CN111022098A - 综掘巷道连续施工超前支护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开巷道综掘连续施工超前支护系统，包括连续排列的第一支架组、第二支架组，第一支架组包括第一自移支架，第二支架组包括第二自移支架；第一自移支架与第二自移支架均包括前支护框架、后支护框架、前支护油缸组、后支护油缸组、移步油缸、油缸控制阀，前支护油缸组安装在前支护框架底部，后支护油缸组安装在后支护框架底部，前支护框架与后支护框架之间具有移步油缸，前支护油缸组、后支护油缸组、移步油缸均连接油缸控制阀。以及巷道综掘连续施工超前支护方法。本发明的有益效果：实现掘进与支护的平行作业，从而实现综掘施工的连续化作业，解决了支护空顶作业的问题。

Description

综掘巷道连续施工超前支护系统及方法

技术领域

本发明涉及一种巷道掘进支护系统及方法，尤其涉及的是一种巷道综掘施工连续掘进超前支护系统及方法。

背景技术

目前煤矿巷道掘进的施工工艺主要有两种：炮掘和综掘(现在也有少量盾构巷道，但总体处于试验验证阶段)，炮掘一般是岩性特别坚硬、巷道角度特别大或小结构，不适应使用综掘施工时才采用的一种低效率掘进工艺。岩性硬度在7以下的高底抽巷或者煤巷顺槽中都采用了综掘工艺，目前巷道综掘机械化率达到了70％。综掘工艺提高了巷道掘进的机械化程度，但仍然没有解决如：1、掘进、支护平行作业问题，单进效率低； 2、仍然需要人工支护，体力劳动强度高；3、迎头作业环境差，安全风险大等几大突出矛盾。

传统综掘工艺煤巷综合平均单进不超过300m/月，岩巷不超过200m/月，按综掘机割1m窑的时间平均40分钟算，月综合单进应该超过1000m，与实际差距巨大，这是因为掘进机大多数时候都在停着等待迎头支护，综掘机效率没有得到充分发挥，据统计，综掘施工的支护时间占总时间的60％。因此，掘进平行作业是提高单进效率的关键所在。其次，传统综掘工艺永久支护还是需要人工作业，一般迎头需要6个人同时施工，虽然有机载临时支护，但作用有限，时常发生片帮掉顶情况。统计数据表明80％的顶板事故都是发生在迎头割窑后正在支护的时候，而且人工打眼支护的劳动强度很大，在煤矿人员越来越少的情况下，这一矛盾越来越突出。最后，综掘巷道的作业环境差，粉尘、煤尘大，由于传统综掘需要人工到迎头施工锚杆，导致很难解决迎头和后方的分隔问题，迎头和后方的局部通风系统优化，很难做到改善人员集中作业区的作业环境。

如申请号：201811237479.5，公开一种回采工作面超前支护系统，其特征在于：包括超前加固支护系统；所述超前加固支护系统包括沿巷道延伸方向设置在顶板上的两排注浆锚索及两排注浆锚索桁架；沿巷道延伸方向的相邻多根注浆锚索通过注浆锚索桁架相连。并不能解决掘进与支护平行作业的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有的掘进与支护无法实现平行作业的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

巷道综掘连续施工超前支护系统，包括连续排列的第一支架组、第二支架组，第一支架组包括第一自移支架，第二支架组包括第二自移支架；

第一自移支架与第二自移支架均包括能够相对滑动与支撑的前支护框架和后支护框架、前支护油缸组、后支护油缸组、移步油缸、油缸控制阀，前支护油缸组安装在前支护框架底部，后支护油缸组安装在后支护框架底部，前支护框架与后支护框架之间具有控制前支护框架与后支护框架相互滑动的移步油缸，前支护油缸组、后支护油缸组、移步油缸均连接油缸控制阀。

本发明通过“前支护油缸组继续对周边进行支撑，通过油缸控制阀将后支护油缸组收起，通过油缸控制阀操作移步油缸向前伸出，带动后支护框架前移，移动到位后，通过油缸控制阀将后支护油缸组放下进行支撑，然后通过油缸控制阀将前支护油缸组收起，操作移步油缸向后收起，带动前支护框架前进，移动到位后，将前支护油缸组放下进行支撑，完成一次框架迈步移动过程”实现掘进与支护的平行作业，从而实现综掘施工的连续化作业，解决了支护空顶作业的问题。

优选的，还包括多个顶部支撑油缸，顶部支撑油缸安装在第一自移支架和第二自移支架的顶面，顶部支撑油缸连接油缸控制阀。

优选的，还包括多个帮部支撑油缸，帮部支撑油缸安装在第一自移支架和第二自移支架的侧面，帮部支撑油缸连接油缸控制阀。

通过顶部支撑油缸与帮部支撑油缸对顶部和周边进行支护。

优选的，所述前支护框架包括至少两个前支护横梁、至少一个前支护纵梁、至少两个前支护立梁，前支护横梁平行设置，前支护纵梁的两端通过前支护立梁连接前支护横梁的下方；所述后支护框架包括至少两个后支护横梁、至少一个后支护纵梁、至少两个后支护立梁，后支护横梁平行设置，后支护纵梁的两端通过后支护立梁连接后支护横梁的下方；前支护横梁与后置支护横梁并排设置，前支护纵梁与后支护纵梁间隔设置，前支护纵梁的两端伸出后支护横梁的侧部，移步油缸的两端连接相邻的前支护纵梁与后支护纵梁之间。

前支护横梁与后支护横梁之间互相支撑，又可以在移步油缸的作用下相互错开，实现其中一个前移，后一个继续前移，最终实现，整个支架组的前移，或后移，减少人工支护的费时费力。

优选的，所述第一支架组还包括上锚网机构，上锚网机构安装在第一自移支架远离第二支架组的端部。

优选的，所述上锚网机构包括锚网翻转油缸、锚网偏角油缸、锚网顶板，锚网偏角油缸的两端分别铰接在第一自移支架的前端和连接板的一面，锚网翻转油缸的两端分别铰接在连接板的另一面和锚网顶板。

优选的，所述第二支架组还包括至少一组锚杆钻机部，锚杆钻机部垂直安装在第二移动支架的端部。锚杆钻机是可以左右转动20度角的，实现不同角度施工。

优选的，所述锚杆钻机部包括锚杆钻机支撑架、锚杆钻机，锚杆钻机支撑架安装在第二自移支架的下方，锚杆钻机垂直的固定安装在锚杆钻机支撑架上。

优选的，还包括抬升油缸，锚杆钻机支撑架的顶端铰接在第二自移支架的下方，抬升油缸的一端铰接在第二自移支架上，抬升油缸的另一端铰接在锚杆钻机支撑架上。

本发明通过在不同的支架组上安装不同的设备，如第一支架组安装上锚网机构，第二支架组安装锚杆钻机，除此之外，还可以安装皮带机、除尘风机等，实现不同的工作，选择性的实行多个工作，实现掘进、支护、通风、出矸等工作，提高效率。

本发明还提供巷道综掘连续施工超前支护方法，使用上述巷道综掘连续施工超前支护系统，所述第一支架组还包括上锚网机构，上锚网机构安装在第一自移支架远离第二支架组的端部，所述第二支架组还包括至少一组锚杆钻机部，锚杆钻机部垂直安装在第二移动支架的端部，包括以下步骤：

S01:掘进机完成切割工作后，上锚网机构实现顶部锚网铺设；

S02:第一自移支架的前支护油缸组继续对周边进行支撑，通过油缸控制阀将后支护油缸组收起，通过油缸控制阀操作移步油缸向前伸出，带动后支护框架前移，移动到位后，通过油缸控制阀将后支护油缸组放下进行支撑，然后通过油缸控制阀将前支护油缸组收起，操作移步油缸向后收起，带动前支护框架前进，移动到位后，将前支护油缸组放下进行支撑，完成一次框架迈步移动过程；

S03：第二自移支架移动过程如第一自移支架，若还有多个自移支架，移动过程相同；

S04：使用锚杆钻机部进行锚杆(索)施工。

本发明的优点在于：

(1)本发明通过“前支护油缸组继续对周边进行支撑，通过油缸控制阀将后支护油缸组收起，通过油缸控制阀操作移步油缸向前伸出，带动后支护框架前移，移动到位后，通过油缸控制阀将后支护油缸组放下进行支撑，然后通过油缸控制阀将前支护油缸组收起，操作移步油缸向后收起，带动前支护框架前进，移动到位后，将前支护油缸组放下进行支撑，完成一次框架迈步移动过程”实现掘进与支护的平行作业，从而实现综掘施工的连续化作业，解决了支护空顶作业的问题；

(2)通过顶部支撑油缸与帮部支撑油缸对顶部和周边进行支护；

(3)前支护横梁与后支护横梁之间互相支撑，又可以在移步油缸的作用下相互错开，实现其中一个前移，后一个继续前移，最终实现，整个支架组的前移，或后移，减少人工支护的费时费力，提高支护效率；

(4)本发明通过在不同的支架组上安装不同的设备，如第一支架组安装上锚网机构，除尘风机，除尘水幕帘，第二支架组安装锚杆钻机，除此之外，还可以安装皮带机等，实现不同的工作，选择性的实行多个工作，实现掘进、支护、通风、出矸等工作，提高效率。

附图说明

图1是本发明实施例一巷道综掘连续施工超前支护系统的结构示意图；

图2是第一自移支架的结构示意图；

图3是巷道综掘连续施工超前支护系统的主视图；

图4是图3的侧视图；

图5是图3的俯视图；

图6是图3的A处放大图；

图7是图3的B处放大图；

图8是锚杆钻机安装示意图；

图9是本发明实施例二巷道综掘连续施工超前支护系统的结构示意图。

图中标号：第一支架组1、第一自移支架11、上锚网机构12、前支护框架111、前支护横梁1111、前支护纵梁1112、前支护立梁1113、后支护框架112、后支护横梁1121、后支护纵梁1122、后支护立梁1123、前支护油缸113、后支护油缸114、移步油缸115、油缸控制阀116、顶部支撑油缸13、帮部支撑油缸14、

第二支架组2、第二自移支架21、锚网翻转油缸121、锚网偏角油缸122、锚网顶板123、锚杆钻机部22、锚杆钻机支撑架221、锚杆钻机222、抬升油缸223、角度调整盘224、

第三支架组3。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。

实施例一：

如图1所示，巷道综掘连续施工超前支护系统，包括连续排列的第一支架组1、第二支架组2，第一支架组1包括第一自移支架11、上锚网机构12，上锚网机构12安装在第一自移支架11远离第二支架组2的端部，图中左端；

第二支架组2包括第二自移支架21、两组锚杆钻机部22，锚杆钻机部22垂直安装在第二移动支架21的两端；

结合图2、图3所示，本实施例中，第一自移支架11与第二自移支架21组成结构相同，此处以第一自移支架11为例，第一自移支架11包括能够相对滑动与支撑的前支护框架111和后支护框架112、前支护油缸组包括多个前支护油缸113、后支护油缸组包括多个后支护油缸114、移步油缸115、油缸控制阀116，前支护油缸113对称的安装在前支护框架111底部，后支护油缸114对称的安装在后支护框架112底部，前支护框架与后支护框架之间具有控制前支护框架与后支护框架相互滑动的移步油缸115，前支护油缸113、后支护油缸114、移步油缸115均连接油缸控制阀。

具体的，如图2所示，前支护框架111为对称结构，包括三个前支护横梁1111、两个前支护纵梁1112、六个前支护立梁1113，三个前支护横梁111平行设置，前支护纵梁112的两端通过前支护立梁113连接前支护横梁111的下方，前支护油缸113安装在两侧的前支护横梁1111与前支护纵梁1112连接处的下方(即前支护立梁1113的下方)；

所述后支护框架112为对称结构包括三个后支护横梁1121、两个后支护纵梁1122、六个后支护立梁1123，后支护横梁1121平行设置，后支护纵梁1122的两端通过后支护立梁1123连接后支护横梁1121的下方；后支护油缸114安装在两侧的后支护横梁1121 的与后支护立梁1122连接处下方(即后支护立梁1123的下方)，前支护横梁1111与后置支护横梁1121并排设置，前支护纵梁与后支护纵梁间隔设置，前支护纵梁1112的两端伸出后支护横梁1121的侧部，两个移步油缸115的两端连接在第二个前支护纵梁与第一个后支护纵梁之间(从左往右数)。

在立梁的使用下，横梁与纵梁形成上下间隔的结构，便于前支护框架111和后支护框架112之间形成互相交叉、互相支撑、互相限位的作用。

前支护横梁1111与后支护横梁1121之间互相支撑与交错，又可以在移步油缸的作用下沿横梁方向移动，减少人工支护的费时费力。

需要说明的是，第一自移支架11与第二自移支架21的组成部分相同，但前支护框架与后支护框架的组成最小单元数量可以相同也可以不同。如不同，则可以是，前支护框架111包括M个前支护横梁1111、N个前支护纵梁1112、M*N个前支护立梁1113,所述后支护框架112与之对应包括M个后支护横梁1121、N个后支护纵梁1122、M*N个后支护立梁1123；M至少为2个，N至少为1个，N为整数。可以根据巷道的使用长度进行调整整个支护组的长度。

如图1或2所示，第一支架组1、第二支架组2还包括多个顶部支撑油缸13，顶部支撑油缸安装在第一自移支架和第二自移支架的顶面，顶部支撑油缸连接油缸控制阀。

第一支架组1、第二支架组2还包括多个帮部支撑油缸14，帮部支撑油缸14安装在第一自移支架11和第二自移支架21的左右侧面，帮部支撑油缸14连接油缸控制阀 16，具体的，包括上帮部支撑油缸141和下帮部支撑油缸142，其中下帮部支撑油缸142 与前支护油缸113、后支护油缸114为一体式结构，上帮助支撑油缸141安装各纵梁上，通过顶部支撑油缸与帮部支撑油缸对顶部和周边进行支护。相邻帮部支撑油缸14之间可安装2000×2000mm的软质防护网，防止帮部岩石脱落伤人，并通过帮部油缸固定在帮壁上，当移步油缸115移步时可随第一自移支架11和第二自移支架21向前移动，稳固后可继续撑在帮壁上固定，实现帮部临时支护。

如图1、图4、图6所示，所述上锚网机构12包括锚网翻转油缸121、锚网偏角油缸122、锚网顶板123，锚网偏角油缸的两端分别铰接在第一自移支架的前端和连接板的一面，锚网翻转油缸的两端分别铰接在连接板的另一面和锚网顶板。支架前部安装上锚网机构12，通过锚网翻转油缸121、锚网偏角油缸122，完成锚网的自动上架，省事方便，可实现连续作业。

如图1、图4、图7所示，所述锚杆钻机部22包括锚杆钻机支撑架221、锚杆钻机 222、抬升油缸223，锚杆钻机支撑架的顶端铰接在第二自移支架21的下方，锚杆钻机垂直的固定安装在锚杆钻机支撑架上，锚杆钻机连接钻机操作阀组。抬升油缸223的一端铰接在第二自移支架21上，抬升油缸223的另一端铰接在锚杆钻机支撑架221上。在掘进机需退出支架组时，可以操作锚杆钻机组抬升油缸223，抬高一定高度，让出空间，使得掘进机安全通过。

如图8锚杆钻机222在垂直平面上可以水平方向移动，锚杆钻机222通过角度调整盘224安装在锚杆钻机支撑架221上，可以实现±20°的倾角，通过锚杆钻机222稳固在框架平台上，无需人工辅助扶正，通过远处的钻杆操作阀组实现多台锚杆钻机222共同施工。

两组锚杆钻机部22对称安装，安装在第二自移支架21的两端部。

本发明通过在不同的支架组上安装不同的设备，如第一支架组1安装上锚网机构12，第二支架组2安装锚杆钻机222，除此之外，还可以安装皮带机、除尘风机等，实现不同的工作，选择性的实行多个工作，实现掘进、支护、通风、出矸等工作，提高效率。

具体的，如，出货系统设计，综掘机割窑落矸后，通过一运、二运至顺槽皮带实现连续出矸，其中，二部皮带应使用自移机尾，且二运长度在25m以上，以满足整个支护系统的永久支护施工的操作空间。

再者，考虑到迎头连续割窑时产生的粉尘，迎头作业环境恶劣，视线极差，不仅影响职工身心健康，甚至无法进行其他作业，故，要对迎头局部通风进行优化。主要是使用一部到两部除尘风机，实现迎头吸入式通风，后方仍然使用压入通风，后方风筒出风口至迎头20m左右，与除尘风机风筒压茬10～15m。风机选型应不小于后方压入通风总风量的80％，除尘风机的风筒和风机均与第一和第二自移支架相连，固定在自移支架两侧，风筒采用矩形设计，可伸缩，易于固定和安置。在除尘风机前方和后方3～5m处设置两道全断面雾化喷雾，彻底断开割窑产尘区和后方空间，保证人员集中作业区的良好环境。

实施例二：

如图9所示，与上述实施例一的区别在于：在第一支架组1、第二支架组2之间增加第三支架组3，

第三支架组3同样是包括一个第三自移支架，第三自移支架与第一自移支架相同。可以根据需要在第三自移支架上安装需要的设备。

最终实现，第一支架组1主要用于掘进机的保护和前部上锚网机构，以及除尘风机等设备的安置，第二支架组2是随动锚杆钻机支护结构，第三支架组3主要用于掘进机后部二运皮带等的保护实现自动支护功能。实际使用过程中，第一组支架长8.5m、第二三组长7.1m，也可以根据实际调整，宽度根据巷道宽度定一般为4.7～5m，高2.5～3m 顶部支撑油缸升起后全高不低于4m。

本发明还提供巷道综掘连续施工超前支护方法，使用上述巷道综掘连续施工超前支护系统，具体包括以下步骤：

S01:掘进机完成切割工作后，上锚网机构12通过锚网翻转油缸121、锚网偏角油缸122，实现顶部锚网铺设；

S02:第一自移支架11的前支护油缸113以及帮部支撑油缸14继续对周边进行支撑，通过油缸控制阀116将后支护油缸114收起，于是，后支护框架112的整个落在前支护支架111的前支护横梁1111上，通过油缸控制阀116操作移步油缸115向前拉动后支护框架112前移，移动到位后，通过油缸控制阀116将后支护油缸组及帮部支撑油缸14 放下进行支撑，然后通过油缸控制阀116将前支护油缸组收起，操作移步油缸115带动前支护框架111前进，移动到位后，将前支护油缸组放下进行支撑，完成一次框架迈步移动过程；

S03：第二自移支架2、第三自移支架3移动过程如第一自移支架1，若还有多个自移支架，移动过程相同；

S04：使用锚杆钻机部22进行施工；通过远处的钻机操作阀组，4台钻机可以同时施工，减轻劳动强度，增加安全系数。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，包括连续排列的第一支架组、第二支架组，第一支架组包括第一自移支架，第二支架组包括第二自移支架；

第一自移支架与第二自移支架均包括能够相对滑动与支撑的前支护框架和后支护框架、前支护油缸组、后支护油缸组、移步油缸、油缸控制阀，前支护油缸组安装在前支护框架底部，后支护油缸组安装在后支护框架底部，前支护框架与后支护框架之间具有控制前支护框架与后支护框架相互滑动的移步油缸，前支护油缸组、后支护油缸组、移步油缸均连接油缸控制阀。

2.根据权利要求1所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，还包括多个顶部支撑油缸，顶部支撑油缸安装在第一自移支架和第二自移支架的顶面，顶部支撑油缸连接油缸控制阀。

3.根据权利要求1所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，还包括多个帮部支撑油缸，帮部支撑油缸安装在第一自移支架和第二自移支架的侧面，帮部支撑油缸连接油缸控制阀。

4.根据权利要求1所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，所述前支护框架包括至少两个前支护横梁、至少一个前支护纵梁、至少两个前支护立梁，前支护横梁平行设置，前支护纵梁的两端通过前支护立梁连接前支护横梁的下方；所述后支护框架包括至少两个后支护横梁、至少一个后支护纵梁、至少两个后支护立梁，后支护横梁平行设置，后支护纵梁的两端通过后支护立梁连接后支护横梁的下方；前支护横梁与后置支护横梁并排设置，前支护纵梁与后支护纵梁间隔设置，前支护纵梁的两端伸出后支护横梁的侧部，移步油缸的两端连接相邻的前支护纵梁与后支护纵梁之间。

5.根据权利要求1所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，所述第一支架组还包括上锚网机构，上锚网机构安装在第一自移支架远离第二支架组的端部。

6.根据权利要求5所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，所述上锚网机构包括锚网翻转油缸、锚网偏角油缸、锚网顶板，锚网偏角油缸的两端分别铰接在第一自移支架的前端和连接板的一面，锚网翻转油缸的两端分别铰接在连接板的另一面和锚网顶板。

7.根据权利要求1所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，所述第二支架组还包括至少一组锚杆钻机部，锚杆钻机部垂直安装在第二移动支架的端部。

8.根据权利要求7所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，所述锚杆钻机部包括锚杆钻机支撑架、锚杆钻机，锚杆钻机支撑架安装在第二自移支架的下方，锚杆钻机垂直的固定安装在锚杆钻机支撑架上。

9.根据权利要求8所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，其特征在于，还包括抬升油缸，锚杆钻机支撑架的顶端铰接在第二自移支架的下方，抬升油缸的一端铰接在第二自移支架上，抬升油缸的另一端铰接在锚杆钻机支撑架上。

10.巷道综掘连续施工超前支护方法，其特征在于，使用上述权利要求1-9任意一项所述的巷道综掘连续施工超前支护系统，所述第一支架组还包括上锚网机构，上锚网机构安装在第一自移支架远离第二支架组的端部，所述第二支架组还包括至少一组锚杆钻机部，锚杆钻机部垂直安装在第二移动支架的端部，包括以下步骤：

S01:掘进机完成切割工作后，上锚网机构实现顶部锚网铺设；

S02:第一自移支架的前支护油缸组继续对周边进行支撑，通过油缸控制阀将后支护油缸组收起，通过油缸控制阀操作移步油缸向前带动后支护框架前移，移动到位后，通过油缸控制阀将后支护油缸组放下进行支撑，然后通过油缸控制阀将前支护油缸组收起，操作移步油缸带动前支护框架前进，移动到位后，将前支护油缸组放下进行支撑，完成一次框架迈步移动过程；

S03：第二自移支架移动过程如第一自移支架；

S04：使用锚杆钻机部进行施工。

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