CN112343617B - 一种自动化矿用巷道掘进系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化矿用巷道掘进系统，包括掘进结构，支撑环安装结构，支撑环拆卸结构和支撑环运输结构；掘进结构包括位于掘进机前端的刀盘及刀盘后方的护盾组；支撑环安装结构位于护盾组后部，用于抓取、吊运和安放支撑环；支撑环拆卸结构位于掘进机后方，用于拆卸支撑环，并通过支撑环运输结构，将拆卸的支撑环输送支撑环安装结构中以进行循环利用，支撑环用于支撑隧道内壁形成临时支护，根据不同的地质情况，应用不同规格的支撑环，通常每一环支撑环由3～8个支撑环模块拼接成圆环结构。本发明由于采用以上结构配合，具有对围岩扰动小，安全高效的特点。

Description

一种自动化矿用巷道掘进系统

技术领域

本发明涉及矿用巷道支护技术领域，尤其涉及一种自动化矿用巷道掘进系统。

背景技术

我国掘进机及硬岩全断面硬岩隧道掘进机(TBM)行业在城市基础建设领域取得巨大发展，成功应用于各类工程，如：地铁修建，地下城市管廊，穿山引水工程等。近些年逐步向各类矿物开采领域发展，以煤炭资源为例，开采煤矿的过程中，往往需要先开凿若干个纵横交错的巷道，不同的巷道有着不同的功用。

挖掘隧道或者巷道需要在挖掘的过程中采取临时支护的方式支撑隧道洞壁防止坍塌，临时支护根据支护方式及岩层情况的不同所能支撑维持的时间长短各不相同，为了长时间维持隧道一般需要在临时支护的基础上进行二次支护或永久支护。以往采用临时支护的方式是使用锚杆钻机向隧道洞壁打锚杆进行锚固支护，或在锚固支护的基础上进行喷浆处理，进行锚喷支护，或在锚喷支护的过程中向洞壁上铺钢网，进行锚网喷支护等，临时支护方式根据岩层的恶劣情况应用不同的方式。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，为了应对更为恶劣的地质形式，本发明提供一种矿用巷道使用的支撑环，因此发明了支撑环支撑的方式，挖掘后地层难以自稳，先由前中尾盾支撑，之后由支撑环支撑，相当于整个隧道内部形成一个钢制隧道，由钢制隧道形成临时支护，在尾部支撑环拆卸系统将支撑环拆卸下来，拆卸之后再对洞壁进行二次支护甚至永久支护。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明实施例提供一种自动化矿用巷道掘进系统，所述掘进系统包括掘进结构，支撑环安装结构，支撑环拆卸结构和支撑环运输结构；

所述掘进结构包括位于所述掘进机前端的刀盘及刀盘后方的护盾组，所述护盾组包括依次设置在所述掘进机前端的前部护盾、中部护盾和后部护盾，所述前部护盾用于作为所述主驱动的支撑结构，所述主驱动用于驱动所述刀盘旋转，所述中部护盾是承受作用于巷道掘进机机上全部载荷的骨架，所述后部护盾用于支撑巷道的刚开挖未支护结构；

所述支撑环安装结构位于所述护盾组后部，用于抓取、吊运和安放支撑环，所述支撑环安装结构包括回转机构、伸缩油缸、移动油缸、机械臂和抓取盘；

所述中部护盾内的圆周均设置有推进油缸，用于推动所述巷道掘进机前进，所述推进油缸支撑在安装好附着在岩壁上的巷道度全覆盖所述支撑环上，借助反作用力向前推进；

所述移动油缸和伸缩油缸用于分别实现所述机械臂X轴和Y轴的移动，所述回转机构用于实现所述机械臂沿着所述支撑环环向移动，所述回转机构通过液压马达实现360度旋转，所述机械臂的端部还设有所述抓取盘，用于抓取/安装所述支撑环；

所述支撑环拆卸结构位于所述掘进机后方，用于拆卸支撑环，并通过所述支撑环运输结构，将拆卸的所述支撑环输送所述支撑环安装结构中以进行循环利用；

所述掘进系统采用支撑环支撑隧道内壁形成临时支护，根据不同的地质情况应用不同规格的支撑环，所述支撑环由3～8个支撑环模块拼接成圆环结构，所述支撑环模块的平面投影为楔形形状，相邻的所述支撑环模块之间能够完全契合；

所述支撑环可设置若干个小型支撑环模块，在安装时最后安装小型支撑环模块，在拆卸时优先拆卸小型支撑环模块。

可选地，所述支撑环模块的夹角处设置有环向凹槽和轴向凹槽，圆周方向的支撑环模块之间通过在环向凹槽内设置的弧形螺栓固定，纵向的所述支撑环之间通过在轴向凹槽内设置的弧形螺栓固定。

可选地，每个所述支撑环模块的轴向宽度为600～1500mm，厚度为250～500mm，圆心角为20～120度。

可选地，所述掘进机还包括螺旋输送机、刮板输送机和后配套台车；

所述护盾组包括依次设置在所述掘进机前端的前部护盾、中部护盾和后部护盾；

所述前部护盾的底部设置有所述螺旋输送机，用于将刀盘切削下来的渣土收集并转运到所述刮板输送机上，由所述刮板输送机输送到所述后配套台车尾部，再由位于所述后配套台车尾部的渣土车运输到巷道外。

可选地，所述前部护盾用于作为所述主驱动的支撑结构，所述主驱动用于驱动所述刀盘旋转；

所述中部护盾是承受作用于巷道掘进机机上全部载荷的骨架；

所述后部护盾用于支撑巷道的刚开挖未支护结构；

所述支撑环安装结构设置于中部护盾内部的后部支撑上面，用于抓取、吊运和安放支撑环；

所述支撑环运输结构设置于所述支撑环安装结构的后方，用于将所述支撑环拆卸结构拆卸下的零散的支撑环模块运输到支撑环安装结构附近；

所述支撑环拆卸结构设置于所述后配套台车尾部，用于拆卸、安置支撑环。

可选地，所述支撑环安装结构设置于滑轨上，所述滑轨固定于中部护盾内部的后部支撑上面。

可选地，所述中部护盾内的圆周均设置有推进油缸，用于推动所述巷道掘进机前进。

可选地，在所述支撑环拆卸结构后方设置有所述矿用支护设备组，用于对巷道内进行喷锚支护；

所述矿用支护设备组包括锚杆钻机和喷浆设备，所述锚杆钻机和喷浆设备后方均设置有人行站台，用来操作设备运行。

可选地，所述主驱动包括主轴承和电机、减速机，电机、减速机驱动主轴承进而带动所述刀盘旋转。

可选地，所述后部护盾内的底部还设置有注浆装置，用于对所述支撑环与巷道墙壁之间的缝隙进行注浆。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明的一种自动化矿用巷道掘进系统，采用支护的支撑环由若干个楔形结构的支撑环模块拼接而成，支撑环的结构简单，安装拆卸方便，并且支撑环可以重复使用，降低了施工成本。根据施工情况可设置若干个小型支撑环模块，在安装时最后安装小型支撑环模块，在拆卸时优先拆卸小型支撑环模块，由于小型支撑环模块拆卸安装较为容易，能够有效的提高施工效率。且小型支撑环模块起到固定卡紧整环的作用。

采用上述的支撑环作为临时支护；在掘进机的前端和后端部分别设置有支撑环安装部分和支撑环拆卸部分，从而使支撑环能够循环使用，通过拼接支撑环形成临时支护，通过注浆装置可向围岩与支撑环的间隙中注入混凝土。

支撑环拆卸后，使用支撑环拆卸部分后的矿用支护设备组对巷道进行喷锚支护。中部护盾内的圆周均布设置有推进油缸，推进油缸支撑在附着在岩壁上的巷道全覆盖支撑环上，借助反作用力向前推进。由于采用以上结构配合，本发明具有对围岩扰动小，安全高效的特点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中的支撑环安装系统示意图；

图3为图1中的支撑环安装系统侧视示意图；

图4为图1中的支撑环拆卸系统和锚杆钻机连接示意图；

图5为图1中的锚杆钻机示意图；

图6为本发明中的支撑环主视图；

图7为本发明中的支撑环俯视图；

图8为本发明中的支撑环模块示意图。

【附图标记说明】

1：刀盘；

2：前部护盾；

3：中部护盾；

4：主驱动；

5：后部护盾；

6：支撑环安装系统；61：回转机构；62：伸缩油缸；63：移动油缸；64：机械臂；65：抓取盘；

7：支撑环运输系统；

8：螺旋输送机；

9：刮板输送机；

10：后配套台车；

11：支撑环拆卸系统；

12：矿用支护设备组；121：锚杆钻机；122：喷浆设备；

13：支撑环；131：支撑环模块；

14：推进油缸；

15：注浆装置。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1：参照图1-图8，本发明实施例提供一种自动化矿用巷道掘进系统，包括掘进结构，支撑环安装结构6，支撑环拆卸结构11和支撑环运输结构7；

掘进结构包括位于掘进机前端的刀盘1及刀盘1后方的护盾组；刀盘1是位于巷道掘进机最前端的回转结构，该结构件是设备在地层中起到掘进作用的主要部件。

支撑环安装结构6位于护盾组后部，用于抓取、吊运和安放支撑环13。支撑环拆卸结构11位于掘进机后方，用于拆卸支撑环13，并通过支撑环运输结构7，将拆卸的支撑环13输送支撑环安装结构6中以进行循环利用。

掘进机系统还包括螺旋输送机8、刮板输送机9和后配套台车10；

护盾组包括依次设置在掘进机前端的前部护盾2、中部护盾3和后部护盾5；

前部护盾2的底部设置有螺旋输送机8，用于将刀盘1切削下来的渣土收集并转运到刮板输送机9上，由刮板输送机9输送到后配套台车10尾部，再由位于后配套台车10尾部的渣土车运输到巷道外。后配套台车10位于巷道掘进机后方，其上承载各配套设备，辅助巷道掘进机机正常掘进，如：注浆结构，油脂结构，液压结构，电气结构等。巷道掘进机内部还设置有供电辅助装置，如变压器和变频器，设备所需用电由隧道外部铺设电线提供电源。

前部护盾2用于作为主驱动4的支撑结构，主驱动4用于驱动刀盘1旋转，进一步地，主驱动4包括主轴承和电机、减速机，电机、减速机驱动主轴承进而带动刀盘1旋转。主驱动4是巷道掘进机的心脏，用于给刀盘1周向切削岩土提供动力，使刀盘1形成连续切削动作。

中部护盾3是承受作用于巷道掘进机机上全部载荷的骨架，其内部安装有铰接油缸、后部支撑、盾内平台、径向注浆管及超前注浆管等结构。后部护盾5用于支撑巷道的刚开挖未支护部分；支撑环13装在移动护盾保护层内。

支撑环安装结构6设置于中部护盾3内部的后部支撑上面，用于抓取、吊运和安放支撑环13。支撑环运输结构7设置于支撑环安装结构6的后方，支撑环运输结构7由吊机梁、固定驱动液压马达、行走链、固定驱动油缸、钢丝绳、行走吊机，轨道车等几部分组成。后配套台车10上铺设轨道，轨道上的轨道车，将支撑环拆卸结构11拆卸下的零散的支撑环13模块运输到支撑环安装结构6附近，从而使支撑环13可以循环使用。

支撑环拆卸结构11设置于后配套台车10尾部，用于拆卸、安置支撑环13，将附着在岩壁上安装好的支撑环13拆卸下来。

支撑环安装结构6设置于滑轨66上，滑轨66固定于中部护盾3内部的后部支撑上面，进一步地，支撑环安装结构6包括回转机构61、伸缩油缸62、移动油缸63、机械臂64和抓取盘65；移动油缸63和伸缩油缸62用于分别实现机械臂64X轴和Y轴的移动，回转机构61用于实现机械臂64沿着支撑环13环向移动，回转机构61通过液压马达实现360度旋转；机械臂64的端部还设有抓取盘65，用于抓取/安装支撑环13。支撑环安装结构6通过对液压马达和液压油缸等执行机构动作的比例控制，可实现安装支撑环13的纵向移动、径向移动、横向移动、回转、前后、左右、水平姿态的调整动作，使得支撑环13能够快速精确的完成定位并安装。从而使支撑环13全方位360度支撑巷道岩壁。

在支撑环拆卸结构11后方设置有矿用支护设备组12，用于对巷道内进行喷锚支护。矿用支护设备组12包括锚杆钻机121和喷浆设备122，锚杆钻机121和喷浆设备122后方均设置有人行站台，用来操作设备运行。

中部护盾3内的圆周均设置推进油缸14，当掘进机前进时，推进缸14推进已安装的巷道全覆盖支撑环13，使得掘进机向前运动。后部护盾5内的底部还设置有注浆装置15，用于对支撑环13与巷道墙壁之间的缝隙进行注浆。

参照图6，掘进结构采用支撑环13用于支撑隧道内壁形成临时支护，支撑环13采用钢制材质，支撑环13由3～8个支撑环模块131拼接成圆环结构，支撑环模块131的平面投影为楔形形状，相邻的支撑环模块131之间能够完全契合。支撑环模块131的夹角处设置有环向凹槽1311和轴向凹槽1312，圆周方向的支撑环模块131之间通过在环向凹槽1311内设置的弧形螺栓固定，纵向的支撑环13之间通过在轴向凹槽1312内设置的弧形螺栓固定。每个支撑环模块131的轴向宽度为600～1500mm，厚度为250～500mm，圆心角为20～120度。结合支撑环安装结构6与支撑环拆卸结构11的工作特点，设计成独特的组合安装方式，方便支撑环安装结构6与支撑环拆卸结构11工作。360度巷道全覆盖，能够有效支撑巷道岩壁，有效保护设备与施工人员的安全。结合支撑环安装结构6与支撑环拆卸结构11使用，自动化效率高。零散安装，方便运输。

本发明的工作原理：

(1)掘进，位于前部护盾2中的主驱动4由电机驱动，使刀盘1旋转，刀盘1上布置的滚刀切削岩土，中部护盾3内的推进油缸14支撑在安装好附着在岩壁上的巷道360度全覆盖支撑环13上，借助反作用力向前推进。

(2)排渣：切削下的渣土通过刀盘1上的开口进入到刀盘1内的土仓，土仓中的渣土通过螺旋输送机8运输到位于后配套台车10上的刮板输送机9上，由刮板输送机9送到后配套台车10尾部，再由位于后配套台车10尾部的渣土车运输到巷道外。

(3)支护：位于尾盾之后的支撑环安装系统6在尾盾之后将零散的支撑环模块131安装成一环支撑环13，位于台车上的注浆装置15向支撑环13与岩壁之间注入特制泥浆，用支撑环13支撑岩壁，防护施工设备及施工人员，再由位于台车尾部的支撑环拆卸系统11将支撑环13拆卸下来，由支撑环运输系统7由尾部支撑环拆卸系统11运输到支撑环安装系统6附近，使支撑环13循环利用。支撑环13拆卸后，使用支撑环拆卸系统11后的锚杆钻机121及其他矿用支护设备形成传统巷道的临时支护。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：所述掘进系统包括掘进结构，支撑环安装结构(6)，支撑环拆卸结构(11)和支撑环运输结构(7)；

所述掘进结构包括位于掘进机前端的刀盘(1)及刀盘(1)后方的护盾组，所述护盾组包括依次设置在所述掘进机前端的前部护盾(2)、中部护盾(3)和后部护盾(5)，所述前部护盾(2)作为主驱动(4)的支撑结构，所述主驱动(4)用于驱动所述刀盘(1)旋转，所述中部护盾(3)是承受作用于巷道掘进机上全部载荷的骨架，所述后部护盾(5)用于支撑巷道的刚开挖未支护结构；

所述支撑环安装结构(6)位于所述护盾组后部，用于抓取、吊运和安放支撑环(13)，所述支撑环安装结构(6)包括回转机构(61)、伸缩油缸(62)、移动油缸(63)、机械臂(64)和抓取盘(65)；

所述中部护盾(3)内的圆周均设置有推进油缸(14)，用于推动所述掘进机前进，所述推进油缸(14)支撑在安装好附着在岩壁上的巷道360度全覆盖所述支撑环(13)上，借助反作用力向前推进；

所述移动油缸(63)和伸缩油缸(62)用于分别实现所述机械臂(64)X轴和Y轴的移动，所述回转机构(61)用于实现所述机械臂(64)沿着所述支撑环(13)环向移动，所述回转机构(61)通过液压马达实现360度旋转，所述机械臂(64)的端部还设有所述抓取盘(65)，用于抓取/安装所述支撑环(13)；

所述支撑环拆卸结构(11)位于所述掘进机后方，用于拆卸所述支撑环(13)，并通过所述支撑环运输结构(7)，将拆卸的所述支撑环(13)输送到所述支撑环安装结构(6)中以进行循环利用；

所述掘进系统采用支撑环(13)支撑隧道内壁形成临时支护，所述支撑环(13)由3~8个支撑环模块(131)拼接成圆环结构，所述支撑环模块(131)的平面投影为楔形形状，相邻的所述支撑环模块(131)之间能够完全契合；

所述支撑环(13)可设置若干个小型支撑环模块，在安装时最后安装小型支撑环模块，在拆卸时优先拆卸小型支撑环模块。

2.如权利要求1所述的一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：

所述支撑环模块(131)的夹角处设置有环向凹槽(1311)和轴向凹槽(1312)，圆周方向的支撑环模块(131)之间通过在环向凹槽(1311)内设置的弧形螺栓固定，纵向的所述支撑环(13)之间通过在轴向凹槽(1312)内设置的弧形螺栓固定。

3.如权利要求1所述的一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：

每个所述支撑环模块(131)的轴向宽度为600~1500mm，厚度为250~500mm，圆心角为20~120度。

4.如权利要求1所述的一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：

所述掘进机还包括螺旋输送机(8)、刮板输送机(9)和后配套台车(10)；

所述前部护盾(2)的底部设置有所述螺旋输送机(8)，用于将刀盘(1)切削下来的渣土收集并转运到所述刮板输送机(9)上，由所述刮板输送机(9)输送到所述后配套台车(10)尾部，再由位于所述后配套台车(10)尾部的渣土车运输到巷道外。

5.如权利要求4所述的一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：

所述支撑环安装结构(6)设置于中部护盾(3)内部的后部支撑上面，用于抓取、吊运和安放支撑环(13)；

所述支撑环运输结构(7)设置于所述支撑环安装结构(6)的后方，用于将所述支撑环拆卸结构(11)拆卸下的零散的支撑环模块运输到支撑环安装结构(6)附近；

所述支撑环拆卸结构(11)设置于所述后配套台车(10)尾部，用于拆卸、安置支撑环(13)。

6.如权利要求5所述的一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：

所述支撑环安装结构(6)设置于滑轨(66)上，所述滑轨(66)固定于中部护盾(3)内部的后部支撑上面。

7.如权利要求5所述的一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：

在所述支撑环拆卸结构(11)后方设置有矿用支护设备组(12)，用于对巷道内进行喷锚支护；

所述矿用支护设备组(12)包括锚杆钻机(121)和喷浆设备(122)，所述锚杆钻机(121)和喷浆设备(122)后方均设置有人行站台，用来操作设备运行。

8.如权利要求5所述的一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：

所述主驱动(4)包括主轴承和电机、减速机，电机、减速机驱动主轴承进而带动所述刀盘(1)旋转。

9.如权利要求4所述的一种自动化矿用巷道掘进系统，其特征在于：

所述后部护盾(5)内的底部还设置有注浆装置(15)，用于对所述支撑环(13)与巷道墙壁之间的缝隙进行注浆。

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