CN118582223A - 一种零空顶、零空帮掘锚一体机及掘进锚护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿巷道掘进及支护技术领域，尤其涉及一种零空顶、零空帮掘锚一体机及掘进锚护方法，掘锚一体机包括底盘，对称设置在底盘两侧的滑移平台，设置在底盘上的伸缩护盾。滑移平台上设置前部锚杆机总成。前部锚杆机总成包括与滑移平台连接的连接板、连接板上的第一伸缩结构、与第一伸缩结构连接的底板、与底板铰接的伸缩调节结构、第一伸缩台及其上的第二伸缩结构、与第二伸缩结构连接的第二伸缩台、第二伸缩台上的第一旋转结构及与第一旋转结构连接的第二旋转结构，与第二旋转结构连接的锚杆钻机；伸缩调节结构的伸缩端与第一伸缩台的底部铰接。本发明可以实现掘进巷道迎头方向的零空顶、零空帮及时支护以及超前支护。

Description

一种零空顶、零空帮掘锚一体机及掘进锚护方法

技术领域

本发明属于煤矿巷道掘进及支护技术领域，具体涉及一种零空顶、零空帮掘锚一体机及掘进锚护方法。

背景技术

在煤矿巷道开采施工过程中，当巷道围岩受到的压力较大，传统的掘进支护方式因支护点距离迎头较远，往往会因支护不及时引发一系列不良后果，导致围岩或煤层容易发生冒顶片帮。因此，需要一种能够及时支护巷道顶板和两帮的设备，在掘进过程中随掘随支，同时支护时空顶和空帮距应足够小，防止顶板掉落和帮部垮塌，从而满足支护的质量要求，避免后续巷道持续变形。

现有技术可以通过掘锚一体机实现随掘随支。掘锚一体机是掘进机和锚杆机综合在一起的一体机，可以在掘进的同时进行支护，原理是先通过掘进机掘进隧道，然后在掘进过程中通过锚杆机对隧道进行支撑。现有的掘锚一体机在铲板的后部安装前部锚杆机，在掘锚一体机的中部安装中部掘锚机，可支护最前位置距离迎头距离一般在2m以上。但是，现有的掘锚一体机还存在如下问题：第一是受截割大臂宽度的影响，会导致巷道顶板正中间位置形成支护盲区，锚杆锚索无法进行支护，第二是前部锚杆机受空间影响只能左右移动，不能充分地支护帮部锚杆，需要通过中部锚杆机对帮部锚杆进行支护，这样会使帮部的支护存在2-3小时的滞后，如果巷道条件差，顶板和两帮不稳定时，极容易发生顶板变形和片帮现象。

另外，当地质条件较为恶劣时，需要向截割面前端尚未开挖的区域打入斜向锚杆实现超前支护，在截割之前预先进行加固。但是现有的掘锚一体机仅对已经开挖的截割面进行支护，并不能实现截割面前端尚未开挖的区域的超前支护。

因此，针对以上不足，需要提供一种能够对顶板以及帮部进行及时且充分支护的掘锚一体机，提高巷道的支护质量，实现掘进巷道迎头方向的零空顶、零空帮的支护效果，并且实现超前支护。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为了解决现有技术中存在的掘锚一体机存在支护盲区，无法对顶板正中间进行支护，以及无法对帮部进行及时支护以及不能实现超前支护的问题，本发明提供一种零空顶、零空帮掘锚一体机及掘进锚护方法。

（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：

一种零空顶、零空帮掘锚一体机，包括底盘，对称设置在所述底盘两侧的滑移平台以及设置在所述底盘上的伸缩护盾，所述滑移平台上设置前部锚杆机总成；所述滑移平台能够相对所述底盘前后移动；所述伸缩护盾位于所述前部锚杆机总成的上方；

所述前部锚杆机总成包括与滑移平台连接的连接板、设置在所述连接板上的第一伸缩结构、与所述第一伸缩结构连接的底板、本体与所述底板铰接的伸缩调节结构、第一伸缩台、设置在所述第一伸缩台上的第二伸缩结构、与所述第二伸缩结构连接的第二伸缩台、设置在所述第二伸缩台上的第一旋转结构、设置在所述第一旋转结构上的第二旋转结构以及与所述第二旋转结构连接的锚杆钻机；所述伸缩调节结构的伸缩端与所述第一伸缩台的底部铰接；

所述第一伸缩结构以及所述第二伸缩结构的伸缩方向与巷道的掘进方向垂直，所述锚杆钻机用于向巷道的顶板以及帮部安装锚杆；

所述第一旋转结构用于驱动第二旋转结构以及锚杆钻机围绕与第二伸缩结构的伸缩方向垂直的第一旋转轴旋转；所述第二旋转结构用于驱动锚杆钻机围绕与第二伸缩结构的伸缩方向平行的第二旋转轴旋转；

所述前部锚杆机总成还包括链条组件，所述链条组件分别与所述第一伸缩台以及所述第二伸缩台连接，所述第二伸缩结构与所述链条组件连接并用于驱动所述链条组件转动。

如上所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，优选地，所述第一伸缩结构为第一伸缩油缸，所述第二伸缩结构为第二伸缩油缸，所述伸缩调节结构为摆臂油缸，所述摆臂油缸的本体与所述底板铰接，所述摆臂油缸的伸缩端与所述第一伸缩台的底部铰接，所述第一旋转结构为第一旋转马达，所述第二旋转结构为第二旋转马达。

如上所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，优选地，所述底盘上还设置中部锚杆机总成；

所述中部锚杆机总成位于所述前部锚杆机总成的后端；

所述中部锚杆机总成对称地设置在所述底盘的两侧；

所述中部锚杆机总成包括设置在所述滑移平台上的第一平板、设置在所述第一平板上的第一平移轨道、一端设置在所述滑移平台上，另一端与所述第一平移轨道滑动连接的第一平移油缸、与所述第一平移油缸的伸缩端连接的第二平板、设置在所述第二平板上的第一升降轨道、一端设置在所述第二平板上，另一端与所述第一升降轨道滑动连接的第一升降油缸、与所述第一升降油缸连接的第一支撑板、设置在所述第一支撑板上的第三旋转马达以及中部锚杆钻机；所述中部锚杆钻机与所述第三旋转马达连接；所述第一平移油缸的伸缩方向与巷道的掘进方向平行。

如上所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，优选地，所述底盘上还设置尾部锚杆机总成；

所述尾部锚杆机总成位于所述中部锚杆机总成的后端；

所述尾部锚杆机总成对称地设置在所述底盘的两侧；

所述尾部锚杆机总成包括设置在所述底盘上的第三平板、设置在所述第三平板上的第二平移轨道、一端设置在所述底盘上，另一端与所述第二平移轨道滑动连接的第二平移油缸、与所述第二平移油缸的伸缩端连接的第四平板、设置在所述第四平板上的第二升降轨道、一端设置在所述第四平板上，另一端与所述第二升降轨道滑动连接的第二升降油缸、与所述第二升降油缸连接的第二支撑板、设置在所述第二支撑板上的第四旋转马达以及尾部锚杆钻机；所述尾部锚杆钻机与所述第四旋转马达连接；所述第二平移油缸的伸缩方向与巷道的掘进方向平行。

如上所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，优选地，还包括设置在所述底盘前端的截割装置，以及设置在所述截割装置后端的装载运输装置；

所述截割装置以及所述装载运输装置位于所述滑移平台的前端。

如上所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，优选地，所述伸缩护盾包括护盾支撑座、第一连接结构、第二连接结构、护盾本体、伸缩套筒、顶升油缸以及前后调节油缸；

所述护盾支撑座设置在所述底盘的后端，所述第一连接结构以及所述第二连接结构的一端与所述护盾支撑座铰接，另一端与所述护盾本体铰接；所述伸缩套筒的下端与所述底盘的前端铰接，上端与所述护盾本体铰接；所述顶升油缸的下端与所述底盘的前端铰接，上端与所述护盾本体铰接；

所述顶升油缸位于所述伸缩套筒的前端；

所述前后调节油缸与所述护盾本体连接。

如上所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，优选地，所述护盾本体包括护盾上底座、伸缩本体以及护盾下底座，所述护盾上底座通过连接销设置在所述护盾下底座的上端，所述前后调节油缸设置在所述护盾上底座上，所述前后调节油缸的活塞杆与所述伸缩本体连接；

所述第一连接结构、所述第二连接结构、所述伸缩套筒以及所述顶升油缸分别与所述护盾下底座铰接；

所述第一连接结构包括铰接的第一连杆以及第二连杆，所述第一连杆的另一端与所述护盾支撑座铰接，所述第二连杆的另一端与所述护盾下底座铰接；所述第二连接结构包括铰接的第三连杆以及第四连杆，所述第三连杆的另一端与所述护盾支撑座铰接，所述第四连杆的另一端与所述护盾下底座铰接。

如上所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，优选地，还包括设置在所述底盘上的电气系统以及液压系统；

所述底盘上还设置滑移油缸，所述滑移平台与所述滑移油缸连接。

本发明还提供一种采用上述零空顶、零空帮掘锚一体机的掘进锚护方法，包括如下步骤：

S1：通过截割装置对巷道的待采工作面进行截割，直至巷道达到预定深度；

S2：前后调节油缸将护盾本体调节至待支护面的正下方，顶升油缸带动护盾本体上升并向护盾本体施加压力，对待支护面进行临时支护；

S3：滑移油缸带动滑移平台以及前部锚杆机总成向前端移动，直到前部锚杆机总成位于待支护面的下方；

S4：第一伸缩油缸以及第二伸缩油缸通过伸缩带动锚杆钻机对巷道的顶板进行支护；然后摆臂油缸以及第一旋转马达带动锚杆钻机对巷道的帮部进行支护，直到待支护面的顶板以及帮部全部完成支护；

S5：第一伸缩油缸、第二伸缩油缸以及第二旋转马达带动锚杆钻机对截割面前端尚未开挖的区域的顶板进行超前支护，然后第一旋转马达以及第二旋转马达带动锚杆钻机对截割面前端尚未开挖的区域的帮部进行超前支护；

S6：滑移油缸带动滑移平台以及前部锚杆机总成向后端移动并回到初始位置，顶升油缸带动护盾本体下降至离开巷道，然后前后调节油缸带动护盾本体向后端移动至初始位置。

（三）有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的掘锚一体机能够通过伸缩护盾实现巷道的临时支护，然后通过滑移平台以及前部锚杆机总成实现巷道中顶板以及帮部的全方位支护。滑移平台能够带动前部锚杆机总成移动至待支护面所在的位置进行支护，可以使前部锚杆机总成的打钻点距离迎头的距离最小至零空间，满足了软弱围岩情况下巷道随掘随支要求，能够提高巷道的支护质量。前部锚杆机总成中，第一伸缩结构能够带动底板、伸缩调节结构、第一伸缩台、第二伸缩结构、第二伸缩台、第一旋转结构、第二旋转结构以及锚杆钻机整体沿着巷道的宽度方向伸缩移动，第二伸缩结构能够带动第二伸缩台、第一旋转结构、第二旋转结构以及锚杆钻机沿着巷道的宽度方向伸缩移动，锚杆钻机用于向巷道的顶板以及帮部进行钻孔并安装锚杆，通过第一伸缩结构以及第二伸缩结构可以实现锚杆钻机在巷道宽度方向上的两级伸缩移动，增加了巷道顶板的支护范围，能够对巷道的顶板进行全方位的支护，尤其能够实现顶板正中间位置的支护，杜绝顶板正中间出现支护盲区。本发明还能够通过伸缩调节结构的伸缩对锚杆钻机的高度以及角度进行调整，通过第一旋转结构带动第二旋转结构以及锚杆钻机进行大范围角度的旋转，能够将锚杆钻机调节到多种高度和角度，所以本发明还能够通过前部锚杆机总成实现帮部的支护，实现帮部的随掘随支，能够有效避免帮部支护滞后造成的安全隐患。

因此，本发明通过控制前部锚杆钻机的多重移动和旋转，能够实现掘进巷道迎头方向的零空顶、零空帮及时支护，从而提高巷道支护质量及作业安全性。

另外，本发明还能够通过第二旋转结构带动锚杆钻机围绕与第二伸缩结构的伸缩方向平行的第二旋转轴旋转，进而能够在截割之前对巷道的顶板以及帮部进行预先加固，实现对截割面前端尚未开挖的区域的超前支护。

附图说明

图1为本发明中零空顶、零空帮掘锚一体机的整体结构示意图；

图2为本发明中前部锚杆机总成的结构示意图；

图3为本发明中伸缩护盾的结构示意图；

图4为本发明中的中部锚杆机总成的结构示意图；

图5为已经开挖的截割面进行支护的支护状态示意图；

图6为截割面前端尚未开挖的区域进行超前支护的支护状态示意图。

【附图标记说明】

1：前部锚杆机总成；2：中部锚杆机总成；3：尾部锚杆机总成；4：伸缩护盾；5：截割装置；6：装载运输装置；7：电气系统；8：液压系统；9：底盘；10：滑移平台；11：连接板；12：第一伸缩结构；13：底板；14：摆臂油缸；15：第一伸缩台；16：第二伸缩结构；17：第二伸缩台；18：第一旋转马达；19：锚杆钻机；20：链条组件；21：护盾支撑座；22：第一连接结构；221：第一连杆；222：第二连杆；23：第二连接结构；231：第三连杆；232：第四连杆；24：护盾本体；241：护盾上底座；242：伸缩本体；25：伸缩套筒；26：顶升油缸；27：前后调节油缸；28：截割大臂；29：护盾下底座；30：连接销；31：第二旋转马达；201：第一平板；202：第一平移轨道；203：第一平移油缸；204：第二平板；205：第一升降轨道；206：第一升降油缸；207：第一支撑板；208：第三旋转马达；209：中部锚杆钻机；210：连接座。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1-3所示，本发明提供一种零空顶、零空帮掘锚一体机，包括底盘9，对称设置在底盘9两侧的滑移平台10以及设置在底盘9上的伸缩护盾4，本发明中的滑移平台10能够相对底盘9前后移动。滑移平台10上还设置前部锚杆机总成1，伸缩护盾4位于前部锚杆机总成1的上方。

如图1所示，本发明中，以掘锚一体机的前进方向为前端，与前进方向相反的一端为后端。

如图2所示，上述前部锚杆机总成1包括连接板11、第一伸缩结构12、底板13、伸缩调节结构、第一伸缩台15、第二伸缩结构16、第二伸缩台17、第一旋转结构、设置在第一旋转结构上的第二旋转结构，以及与第二旋转结构连接的锚杆钻机19。其中，连接板11与滑移平台10连接，第一伸缩结构12的本体设置在连接板11上，第一伸缩结构12的伸缩端与底板13连接。上述伸缩调节结构的本体设置在底板13上并且与底板13铰接，伸缩调节结构的伸缩端与第一伸缩台15的底部铰接。第二伸缩结构16的本体设置在第一伸缩台15上，第二伸缩结构16的伸缩端与第二伸缩台17连接。上述第一旋转结构也设置在第二伸缩台17上。本发明中，上述第一伸缩结构12以及第二伸缩结构16的伸缩方向与巷道的掘进方向相垂直，锚杆钻机19用于向巷道的顶板以及帮部安装锚杆。伸缩护盾4的作用是在锚杆钻机19向巷道的顶板和帮部钻孔以及安装锚杆之前对巷道进行临时支护。

第一旋转结构用于驱动第二旋转结构以及锚杆钻机19围绕与第二伸缩结构16的伸缩方向垂直的第一旋转轴旋转，从而使锚杆钻机19形成的旋转面与第二伸缩结构16的伸缩方向平行。第二旋转结构用于驱动锚杆钻机19围绕与第二伸缩结构16的伸缩方向平行的第二旋转轴旋转，从而使锚杆钻机19形成的旋转面与第二伸缩结构16的伸缩方向垂直。

现有技术中，由于截割装置5的后端还设置截割大臂28，然而，截割大臂28的存在会导致顶板正中间形成支护盲区。本发明的掘锚一体机能够通过滑移平台10以及前部锚杆机总成1实现巷道中顶板以及帮部的全方位支护。具体地，滑移平台能够带动前部锚杆机总成1移动至待支护面所在的位置，本发明将前部锚杆机总成1设置在滑移平台10上，通过滑移平台10向前滑动一定距离，可以将锚杆钻机19的打钻点距离巷道掘进迎头的距离调节至零，从而实现掘进巷道迎头方向零空顶、零空帮支护。前部锚杆机总成1包括两级伸缩滑移结构，其中第一伸缩结构12能够推动底板13、伸缩调节结构、第二伸缩结构16、第一伸缩台15、第二伸缩台17、第一旋转结构、第二旋转结构以及锚杆钻机19沿着巷道的宽度方向伸缩移动，第二伸缩结构16能够推动第二伸缩台17、第一旋转结构、第二旋转结构以及锚杆钻机19进一步沿着巷道的宽度方向伸缩移动，通过这种两级伸缩滑移的方式，使锚杆钻机具有较宽的覆盖范围，能够对巷道的顶板进行全方位的支护，尤其能够实现顶板的正中间位置的支护，杜绝顶板正中间出现支护盲区。

本发明的掘锚一体机还能够通过伸缩调节结构的伸缩对锚杆钻机19的高度以及角度进行调整，通过第一旋转结构带动锚杆钻机进行大范围角度的旋转，由于伸缩调节结构的本体与底板13铰接，其伸缩端与第一伸缩台15的底部铰接，这样在伸缩调节结构进行伸缩时，第一伸缩台15、第二伸缩台17、第一旋转结构除了高度发生变化之外，还能够进行一定范围的转动，进而实现锚杆钻机19的角度和高度调整。第一旋转结构能够进一步带动锚杆钻机19进行大范围的角度旋转，进而将锚杆钻机19调整到帮部支护所需的角度。由于伸缩调节结构以及第一旋转结构能够将锚杆钻机19调节到多种所需的高度和角度，所以本发明还能够通过前部锚杆机总成1实现帮部的基本支护，进而实现帮部的随掘随支，可以有效避免帮部支护滞后造成的安全隐患。

因此，本发明能够通过控制前部锚杆钻机19的多个方向的移动和旋转实现掘进巷道迎头方向的零空顶、零空帮及时支护，从而提高巷道支护质量及作业安全性。

如图5所示，其中A代表煤矿巷道已经开挖的区域，可以通过向已经开挖的截割面所在的顶板以及帮部分别打入竖直向以及水平向的锚杆进行支护。图5中，剖面线所在区域的竖直向线段代表向顶板打入的竖直向的锚杆，水平向线段代表向帮部打入的水平向的锚杆。如图6所示，其中A代表已经开挖的区域，箭头代表巷道的掘进方向，B所在的剖面线部分代表截割面前端尚未开挖的区域，可以通过向截割面前端尚未开挖的区域的顶板以及帮部打入斜向的锚杆，实现截割面前端尚未开挖的区域的超前支护。图6中，斜向线段代表向截割面前端尚未开挖的区域的顶板以及帮部打入的斜向的锚杆，A上方的竖直向线段和图5中的竖直向线段一样代表向已经开挖的截割面所在的顶板打入的竖直向的锚杆。

本发明中，第二旋转结构能够带动锚杆钻机围绕与第二伸缩结构的伸缩方向平行的第二旋转轴旋转，进而能够在截割之前对巷道的顶板以及帮部进行预先加固，实现对截割面前端尚未开挖的区域的超前支护。

优选地，底盘9上还可以设置滑移油缸，滑移平台10可以与滑移油缸连接，实现滑移。

优选地，本发明中的第一伸缩结构12可以是第一伸缩油缸，第二伸缩结构16可以是第二伸缩油缸，伸缩调节结构可以是摆臂油缸14，摆臂油缸14的本体与底板13铰接，摆臂油缸14的伸缩端与第一伸缩台15的底部铰接，在摆臂油缸14的伸缩端进行伸缩时，第一伸缩台15、第二伸缩台17、第一旋转结构以及第二旋转结构除了高度发生变化之外，还能够进行一定范围的转动，进而实现锚杆钻机19的角度和高度调整。第一旋转结构可以是第一旋转马达18，第二旋转结构可以是第二旋转马达31，第二旋转马达31可以固定设置在第一旋转马达18上。第一旋转马达18能够同时带动第二旋转马达31以及锚杆钻机19旋转，第二旋转马达31能够带动锚杆钻机19向前端摆动约30°-45°，进而实现截割面前端尚未开挖的区域的超前支护。

进一步优选地，前部锚杆机总成1中还包括链条组件20，链条组件20分别与第一伸缩台15以及第二伸缩台17连接，第二伸缩结构16与链条组件20连接并用于驱动链条组件20转动。具体地，链条组件20的一端固定在第一伸缩台15上，一端与第二伸缩台17相连，第二伸缩油缸的活塞杆与链条组件20相连，第二伸缩油缸的活塞杆通过伸缩带动链条组件20运动，并将动力传递给第二伸缩台17沿着巷道的宽度方向移动。

本发明通过链条组件20将第二伸缩油缸与第二伸缩台17连接，以链条组件20作为中间介质，将第二伸缩油缸的推力传递给第二伸缩台17，存在如下优点：

第一，设置链条组件20能够实现更加精确的运动控制，因为链条组件20可以提供更平滑的运动传递，减少第二伸缩油缸与第二伸缩台17的直接接触带来的冲击和振动。

第二，直接通过第二伸缩油缸推动第二伸缩台17移动，锚杆钻机19的运动范围可能会受到油缸行程的限制，因为该种情况下活塞杆的伸缩距离直接决定了第二伸缩台17的最大移动范围。但是，通过链条组件20将第二伸缩油缸与第二伸缩台17连接，还可以进一步增加第二伸缩台17的移动范围，确保能够对顶板的正中间位置进行有效支护，以实现对顶板的全方位支护。

第三，直接通过第二伸缩油缸推动第二伸缩台17移动，还需要设计复杂的机构确保第二伸缩台在运动过程中的稳定性。但是链条组件20在第二伸缩台运动的过程中可以直接吸收一部分运动传递过程中的能量，增加平稳性。

第四，直接通过第二伸缩油缸推动第二伸缩台17移动，可能需要使用更大功率的第二伸缩油缸，以应对更大的负载和更大的运动范围，这会带来更高的成本和更大的重量。通过设置链条组件，可以使用较小功率的第二伸缩油缸，链条组件可以分担一部分负载，从而降低成本和重量。

优选地，底盘9上还设置中部锚杆机总成2以及尾部锚杆机总成3。其中中部锚杆机总成2位于前部锚杆机总成1的后端，尾部锚杆机总成3位于中部锚杆机总成2的后端。中部锚杆机总成2对称地设置在底盘9的两侧，同样地，尾部锚杆机总成3也对称地设置在底盘9的两侧。

如图4所示，中部锚杆机总成2包括设置在滑移平台10上的第一平板201、设置在第一平板201上的第一平移轨道202、一端通过连接座210设置在滑移平台10上，另一端与第一平移轨道202滑动连接的第一平移油缸203、与第一平移油缸203的伸缩端连接的第二平板204、设置在第二平板204上的第一升降轨道205、一端设置在第二平板204上，另一端与第一升降轨道205滑动连接的第一升降油缸206、与第一升降油缸206连接的第一支撑板207、设置在第一支撑板207上的第三旋转马达208以及中部锚杆钻机209。中部锚杆钻机209与第三旋转马达208连接，第一平移油缸203的伸缩方向与巷道的掘进方向平行。

与中部锚杆机总成2的结构相似，尾部锚杆机总成3包括设置在底盘9上的第三平板、设置在第三平板上的第二平移轨道、一端设置在底盘9上，另一端与第二平移轨道滑动连接的第二平移油缸、与第二平移油缸的伸缩端连接的第四平板、设置在第四平板上的第二升降轨道、一端设置在第四平板上，另一端与第二升降轨道滑动连接的第二升降油缸、与第二升降油缸连接的第二支撑板、设置在第二支撑板上的第四旋转马达以及尾部锚杆钻机。尾部锚杆钻机与第四旋转马达连接，第二平移油缸的伸缩方向与巷道的掘进方向平行。

中部锚杆机总成2及尾部锚杆机总成3可以作为辅助支护装置使用，当巷道条件部分或全部变好时，前部锚杆机总成1支护一部分锚杆，起到基本的支护作用，其余需要进行支护的锚杆可以利用中部及尾部锚杆机总成继续进行支护，这种支护方式能够提高设备的掘进效率。进一步地，中部锚杆机总成2与前部锚杆机总成1之间可以根据实际掘进情况设置一定的距离，同样地，尾部锚杆机总成3与中部锚杆机总成2之间可以根据实际掘进情况设置一定的距离。

优选地，本发明的掘锚一体机还包括设置在底盘9前端的截割装置5，设置在截割装置5后端的装载运输装置6，设置在底盘9上的电气系统7以及液压系统8。其中，截割装置5以及装载运输装置6位于滑移平台10的前端。电气系统7以及液压系统8位于底盘9的后端。当截割装置5完成截割工作并下降之后，滑移平台10可以将前部锚杆机总成1带到需要支护的工作面的正下方，以便进行支护工作。

上述截割装置5可以对巷道的待采工作面进行截割，装载运输装置6能够将截割装置5截割下来的物料运输到刮板机。电气系统7用于控制前部锚杆机总成1、中部锚杆机总成2及尾部锚杆机总成3等机构的动作，液压系统8用于向前部锚杆机总成1、中部锚杆机总成2及尾部锚杆机总成3进行锚护工作时提供动力。

优选地，如图3所示，伸缩护盾4具体包括护盾支撑座21、第一连接结构22、第二连接结构23、护盾本体24、伸缩套筒25、顶升油缸26以及前后调节油缸27。其中，护盾支撑座21设置在底盘9的后端，第一连接结构22以及第二连接结构23的一端与护盾支撑座21铰接，另一端与护盾本体24铰接。第一连接结构22以及第二连接结构23分别对称地设置在护盾本体24的两侧。伸缩套筒25的下端与底盘9的前端铰接，上端与护盾本体24铰接，顶升油缸26的下端与底盘9的前端铰接，上端与护盾本体24铰接。顶升油缸26位于伸缩套筒25的前端，前后调节油缸27与护盾本体24连接，用于调节护盾本体24前后移动。

进一步优选地，护盾本体24包括护盾上底座241以及伸缩本体242，前后调节油缸27设置在护盾上底座241上，前后调节油缸27的活塞杆与伸缩本体242连接。另外，护盾本体24还包括护盾下底座29，护盾上底座241通过连接销30设置在护盾下底座29的上端，第一连接结构22、第二连接结构23、伸缩套筒25以及顶升油缸26分别与护盾下底座29铰接。本发明中，第一连接结构22包括通过销轴连接的第一连杆221以及第二连杆222，第一连杆221的另一端通过销轴与护盾支撑座21铰接，第二连杆222的另一端通过销轴与护盾下底座29铰接。第二连接结构23包括通过销轴连接的第三连杆231以及第四连杆232，第三连杆231的另一端通过销轴与护盾支撑座21铰接，第四连杆232的另一端通过销轴与护盾下底座29铰接。

进一步地，本发明中伸缩护盾4的作用是在设置锚杆钻机19对顶板以及帮部钻孔并安装锚杆之前，通过护盾本体24对巷道进行临时支护。具体可以通过前后调节油缸27实现伸缩本体242的前后移动，当截割装置5对巷道进行截割之后，在前后调节油缸27的伸长作用下，伸缩本体242向前端移动，直到伸缩本体242位于巷道顶板的正下方，然后通过顶升油缸26的伸出将伸缩本体242向上推动并保持一定压力，使护盾本体24实现临时支护作用。在顶升油缸26伸出的过程中，伸缩套筒25同步自动伸长。另外，本发明中护盾上底座241通过连接销30设置在护盾下底座29的上端，实现了护盾上底座241与护盾下底座29之间的铰接，这样当巷道待支护面的顶板为非水平面时，例如待支护面的顶板与水平面之间存在一定夹角的情况下，在顶升油缸26的推动作用下，护盾上底座241、伸缩本体242能够相对护盾下底座29发生移动，进而使伸缩本体242能够自适应地与待支护面的顶板所在的面贴合，使伸缩护盾4更好地发挥临时支护功能。

优选地，本发明中的伸缩套筒25、前后调节油缸27以及顶升油缸26均设置2个，并且2个伸缩套筒25、2个顶升油缸26以及2个前后调节油缸27分别对称的分布在护盾本体24上，以保证护盾本体24在前后移动过程中平稳，并且在临时支护过程中压力均匀。

在实际操作过程中，当截割装置5对巷道进行截割并下降之后，前后调节油缸27推动伸缩本体242向前滑移至待支护顶板的正下方，然后顶升油缸26伸出，使护盾本体24进行临时支护，接着滑移平台10再向前移动，前部锚杆钻机总成1对巷道进行支护。如图3所示，护盾本体24为网格形状，当锚杆钻机19完成顶板和帮部的锚杆支护工作并回到原位之后，顶升油缸26缩回，伸缩套筒25同步缩短，伸缩本体242离开巷道顶板并下降，然后前后调节油缸27缩回，带动伸缩本体242向后滑移，直到伸缩本体242回到初始位置。

本发明的伸缩护盾具有超前滑移功能，能够在前部锚杆机总成进行支护之前提前伸出护盾本体对顶板进行临时防护，能够避免操作人员在无防护情况下进行危险作业，确保施工的安全性。另外，在前部锚杆机总成进行支护工作时，伸缩护盾还能够有效防止煤矸石等掉落。

进一步优选地，护盾本体24的宽度应该和截割装置5一次的截割宽度保持一致，以实现有效的临时防护作用。

另外，本发明还提供一种采用上述零空顶、零空帮掘锚一体机的掘进锚护方法，包括如下步骤：

S1：通过截割装置5对巷道的待采工作面进行截割，直至巷道达到预定深度。然后通过装载运输装置6将截割下来的物料运输到刮板机中。完成截割以及物料装载之后，截割装置5向下降落，留出巷道的待支护空间。

S2：在前后调节油缸27的伸出作用下，伸缩本体242向前移动至待支护面也就是顶板的正下方，此时前后调节油缸27停止移动，顶升油缸26向外伸出，带动护盾本体24向上移动，直到伸缩本体242接触巷道顶板后，顶升油缸26仍向护盾本体24施加一定压力，以对顶板位置进行临时支护。本发明中的待支护面指的是已经开挖的截割面。

S3：滑移油缸推动滑移平台10以及设置在滑移平台10上的前部锚杆机总成1向前端移动，直到前部锚杆机总成1位于护盾本体24的正下方。

S4：第一伸缩油缸以及第二伸缩油缸分别通过伸缩带动锚杆钻机19沿着左右方向也就是巷道的宽度方向移动，以对巷道的顶板进行支护。具体地，上述左右方向与前后方向相垂直。顶板完成支护后，摆臂油缸14以及第一旋转马达18对锚杆钻机19的高度和角度进行调整，使锚杆钻机19对巷道的帮部进行支护，直到待支护面的顶板以及帮部全部完成支护。本步骤能够实现顶板的完全支护，以及帮部的基本支护，如果巷道状况较好，可以通过前部锚杆机总成1支护一部分锚杆，起到基本的支护作用，其余需要支护在帮部的锚杆可以利用中部锚杆机总成2及尾部锚杆机总成3继续进行支护，提高掘进效率。如果巷道状况较差，则可以通过前部锚杆机总成1支护全部或者绝大部分的锚杆。本步骤中，锚杆钻机19对巷道的顶板进行支护具体包括对顶板进行钻孔，然后安装锚杆等，锚杆钻机19对巷道的帮部进行支护具体包括帮部进行钻孔，然后安装锚杆等。

S5：第一伸缩油缸、第二伸缩油缸以及第二旋转马达31带动锚杆钻机19对截割面前端尚未开挖的区域的顶板进行超前支护。然后第一旋转马达18先对第二旋转马达31的方向进行调整，使其转向截割面前端尚未开挖的区域帮部，接着第二旋转马达31再带动锚杆钻机19对截割面前端尚未开挖的区域的帮部进行超前支护。

S5：当前部锚杆机总成1完成对待支护面的支护并且完成超前支护之后，滑移油缸带动滑移平台10以及前部锚杆机总成1向后端移动，直到滑移平台10以及前部锚杆机总成1回到初始位置。然后顶升油缸26带动护盾本体24下降至离开巷道顶板，接着前后调节油缸27缩回，带动伸缩本体242向后移动至初始位置，完成一个待支护面的随掘随支。

以上实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定，本领域技术人员在技术方案的范围内做出各种变形或修改，均属于本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种零空顶、零空帮掘锚一体机，其特征在于，包括底盘（9），对称设置在底盘（9）两侧的滑移平台（10）以及设置在底盘（9）上的伸缩护盾（4），滑移平台（10）上设置前部锚杆机总成（1）；滑移平台（10）能够相对底盘（9）前后移动；伸缩护盾（4）位于前部锚杆机总成（1）的上方；

前部锚杆机总成（1）包括与滑移平台（10）连接的连接板（11）、设置在连接板（11）上的第一伸缩结构（12）、与第一伸缩结构（12）连接的底板（13）、本体与底板（13）铰接的伸缩调节结构、第一伸缩台（15）、设置在第一伸缩台（15）上的第二伸缩结构（16）、与第二伸缩结构（16）连接的第二伸缩台（17）、设置在第二伸缩台（17）上的第一旋转结构、设置在第一旋转结构上的第二旋转结构以及与第二旋转结构连接的锚杆钻机（19）；伸缩调节结构的伸缩端与第一伸缩台（15）的底部铰接；第一伸缩结构（12）以及第二伸缩结构（16）的伸缩方向与巷道的掘进方向垂直，锚杆钻机（19）用于向巷道的顶板以及帮部安装锚杆；

第一旋转结构用于驱动第二旋转结构以及锚杆钻机（19）围绕与第二伸缩结构（16）的伸缩方向垂直的第一旋转轴旋转；第二旋转结构用于驱动锚杆钻机（19）围绕与第二伸缩结构（16）的伸缩方向平行的第二旋转轴旋转；

所述前部锚杆机总成（1）还包括链条组件（20），所述链条组件（20）分别与所述第一伸缩台（15）以及所述第二伸缩台（17）连接，所述第二伸缩结构（16）与所述链条组件（20）连接并用于驱动所述链条组件（20）转动。

2.根据权利要求1所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，其特征在于，所述第一伸缩结构（12）为第一伸缩油缸，所述第二伸缩结构（16）为第二伸缩油缸，所述伸缩调节结构为摆臂油缸（14），所述摆臂油缸（14）的本体与所述底板（13）铰接，所述摆臂油缸（14）的伸缩端与所述第一伸缩台（15）的底部铰接，所述第一旋转结构为第一旋转马达（18）；所述第二旋转结构为第二旋转马达（31）。

3.根据权利要求1所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，其特征在于，所述底盘（9）上还设置中部锚杆机总成（2）；所述中部锚杆机总成（2）位于所述前部锚杆机总成（1）的后端；所述中部锚杆机总成（2）对称地设置在所述底盘（9）的两侧；

所述中部锚杆机总成（2）包括设置在所述滑移平台（10）上的第一平板（201）、设置在所述第一平板（201）上的第一平移轨道（202）、一端设置在所述滑移平台（10）上，另一端与所述第一平移轨道（202）滑动连接的第一平移油缸（203）、与所述第一平移油缸（203）的伸缩端连接的第二平板（204）、设置在所述第二平板（204）上的第一升降轨道（205）、一端设置在所述第二平板（204）上，另一端与所述第一升降轨道（205）滑动连接的第一升降油缸（206）、与所述第一升降油缸（206）连接的第一支撑板（207）、设置在所述第一支撑板（207）上的第三旋转马达（208）以及中部锚杆钻机（209）；所述中部锚杆钻机（209）与所述第三旋转马达（208）连接；所述第一平移油缸（203）的伸缩方向与巷道的掘进方向平行。

4.根据权利要求3所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，其特征在于，所述底盘（9）上还设置尾部锚杆机总成（3）；所述尾部锚杆机总成（3）位于所述中部锚杆机总成（2）的后端；所述尾部锚杆机总成（3）对称地设置在所述底盘（9）的两侧；

所述尾部锚杆机总成（3）包括设置在所述底盘（9）上的第三平板、设置在所述第三平板上的第二平移轨道、一端设置在所述底盘（9）上，另一端与所述第二平移轨道滑动连接的第二平移油缸、与所述第二平移油缸的伸缩端连接的第四平板、设置在所述第四平板上的第二升降轨道、一端设置在所述第四平板上，另一端与所述第二升降轨道滑动连接的第二升降油缸、与所述第二升降油缸连接的第二支撑板、设置在所述第二支撑板上的第四旋转马达以及尾部锚杆钻机；所述尾部锚杆钻机与所述第四旋转马达连接；所述第二平移油缸的伸缩方向与巷道的掘进方向平行。

5.根据权利要求1所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，其特征在于，还包括设置在所述底盘（9）前端的截割装置（5），以及设置在所述截割装置（5）后端的装载运输装置（6）；

所述截割装置（5）以及所述装载运输装置（6）位于所述滑移平台（10）的前端。

6.根据权利要求1所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，其特征在于，所述伸缩护盾（4）包括护盾支撑座（21）、第一连接结构（22）、第二连接结构（23）、护盾本体（24）、伸缩套筒（25）、顶升油缸（26）以及前后调节油缸（27）；

所述护盾支撑座（21）设置在所述底盘（9）的后端，所述第一连接结构（22）以及所述第二连接结构（23）的一端与所述护盾支撑座（21）铰接，另一端与所述护盾本体（24）铰接；所述伸缩套筒（25）的下端与所述底盘（9）的前端铰接，上端与所述护盾本体（24）铰接；所述顶升油缸（26）的下端与所述底盘（9）的前端铰接，上端与所述护盾本体（24）铰接；

所述顶升油缸（26）位于所述伸缩套筒（25）的前端；

所述前后调节油缸（27）与所述护盾本体（24）连接。

7.根据权利要求6所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，其特征在于，所述护盾本体（24）包括护盾上底座（241）、伸缩本体（242）以及护盾下底座（29），所述护盾上底座（241）通过连接销（30）设置在所述护盾下底座（29）的上端，所述前后调节油缸（27）设置在所述护盾上底座（241）上，所述前后调节油缸（27）的活塞杆与所述伸缩本体（242）连接；

所述第一连接结构（22）、所述第二连接结构（23）、所述伸缩套筒（25）以及所述顶升油缸（26）分别与所述护盾下底座（29）铰接；

所述第一连接结构（22）包括铰接的第一连杆（221）以及第二连杆（222），所述第一连杆（221）的另一端与所述护盾支撑座（21）铰接，所述第二连杆（222）的另一端与所述护盾下底座（29）铰接；所述第二连接结构（23）包括铰接的第三连杆（231）以及第四连杆（232），所述第三连杆（231）的另一端与所述护盾支撑座（21）铰接，所述第四连杆（232）的另一端与所述护盾下底座（29）铰接。

8.根据权利要求1所述的零空顶、零空帮掘锚一体机，其特征在于，还包括设置在所述底盘（9）上的电气系统（7）以及液压系统（8）；

所述底盘（9）上还设置滑移油缸，所述滑移平台（10）与所述滑移油缸连接。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的零空顶、零空帮掘锚一体机的掘进锚护方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过截割装置（5）对巷道的待采工作面进行截割，直至巷道达到预定深度；

S2：前后调节油缸（27）将护盾本体（24）调节至待支护面的正下方，顶升油缸（26）带动护盾本体（24）上升并向护盾本体（24）施加压力，对待支护面进行临时支护；

S3：滑移油缸带动滑移平台（10）以及前部锚杆机总成（1）向前端移动，直到前部锚杆机总成（1）位于待支护面的下方；

S4：第一伸缩油缸以及第二伸缩油缸通过伸缩带动锚杆钻机（19）对巷道的顶板进行支护；然后摆臂油缸（14）以及第一旋转马达（18）带动锚杆钻机（19）对巷道的帮部进行支护，直到待支护面的顶板以及帮部全部完成支护；

S5：第一伸缩油缸、第二伸缩油缸以及第二旋转马达（31）带动锚杆钻机（19）对截割面前端尚未开挖的区域的顶板进行超前支护，然后第一旋转马达（18）以及第二旋转马达（31）带动锚杆钻机（19）对截割面前端尚未开挖的区域的帮部进行超前支护；

S6：滑移油缸带动滑移平台（10）以及前部锚杆机总成（1）向后端移动并回到初始位置，顶升油缸（26）带动护盾本体（24）下降至离开巷道，然后前后调节油缸（27）带动护盾本体（24）向后端移动至初始位置。