CN117868923A - 一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备及其支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备及其支护方法，涉及超前支护设备技术领域，包括底架，底架上方设置有矩形顶框，矩形顶框与底架之间设置有升降机构；矩形顶框的顶面沿长度方向设有若干等距分布的弧形槽钢，每个所述弧形槽钢的两端底面均固接有连接块，每块所述连接块的底端均与矩形顶框顶端连接，每个所述弧形槽钢内滑动设置有弧形卡轨，相邻弧形卡轨呈交错设置。本发明具有可调节的功能，可以适应不同煤层的采矿条件和巷道断面的变化，能够提供有效的支护和加固，确保工作面的稳定性和安全性，可以根据矿井实际情况和煤层条件进行评估和选择，以确保设备的适用性和安全性。

Description

一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备及其支护方法

技术领域

本发明涉及超前支护设备技术领域，尤其涉及一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备及其支护方法。

背景技术

煤矿井下巷道掘进设备主要包括掘进机、刮板输送机、掘进工作面支架等。正如中国实用新型专利公开的一种煤矿井下掘进工作面超前支护设备（公开号：CN217300622U），包括承载框以及安置在承载框底部的承载板，承载板下表面的四角均紧固连接有升降杆，升降杆的外表面套设有升降筒，升降筒的下表面紧固连接有与地面接触的底板，升降筒的内壁通过螺栓紧固连接有电动推杆。

现有的支护设备仅能对支护高度进行调节，不能适用于不同宽度和不同长度的煤矿井下巷道支护需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备及其支护方法。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用了如下技术方案：

一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，包括底架，所述底架上方设置有矩形顶框，矩形顶框与底架之间设置有升降机构；

所述矩形顶框的顶面沿长度方向设有若干等距分布的弧形槽钢，每个所述弧形槽钢的两端底面均固接有连接块，每块所述连接块的底端均与矩形顶框顶端连接，每个所述弧形槽钢内滑动设置有弧形卡轨，相邻弧形卡轨呈交错设置；

位于头尾两端的弧形槽钢的外侧面中部均固设有固定板，两个所述固定板之间设置有一对平行分布的横轴，一对所述横轴上设置有若干均匀交替分布的联动齿轮，所述弧形槽钢内弧面开设有弧形通孔，弧形卡轨内弧面设置有均匀分布的齿牙，联动齿轮穿过对应的弧形通孔并与弧形卡轨的齿牙啮合。

优选的，每根所述横轴的一端均套设有同心固接的同步齿轮，两个所述同步齿轮啮合连接，其中一个固定板的外侧面固设有第一电机，第一电机的电机轴与其中一根横轴连接。

优选的，所述矩形顶框包括第一U形架和第二U形架，所述第一U形架两条侧边的内侧均设置有导槽，所述第二U形架两条侧边的外侧均固定设置有导轨，所述导轨滑动插设在所述导槽中；

所述第一U形架、第二U形架上端面均设置有单侧滑槽，两个所述单侧滑槽开口的一侧相互对接，所述连接块滑动设置在第一U形架和/或第二U形架的单侧滑槽中。

优选的，每个所述弧形槽钢的两个连接块之间均固连有定位杆，相邻三个定位杆之间通过交叉设置的两个连杆连接，两个所述连杆中部相互铰接并与中间的定位杆铰接，连杆的两端均铰接有滑块，所述滑块与对应的定位杆滑动连接。

优选的，所述横轴均包括多个依次连接的阶梯轴，所述阶梯轴的大轴段、小轴段分别设置有相互配合的花键腔和外花键，所述联动齿轮固连在阶梯轴的大轴段，相邻阶梯轴通过外花键和花键腔滑动连接。

优选的，所述弧形槽钢的下端固连有拨杆，所述拨杆与对应联动齿轮所在的阶梯轴轴向限位。

优选的，所述阶梯轴上设置有环形槽，所述拨杆下端插设在环形槽内。

优选的，所述矩形顶框下端与底架之间设置有伸缩导向杆，所述伸缩导向杆设置有锁定机构。

优选的，所述升降机构包括上连板、下连板和丝杠，所述上连板固连在第一U形架下端，所述下连板固连在底架上端，上连板、下连板的两端均转动设置有一对连轴，上连板的一对连轴上分别固连有对称分布的一对第一摆臂，下连板的一对连轴上分别固连有对称分布的一对第二摆臂，所述上连板与下连板之间设置有一对对称分布的固定连块，每个所述固定连块的上下两端均设置有铰接轴，一对所述第一摆臂分别与一对固定连块的上端铰接轴铰接，一对所述第二摆臂分别与一对固定连块的下端铰接轴铰接；

其中一个固定连块的一侧固连有第二电机，该固定连块上转动设置有丝杠，丝杠一端与第二电机的电机轴连接，丝杠的另一端与另一个固定连块螺纹连接。

本发明还提出了一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备的支护方法，包括上述的煤矿井下巷道掘进超前支护设备，还包括以下步骤：

步骤一，拉动矩形顶框的第一U形架或第二U形架，使矩形顶框达到需求的长度，同时，矩形顶框顶面的弧形槽钢在连杆的拉动下均匀分散在矩形顶框的上端；

步骤二，启动第二电机，带动两个固定连块相向运动，进而带动一对第一摆臂、一对第二摆臂分别向内侧旋转，上连板、下连板相互远离并驱动矩形顶框向上运动，矩形顶框上升至设定高度后，通过锁定机构对伸缩导向杆的高度进行锁定；

步骤三，启动第一电机，第一电机带动其中一个横轴转动，继而通过两个同步齿轮带动另一横轴同步反向转动，两个横轴上的联动齿轮分别啮合带动对应的弧形卡轨沿着弧形槽钢向外滑动，并使得若干弧形卡轨呈前后交替分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在本发明中，通过在底架与矩形顶框之间设置升降机构，可对矩形顶框的高度进行调节，进而实现对弧形槽钢高度的调节，可以适应不同高度煤层的采矿条件和巷道断面的变化。

2、本发明中，通过设置一对相互啮合的同步齿轮，使得一对横轴同步反向转动，联动齿轮再啮合带动弧形卡轨沿着弧形槽钢向外滑动，并使得若干弧形卡轨呈前后交替分布，可以适应不同的巷道宽度，能够提供有效的支护和加固，确保工作面的稳定性和安全性。

3、本发明中，矩形顶框通过第一U形架和第二U形架组合而成，使得矩形顶框的长度可根据不同的工况进行调节，适应不同的巷道长度。

综上所述，本发明具有可调节的功能，可以适应不同煤层的采矿条件和巷道断面的变化，能够提供有效的支护和加固，确保工作面的稳定性和安全性，可以根据矿井实际情况和煤层条件进行评估和选择。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明去掉弧形槽钢后的结构示意图；

图3为图2中A的局部放大图；

图4为弧形槽钢结构示意图；

图5为升降结构爆炸示意图。

图中序号：1-底架，2-矩形顶框，201-第一U形架，202-第二U形架，203-导槽，204-导轨，205-单侧滑槽，3-升降机构，301-伸缩导向杆，302-上连板，303-下连板，304-固定连块，305-丝杠，306-第一摆臂，307-第二摆臂，308-第二电机，4-弧形槽钢，401-连接块，402-横轴，4021-阶梯轴，4022-花键腔，4023-外花键，4024-环形槽，403-联动齿轮，404-同步齿轮，405-第一电机，406-定位杆，407-连杆，408-滑块，409-拨杆，5-弧形卡轨。

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。

实施例一

如图1至图5所示，一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，包括底架1，底架1上方设置有矩形顶框2，矩形顶框2下端与底架1之间设置有伸缩导向杆301，通过伸缩导向杆301对矩形顶框2进行竖直导向。伸缩导向杆301包括滑动连接的固定杆和伸缩杆，固定杆上设置有定位孔，伸缩杆上设置有与定位孔相配合的多个调节孔，矩形顶框2与底架1之间设置有升降机构3，通过升降机构3对矩形顶框2的高度进行调节，伸缩导向杆301设置有锁定机构，当矩形顶框2调整至合适高度后，通过锁定机构进行锁定，锁定机构可采用插销，通过插销同时贯穿定位孔与其中一个调节孔实现对伸缩导向杆301高度的锁定。

升降结构3设置有两个并分别设置在矩形顶框2的两侧，升降机构3包括上连板302、下连板303和丝杠305，上连板302固连在矩形框架2下端，下连板303固连在底架1上端，上连板302、下连板303的两端均转动设置有一对连轴，优选的，为了使一对连轴同步反向转动，一对连轴上设置有一对相互啮合的齿轮，上连板302的一对连轴上分别固连有对称分布的一对第一摆臂306，下连板303的一对连轴上分别固连有对称分布的一对第二摆臂307，上连板与下连板之间设置有一对对称分布的固定连块304，每个固定连块304的上下两端均设置有铰接轴，一对第一摆臂306分别与一对固定连块304的上端铰接轴铰接，一对第二摆臂307分别与一对固定连块304的下端铰接轴铰接。其中一个固定连块304的一侧固连有第二电机308，该固定连块304上转动设置有丝杠305，丝杠305一端与第二电机308的电机轴连接，丝杠305的另一端与另一个固定连块304螺纹连接。通过第二电机308带动丝杠305进行转动，进而带动两个固定连块304相向运动，通过第一摆臂306、第二摆臂307迫使上连板302、下连板303相互远离，实现对矩形顶框2高度的调节。

矩形顶框2包括第一U形架201和第二U形架202，第一U形架201两条侧边的内侧均设置有导槽203，第二U形架202两条侧边的外侧均固定设置有导轨204，第一U形架201和第二U形架202通过导轨204、导槽203滑动连接，共同组成矩形顶框2，升降结构3的上连板302与第一U形架201的下端固连，为了避免对矩形顶框2的伸缩造成干涉，底架1也采用伸缩结构。

第一U形架201、第二U形架202上端面均设置有单侧滑槽205，两个单侧滑槽205开口的一侧相互对接。矩形顶框2的顶面沿长度方向设有若干等距分布的弧形槽钢4，每个弧形槽钢4的两端底面均固接有连接块401，连接块401滑动设置在第一U形架201和/或第二U形架202的单侧滑槽205中，使得弧形槽钢4可沿矩形顶框2的长度方向滑动。位于头尾两端的弧形槽钢4分别与第一U形架201、第二U形架202相对固定。

每个弧形槽钢4的两个连接块401之间均固连有定位杆406，相邻三个定位杆406之间通过交叉设置的两个连杆407连接，两个连杆407中部相互铰接并与中间的定位杆406铰接，连杆407的两端均铰接有滑块408，滑块408与对应的定位杆406滑动连接。通过交叉设置的两个连杆407控制相邻定位杆406等距均匀分布，进而控制相邻弧形槽钢4等距均匀分布。

每个弧形槽钢4内滑动设置有弧形卡轨5，相邻弧形卡轨5呈交错设置，位于头尾两端的弧形槽钢4的外侧面中部均固设有固定板，两个固定板之间设置有一对平行分布的横轴402，横轴402与固定板转动连接，一对横轴402上设置有若干均匀交替分布的联动齿轮403，弧形槽钢4内弧面开设有弧形通孔，弧形卡轨5内弧面设置有均匀分布的齿牙，联动齿轮403穿过对应的弧形通孔并与弧形卡轨5的齿牙啮合。通过横轴402的转动带动联动齿轮403转动，进而通过联动齿轮403与弧形卡轨5齿牙的啮合作用带动弧形卡轨5相对弧形槽钢4运动。

为了实现弧形卡轨5呈交错设置，需使相邻弧形卡轨5向相反方向运动，因此，每根横轴402的一端均套设有同心固接的同步齿轮404，两个同步齿轮404啮合连接，其中一个固定板的外侧面固设有第一电机405，第一电机405的电机轴与其中一根横轴402连接，实现两根横轴402同步反向旋转，联动齿轮403交替设置在两根横轴402上，利用联动齿轮403驱动相邻弧形卡轨5反向运动。

当矩形顶框2拉伸或收缩时，在交叉设置的连杆407的作用下，弧形槽钢4会随之进行运动，为了使联动齿轮403始终与弧形卡轨5啮合，横轴402均包括多个依次连接的阶梯轴4021，阶梯轴4021的大轴段、小轴段分别设置有相互配合的花键腔4022和外花键4023，联动齿轮403固连在阶梯轴4021的大轴段，相邻阶梯轴4021通过外花键4023和花键腔4022滑动连接。弧形槽钢4的下端固连有拨杆409，拨杆409与对应联动齿轮403所在的阶梯轴4021轴向限位，具体的，阶梯轴4021上设置有环形槽4024，拨杆409下端插设在环形槽4024内。当弧形槽钢4运动时，带动拨杆409同步运动，继而带动对应的阶梯轴4021、联动齿轮403同步运动。

实施例二

一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备的支护方法，包括实施例1所述的煤矿井下巷道掘进超前支护设备，还包括以下步骤：

步骤一，根据巷道实现条件，计算单个超前支护设备需要支护的巷道长度，拉动矩形顶框2的第一U形架201或第二U形架202，使矩形顶框2达到需求的长度，底座1同步进行伸缩。当第一U形架201、第二U形架202相对运动时，位于头尾两端的弧形槽钢4之间的距离发生变化，矩形顶框2顶面的弧形槽钢4在连杆407、滑块408的拉动下均匀分散在矩形顶框2的上端。

步骤二，启动第二电机308，带动两个固定连块304相向运动，进而带动一对第一摆臂306、一对第二摆臂307分别向内侧旋转，上连板302、下连板303相互远离并驱动矩形顶框2向上运动，矩形顶框2上升至设定高度后，通过锁定机构对伸缩导向杆301的高度进行锁定。

步骤三，启动第一电机405，第一电机405带动其中一个横轴402转动，继而通过两个同步齿轮404带动另一横轴402同步反向转动，两个横轴402上的联动齿轮403分别啮合带动对应的弧形卡轨5沿着弧形槽钢4向外滑动，并使得若干弧形卡轨5呈前后交替分布。

本发明具有可调节的功能，可以适应不同煤层的采矿条件和巷道断面的变化，能够提供有效的支护和加固，确保工作面的稳定性和安全性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，包括底架（1），其特征在于：所述底架（1）上方设置有矩形顶框（2），矩形顶框（2）与底架（1）之间设置有升降机构（3）；

所述矩形顶框（2）的顶面沿长度方向设有若干等距分布的弧形槽钢（4），每个所述弧形槽钢（4）的两端底面均固接有连接块（401），每块所述连接块（401）的底端均与矩形顶框（2）顶端连接，每个所述弧形槽钢（4）内滑动设置有弧形卡轨（5），相邻弧形卡轨（5）呈交错设置；

位于头尾两端的弧形槽钢（4）的外侧面中部均固设有固定板，两个所述固定板之间设置有一对平行分布的横轴（402），一对所述横轴（402）上设置有若干均匀交替分布的联动齿轮（403），所述弧形槽钢（4）内弧面开设有弧形通孔，弧形卡轨（5）内弧面设置有均匀分布的齿牙，联动齿轮（403）穿过对应的弧形通孔并与弧形卡轨（5）的齿牙啮合。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于：每根所述横轴（402）的一端均套设有同心固接的同步齿轮（404），两个所述同步齿轮（404）啮合连接，其中一个固定板的外侧面固设有第一电机（405），第一电机（405）的电机轴与其中一根横轴（402）连接。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于：所述矩形顶框（2）包括第一U形架（201）和第二U形架（202），所述第一U形架（201）两条侧边的内侧均设置有导槽（203），所述第二U形架（202）两条侧边的外侧均固定设置有导轨（204），所述导轨（204）滑动插设在所述导槽（203）中；

所述第一U形架（201）、第二U形架（202）上端面均设置有单侧滑槽（205），两个所述单侧滑槽（205）开口的一侧相互对接，所述连接块（401）滑动设置在第一U形架（201）和/或第二U形架（202）的单侧滑槽（205）中。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于：每个所述弧形槽钢（4）的两个连接块（401）之间均固连有定位杆（406），相邻三个定位杆（406）之间通过交叉设置的两个连杆（407）连接，两个所述连杆（407）中部相互铰接并与中间的定位杆（406）铰接，连杆（407）的两端均铰接有滑块（408），所述滑块（408）与对应的定位杆（406）滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于：所述横轴（402）均包括多个依次连接的阶梯轴（4021），所述阶梯轴（4021）的大轴段、小轴段分别设置有相互配合的花键腔（4022）和外花键（4023），所述联动齿轮（403）固连在阶梯轴（4021）的大轴段，相邻阶梯轴（4021）通过外花键（4023）和花键腔（4022）滑动连接。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于：所述弧形槽钢（4）的下端固连有拨杆（409），所述拨杆（409）与对应联动齿轮（403）所在的阶梯轴（4021）轴向限位。

7.根据权利要求6所述的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于：所述阶梯轴（4021）上设置有环形槽（4024），所述拨杆（409）下端插设在环形槽（4024）内。

8.根据权利要求7所述的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于：所述矩形顶框（2）下端与底架（1）之间设置有伸缩导向杆（301），所述伸缩导向杆（301）设置有锁定机构。

9.根据权利要求8所述的一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于：所述升降机构（3）包括上连板（302）、下连板（303）和丝杠（305），所述上连板（302）固连在第一U形架（201）下端，所述下连板（303）固连在底架（1）上端，上连板（302）、下连板（303）的两端均转动设置有一对连轴，上连板（302）的一对连轴上分别固连有对称分布的一对第一摆臂（306），下连板（303）的一对连轴上分别固连有对称分布的一对第二摆臂（307），所述上连板（302）与下连板（303）之间设置有一对对称分布的固定连块（304），每个所述固定连块（304）的上下两端均设置有铰接轴，一对所述第一摆臂（306）分别与一对固定连块（304）的上端铰接轴铰接，一对所述第二摆臂（307）分别与一对固定连块（304）的下端铰接轴铰接；

其中一个固定连块（304）的一侧固连有第二电机（308），该固定连块（304）上转动设置有丝杠（305），丝杠（305）一端与第二电机（308）的电机轴连接，丝杠（305）的另一端与另一个固定连块（304）螺纹连接。

10.一种煤矿井下巷道掘进超前支护设备的支护方法，包括权利要求9所述的煤矿井下巷道掘进超前支护设备，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，拉动矩形顶框（2）的第一U形架（201）或第二U形架（202），使矩形顶框（2）达到需求的长度，同时，矩形顶框（2）顶面的弧形槽钢（4）在连杆（407）的拉动下均匀分散在矩形顶框（2）的上端；

步骤二，启动第二电机（308），带动两个固定连块（304）相向运动，进而带动一对第一摆臂（306）、一对第二摆臂（307）分别向内侧旋转，上连板（302）、下连板（303）相互远离并驱动矩形顶框（2）向上运动，矩形顶框（2）上升至设定高度后，通过锁定机构对伸缩导向杆（301）的高度进行锁定；

步骤三，启动第一电机（405），第一电机（405）带动其中一个横轴（402）转动，继而通过两个同步齿轮（404）带动另一横轴（402）同步反向转动，两个横轴（402）上的联动齿轮（403）分别啮合带动对应的弧形卡轨（5）沿着弧形槽钢（4）向外滑动，并使得若干弧形卡轨（5）呈前后交替分布。