CN114278320A - 一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，包括：刀盘、壳体、支架控制装置与支架；壳体内部设置有固定支架控制装置与多个支架；支架能够受驱动离开壳体进入隧道内；所述架体位于支架的中部，架体的四周设置有若干个支管，支管通过轴承限位从动螺杆在其内部转动，通过从动螺杆转动可驱动伸缩管伸长或收缩；所述传动齿轮限位于架体内，传动齿轮外端齿轮与从动螺杆接触限位，传动齿轮中部齿轮状开口与接触部的齿轮接触限位。本发明通过将支架设置在壳体内，每隔一段距离顶推出一个支架，并通过支架控制装置对支架的角度以及张开程度进行调整，使支架能够对挖掘过的隧道进行支撑，整个支撑过程自动完成，更加安全且工作效率更高。

Description

一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机

技术领域

本发明属于隧道支撑的技术领域，尤其涉及一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机。

背景技术

目前，顶管机掘进时通常需要人工在后端建立支撑，而顶管机在矿井钻井时，由于矿山山体结构变化，容易导致塌方，传统的矿井钻进设备操作室结构支撑简单，在发生塌方时操作室容易被压变形，导致操作人员人身安全受到威胁，而且传统的设备在发生塌方后，操作人员无法利用机器自救，且设备内未储存有应急物资，导致操作人员无法坚持到救援人员救援，因此有必要设置一种安全的矿井钻进设备改善上述问题。

然而，专利文献CN110656884A公开了目前煤炭顶管机所使用的保护支撑依然为传统施工领域所使用的设备，当实际工作时，会遇到以下问题和缺点：该支撑装置支撑范围小，仅能够保护操作人员，且存在被岩石层压坏的风险；该支撑装置自动化程度不高，人在煤矿内操作机器，由于环境因素复杂，容易发生瓦斯爆炸，以及瓦斯中毒；该钻井装置不具备构建辅助支撑的能力，一旦煤矿内塌陷，人的生命受到威胁，机器也存在报废的风险，以及影响煤矿开采的效率，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，利用可遥控的智能顶管机和自身存放的支撑装置共同配合运动，来防止煤矿隧道挖掘后发生塌陷的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，包括：刀盘、壳体、支架控制装置与支架；

壳体内部设置有固定支架控制装置与多个支架；

支架能够受驱动离开壳体进入隧道内；

所述支架控制装置的一端固定在壳体内部上端，支架控制装置与壳体安装的一端能够转动，支架控制装置的另一端上设置有接触部，接触部前端为可伸缩的转动电机；

所述支架包括架体、伸缩管、支架接触板、传动齿轮与从动螺杆；

所述架体位于支架的中部，架体的四周设置有若干个支管，支管内部设置限位槽，支管通过轴承限位从动螺杆在其内部转动，通过从动螺杆转动可驱动伸缩管伸长或收缩；

所述伸缩管上设置有凸部，凸部与限位槽接触限位；

所述传动齿轮限位于架体内，传动齿轮外端齿轮与从动螺杆接触限位，传动齿轮中部齿轮状开口与接触部的齿轮接触限位。

作为本发明的进一步方案，壳体包括前壳段、后壳段与顶推环，前壳段前端与刀盘连接，前壳段后端固定着后壳段且限位顶推环，顶推环通过电控伸缩杆驱动与支架前端接触挤压并将支架推出至隧道，前壳段直径小于后壳段，前壳内部存放并限位多个支架；

所述刀盘包括顶推杆，顶推杆位于刀盘的后端中心位置，顶推杆为可遥控的伸缩装置，顶推杆能够向后端推动支架。

作为本发明的进一步方案，前壳段内固定安装有感应装置，感应装置能够感应到后壳段内的支架，顶推环与感应装置连接控制，在感应装置感应到支架时，顶推环通过电控伸缩杆的驱动下伸长将支架推出至隧道内并通过电控顶推环自动复位等待下次顶推。

作为本发明的进一步方案，所述伸缩管的一端设置有槽口，槽口用于限位支架接触板，支架接触板与伸缩管之间通过弹簧支承，当支架位于前壳段内时，支架接触板与前壳段内壁接触挤压，并且弹簧处于压缩状态。

作为本发明的进一步方案，支架控制装置包括主控部、伸缩杆、驱动座与接触部；

所述主控部固定在前壳段内部上端并与蓄电池连接，主控部限位控制伸缩杆上下转动；

所述伸缩杆一端限位在主控部内，伸缩杆另一端固定连接驱动座，驱动座能够控制接触部在上下位置进行转动。

作为本发明的进一步方案，所述支架控制装置包括监控探头，监控探头固定在接触部前端，监控探头可将前端画面传到外部。

作为本发明的进一步方案，所述刀盘包括排渣装置，排渣装置位于刀盘后端下方并与刀盘连通，排渣装置为螺旋输送结构，通过连接电机驱动工作。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过将支架设置在壳体内，每隔一段距离顶推出一个支架，并通过支架控制装置对支架的角度以及张开程度进行调整，使支架能够对挖掘过的隧道进行支撑，整个过程实现自动化机械操作，更加安全且工作效率更高；

(2)本发明顶管机内部可存放多个支架，在掘进的过程按照一定的间距可连续的建立支撑装置，从而使支撑面更大，支撑效果更好，便于机器挖煤；

(3)本发明可通过外部对支架控制装置进行遥控，不需要人工进入隧道，减少人工操作的风险；

(4)本发明操作简单，不需要其他设备配合完成工作。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明提供的顶管机示意图；

图2为本发明提供的顶管机内部示意图；

图3为本发明提供的刀盘后端示意图；

图4为本发明提供的管片内部示意图；

图5为本发明提供的支架控制装置示意图；

图6为本发明提供的支架装置示意图；

图7为本发明提供的支架装置内部示意图；

图8为本发明提供的架体示意图；

图9为本发明提供的伸缩杆示意图；

图10为本发明提供的顶管机内部示意图；

图中：1、刀盘；101、顶推杆；102、排渣装置；2、壳体；201、前壳段；202、后壳段；203、感应装置；204、顶推环；3、支架控制装置；301、主控部；302、伸缩杆；303、驱动座；304、接触部；305、监控探头；4、支架；41、架体；411、支管；412、限位槽；42、伸缩管；421、凸部；422、槽口；43、支架接触板；44、传动齿轮；45、从动螺杆。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，包括：刀盘1、壳体2、支架控制装置3与支架4；

所述刀盘1位于顶管机前端，可用来挖掘煤和泥土以及岩石，从而构建隧道；

所述壳体2位于刀盘1后端，可与后端顶推装置接触推进，并且与隧道内煤和泥土以及岩石接触限位，其内部限位多个支架4以及固定支架控制装置3；

所述支架控制装置3固定在壳体2内部上端，可通过外部遥控驱动支架控制装置3与支架4接触控制；

所述支架4限位在壳体2内，通过壳体2内部装置将其顶推送出壳体2后，可与隧道内的岩石接触，再通过支架控制装置3控制支架4张开到最佳支撑状态；

如图3所示，所述刀盘1，包括：顶推杆101、排渣装置102；

所述顶推杆101位于刀盘1的后端中心位置，为可遥控的伸缩装置，通过外部遥控电机驱动顶推杆101向后端推动支架4；

所述排渣装置102位于刀盘1后端下方并与刀盘1连通，为螺旋输送结构，可通过连接电机驱动其工作，并对刀盘1内的泥土砂石进行旋转送出至装置后端；

如图4所示，所述壳体2，包括：前壳段201、后壳段202、感应装置203、顶推环204；

所述前壳段201位于壳体2前端，前壳段201前端与刀盘1连接，前壳段201内部固定着感应装置203，前壳段201后端固定着后壳段202且限位顶推环204，且前壳段201直径小于后壳段202，前壳段201内部可存放并限位多个支架4；

所述后壳段202固定在前壳段201的后端，顶推环204与后壳段202接触限位，顶推杆101可将支架4顶推到后壳段202处且位于顶推后端，此时支架4支撑脚受弹力作用张开并与后壳段202内表面以及顶推环204后端接触限位；

所述感应装置203固定在前壳段201内部，感应装置203可以感应到后壳段202内的支架4，当感应装置203感应到支架4时，可通过电控伸缩杆驱动顶推环204向后顶推位于后壳段202内的支架4，并将支架4顶推至隧道内；

所述顶推环204通过电控伸缩杆限位在前壳段201后端，与感应装置203连接控制，在感应装置203感应到支架4时，顶推环204将其推出至隧道内并自动复位等待下次顶推；

如图5所示，所述支架控制装置3，包括：主控部301、伸缩杆302、驱动座303、接触部304、监控探头305；

所述主控部301固定在前壳段201内部上端并与蓄电池连接，可接受外部遥控，并限位控制伸缩杆302在其内部进行上下转动；

所述伸缩杆302一端限位在主控部301内，另一端限位控制驱动座303，可控制驱动座303进行伸缩；

所述驱动座303一段限位在伸缩杆302内，另一端为齿轮状结构可与接触部304接触限位，并控制接触部304在其上下位置进行转动；

所述接触部304限位驱动座303前端，接触部304前端为可伸缩的转动电机，且接触部304前端的电机可与支架4接触控制；

所述监控探头305固定在接触部304前端，可将前端画面传到外部，从而工人可以控制接触部304与支架4精准接触控制；

如图6-7所示，所述支架4，包括：架体41、伸缩管42、支架接触板43、传动齿轮44、从动螺杆45；

所述架体41位于支架4的中部，为伸缩管42和传动齿轮44以及从动螺杆45的限位装置，目的是提升整体支架4的稳固性；

所述伸缩管42限位在架体41外端，并且与从动螺杆45接触限位，通过从动螺杆45的转动可控制伸缩管42伸长或收缩；

所述支架接触板43限位在伸缩管42上，且与伸缩管42之间通过弹簧支承，当支架4位于前壳段201内时，支架接触板43与其内壁接触挤压，并且弹簧完全压缩，当支架4位于后壳段202时，支架接触板43与其内壁接触挤压，弹簧稍微舒张，当支架4位于隧道内时，支架接触板43与其内壁接触挤压，此时弹簧完全继续张开，以此控制支架4位于各个位置时接触的稳定性；

所述传动齿轮44限位于架体41内，传动齿轮44外端齿轮可与从动螺杆45接触限位，传动齿轮44中部齿轮状开口则可以接触部304的齿轮接触限位，从而通过接触部304的转动带动传动齿轮44的转动，则传动齿轮44可带动从动螺杆45转动，所以转动的从动螺杆45带动伸缩管42可做伸缩运动，从而可使位于隧道的支架4在伸缩管42伸长时保证最佳的支撑效果；

所述从动螺杆45通过活轴承限位在支架4内部，与传动齿轮44和伸缩管42接触限位，可通过传动齿轮44带动从动螺杆45转动，从而带动伸缩管42伸缩；

如图8所示，所述架体41，包括：支管411、限位槽412；

所述支管411位于架体41四周，其内部包含限位槽412，并且通过活轴承限位着从动螺杆45在其内部转动，以及伸缩管42的伸缩；

所述限位槽412位于四个支管411内，用来限位伸缩管42，防止其在从动螺杆45转动驱动下发生的跟随转动；

如图9所示，所述伸缩管42，包括：凸部421、槽口422；

所述凸部421位于伸缩管42上，并且可与限位槽412接触限位，其目的防止伸缩管42在从动螺杆45的传动下发生转动；

所述槽口422位于伸缩管42上，用来限位支架接触板43。

本发明所述的一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机的支护方法，包括如下步骤：

本发明适用于煤矿内或狭小空间内顶管机掘进同时建立支撑；

S1：工作之前预先对顶管机前壳段201内部存放多个支架4；

S2：当顶管机在煤矿内掘进一段距离时停止，此时可通过外部遥控驱动顶推杆101启动，开始向后方顶推支架4；此时前壳段201内部的支架4整体向后运动，运动到后壳段202处的支架4被感应装置203感应到，并反馈信号给顶推杆101和顶推环204，顶推杆101停止顶推而顶推环204开始顶推被感应到的支架4，并将该支架4顶推至隧道内，效果如图10所示，从而实现对支架4在隧道内的投放；

S3：通过外部遥控对支架控制装置3进行遥控，先控制伸缩杆302向下转动45度并伸长，直到带着接触部304伸长至支架4的传动齿轮44位置，此时由驱动座303控制接触部304向上转动45度，并通过监控探头305观察接触部304是否与传动齿轮44的开口对齐；当接触部304与传动齿轮44开口对齐时，通过外部遥控接触部304前端伸长进入到传动齿轮44内；

S4：这时控制接触部304前端的齿轮转动并带动传动齿轮44转动，转动的传动齿轮44带动从动螺杆45转动，转动的从动螺杆45则驱动四个伸缩管42向外端伸长，而支架接触板43在伸缩管42伸长的过程中受到与隧道内壁的挤压会逐渐收缩在槽口422内部，伸缩管42继续伸长直至支架接触板43无法继续收缩，此时支架4与隧道支撑效果最佳，由此第一个隧道内支架4建立完成，再通过外部工人遥控支架控制装置3进行复位，复位完成后顶管机通过外部液压顶推杆顶推继续向前顶进，再经过一段距离后再次停止掘进并重复顶推第一个支架4的过程，从而完成第二支架4的支撑，以此方式工作直至支架4全部完成支撑，此时隧道内的大面积的支撑构建完成；

S5：当遇到特殊支护环境，需要将支架4倾斜对隧道壁形成支撑时；可由支架控制装置3对支架4进行倾斜，再对支架4展开进行支护；

如果需要继续构建支撑，则需要在此时顶管机位置上端通过钻土机再打开一个贯穿开口，并通过机械臂对顶管机内部重新添加支架4，并由此开口处放入顶推装置继续顶推顶管机前进以及连续建立支撑。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且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。因此，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多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，其特征在于，包括：刀盘(1)、壳体(2)、支架控制装置(3)与支架(4)；

壳体(2)内部固定设置有支架控制装置(3)与多个支架(4)；

支架(4)能够受驱动离开壳体(2)进入隧道内；

所述支架控制装置(3)的一端固定在壳体(2)内部上端，支架控制装置(3)与壳体(2)安装的一端能够转动，支架控制装置(3)的另一端上设置有接触部(304)，接触部(304)前端为可伸缩的转动电机；

所述支架(4)包括架体(41)、伸缩管(42)、支架接触板(43)、传动齿轮(44)与从动螺杆(45)；

所述架体(41)位于支架(4)的中部，架体(41)的四周设置有若干个支管(411)，支管(411)内部设置限位槽(412)，支管(411)通过轴承限位从动螺杆(45)在其内部转动，通过从动螺杆(45)转动能够驱动伸缩管(42)伸长或收缩，所述伸缩管(42)上设置有凸部(421)，凸部(421)与限位槽(412)接触限位；

所述传动齿轮(44)限位于架体(41)内，传动齿轮(44)外端齿轮与从动螺杆(45)接触限位，传动齿轮(44)中部齿轮状开口与接触部(304)的齿轮接触限位。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，其特征在于，壳体(2)包括前壳段(201)、后壳段(202)与顶推环(204)，前壳段(201)前端与刀盘(1)连接，前壳段(201)后端固定着后壳段(202)且限位顶推环(204)，前壳段(201)直径小于后壳段(202)，前壳段(201)内部存放并限位多个支架(4)；

所述刀盘(1)包括顶推杆(101)，顶推杆(101)位于刀盘(1)的后端中心位置，顶推杆(101)为可遥控的伸缩装置，顶推杆(101)能够向后端推动支架(4)。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，其特征在于，前壳段(201)内固定安装有感应装置(203)，感应装置(203)能够感应到后壳段(202)内的支架(4)，顶推环(204)与感应装置(203)连接控制，在感应装置(203)感应到支架(4)时，顶推环(204)将支架(4)推出至隧道内并自动复位等待下次顶推。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，其特征在于，所述伸缩管(42)的一端设置有槽口(422)，槽口(422)用于限位支架接触板(43)，支架接触板(43)与伸缩管(42)之间通过弹簧支承，当支架(4)位于前壳段(201)内时，支架接触板(43)与前壳段(201)内壁接触挤压，并且弹簧处于压缩状态。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，其特征在于，支架控制装置(3)包括主控部(301)、伸缩杆(302)、驱动座(303)与接触部(304)；

所述主控部(301)固定在前壳段(201)内部上端并与蓄电池连接，主控部(301)限位控制伸缩杆(302)上下转动；

所述伸缩杆(302)一端限位在主控部(301)内，伸缩杆(302)另一端固定连接驱动座(303)，驱动座(303)能够控制接触部(304)在上下位置进行转动。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，其特征在于，所述支架控制装置(3)包括监控探头(305)，监控探头(305)固定在接触部(304)前端，监控探头(305)可将前端画面传到外部。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿隧道内建立支撑的顶管机，其特征在于，所述刀盘(1)包括排渣装置(102)，排渣装置(102)位于刀盘(1)后端下方并与刀盘(1)连通，排渣装置(102)为螺旋输送结构，通过连接电机驱动工作。

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