CN113153327A - 一种掘锚一体机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种掘锚一体机及其工作方法，包括盾体，盾体内设置有动力系统、推进系统、收渣系统、除尘系统以及出渣装置，动力系统通过摇臂系统与切割系统相连接，收渣装置与出渣系统相连通，其特征在于，所述盾体包括伸缩前盾体和伸缩后盾体，伸缩前盾体通过推进系统与伸缩后盾体相连接，伸缩后盾体一侧设置有断面锚固系统。本发明实现掘进、支护、出渣平行作业，把各种工序集中在一起，实现高效并行作业，并且通过支护油缸、调节油缸、伸缩后盾体以及断面锚固系统整体形成加固体系，大大提高掘进开挖时巷道内完全性。

Description

一种掘锚一体机及其工作方法

技术领域

本发明涉及矿山巷道开挖的技术领域，尤其涉及一种掘锚一体机及其工作方法。

背景技术

井田开拓是整个矿井开采的全局性部署，是建立矿井安全生产所必需的生产系统的前提和保障；在煤炭工业中，采煤以掘进为条件，掘进又服务于采煤。从新矿井建设开始到投入生产后的全过程，都离不开井巷工程；随着工作面煤矿开采综合机械化采煤技术与工艺日趋完善，对巷道掘进效率的要求越来越高。

目前，煤矿井下巷道机械化快速掘进主要有三种方式：第一种，传统的单巷掘进，工作面主要设备有掘进机、锚杆机；第二种，双巷掘进，采用连续采煤机进行掘进，这种掘进模式配备了先进的锚杆钻车。第三种，掘锚一体机的单巷道掘进。但是上述三种工艺及装备存在以下不足：掘进、锚固，交叉作业，生产效率低，安全性差；现有设备对煤层硬度、矸石硬度和夹矸量敏感度高，适应性差，遇到极端工况，无法掘进。

发明内容

针对目前矿井开挖设备效率低，安全性差的技术问题，本发明提出一种掘锚一体机及其工作方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种掘锚一体机，包括盾体，盾体内设置有动力系统、推进系统、出渣系统、除尘系统以及收渣装置，动力系统通过摇臂系统与切割系统相连接，收渣装置与出渣系统相连通，所述盾体包括伸缩前盾体和伸缩后盾体，伸缩前盾体通过推进系统与伸缩后盾体相连接，伸缩后盾体一侧设置有断面锚固系统。

优选地，所述动力系统、摇臂系统、切割系统、推进系统和收渣装置均安装在伸缩前盾体内且动力系统、摇臂系统和切割系统通过底座机构安装在伸缩前盾体内。

优选地，所述伸缩前盾体包括支护盾体、伸缩外盾和伸缩内盾，支护盾体与伸缩外盾固定连接，支护盾体通过推进系统与伸缩内盾活动连接，伸缩内盾与伸缩后盾体相连接；所述支护盾体内安装有调节机构，支护盾体上滑动安装支护机构；所述动力系统、摇臂系统、切割系统、推进系统和收渣装置均安装在支护盾体内且动力系统、摇臂系统和切割系统通过底座机构安装在支护盾体内。

优选地，所述支护盾体包括支护上盾体和支护下盾体，调节机构包括调节油缸，支护上盾体通过调节油缸与支护下盾体相连接，支护上盾体和支护下盾体均通过推进系统与伸缩内盾相连接；所述支护机构包括支护顶梁和支护油缸，支护油缸一端与支护上盾体活动连接，支护油缸另一端通过铰接座与支护顶梁活动连接，支护顶梁滑动安装在支护上盾体上；所述动力机构、摇臂系统和切割系统通过底座机构安装在支护下盾体上。

优选地，所述伸缩后盾体包括防护盾和支撑盾，防护盾与伸缩内盾相连接，防护盾内活动安装有支撑盾；所述断面锚固系统包括第一锚杆钻机和第二锚杆钻机，第一锚杆钻机安装在防护盾内，第二锚杆钻机安装在支撑盾后侧且第一锚杆钻机和第二锚杆组件相配合。

优选地，所述支撑盾包括第一子盾和第二子盾，第一子盾通过撑靴油缸与第二子盾相连接且第一子盾和第二子盾活动安装在防护盾内。

优选地，所述切割系统包括滚筒截齿式刀盘、强力破岩滚筒截齿式刀盘、盘型滚刀中的任意一种或几种。

优选地，所述调节油缸对称安装在支护上盾体与支护下盾体之间；所述推进系统包括推进油缸，推进油缸对称安装在支护盾体与伸缩内盾之间。

一种掘锚一体机的工作方法，包括以下步骤：

S1、首先利用动力系统带动摇臂系统和切割系统动作对不同断面形式进行开挖，开挖过程中掉落渣土通过收渣装置收集，并通过出渣系统运送至设备后方，最终转运出巷道；

S2、随着开挖进行对于新开挖面，利用支护油缸带动支护顶梁滑出对新开挖面围岩及时支护，同时利用调节油缸调节支护上盾体顶部与巷道顶板间隙；

S3、在掘进的同时，利用第一锚杆钻机进行及时支护，第一锚杆钻机对巷道顶板进行钻孔，钻孔后挂网和锚杆支护；同时控制撑靴油缸伸出带动第一子盾和第二子盾分别撑紧巷道两侧，第二锚杆钻机启动对巷道两侧进行锚固作业，通过第一锚杆钻机和第二锚杆钻机配合工作，实现整个巷道断面锚固；

S4、在一个掘进行程完成后，利用调节油缸带动支护上盾体撑紧顶板，同时撑靴油缸和推进油缸缩回，推进油缸拉动支撑盾移动到位，调整掘进姿态后，利用撑靴油缸伸出带动支撑盾撑开顶进巷道两侧，为掘进系统提供掘进反力，重复步骤S1~S3，准备下一个作业循环。

优选地，所述步骤S2中，当遇到顶板围岩大变形时，通过调节油缸调整支护上盾体与巷道顶板间距，实现快速通过变形区域，并重复步骤S3及时锚固。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明整体集成掘进、支护和出渣设备，实现了掘进、支护和出渣平行作业，把各种工序集中在一起，实现并行作业；

2、本发明通过支护油缸带动支护顶梁对顶部及时支护，防止片帮，同时断面锚固系统实现锚杆和网片支护，对矿井巷道顶部和侧帮全部防护，并且利用调节油缸调节伸缩前盾体与顶部间距，不但能够实现不同矩形断面尺寸开挖，同时能够达到对顶部支护的作业用，利用伸缩后盾体左右伸缩撑紧巷道两帮，大大提高巷道完全性，即本申请通过支护油缸、调节油缸、伸缩后盾体以及断面锚固系统整体形成加固体系，提高掘进作业安全性；

3、本发明通过对推进系统设计成对称的推进油缸，实现整机姿态的任意调整，并且配合设备短机身结构，可实现小曲线半径拐弯；并且利用伸缩前盾体和伸缩后盾体特殊的结构形式，实现了避免设备卡盾结构的发生；

4、本发明通过切割系统、动力系统和摇臂系统配合可开挖拱形断面；

5、本发明整体包括有线控制和无线遥控两种工作模式，切割系统中刀盘记忆切割，既能保证巷道形状及断面尺寸，又能实现少人化作业，安全、快速、高效。

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为本发明的整体结构示意图。

图2为图1中A-A向视图。

图3为图1中B-B向视图。

图4为图1中C-C向视图。

图5为图1中D-D向视图。

图6为图1中E-E向视图。

图7为本发明的工作状态示意图。

图中，1为切割系统，2为摇臂系统，4为收渣装置，5为底座机构，6为支护油缸，7为支护盾体，7-1为调节油缸，7-2支护顶梁，8为驱动箱，9为动力系统，10为伸缩外盾，11为伸缩内盾，12为第一锚杆钻机，13为防护盾，14为撑靴油缸，15为支撑盾，16为第二锚杆钻机，17为出渣系统，18为推进系统。

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。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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1：如图1所示，一种掘锚一体机，包括盾体，盾体内设置有动力系统9、推进系统18、出渣系统17、除尘系统以及收渣装置4，动力系统9通过摇臂系统2与切割系统1相连接，收渣装置4与出渣系统17相连通，所述盾体包括伸缩前盾体和伸缩后盾体，伸缩前盾体通过推进系统18与伸缩后盾体相连接，推进系统18推进油缸作用，对掌子面岩石形成挤压和剪切，实现破岩，切割下来的岩渣落入巷道底部，通过收渣系统4收集，并通过出渣系统17运至设备后方，最终转运出巷道，伸缩后盾体一侧设置有断面锚固系统。

所述动力系统9、摇臂系统2、切割系统1、推进系统18和收渣装置4均安装在伸缩前盾体内且动力系统9、摇臂系统2和切割系统1通过底座机构5安装在伸缩前盾体内，所述动力系统9、摇臂系统2和切割系统1通过底座机构5安装在支护下盾体上，掘进系统由动力系统和传输系统切割系统组装，两组摇臂系统2与驱动系统8安装在一起，形成传输系统，动力系统9通过传输系统，把动力提供给切割系统1；整个掘进系统通过底座机构5安装在盾体7内。

所述伸缩前盾体包括支护盾体7、伸缩外盾10和伸缩内盾11，支护盾体7与伸缩外盾10固定连接，支护盾体7通过推进系统18与伸缩内盾11活动连接，伸缩内盾11与伸缩后盾体相连接；所述支护盾体7内安装有调节机构，支护盾体7上滑动安装支护机构；所述动力系统9、摇臂系统2、切割系统1、推进系统18和收渣装置4均安装在支护盾体7内且动力系统9、摇臂系统2和切割系统1通过底座机构5安装在支护盾体7内。

如图2和图3所示，所述支护盾体7包括支护上盾体和支护下盾体，调节机构包括调节油缸7-1，支护上盾体通过调节油缸7-1与支护下盾体相连接，盾体系统的顶部可以通过调节油缸7-1调整顶部与巷道顶板间隙，支护上盾体和支护下盾体均通过推进系统18与伸缩内盾11相连接；所述支护机构包括支护顶梁7-2和支护油缸6，支护油缸6一端与支护上盾体活动连接，支护油缸6另一端通过铰接座与支护顶梁7-2活动连接，支护顶梁7-2滑动安装在支护上盾体上，盾体系统顶部设计有可伸缩的支护顶梁，通过支护油缸6控制伸缩，对新鲜围岩进行及时支护。

如图4和图6所示，所述伸缩后盾体包括防护盾13和支撑盾15，防护盾13与伸缩内盾11相连接，防护盾13内活动安装有支撑盾15；所述断面锚固系统包括第一锚杆钻机12和第二锚杆钻机16，第一锚杆钻机12安装在防护盾13内，第二锚杆钻机16安装在支撑盾15后侧且第一锚杆钻机12和第二锚杆钻机16相配合，利用第一锚杆钻机实现顶板锚固，利用第二锚杆钻机实现巷道两侧锚固处理，利用第一锚杆钻机和第二锚杆钻机整体实现对巷道内全断面锚固处理。

如图5所示，所述支撑盾15包括第一子盾和第二子盾，第一子盾通过撑靴油缸14与第二子盾相连接且第一子盾和第二子盾活动安装在防护盾13内。

实施例2：一种掘锚一体机，所述切割系统1包括滚筒截齿式刀盘、强力破岩滚筒截齿式刀盘、盘型滚刀中的任意一种或几种，切割系统根据岩石硬度确定刀盘结构和形式，f<3，采用滚筒+截齿；f4～7采用强力破岩滚筒+截齿；f>7采用盘型滚刀；动力系统采用液压驱动或者电机驱动，安全可靠，适应性广。

实施例3：一种掘锚一体机，所述调节油缸7-1对称安装在支护上盾体与支护下盾体之间；所述推进系统18包括推进油缸，推进油缸对称安装在支护盾体7与伸缩内盾11之间，推进系统18由电液控制系统和多组油缸组成，左右两组调节油缸，一组伸出，一组缩回，精确控制油缸移动行程，调整盾体左右姿态；上下两组推进油缸，一组伸出，一组缩回，根据控制系统计算结果，调整前盾仰俯角度；通过控制超挖量，实现设备小半径拐弯。

实施例4：一种掘锚一体机的工作方法，包括以下步骤：

S1、如图7所示，首先利用动力系统9带动摇臂系统2和切割系统1动作对不同断面形式进行开挖，通过切割系统、动力系统和摇臂系统配合可开挖拱形断面，开挖过程中掉落渣土通过收渣装置4收集，并通过出渣系统17运送至设备后方，最终转运出巷道；

S2、随着开挖进行对于新开挖面，利用支护油缸6带动支护顶梁7-2滑出对新开挖面围岩及时支护，同时利用调节油缸7-1调节支护上盾体顶部与巷道顶板间隙；当遇到顶板围岩大变形时，通过调节油缸7-1调整支护上盾体与巷道顶板间距，实现快速通过变形区域，并重复步骤S3及时锚固，利用伸缩前盾体和伸缩后盾体特殊的结构形式，实现了避免设备卡盾结构的发生；

S3、在掘进的同时，利用第一锚杆钻机12进行及时支护，第一锚杆钻机12对巷道顶板进行钻孔，钻孔后挂网和锚杆支护；同时控制撑靴油缸14伸出带动第一子盾和第二子盾分别撑紧巷道两侧，片帮严重时，油缸撑起，防止片帮，保护人员安全，两帮围岩稳定时，油缸缩回，便于顶板的锚固作业，第二锚杆钻机16启动对巷道两侧进行锚固作业，通过第一锚杆钻机12和第二锚杆钻机16配合工作，实现整个巷道断面锚固；

S4、在一个掘进行程完成后，利用调节油缸7-1带动支护上盾体撑紧顶板，同时撑靴油缸14和推进油缸缩回，推进油缸拉动支撑盾15移动到位，调整掘进姿态后，利用撑靴油缸14伸出带动支撑盾15撑开顶进巷道两侧，为掘进系统提供掘进反力，重复步骤S1~S3，准备下一个作业循环。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种掘锚一体机，包括盾体，盾体内设置有动力系统（9）、推进系统（18）、出渣系统（17）、除尘系统以及收渣装置（4），动力系统（9）通过摇臂系统（2）与切割系统（1）相连接，收渣装置（4）与出渣系统（17）相连通，其特征在于，所述盾体包括伸缩前盾体和伸缩后盾体，伸缩前盾体通过推进系统（18）与伸缩后盾体相连接，伸缩后盾体一侧设置有断面锚固系统。

2.根据权利要求1所述的掘锚一体机，其特征在于，所述动力系统（9）、摇臂系统（2）、切割系统（1）、推进系统（18）和收渣装置（4）均安装在伸缩前盾体内且动力系统（9）、摇臂系统（2）和切割系统（1）通过底座机构（5）安装在伸缩前盾体内。

3.根据权利要求1或2所述的掘锚一体机，其特征在于，所述伸缩前盾体包括支护盾体（7）、伸缩外盾（10）和伸缩内盾（11），支护盾体（7）与伸缩外盾（10）固定连接，支护盾体（7）通过推进系统（18）与伸缩内盾（11）活动连接，伸缩内盾（11）与伸缩后盾体相连接；所述支护盾体（7）内安装有调节机构，支护盾体（7）上滑动安装支护机构；所述动力系统（9）、摇臂系统（2）、切割系统（1）、推进系统（18）和收渣装置（4）均安装在支护盾体（7）内且动力系统（9）、摇臂系统（2）和切割系统（1）通过底座机构（5）安装在支护盾体（7）内。

4.根据权利要求3所述的掘锚一体机，其特征在于，所述支护盾体（7）包括支护上盾体和支护下盾体，调节机构包括调节油缸（7-1），支护上盾体通过调节油缸（7-1）与支护下盾体相连接，支护上盾体和支护下盾体均通过推进系统（18）与伸缩内盾（11）相连接；所述支护机构包括支护顶梁（7-2）和支护油缸（6），支护油缸（6）一端与支护上盾体活动连接，支护油缸（6）另一端通过铰接座与支护顶梁（7-2）活动连接，支护顶梁（7-2）滑动安装在支护上盾体上；所述动力系统（9）、摇臂系统（2）和切割系统（1）通过底座机构（5）安装在支护下盾体上。

5.根据权利要求3所述的掘锚一体机，其特征在于，所述伸缩后盾体包括防护盾（13）和支撑盾（15），防护盾（13）与伸缩内盾（11）相连接，防护盾（13）内活动安装有支撑盾（15）；所述断面锚固系统包括第一锚杆钻机（12）和第二锚杆钻机（16），第一锚杆钻机（12）安装在防护盾（13）内，第二锚杆钻机（16）安装在支撑盾（15）后侧且第一锚杆钻机（12）和第二锚杆钻机（16）相配合。

6.根据权利要求5所述的掘锚一体机，其特征在于，所述支撑盾（15）包括第一子盾和第二子盾，第一子盾通过撑靴油缸（14）与第二子盾相连接且第一子盾和第二子盾活动安装在防护盾（13）内。

7.根据权利要求1或4所述的掘锚一体机，其特征在于，所述切割系统（1）包括滚筒截齿式刀盘、强力破岩滚筒截齿式刀盘、盘型滚刀中的任意一种或几种。

8.根据权利要求4所述的掘锚一体机，其特征在于，所述调节油缸（7-1）对称安装在支护上盾体与支护下盾体之间；所述推进系统（18）包括推进油缸，推进油缸对称安装在支护盾体（7）与伸缩内盾（11）之间。

9.根据权利要求1或6或8所述的掘锚一体机的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先利用动力系统（9）带动摇臂系统（2）和切割系统（1）动作对不同断面形式进行开挖，开挖过程中掉落渣土通过收渣装置（4）收集，并通过出渣系统（17）运送至设备后方，最终转运出巷道；

S2、随着开挖进行对于新开挖面，利用支护油缸（6）带动支护顶梁（7-2）滑出对新开挖面围岩及时支护，同时利用调节油缸（7-1）调节支护上盾体顶部与巷道顶板间隙；

S3、在掘进的同时，利用第一锚杆钻机（12）进行及时支护，第一锚杆钻机（12）对巷道顶板进行钻孔，钻孔后挂网和锚杆支护；同时控制撑靴油缸（14）伸出带动第一子盾和第二子盾分别撑紧巷道两侧，第二锚杆钻机（16）启动对巷道两侧进行锚固作业，通过第一锚杆钻机（12）和第二锚杆钻机（16）配合工作，实现整个巷道断面锚固；

S4、在一个掘进行程完成后，利用调节油缸（7-1）带动支护上盾体撑紧顶板，同时撑靴油缸（14）和推进油缸缩回，推进油缸拉动支撑盾（15）移动到位，调整掘进姿态后，利用撑靴油缸（14）伸出带动支撑盾（15）撑开顶进巷道两侧，为掘进系统提供掘进反力，重复步骤S1~S3，准备下一个作业循环。

10.根据权利要求9所述的掘锚一体机的工作方法，其特征在于，所述步骤S2中，当遇到顶板围岩大变形时，通过调节油缸（7-1）调整支护上盾体与巷道顶板间距，实现快速通过变形区域，并重复步骤S3及时锚固。

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