CN111425214A - 一种全断面快速垂直锚护掘锚机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全断面快速垂直锚护掘锚机，适用于煤矿及矿山开采、交通隧道施工等相关工程的巷道掘进施工作业。其主要包含悬臂式掘进机、临时支护装置和左、右锚杆钻机装置三部分。临时支护装置安装在掘进机的截割部上，掘进时折叠到截割部上方，不影响司机视线和掘进机的掘进性能，支护时展开起到临时支护的作用。左、右锚杆钻机装置分别安装在掘进机的行走部两侧。锚杆钻机装置由滑道、伸缩臂等结构形式的运送机构，连接在运送机构前端的可上下分别伸缩的支腿，钻机位姿调整装置和锚杆钻机组成。

Description

一种全断面快速垂直锚护掘锚机

技术领域

本发明涉及一种在煤矿及矿山开采、交通隧道施工等相关工程的巷道掘进施工作业中利用悬臂式掘锚机实现掘进、支护、锚护作业一体化作业，安全高效施工的装备。

背景技术

目前，多数矿区采掘衔接紧张，掘进无法满足采煤工作面快速推进的要求。影响掘进效率的因素主要包括地质条件复杂、掘进工序多、临时支护差、支护速度慢等。常用的巷道掘进、支护、锚护作业一体化设备大致可分为3种：

1.以连采机为掘进设备的掘锚机组。

2.以悬臂式掘进机为掘进设备的，支、锚装置安装于截割部上的机组。

3.以悬臂式掘进机为掘进设备的，支、锚装置安装于行走部上方的机组。

上述方式存在的主要问题：

1.以连采机为掘进设备的掘锚机组，因设备投资大，对采掘高硬度的巷道能力有限，只能采掘一定尺寸的矩形巷道，而且存在长距离的空顶巷道内工作的情况，安全性差。在异形巷道、地质条件差，岩石硬度高或顶板条件不好的矿区均不能得到很好的推广应用。

2.以悬臂式掘进机为掘进设备的，支、锚装置安装于截割部上的机组，改变了掘进机的原有结构设计，截割部高度增加，重量增加。掘进作业时极易产生刮帮蹭顶现象，需要在足够高和宽的大规格巷道内应用。而且严重遮挡司机视线，在割帮扫底时无法观察截割头位置情况。截割部重量增加较大，使整机重心前移，整机的截割稳定性变差。截割部重量增加后截割时的振动加剧，截割部及支、锚装置寿命降低。支、锚装置垂直锚护的范围较小，找孔定位困难。由于存在以上缺点，该结构形式的掘锚机没有得到实质性的成功应用。

3.以悬臂式掘进机为掘进设备的，支、锚装置安装于行走部上方的机组，掘进机机身高度增加较大，操作台移至了本体中间位置。同样存在需要在足够高和宽的大规格巷道内应用的问题。司机上下车不方便，截割振动时整套装置也易损坏。支、锚装置能够满足锚护要求的作业范围较小，作业效率提高程度不够明显。

发明内容

为解决上述各种设备存在的问题，本发明提供了一种全断面快速垂直锚护掘锚机。

本发明采用的技术方案如下：

1、一种全断面快速垂直锚护掘锚机，其主要包含悬臂式掘进机、临时支护装置和左、右锚杆钻机装置；其中，所述的悬臂式掘进机用于巷道掘进；所述的临时支护装置通过销轴连接到掘进机的截割部上，用于对巷道的空顶段进行临时支护；所述的左、右锚杆钻机装置位于掘进机的机身两侧，分别通过若干个连接座与掘进机的行走部和机体相连接，用于巷道支护时的打孔、装药和锚杆、锚锁的安装作业。

2、所述的掘锚机从结构上实现了掘进与锚固、支护设备分离，支护与锚固设备分离，左、右锚杆钻机分离，各部分可单独操作，工作时互不影响。

3、所述的临时支护装置包括支撑架、铰接座、左右摆动臂、支撑架伸缩油缸、调平油缸、升降油缸和摆动油缸；所述的支撑架由主支撑架和前支撑架组成，通过支撑架伸缩油缸连接实现伸缩，可对多排距空顶进行临时支护；所述的铰接座一端与支撑架铰接一端与摆动臂铰接，实现水平或倾斜顶板的支护；所述的摆动臂一端与铰接座铰接，一端与掘进机的截割部铰接；调平油缸一端与支撑架铰接，一端与伸缩臂铰接，实现支撑架水平的调整；升降油缸一端与摆动臂内臂铰接，一端与摆动臂外臂铰接，实现摆动臂的伸缩，适应不同高度巷道的支护；摆动油缸一端与摆动臂铰接，一端与截割部铰接，实现支护机的打开与收回。

4、所述的左、右锚杆钻机装置分别安装在掘进机机身两侧，功能性一致，结构上对称，以下简称锚杆钻机装置。锚杆钻机装置由滑道、伸缩臂等结构形式的运送机构，连接在运送机构前端的可上下分别伸缩的支腿，钻机位姿调整装置和锚杆钻机组成。支腿铰接在运送机构的前端，钻机位姿调整装置通过回转机构与支腿的中腿连接，锚杆钻机通过回转机构与钻机位姿调整装置连接。

5、所述的左、右锚杆钻机装置掘进时收回到掘进机机身两侧整机重心位置附近，震动小，不影响掘进机重心位置，不影响司机视线和掘进机的掘进性能，支护时通过运送机构将支腿和钻机位姿调整装置、锚杆钻机运送到作业位置，上下支腿分别支撑住顶、底板，为钻机位姿调整装置和锚杆钻机提供稳定的本体，而且还起到了临时支护的作用，可将临时支护面积扩大到整个巷道宽度范围。钻机位姿调整装置可调整锚杆钻机沿巷道轴线方向进行旋转，绕纵向轴线进行摆动，沿宽度方向进行滑移。锚杆钻机则进行钻孔、装药和锚杆安装作业。

6、所述的运送机构由侧滑道、伸缩臂及各伸缩油缸组成，通过安装座固定在掘进机机身两侧。所述的伸缩臂由多级臂体组合而成通过伸缩油缸进行伸缩，伸缩臂安装在侧滑道上，通过油缸的伸缩实现伸缩臂在滑道上的前后滑动。所述的运送机构不仅将支腿，钻机位姿调整装置和锚杆钻机运送到作业位置，还起到调节锚杆排距地作用。

7、所述的支腿铰接在运送机构的前端，起到临时支护和为其它附属机构提供稳定本体的作用。主要由上支腿、中支腿、下支腿和伸缩油缸组成。上中下支腿截面依次变小，杂物进入支腿内部。工作时中支腿固定不动，上支腿向上伸出支顶板，下支腿向下伸出支下底板，球头支座适应各种工况的底板。左右两侧支腿完全独立，可单独进行操作。适用于各种截面形状的巷道支撑。

8、所述的钻机位姿调整装置由与上支腿连接的连接座、绕竖直轴摆动机构、滑道回转机构、一级滑座、双层滑道、滑道滑移机构、二级滑座、钻机回转机构及前后摆动机构组成。所述的连接座一端与上支腿连接，另一端与绕竖直轴摆动装置铰接；所述的绕竖直轴摆动装置另一端与滑道回转机构连接，通过油缸驱动，实现钻机绕竖直轴方向的摆动。所述的滑道回转机构通过回转减速机驱动，实现一级滑座、双层滑道、滑道滑移机构、二级滑座、钻机回转机构等绕巷道轴线方向旋转，实现各角度锚杆的锚固。所述的一级滑座一端与滑道回转机构相连，一端与双层滑道的一侧相连，双层滑道的另一侧与二级滑座、钻机回转机构相连。滑道滑移机构一端与一级滑座相连，另一端与双层滑道相连，通过油缸的伸缩实现双层滑道在一级滑座上滑动。所述的二级滑座一侧与双层滑道连接，另一端与钻机回转机构连接，实现钻机在双层滑道上的滑移和绕轴线方向的旋转。前后摆动机构与回转机构相连，通过油缸伸缩实现锚杆机顶板锚护时能够前后摆动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、可实现全断面范围内的垂直锚护，包括顶板中间锚杆及侧帮低位锚杆。

2、掘进作业时，支、锚装置不遮挡司机视线，不影响整车重心，而且掘进收回时装置收到原掘进机整车重心位置，增强了截割时的稳定性，振动小。

3、掘进、支护、锚护装置分离，左、右钻机装置分离，作业时可单独操作，互不影响。

4、整机高度低，体积小，可用于中、小巷道开拓的工况条件，应用范围广。

5、锚护作业辅助作业时间短，定位后只需调节锚杆间距即可。

6、掘进、支护作业全部实现机械化，降低操作人员的劳动强度，而且效率高，安全性好。

7、设有安全模式转换阀，模式切换后，掘进机与临时支护装置和左、右锚杆钻机装置自动实现机、电、液、水系统的安全闭锁，安全性高。

8、能够适应矩形、梯形、拱形等多种巷道截面型式的掘进与支护，能够适应巷道顶与底部的纵向及横向倾斜及各种复杂底板的支护工作。

9、在保证高效掘进的同时，缩短了空顶区域，可确保作业人员始终在可靠的支护下作业，提高了安全性。

10、适用于“掘一锚一、掘二锚二”等施工工艺，大幅度提高掘进效率。

附图说明

图1为发明的全断面快速垂直锚护掘锚机结构图

图2发明的掘锚机锚护作业状态示意图

图3临时支护装置结构图

图4左锚杆钻机装置结构图

图5左锚杆钻机装置锚护状态示意图

图6钻机位姿调整装置结构图

图7钻机位姿调整装置俯视图

图8钻机位姿调整装置主视图

图9该发明掘锚机顶板全范围锚护示意图

图10该发明掘锚机侧帮全范围锚护示意图。

图中，1、（纵或横轴）悬臂式掘进机，2、临时支护装置，3、右锚杆钻机装置，4、左锚杆钻机装置，5、支撑架，6、铰接座，7、左、右摆动臂，8、摆动油缸，9、升降油缸，10、调平油缸，11、支撑架伸缩油缸，12、运送机构，13、支腿，14、钻机位姿调整装置，15、锚杆钻机，16、滑道，17、一节伸缩臂，18、二节伸缩臂，19、三节伸缩臂，20、主伸缩油缸，21、一、二节臂伸缩油缸，22、二、三节臂伸缩油缸，23、上支腿，24、中支腿，25、下支腿，26、支腿油缸，27、绕竖直轴摆动机构，28、滑道回转机构，29、一级滑座，30、双层滑道，31、滑道滑移机构，32、钻机回转机构，33、前后摆动机构，34、销轴，35、安装座，36、回转减速机，37、竖直轴摆动油缸，38、连接座，39、二级滑座，40、链传动机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种全断面快速垂直锚护掘锚机，如图1所示，其主要包含悬臂式掘进机（1）、临时支护装置（2）和左、右锚杆钻机装置（4）（3）三部分。临时支护装置（2）安装在掘进机的截割部上，掘进时折叠到截割部上方，不影响司机视线和掘进机的掘进性能，支护时展开起到临时支护的作用。左、右锚杆钻机装置（4）（3）分别安装在掘进机的行走部两侧。如图2所示，支护作业时临时支护装置（2）展开将网片托起起到上网和临时支护的作用，左、右锚杆钻机装置（4）（3）向前伸出展开进行锚护作业，当一排锚杆锚护结束可继续前伸进行第二排锚杆锚护作业。掘进与支护功能分离，支护机与锚杆钻机分离，左、右锚杆钻机分离，每个功能模块可单独操作，互不干扰，操作灵活，应用方便，作业效率高。如图1所示，掘进作业时左、右锚杆钻机装置（4）（3）收回到掘进机机身两侧整机重心位置附近，振动量小，而且不影响司机视线和掘进机的掘进性能。

如图3所示，临时支护装置（2）由支撑架（5）、铰接座（6）、左、右摆动臂（7）、摆动油缸（8）、升降油缸（9）、调平油缸（10）和支撑架伸缩油缸（11）组成。支撑架（5）由主支撑架和前支撑架组成，通过支撑架伸缩油缸（11）连接实现伸缩，可对多排距空顶进行临时支护。所示的铰接座（6）一端与支撑架（5）铰接一端与摆动臂（7）铰接，实现水平或倾斜顶板的支护。所示的摆动臂（7）一端与铰接座（6）铰接，一端与掘进机（1）的截割部铰接，通过升降油缸（9）的伸缩实现支护高度的调节。所示的调平油缸（10）一端与铰接座（6）铰接，一端与摆动臂（7）铰接，通过调平油缸（10）的伸缩实现支撑架水平的调整。摆动油缸（8）一端与摆动臂（7）铰接，一端与掘进机（1）的截割部后点铰接，实现支护机的打开与收回。

如图1所示，左、右锚杆钻机装置（4）（3）结构和功能性上对称，下面简称锚杆钻机装置，就一侧从结构和功能上进行说明。如图4所示，锚杆钻机装置由运送机构（12）、支腿（13）、钻机位姿调整装置（14）和锚杆钻机（15）组成。

如图5所示，运送机构（12）由滑道（16）、一、二、三节伸缩臂（17、18、19）及各伸缩油缸构成。其主要功能为将由上支腿（23）、中支腿（24）、下支腿（25）及支腿油缸（26）组成的支腿（13）、钻机位姿调整装置（14）和锚杆钻机（15）向前运送到作业位置，截割作业时将上述部分运回到设计位置。滑道（16）通过安装座与掘进机的行走部和本体部等部位相连接。向前运送时先通过主伸缩油缸（20）伸出，使一、二、三节伸缩臂（17、18、19）整体向前滑移到设计位置，然后伸缩臂的一、二节臂伸缩油缸（21）和二、三节臂伸缩油缸（22）伸出，实现将所需运送的装置运送到指定位置。运送距离能够满足至少2个锚杆排距的施工需求。所述的运送机构不限于上述结构，也可为能够达到上述目的的其它结构形式。

如图4所示，支腿（13）为连接在运送机构（12）前端的可上、下分别伸缩的支腿。如图5所示，支腿（13）由上支腿（23）、中支腿（24）、下支腿（25）及支腿油缸（26）组成。主要起到运送机构（12）伸出后为钻机位姿调整装置（14）和锚杆钻机（15）作业时提供稳定支撑和对巷道顶板提供临时支护的功能。中支腿（24）相对运送机构（12）不做伸缩运动，当运送机构（12）伸出后，支腿油缸（26）向下伸出带动下支腿（25）向下支巷道底板，支腿油缸（26）向上伸出带动上支腿（23）向上撑巷道顶板。支腿油缸（26）为能够实现分别向两端伸缩的组合式油缸。

如图6、图7、图8所示，钻机位姿调整装置（14）一端与支腿（13）连接，由绕竖直轴摆动机构（27）、滑道回转机构（28）、一级滑座（29）、双层滑道（30）、滑道滑移机构（31）、二级滑座（39）、钻机回转机构（32）及前后摆动机构（33）组成。绕竖直轴摆动机构（27）一端通过安装座（35）安装到上支腿（13）上，一端与滑道回转机构（28）中的滑道回转减速机（36）相连，两端通过竖直方向的销轴（34）铰接，竖直轴摆动油缸（37）一端铰接在与上支腿连接的安装座（35）上，另一端铰接在与滑道回转机构（28）连接的连接座（38）上，竖直轴摆动油缸（37）伸缩实现绕竖直轴方向的摆动。实现了掘进机即使不在巷道轴心也可以按要求锚护与巷道轴线垂直的整排锚杆。滑道回转机构（28）一端与绕竖直轴摆动机构（27）的连接座（38）连接，一端与一级滑座（29）连接，驱动一级滑座（29）绕巷道轴线方向旋转摆动。双层滑道（30）的一侧与一级滑座（29）连接，通过滑道滑移机构（31）驱动其沿一级滑座（29）进行滑动。能够达到巷道顶板和侧帮的全范围垂直锚护，如图9、图10所示。二级滑座（39）与双层滑道（30）的另一侧进行连接，双层滑道上的链传动机构（40）带动二级滑座（39）沿双层滑道（30）进行滑移。二级滑座（39）的另一端与钻机回转机构（32）相连，通过钻机回转机构（32）带动锚杆钻机（15）沿巷道轴线方向进行旋转，实现锚杆钻机（15）可对任意角度的锚杆进行锚护作业。前后摆动机构（33）一端与钻机回转机构（32）相连，另一端与锚杆钻机（15）相连，通过油缸伸缩实现钻机前后摆动，满足顶板与底板轴线方向不平行的工况进行锚护作业或对小范围的定位找孔进行微调。

锚杆钻机（15）则为可完成锚杆或锚索支护作业的钻孔、安装、紧固等工序的各种结构形式的装置。

如图9所示，示意了该发明掘锚机对顶板全范围垂直锚护的工作状态，右锚杆钻机装置（3）示意了垂直锚护顶板中间位置锚杆，左锚杆钻机装置（4）则示意了垂直锚护靠近侧帮的肩角位置锚杆。如图10所示，则示意了该发明掘锚机对侧帮全范围垂直锚护的工作状态，右锚杆钻机装置（3）示意了垂直锚护侧帮上距顶板肩角位置锚杆，左锚杆钻机装置（4）则示意了垂直锚护侧帮低位锚杆。上述的全范围为掘进机定位截割能够达到的最大宽度和高度范围。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，不需要付出创造性研发即可得出的各种修改或演变仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种全断面快速垂直锚护掘锚机，其特征在于：包括悬臂式掘进机、临时支护装置和左、右锚杆钻机装置；其中，所述的悬臂式掘进机用于巷道掘进；所述的临时支护装置通过销轴连接到掘进机的截割部上，用于对巷道的空顶段进行临时支护；所述的左、右锚杆钻机装置位于掘进机的机身两侧，分别通过若干个连接座与掘进机的行走部和机体相连接，用于巷道支护时的打孔、装药和锚杆、锚锁的安装作业。

2.一种全断面快速垂直锚护掘锚机，其特征在于：所述的掘锚机从结构上实现了掘进与锚固、支护设备分离，支护与锚固设备分离，左、右锚杆钻机分离，各部分可单独操作，工作时互不影响。并且设有安全模式转换阀，模式切换后，掘进机与临时支护装置和左、右锚杆钻机装置自动实现机、电、液、水系统的安全闭锁。

3.如权利要求1所述的临时支护装置，其特征在于：所述的临时支护装置包括支撑架、铰接座、左右摆动臂、支撑架伸缩油缸、调平油缸、升降油缸和摆动油缸；所述的支撑架由主支撑架和前支撑架组成，通过支撑架伸缩油缸连接实现伸缩，可对多排距空顶进行临时支护；所述的铰接座一端与支撑架铰接一端与摆动臂铰接，实现水平或倾斜顶板的支护；所述的摆动臂一端与铰接座铰接，一端与掘进机的截割部铰接；调平油缸一端与支撑架铰接，一端与伸缩臂铰接，实现支撑架水平的调整；升降油缸一端与摆动臂内臂铰接，一端与摆动臂外臂铰接，实现摆动臂的伸缩，适应不同高度巷道的支护；摆动油缸一端与摆动臂铰接，一端与截割部铰接，实现支护机的打开与收回。

4.如权利要求1所述的左、右锚杆钻机装置，其特征在于：所述的左、右锚杆钻机装置分别安装在掘进机机身两侧，功能性一致，结构上对称，以下简称锚杆钻机装置。锚杆钻机装置由滑道、伸缩臂等结构形式的运送机构，连接在运送机构前端的可上下分别伸缩的支腿，钻机位姿调整装置和锚杆钻机组成。支腿铰接在运送机构的前端，钻机位姿调整装置通过回转机构与支腿的中腿连接，锚杆钻机通过回转机构与钻机位姿调整装置连接。

5.如权利要求1所述的左、右锚杆钻机装置，其特征在于：所述的左、右锚杆钻机装置掘进时收回到掘进机机身两侧整机重心位置附近，震动小，不影响掘进机重心位置，不影响司机视线和掘进机的掘进性能，支护时通过运送机构将支腿和钻机位姿调整装置、锚杆钻机运送到作业位置，上下支腿分别支撑住顶、底板，为钻机位姿调整装置和锚杆钻机提供稳定的本体，而且还起到了临时支护的作用，可将临时支护面积扩大到整个巷道宽度范围。钻机位姿调整装置可调整锚杆钻机沿巷道轴线方向进行旋转，绕纵向轴线进行摆动，沿宽度方向进行滑移。锚杆钻机则进行钻孔、装药和锚杆安装作业。

6.如权利要求4所述的运送机构，其特征在于：所述的运送机构由侧滑道、伸缩臂及各伸缩油缸组成，通过安装座固定在掘进机机身两侧。所述的伸缩臂由多级臂体组合而成通过伸缩油缸进行伸缩，伸缩臂安装在侧滑道上，通过油缸的伸缩实现伸缩臂在滑道上的前后滑动。所述的运送机构不仅将支腿，钻机位姿调整装置和锚杆钻机运送到作业位置，还起到调节锚杆排距地作用。

7.如权利要求4所述的支腿，其特征在于：所述的支腿铰接在运送机构的前端，起到临时支护和为其它附属机构提供稳定本体的作用。主要由上支腿、中支腿、下支腿和伸缩油缸组成。上中下支腿截面依次变小，杂物进入支腿内部。工作时中支腿固定不动，上支腿向上伸出支顶板，下支腿向下伸出支下底板，球头支座适应各种工况的底板。左右两侧支腿完全独立，可单独进行操作。适用于各种截面形状的巷道支撑。

8.如权利要求4所述的钻机位姿调整装置，其特征在于：所述的钻机位姿调整装置由与上支腿连接的连接座、绕竖直轴摆动装置、滑道回转机构、一级滑座、双层滑道、滑道滑移机构、二级滑座、钻机回转机构组成。所述的连接座一端与上支腿连接，另一端与绕竖直轴摆动装置铰接；所述的绕竖直轴摆动装置另一端与滑道回转机构连接，通过油缸驱动，实现钻机绕竖直轴方向的摆动。所述的滑道回转机构通过回转减速机驱动，实现一级滑座、双层滑道、滑道滑移机构、二级滑座、钻机回转机构等绕巷道轴线方向旋转，实现各角度锚杆的锚固。所述的一级滑座一端与滑道回转机构相连，一端与双层滑道的一侧相连，双层滑道的另一侧与二级滑座、钻机回转机构相连。滑道滑移机构一端与一级滑座相连，另一端与双层滑道相连，通过油缸的伸缩实现双层滑道在一级滑座上滑动。所述的二级滑座一侧与双层滑道连接，另一端与钻机回转机构连接，实现钻机在双层滑道上的滑移和绕轴线方向的旋转。前后摆动机构与回转机构相连，通过油缸伸缩实现锚杆机顶板锚护时能够前后摆动。

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