱2-3上部铰接在顶梁2-1左右侧下方，平衡油缸2-2-4斜向铰接在顶梁2-1与四连杆机构2-2-3之间，调节平衡油缸2-2-4的伸缩行程可使顶梁2-1相对机架1-1产生纵向倾角。

如图12所示，本实施例扩展铲板装置的扩展动作采用侧向摆动机构的方式。此时扇形的扩展铲板1-4-1与铲装部1-4通过竖向设置的铰接销铰接，在扩展铲板1-4-1的后端与铲装部1-4之间铰接有扩展油缸1-4-2，伸缩扩展油缸1-4-2可使扩展铲板1-4-1绕着竖向铰接销扩展摆动。

如图10、图12所示，本实施例侧向支撑装置的侧撑动作采用斜向伸缩机构的方式。此时后支撑部1-7向左右两侧斜向张开布置，侧向支撑座I1-7-3配合套装在后支撑座1-7-1内，侧向支撑油缸I1-7-4铰接在侧向支撑座1-7-3和后支撑座1-7-1之间，后支撑油缸1-7-2铰接在机架1-1与后支撑座1-7-1之间。当后支撑油缸1-7-2和侧向支撑油缸1-7-4同时伸出时，将带动后支撑座1-7-1向下摆动、侧向支撑座1-7-3向斜后方伸出，该斜向伸缩机构在起到后支撑作用的同时又可起到侧向支撑的作用。

本实施例截割部1-3采用纵向截割滚筒的布置形式。

本实施例其他部分的结构与实施例一的结构相同。

本发明不局限于上述实施例，其结构还可以进行一些变化，例如：

如图13所示，调整第四锚杆机11前后距离的调整机构还可采用回转摆动机构的形式。此时左右两个下帮支座12与下帮导柱13之间采用竖向铰接销铰接，调整油缸13-2铰接在下帮支座12与下帮导柱13之间，伸缩调整油缸13-2可使下帮导柱13绕着竖向铰接销回转摆动，从而带动设置在下帮导柱13上的第四锚杆机11前后摆动调整。但此结构不能保证第四锚杆机11的轴线与巷道侧帮垂直。

如图13所示，采用侧向摆动机构的扩展铲板装置还可采用另一种布置方式。此时扇形的扩展铲板1-4-1与铲装部1-4通过设置在后端的竖向铰接销铰接，在扩展铲板1-4-1与铲装部1-4之间铰接有可摆动的扩展油缸1-4-2，伸缩扩展油缸1-4-2可使扩展铲板1-4-1绕着竖向铰接销扩展摆动。

本发明中，侧向支撑装置的侧撑动作还可采用横向伸缩机构替换。此时侧向支撑装置包括侧向支撑座I1-7-3、侧支撑油缸I1-7-4、伸缩导向杆，伸缩导向杆和侧支撑油缸I1-7-4设在机架1-1与侧向支撑座I1-7-3之间并形成横向伸缩机构，侧向支撑座I1-7-3采用该横向伸缩机构完成平行的侧撑动作。

本发明中，设在纵梁2-1-2后部的浮动支座2-1-3还可直接采用弹性材料制作，而无需配置支撑油缸2-1-4。

基于上述的门架式掘锚护一体机，本申请还提供了一种巷道掘锚施工方法。巷道掘锚施工方法包括：

步骤一：驱动掘进机1前行，截割部1-3切入巷道端面一个排距；升起门架机构2，伸出扩展铲板1-4-1及侧向支撑座1-7-3；截割部1-3按照预定的轨迹摆动，以定位截割方式完成整个巷道端面一个排距的截割作业；在截割作业的同时，操作第三锚杆机9、第四锚杆机11完成一个排距的顶锚索及下帮锚杆的打设及锚护作业；

步骤二：降下门架机构2，将钢带、锚网铺放在伸缩前梁3的顶部；伸出伸缩前梁3，升起门架机构2，完成临时支护作业；操作第一锚杆机5、第二锚杆机7完成一个排距的顶锚杆及上帮锚杆的打设及锚护作业；降下门架机构2，收回伸缩前梁3，收回扩展铲板1-4-1及侧向支撑座1-7-3；

完成步骤二后重复步骤一，如此交替循环作业，直至完成整条巷道的掘锚施工。

Claims (11)

1.一种门架式掘锚护一体机，包括掘进机(1)，掘进机(1)包括机架(1-1)、铰接于机架(1-1)前上方的设有横向截割滚筒或纵向截割滚筒的截割部(1-3)、铰接于机架(1-1)前下方的铲装部(1-4)、位于机架(1-1)中部的运输机(1-5)、位于机架(1-1)左右侧下方的两个行走部(1-6)和铰接于机架(1-1)左右侧后部的两个后支撑部(1-7)，其特征在于，所述门架式掘锚护一体机还包括位于机架(1-1)上方可上下升降的门架机构(2)和伸缩前梁(3)，门架机构(2)包括顶梁(2-1)、左右两组垂直导向机构(2-2)和左右两组立柱(2-3)，垂直导向机构(2-2)和立柱(2-3)的底部与机架(1-1)左右侧连接，垂直导向机构(2-2)和立柱(2-3)的顶部铰接在顶梁(2-1)左右侧下方，伸缩前梁(3)包括前横梁(3-1)和固定在前横梁(3-1)后侧的左右两个伸缩纵梁(3-2)，伸缩纵梁(3-2)从前方套装于顶梁(2-1)内并能前后伸缩，在前横梁(3-1)上设有数台第一锚杆机(5)。

2.根据权利要求1所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，在前横梁(3-1)上还固定有横向导轨和左右两个上帮导柱(3-3)，数个第一回转滑座(4)套装于横向导轨内，数台第一锚杆机(5)分别与第一回转滑座(4)铰接，驱动第一回转滑座(4)可带动第一锚杆机(5)沿着前横梁(3-1)左右移动，在上帮导柱(3-3)上还设有第二锚杆机(7)。

3.根据权利要求2所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，在前横梁(3-1)的顶部还固定有一组间隔布置的前探支撑板(3-4)，在前横梁(3-1)的两端还铰接有左右两个侧向支撑座II(3-5)，侧支撑油缸II(3-6)铰接在侧向支撑座II(3-5)和上帮导柱(3-3)之间。

4.根据权利要求1所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，顶梁(2-1)包括横梁(2-1-1)，在横梁(2-1-1)的两端固定有左右两个纵梁(2-1-2)，伸缩纵梁(3-2)配合套装在纵梁(2-1-2)内并可通过伸缩油缸前后伸缩，在横梁(2-1-1)上还设有第三锚杆机(9)。

5.根据权利要求4所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，在左右两个纵梁(2-1-2)的后部还设有浮动支座(2-1-3)。

6.根据权利要求1所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，左右两组垂直导向机构(2-2)还包括左右两个配合套装的内滑柱(2-2-1)和外滑套(2-2-2)，外滑套(2-2-2)的底部与机架(1-1)左右侧固定连接，内滑柱(2-2-1)的顶部通过横向设置的销轴III(2-8)铰接在顶梁(2-1)左右侧下方并能前后摆动，左右两组立柱(2-3)每组均分为前后两棵并分别布置在垂直导向机构(2-2)的前后方，立柱(2-3)下部铰接在机架(1-1)的左右两侧，立柱(2-3)上部铰接在顶梁(2-1)左右侧下方。

7.根据权利要求1所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，门架机构(2)还包括左右两个底座(2-4)和左右两组斜拉油缸(2-5)，左右两组垂直导向机构(2-2)还包括左右两个配合套装的内滑柱(2-2-1)和外滑套(2-2-2)，内滑柱(2-2-1)的底部通过横向设置的销轴I(2-6)分别与左右底座(2-4)铰接并能前后摆动，底座(2-4)通过纵向设置的销轴II(2-7)分别铰接在机架(1-1)的左右侧并能左右摆动，外滑套(2-2-2)的顶部通过纵向设置的销轴III(2-8)铰接在顶梁(2-1)左右侧下方并能左右摆动，两组斜拉油缸(2-5)对称的斜向铰接在顶梁(2-1)与左右两个外滑套(2-2-2)之间，左右两组立柱(2-3)每组均分为前后两棵并分别布置在垂直导向机构(2-2)的前后侧，立柱(2-3)的下部铰接在底座(2-4)的上方，立柱(2-3)的上部铰接在顶梁(2-1)左右侧的下方。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，在机架(1-1)后部的左右侧还固定有左右两个下帮支座(12)，在下帮支座(12)上设有下帮导柱(13)，在下帮导柱(13)上设有第四锚杆机(11)，在下帮支座(12)与下帮导柱(13)之间设有前后调整机构，通过前后调整机构可实现第四锚杆机(11)的前后调整。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，在铲装部(1-4)的左右侧还设有左右两组包括扩展铲板(1-4-1)、扩展油缸(1-4-2)的扩展铲板装置。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的门架式掘锚护一体机，其特征在于，在机架(1-1)后部或后支撑部(1-7)上还设有左右两组包括侧向支撑座I(1-7-3)、侧支撑油缸I(1-7-4)的侧向支撑装置。

11.一种巷道掘锚施工方法，其特征在于，适用于权利要求1至10中任一项所述的门架式掘锚护一体机，巷道掘锚施工方法包括：

步骤一：驱动掘进机(1)前行，截割部(1-3)切入巷道端面一个排距；升起门架机构(2)，伸出扩展铲板(1-4-1)及侧向支撑座(1-7-3)；截割部(1-3)按照预定的轨迹摆动，以定位截割方式完成整个巷道端面一个排距的截割作业；在截割作业的同时，操作第三锚杆机(9)、第四锚杆机(11)完成一个排距的顶锚索及下帮锚杆的打设及锚护作业；

步骤二：降下门架机构(2)，将钢带、锚网铺放在伸缩前梁(3)的顶部；伸出伸缩前梁(3)，升起门架机构(2)，完成临时支护作业；操作第一锚杆机(5)、第二锚杆机(7)完成一个排距的顶锚杆及上帮锚杆的打设及锚护作业；降下门架机构(2)，收回伸缩前梁(3)，收回扩展铲板(1-4-1)及侧向支撑座(1-7-3)；

完成步骤二后重复步骤一，如此交替循环作业，直至完成整条巷道的掘锚施工。