CN110671107A - 一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统及其使用方法，该一体机系统包括纵轴式掘进机体，所述纵轴式掘进机体上设置有可进给的用于截割断面的截割部、可灵活运动多角度工作的用于在截割断面上打锚杆的锚支部、用于起到临时支护和防护锚支部作用的挡板，截割部可以进行进给运动，在停机作业的前提下可以进给更多，提高作业效率；回转电机一、回转电机二、电机液压缸共同构成一个类人腕关节，使得锚杆钻机操作更加灵活，更能适应井下复杂的工作环境，护板结构的设置解决了现有巷道掘进过程中掘、支、锚时间不匹配的问题，大大提高了掘进效率。

Description

一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及矿山机械领域技术领域，尤其涉及一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统及其使用方法。
背景技术
随着生产矿井采深的增加，地应力、围岩受力及变形复杂多样，锚网支护以其支护效果好、适用范围广、可以根据巷道条件灵活应变等特点，被广大巷道开采所使用，但在目前巷道掘进的过程中，机械化掘进效率很高，巷道支护速度远远滞后于掘进速度。掘支锚时间严重不匹配，导致掘进机进尺时间远小于工作总时间，大量的时间内掘进机停工作业用来进行支护作业。解决掘支锚时间严重不匹配的一个方向为实现掘支锚平行作业。
CN104500086A中公开了专利名称为：一种巷道无人掘锚一体机。其支护系统就只涉及临时支护与锚杆支护，不能解决小块围岩掉落的问题，如果需要加装锚网需要人工靠近工作断面，为了人员安全截割头需要停工，不能实现掘支锚平行作业，同时粉尘、噪音等因素也对工人存在极大的安全威胁。其截割部一次停车作业只能截割一次进给量，效率比较低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
本发明提供一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统，包括纵轴式掘进机体，所述纵轴式掘进机体上设置有可进给的用于截割断面的截割部、可灵活运动多角度工作的用于在截割断面上打锚杆的锚支部、用于起到临时支护和防护锚支部作用的挡板。
进一步的，所述截割部包括焊接在所述纵轴式掘进机体上的截割部底板，所述截割部底板上设置有柱形滑轨，所述柱形滑轨上对应设置有滑块一，所述滑块一连接有基座，所述基座与截割部底板之间连接有进给液压缸，所述基座铰接设置有可左右摆动的摆动件，所述摆动件采用与基座连接的摆动液压缸驱动，所述摆动件铰接设置有可上下俯仰的截割头，所述截割头采用与摆动件连接的俯仰液压缸驱动；所述锚支部包括焊接在所述纵轴式掘进机体两侧的锚支部底板，所述锚支部底板上通过滑轨连接有进给滑块，所述进给滑块上铰接设置有可上下俯仰的俯仰滑轨，所述俯仰滑轨上对应设置有俯仰滑块，所述俯仰滑轨采用安装在进给滑块上的锚支部俯仰液压缸驱动，所述俯仰滑块上设置有回转电机二，所述回转电机二铰接设置有回转电机一，所述回转电机二上设置有驱动回转电机一上下俯仰的电机液压缸，所述回转电机一通过锚杆钻机滑块连接有锚杆钻机；所述挡板包括焊接在所述纵轴式掘进机体后侧的挡板底板，所述挡板底板上通过挡板滑轨滑动设置有挡板滑板，所述挡板滑板采用安装在所述挡板底板上的挡板进退液压缸驱动滑动，所述挡板滑板上铰接设置有可上下俯仰的挡板一，所述挡板一采用安装在所述挡板滑板上的挡板俯仰液压缸驱动，所述挡板一上铰接设置有用于起到安装锚网和临时支护作用的挡板二，所述挡板二采用安装在挡板一上的挡板调平液压缸驱动调平；
截割部与一般掘进机截割部不同的是可以进行进给运动，在停机作业的前提下可以进给更多，提高作业效率；回转电机一、回转电机二、电机液压缸共同构成一个类人腕关节，使得锚杆钻机操作更加灵活，更能适应井下复杂的工作环境。
进一步的，所述进给液压缸、摆动液压缸、俯仰液压缸、锚支部俯仰液压缸、挡板调平液压缸、挡板俯仰液压缸、挡板进退液压缸均采用伺服液压缸，可以实现负反馈控制，所述回转电机一、回转电机二采用回转编码器控制旋转角度，可以使其控制更精准。
进一步的，所述挡板二前部形状为弧形网状，一方面可以更好的与巷道顶部形状相贴合，另一方面可以让锚杆透过挡板二打入巷道顶板与侧帮。
进一步的，所述挡板一的俯仰与挡板二的调平运动同步运行，可以增加工作效率。
进一步的，所述基座的运行范围是0-2000毫米，所述摆动件摆动幅度为负35度到35度，所述截割头的俯仰幅度为负15度到35度，所述挡板滑板的运动范围是0-2000毫米，所述挡板一的俯仰幅度为10度到80度，所述挡板二与挡板一之间的调整幅度为120度到180度。
本发明还提供一种使用上述系统的方法，具体包括以下步骤：
(a)将纵轴式掘进机体行进到巷道断面处，前后支撑撑开，工作人员将锚网放置到挡板二上，挡板一、挡板二在两组液压缸的动作下完成升起、调平的动作，挡板滑板前进，挡板进行临时支护；
(b)截割部的进给液压缸伸长，推动截割头往前进给设定过的距离后反馈控制进给液压缸停止伸长，然后摆动液压缸与俯仰液压缸共同动作，使得截割头开始沿S形截割巷道断面；
(c)在步骤(b)进行的同时，锚支部的进给滑块通过齿轮齿条推动往前运动指定距离，锚支部俯仰液压缸伸长至设定距离，反馈控制其停止伸长，使俯仰滑轨摆动到指定角度，回转电机一、回转电机二、电机液压缸三者共同动作，使得锚杆钻机的位姿至指定位姿，锚杆钻机进行打锚杆的动作将，锚网支护到巷道顶板上；
(d)在截割头完成一轮S形截割断面后，进给液压缸再伸长一定距离，进行下一个S型截割断面，同时锚支部的回转电机二逆时针摆动一定角度，打下一根锚杆；
(e)锚支部完成一个断面上的打锚杆后，挡板滑板后移，挡板滑板退出临时支护，进给滑块前移，进行下一个断面的锚杆支护；
(f)截割头完成第二轮断面的S型截割后，进给液压缸收缩，截割头回收到初始位置，锚支部的进给滑块后退到底，锚支部俯仰液压缸、回转电机一、回转电机二、电机液压缸动作，锚支部回到初始位置，纵轴式掘进机体前后支撑缩回，纵轴式掘进机体前进到下一个巷道断面处，重复步骤(a)-(f)动作。
本发明的有益效果：
本发明结构简单，截割部可以进行进给运动，在停机作业的前提下可以进给更多，提高作业效率；回转电机一、回转电机二、电机液压缸共同构成一个类人腕关节，使得锚杆钻机操作更加灵活，更能适应井下复杂的工作环境，护板结构的设置解决了现有巷道掘进过程中掘、支、锚时间不匹配的问题，大大提高了掘进效率。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中截割部的结构示意图；
图3为本发明中锚支部的结构示意图；
图4为本发明中挡板的结构示意图；
图5为图3连接锚杆钻机与俯仰滑块的类人腕关节结构示意图。
图中：1纵轴式掘进机体；2截割部；2.1截割部底板；2.2截割头；2.3摆动件；2.4基座；2.5滑块一；2.6进给液压缸；2.7摆动液压缸；2.8柱型滑轨；2.9俯仰液压缸；3锚支部；3.1锚支部底板；3.2进给滑块；3.3俯仰滑轨；3.4俯仰滑块；3.5锚杆钻机滑块；3.6锚杆钻机；3.7回转电机一；3.8电机液压缸；3.9回转电机二2；3.10锚支部俯仰液压缸；4挡板；4.1挡板底板；4.2挡板滑板；4.3挡板一1；4.4挡板二2；4.5挡板调平液压缸；4.6挡板俯仰液压缸；4.7挡板滑轨；4.8挡板进退液压缸。
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。
如图1-5所示，本实施例提供一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统，
包括纵轴式掘进机体1，所述纵轴式掘进机体1上设置有可进给的用于截割断面的截割部2、可灵活运动多角度工作的用于在截割断面上打锚杆的锚支部3、用于起到临时支护和防护锚支部作用的挡板4。
所述截割部2包括焊接在所述纵轴式掘进机体1上的截割部底板2.1，所述截割部底板2.1上设置有柱形滑轨2.8，所述柱形滑轨2.8上对应设置有滑块一2.5，所述滑块一2.5连接有基座2.4，所述基座2.4与截割部底板2.1之间连接有进给液压缸2.6，基座运行范围为0到2000毫米，其作用为在截割完一个断面后在车体不动的前提下截割更深的断面，提高截割效率，所述基座2.4铰接设置有可左右摆动的摆动件2.3，所述摆动件2.3采用与基座2.4连接的摆动液压缸2.7驱动，所述摆动件2.3铰接设置有可上下俯仰的截割头2.2，所述截割头2.2采用与摆动件2.3连接的俯仰液压缸2.9驱动，摆动件2.3摆动范围为负35度到35度，截割头2.2与摆动件2.3通过一对销连接，截割头2.2俯仰范围为负15度到35度。通过摆动液压缸与俯仰液压缸的共同作用，可以让截割头S形截割断面；
所述锚支部3包括焊接在所述纵轴式掘进机体1两侧的锚支部底板3.1，所述锚支部底板3.1上通过滑轨连接有进给滑块3.2，进给滑块3.2通过齿轮齿条连接提供动力推动进给滑块沿滑轨方向的前进后退，所述进给滑块3.2上铰接设置有可上下俯仰的俯仰滑轨3.3，所述俯仰滑轨3.3上对应设置有俯仰滑块3.4，俯仰滑块3.4通过齿轮齿条提供动力驱使俯仰滑块沿俯仰滑轨方向的前进后退，所述俯仰滑轨3.3采用安装在进给滑块3.2上的锚支部俯仰液压缸3.10驱动，所述俯仰滑块3.4上设置有回转电机二3.9，所述回转电机二3.9铰接设置有回转电机一3.7，所述回转电机二3.9上设置有驱动回转电机一3.7上下俯仰的电机液压缸3.8，所述回转电机一3.7通过锚杆钻机滑块3.5连接有锚杆钻机3.6，回转电机一3.7、回转电机二3.9、电机液压缸3.8共同构成一个类人腕关节，使得锚杆钻机操作更加灵活，更能适应井下复杂的工作环境，回转电机一、回转电机二分别连接在锚杆钻机滑块与俯仰滑块上，锚杆钻机可以通过齿轮齿条相对于锚杆钻机滑块滑动，所述回转电机一3.7、回转电机二3.9采用回转编码器控制旋转角度，通过回转编码器和电机液压缸伺服系统的反馈控制实现锚杆钻机位姿的精确控制；
所述挡板4包括焊接在所述纵轴式掘进机体1后侧的挡板底板4.1，所述挡板底板4.1上通过挡板滑轨4.7滑动设置有挡板滑板4.2，所述挡板滑板4.2采用安装在所述挡板底板4.1上的挡板进退液压缸4.8驱动滑动，所述挡板滑板4.2上铰接设置有可上下俯仰的挡板一4.3，所述挡板一4.3采用安装在所述挡板滑板4.2上的挡板俯仰液压缸4.6驱动，所述挡板一4.3上铰接设置有用于起到安装锚网和临时支护作用的挡板二4.4，所述挡板二4.4采用安装在挡板一4.3上的挡板调平液压缸4.5驱动调平，所述挡板滑板4.2的运动范围是0-2000毫米，所述挡板一4.3的俯仰幅度为10度到80度，所述挡板二4.4与挡板一4.3之间的调整幅度为120度到180度，所述挡板二4.4前部形状为弧形网状，一方面可以更好的与巷道顶部形状相贴合，另一方面可以让锚杆透过挡板二打入巷道顶板与侧帮，所述挡板一4.3的俯仰与挡板二4.4的调平运动同步运行，可以增加工作效率。
本实施例还提供一种使用上述系统的方法，具体包括以下步骤：
a将纵轴式掘进机体1行进到巷道断面处，前后支撑撑开，工作人员将锚网放置到挡板二4.4上，挡板一4.3、挡板二4.4在两组液压缸的动作下完成升起、调平的动作，挡板滑板4.2前进，挡板4进行临时支护；
b截割部2的进给液压缸2.6伸长，推动截割头2.2往前进给设定过的距离后反馈控制进给液压缸2.6停止伸长，然后摆动液压缸2.7与俯仰液压缸2.9共同动作，使得截割头2.2开始沿S形截割巷道断面；
c在步骤b进行的同时，锚支部3的进给滑块3.2通过齿轮齿条推动往前运动指定距离，锚支部俯仰液压缸3.10伸长至设定距离，反馈控制其停止伸长，使俯仰滑轨3.3摆动到指定角度，回转电机一3.7、回转电机二3.9、电机液压缸3.8三者共同动作，使得锚杆钻机3.6的位姿至指定位姿，锚杆钻机3.6进行打锚杆的动作将，锚网支护到巷道顶板上；
d在截割头2.2完成一轮S形截割断面后，进给液压缸2.6再伸长一定距离，进行下一个S型截割断面，同时锚支部3的回转电机二3.9逆时针摆动一定角度，打下一根锚杆；
e锚支部3完成一个断面上的打锚杆后，挡板滑板4.2后移，挡板滑板4.2退出临时支护，进给滑块3.2前移，进行下一个断面的锚杆支护；
f截割头2.2完成第二轮断面的S型截割后，进给液压缸2.6收缩，截割头2.2回收到初始位置，锚支部3的进给滑块3.2后退到底，锚支部俯仰液压缸3.10、回转电机一3.7、回转电机二3.9、电机液压缸3.8动作，锚支部3回到初始位置，纵轴式掘进机体1前后支撑缩回，纵轴式掘进机体1前进到下一个巷道断面处，重复步骤a-f动作。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统，其特征在于，包括纵轴式掘进机体(1)，所述纵轴式掘进机体(1)上设置有可进给的用于截割断面的截割部(2)、可灵活运动多角度工作的用于在截割断面上打锚杆的锚支部(3)、用于起到临时支护和防护锚支部作用的挡板(4)。
2.根据权利要求1所述的一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统，其特征在于，所述截割部(2)包括焊接在所述纵轴式掘进机体(1)上的截割部底板(2.1)，所述截割部底板(2.1)上设置有柱形滑轨(2.8)，所述柱形滑轨(2.8)上对应设置有滑块一(2.5)，所述滑块一(2.5)连接有基座(2.4)，所述基座(2.4)与截割部底板(2.1)之间连接有进给液压缸(2.6)，所述基座(2.4)铰接设置有可左右摆动的摆动件(2.3)，所述摆动件(2.3)采用与基座(2.4)连接的摆动液压缸(2.7)驱动，所述摆动件(2.3)铰接设置有可上下俯仰的截割头(2.2)，所述截割头(2.2)采用与摆动件(2.3)连接的俯仰液压缸(2.9)驱动；所述锚支部(3)包括焊接在所述纵轴式掘进机体(1)两侧的锚支部底板(3.1)，所述锚支部底板(3.1)上通过滑轨连接有进给滑块(3.2)，所述进给滑块(3.2)上铰接设置有可上下俯仰的俯仰滑轨(3.3)，所述俯仰滑轨(3.3)上对应设置有俯仰滑块(3.4)，所述俯仰滑轨(3.3)采用安装在进给滑块(3.2)上的锚支部俯仰液压缸(3.10)驱动，所述俯仰滑块(3.4)上设置有回转电机二(3.9)，所述回转电机二(3.9)铰接设置有回转电机一(3.7)，所述回转电机二(3.9)上设置有驱动回转电机一(3.7)上下俯仰的电机液压缸(3.8)，所述回转电机一(3.7)通过锚杆钻机滑块(3.5)连接有锚杆钻机(3.6)；所述挡板包括焊接在所述纵轴式掘进机体(1)后侧的挡板底板(4.1)，所述挡板底板(4.1)上通过挡板滑轨(4.7)滑动设置有挡板滑板(4.2)，所述挡板滑板(4.2)采用安装在所述挡板底板(4.1)上的挡板进退液压缸(4.8)驱动滑动，所述挡板滑板(4.2)上铰接设置有可上下俯仰的挡板一(4.3)，所述挡板一(4.3)采用安装在所述挡板滑板(4.2)上的挡板俯仰液压缸(4.6)驱动，所述挡板一(4.3)上铰接设置有用于起到安装锚网和临时支护作用的挡板二(4.4)，所述挡板二(4.4)采用安装在挡板一(4.3)上的挡板调平液压缸(4.5)驱动调平。
3.根据权利要求2所述的一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统，其特征在于，所述进给液压缸(2.6)、摆动液压缸(2.7)、俯仰液压缸(2.9)、锚支部俯仰液压缸(3.10)、挡板调平液压缸(4.5)、挡板俯仰液压缸(4.6)、挡板进退液压缸(4.8)均采用伺服液压缸，所述回转电机一(3.7)、回转电机二(3.9)采用回转编码器控制旋转角度。
4.根据权利要求2所述的一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统，其特征在于，所述挡板二(4.4)前部形状为弧形网状。
5.根据权利要求2所述的一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统，其特征在于，所述挡板一(4.3)的俯仰与挡板二(4.4)的调平运动同步运行。
6.根据权利要求2所述的一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统，其特征在于，所述基座(2.4)的运行范围是0-2000毫米，所述摆动件(2.3)摆动幅度为负35度到35度，所述截割头(2.2)的俯仰幅度为负15度到35度，所述挡板滑板(4.2)的运动范围是0-2000毫米，所述挡板一(4.3)的俯仰幅度为10度到80度，所述挡板二(4.4)与挡板一(4.3)之间的调整幅度为120度到180度。
7.一种使用如权利要求2-6任一项所述的一种井下快速掘进的掘支锚一体机系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将纵轴式掘进机体(1)行进到巷道断面处，前后支撑撑开，工作人员将锚网放置到挡板二(4.4)上，挡板一(4.3)、挡板二(4.4)在两组液压缸的动作下完成升起、调平的动作，挡板滑板(4.2)前进，挡板(4)进行临时支护；
(b)截割部(2)的进给液压缸(2.6)伸长，推动截割头(2.2)往前进给设定过的距离后反馈控制进给液压缸(2.6)停止伸长，然后摆动液压缸(2.7)与俯仰液压缸(2.9)共同动作，使得截割头(2.2)开始沿S形截割巷道断面；
(c)在步骤(b)进行的同时，锚支部(3)的进给滑块(3.2)通过齿轮齿条推动往前运动指定距离，锚支部俯仰液压缸(3.10)伸长至设定距离，反馈控制其停止伸长，使俯仰滑轨(3.3)摆动到指定角度，回转电机一(3.7)、回转电机二(3.9)、电机液压缸(3.8)三者共同动作，使得锚杆钻机(3.6)的位姿至指定位姿，锚杆钻机(3.6)进行打锚杆的动作将，锚网支护到巷道顶板上；
(d)在截割头(2.2)完成一轮S形截割断面后，进给液压缸(2.6)再伸长一定距离，进行下一个S型截割断面，同时锚支部(3)的回转电机二(3.9)逆时针摆动一定角度，打下一根锚杆；
(e)锚支部(3)完成一个断面上的打锚杆后，挡板滑板(4.2)后移，挡板滑板(4.2)退出临时支护，进给滑块(3.2)前移，进行下一个断面的锚杆支护；
(f)截割头(2.2)完成第二轮断面的S型截割后，进给液压缸(2.6)收缩，截割头(2.2)回收到初始位置，锚支部(3)的进给滑块(3.2)后退到底，锚支部俯仰液压缸(3.10)、回转电机一(3.7)、回转电机二(3.9)、电机液压缸(3.8)动作，锚支部(3)回到初始位置，纵轴式掘进机体(1)前后支撑缩回，纵轴式掘进机体(1)前进到下一个巷道断面处，重复步骤(a)-(f)动作。
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