申请/专利权人：山东科技大学

申请日：2019-06-22

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN110118097B

主分类号：E21D23/00

分类号：E21D23/00;E21D23/04;E21D23/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2019.09.06#实质审查的生效;2019.08.13#公开

摘要：本发明涉及一种背负式综掘巷道临时支护设备及其应用，包括掘进机、伸缩式转载系统和临时支护机构；伸缩式转载系统设置在掘进机上，临时支护机构放置在伸缩式转载系统上，通过伸缩式转载系统将临时支护机构运送到掘进机前方的空顶区。本发明采用临时支护机构和掘进机相分离的设计形式，通过使用掘进机上的伸缩式转载系统，将背负于掘进机上的临时支护机构送至巷道工作面空顶区，通过液压缸Ⅹ活塞杆的伸出运动，使顶护板离开托架，并与巷道顶板接顶，通过设定液压缸Ⅹ的油压对顶板施加初撑力，完成临时支护，掘进机退出临时支护机构所在区域，工人可以在临时支护机构底部所建立的安全区域进行锚护作业。

主权项：1.一种背负式综掘巷道临时支护设备的工作方法，所述临时支护设备包括掘进机、伸缩式转载系统和临时支护机构；伸缩式转载系统设置在掘进机上，临时支护机构放置在伸缩式转载系统上，通过伸缩式转载系统将临时支护机构运送到掘进机前方的空顶区；所述伸缩式转载系统包括至少两级伸缩装置，伸缩装置包括驱动源、托架、斜置液压缸和支撑液压缸；托架与掘进机之间、托架与托架之间通过滑动装置连接，驱动源连接托架，支撑液压缸与托架底部铰接，斜置液压缸一端与托架底部铰接、另一端与支撑液压缸铰接；所述临时支护机构包括顶护板、液压缸Ⅹ和支腿底座，液压缸Ⅹ的缸筒连接顶护板底部，支腿底座安装在液压缸Ⅹ的活塞杆上；事先临时支护机构和伸缩式转载系统处于收缩状态，掘进机挖掘工作完成后，在掘进机截割头和悬臂段部位形成空顶区，临时支护作业开始，所述工作方法包括以下步骤：（1）驱动源开始作业，推动一级托架向前移动；（2）一级托架移动到位后，斜置液压缸驱动支撑液压缸立起，支撑液压缸伸出着地支撑一级托架；（3）重复步骤（1）-（2），多级托架依次移动到位，同时多级托架被各自的支撑液压缸伸出着地支撑，此时临时支护机构位于掘进机截割头上方的空顶区；（4）临时支护机构的液压缸Ⅹ开始作业，使支腿底座着地，同时顶护板升起离开托架，顶护板向上顶起直至巷道顶板；（5）支撑液压缸和斜置液压缸依次回缩，使支撑液压缸收起并折叠，多级托架依次回到初始位置，然后掘进机退出临时支护机构。

全文数据：一种背负式综掘巷道临时支护设备及其应用技术领域本发明涉及一种背负式综掘巷道临时支护设备及其应用，属于矿井支护设备技术领域。背景技术目前我国煤矿综掘巷道掘进时支护已经普遍采用锚杆支护作为永久支护，而在进行锚杆支护前为防止掘进工作面顶板冒落必须进行临时支护。当前煤矿临时支护普遍采用多条前探梁沿巷道方向悬挂在顶板已支护锚杆上探至空顶区，对顶板起到护顶作用，防止冒顶造成人身伤亡事故。该支护方式缺点在于：1前探梁对空顶区的支护没有初撑力，安全性、可靠性差；2操作过程复杂，依靠手工作业，支护时间长，临时支护效率低；3操作人员必须进入空顶区进行架设作业，存在极大的安全隐患。中国专利文献CN203925494U公开了一种用于煤矿高巷道的机载临时支护装置，及中国专利文献CN205654366U公开了一种综掘机机载临时支护装置，提出了掘进机机载临时支护机，可以有效解决临时前探梁存在的问题。机载临时支护机随掘进机一起推进，可有效提高临时支护的效率，加快掘进速度。该支护方式的缺点在于：由于机载临时支护装置一般置于掘进机悬臂段，在完成临时支护后，由于掘进机截割头和悬臂段的干涉，工人在临时支护装置下进行钻孔、打锚杆等锚护作业时，作业空间极其有限，不便于工人作业。发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种背负式综掘巷道临时支护设备。本发明还提供上述一种背负式综掘巷道临时支护设备的工作方法。本发明的技术方案如下：一种背负式综掘巷道临时支护设备，包括掘进机、伸缩式转载系统和临时支护机构；伸缩式转载系统设置在掘进机上，临时支护机构放置在伸缩式转载系统上，通过伸缩式转载系统将临时支护机构运送到掘进机前方的空顶区。优选的，所述伸缩式转载系统包括至少两级伸缩装置，伸缩装置包括驱动源、托架、斜置液压缸和支撑液压缸；托架与掘进机之间、托架与托架之间通过滑动装置连接，驱动源连接托架，支撑液压缸与托架底部铰接，斜置液压缸一端与托架底部铰接、另一端与支撑液压缸铰接。此设计的好处是，通过驱动源推动托架在滑动装置上滑动，从而实现托架的多级伸缩，通过斜置液压缸的动作，可以使支撑液压缸立起，从而支撑托架。优选的，所述驱动源选用液压缸。优选的，所述滑动装置包括直线导轨及设置在直线导轨上的滑块。此设计的好处是，直线导轨安装在掘进机上及托架上，上方托架连接安装在滑块上，通过驱动源实现托架在直线导轨上的直线移动。优选的，所述托架下方并列设置有两套滑动装置，且每一直线导轨上安装有两个滑块。此设计的好处是，将托架安装在两侧四个滑块上，可以保证托架移动过程中的稳定性。优选的，所述支撑液压缸的底端设置有支腿底座。此设计的好处是，通过支腿底座可以有更大的承载面，进一步提升稳定性。优选的，所述临时支护机构包括顶护板、液压缸Ⅹ和支腿底座，液压缸Ⅹ的缸筒连接顶护板底部，支腿底座安装在液压缸Ⅹ的活塞杆上。优选的，所述顶护板的底部四个边角各安装有一个液压缸Ⅹ。优选的，所述掘进机上设置有一液压站。此设计的好处是，通过液压站为所有液压缸等装置提供工作用油。一种背负式综掘巷道临时支护设备的工作方法，事先临时支护机构和伸缩式转载系统处于收缩状态，掘进机挖掘工作完成后，在掘进机截割头和悬臂段部位形成空顶区，临时支护作业开始，包括以下步骤：1驱动源开始作业，推动一级托架向前移动；2一级托架移动到位后，斜置液压缸驱动支撑液压缸立起，支撑液压缸伸出着地支撑一级托架；3重复步骤1-2，多级托架依次移动到位，同时多级托架被各自的支撑液压缸伸出着地支撑，此时临时支护机构位于掘进机截割头上方的空顶区；4临时支护机构的液压缸Ⅹ开始作业，使支腿底座着地，同时顶护板升起离开托架，顶护板向上顶起直至巷道顶板；5支撑液压缸和斜置液压缸依次回缩，使支撑液压缸收起并折叠，多级托架依次回到初始位置，然后掘进机退出临时支护机构。本发明的有益效果在于：1本发明采用临时支护机构和掘进机相分离的设计形式，通过使用掘进机上的伸缩式转载系统，将背负于掘进机上的临时支护机构送至巷道工作面空顶区，通过液压缸Ⅹ活塞杆的伸出运动，使顶护板离开托架，并与巷道顶板接顶，通过设定液压缸Ⅹ的油压对顶板施加初撑力，完成临时支护，掘进机退出临时支护机构所在区域，工人可以在临时支护机构底部所建立的安全区域进行锚护作业。2本发明背负式综掘巷道临时支护设备，结构设计科学合理，操作使用方便，采用分离式的临时支护机构设计，可以避免掘进机干涉临时支护机构的作业，使工人在临时支护机构下具有更为广阔的作业空间。附图说明图1为本发明临时支护设备完全送出、且顶护板升起时的整体结构示意图。图2为本发明临时支护设备原始状态结构示意图。图3为本发明临时支护设备一级托架送出时结构示意图。图4为本发明临时支护设备二级托架送出时结构示意图。图5为本发明托架伸缩系统回到原始位置时结构示意图。图6为本发明临时支护设备工作状态示意图。图中：1掘进机、2固定底座、3螺栓、4底板、5伸缩式转载系统、5-1托架Ⅰ、5-1-1铰接支架Ⅰ、5-1-2铰接支架Ⅱ、5-1-3铰接支架Ⅲ、5-1-4铰接支架Ⅳ、5-2托架Ⅱ、5-2-1铰接支架Ⅴ、5-2-2铰接支架Ⅵ、5-2-3铰接支架Ⅶ、5-3托架Ⅲ、5-3-1铰接支架Ⅷ、5-3-2铰接支架Ⅸ、5-3-3铰接支架Ⅹ、5-4直线导轨Ⅰ、5-5直线导轨Ⅱ、5-6直线导轨Ⅲ、5-7滑块Ⅰ、5-8滑块Ⅱ、5-9滑块Ⅲ、5-10液压缸Ⅰ、5-11液压缸Ⅱ、5-12液压缸Ⅲ、5-13液压缸Ⅳ、5-14液压缸Ⅴ、5-15液压缸Ⅵ、5-16液压缸Ⅶ、5-17液压缸Ⅷ、5-18液压缸Ⅸ、5-19支腿底座Ⅰ、6临时支护机构、6-1顶护板、6-2液压缸Ⅹ、6-3支腿底座Ⅱ、7液压站。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例1：如图1所示，本实施例提供一种背负式综掘巷道临时支护设备，包括掘进机、伸缩式转载系统和临时支护机构；伸缩式转载系统设置在掘进机上，临时支护机构放置在伸缩式转载系统上，通过伸缩式转载系统将临时支护机构运送到掘进机前方的空顶区。本实施例中，主要部件伸缩式转载系统包括三级伸缩装置，每一级伸缩装置均包括驱动源、托架、斜置液压缸和支撑液压缸，最底层托架与掘进机之间、托架与托架之间通过滑动装置连接，驱动源连接托架，支撑液压缸与托架底部铰接，斜置液压缸一端与托架底部铰接、另一端与支撑液压缸铰接。驱动源选用液压缸，滑动装置选用两条平行的直线导轨及每条直线导轨上配合安装的两个滑块。伸缩式转载系统5与临时支护机构6为可分离式结构，即临时支护机构6放置在伸缩式转载系统上。掘进机1的上表面通过螺栓3固定连接一固定底座2，底板4焊接在固定底座2的两侧。具体而言，伸缩式转载系统5包括托架Ⅰ5-1即一级托架、托架Ⅱ5-2即二级托架、托架Ⅲ5-3即三级托架、直线导轨Ⅰ5-4、直线导轨Ⅱ5-5、直线导轨Ⅲ5-6、滑块Ⅰ5-7、滑块Ⅱ5-8、滑块Ⅲ5-9、液压缸Ⅰ5-10、液压缸Ⅱ5-11、液压缸Ⅲ5-12、液压缸Ⅳ5-13、液压缸Ⅴ5-14、液压缸Ⅵ5-15、液压缸Ⅶ5-16、液压缸Ⅷ5-17、液压缸Ⅸ5-18、支腿底座Ⅰ5-19。其中，液压缸Ⅰ5-10、液压缸Ⅱ5-11、液压缸Ⅲ5-12即所谓的驱动源；液压缸Ⅴ5-14、液压缸Ⅶ5-16、液压缸Ⅸ5-18即所谓的支撑液压缸；液压缸Ⅳ5-13、液压缸Ⅵ5-15、液压缸Ⅷ5-17即所谓的斜置液压缸。直线导轨Ⅰ5-4共2根，通过螺钉固定在两底板4的上端位置；直线导轨Ⅱ5-5共2根，通过螺钉固定在托架Ⅰ5-1上端的两侧位置；直线导轨Ⅲ5-6共2根，通过螺钉固定在托架Ⅱ5-2上端的两侧位置；滑块Ⅰ5-7共4个，分别装配在底板4的直线导轨Ⅰ5-4上，呈两侧对称布置；滑块Ⅱ5-8共4个，分别装配在托架Ⅰ5-1的直线导轨Ⅱ5-5上，呈两侧对称布置；滑块Ⅲ5-9共4个，分别装配在托架Ⅱ5-2的直线导轨Ⅲ5-6上，呈两侧对称布置；托架Ⅰ5-1固定安装在4个滑块Ⅰ5-7上；托架Ⅱ5-2固定安装在4个滑块Ⅱ5-8上；托架Ⅲ5-3固定安装在4个滑块Ⅲ5-9上。液压缸Ⅰ5-10，分别与固定底座2上部左侧的铰接支架以及铰接支架Ⅰ5-1-1铰接；液压缸Ⅱ5-11，分别与铰接支架Ⅱ5-1-2以及托架Ⅱ5-2底部右侧的铰接支架铰接；液压缸Ⅲ5-12，分别与铰接支架Ⅴ5-2-1以及铰接支架Ⅷ5-3-1铰接；液压缸Ⅳ5-13共2个，分布于托架Ⅰ5-1两侧，分别与铰接支架Ⅲ5-1-3以及两侧的2个液压缸Ⅴ5-14上的铰接支架铰接，呈对称布置；液压缸Ⅴ5-14共2个，分布于托架Ⅰ5-1两侧，通过铰接的方式分别连接在铰接支架Ⅳ5-1-4上，呈对称布置；液压缸Ⅵ5-15共2个，分布于托架Ⅱ5-2两侧，分别与铰接支架Ⅵ5-2-2以及两侧的2个液压缸Ⅶ5-16上的铰接支架铰接，呈对称布置；液压缸Ⅶ5-16共2个，分布于托架Ⅱ5-2两侧，通过铰接的方式分别连接在铰接支架Ⅶ5-2-3上，呈两侧对称布置；液压缸Ⅷ5-17共2个，分布于托架Ⅲ5-3两侧，分别与铰接支架Ⅸ5-3-2以及两侧的2个液压缸Ⅸ5-18上的铰接支架铰接，呈对称布置；液压缸Ⅸ5-18共2个，分布于托架Ⅲ5-3两侧，通过铰接的方式分别连接在铰接支架Ⅹ5-3-3上，呈对称布置；液压缸Ⅴ5-14、液压缸Ⅶ5-16、液压缸Ⅸ5-18的底端分别焊接支腿底座Ⅰ5-19。临时支护机构6包括顶护板6-1、液压缸Ⅹ6-2、支腿底座Ⅱ6-3，顶护板6-1位于托架Ⅲ5-3上，液压缸Ⅹ6-2共4个，分别固定在顶护板6-1的四角，液压缸Ⅹ6-2底端焊接支腿底座Ⅱ6-3，后续通过液压缸Ⅹ6-2的活塞杆伸出使支腿底座Ⅱ6-3着地，从而顶起顶护板6-1；液压站7，为液压元件提供液压动力。液压缸Ⅰ5-10、液压缸Ⅱ5-11、液压缸Ⅲ5-12、液压缸Ⅳ5-13、液压缸Ⅵ5-15、液压缸Ⅷ5-17，其安装方式为上下耳环的形式。液压缸Ⅴ5-14、液压缸Ⅶ5-16、液压缸Ⅸ5-18，其安装方式为上耳环的形式。顶护板6-1，是由方钢管焊接而成。掘进机1上安装有液压站7，通过液压站保障所有液压缸机构的正常工作。实施例2：利用实施例1所述的背负式综掘巷道临时支护设备的工作方法，图2为整套设备的原始状态示意图，临时支护机构6以及伸缩式转载系统5处于收缩状态。掘进机挖掘工作完成，在掘进机1截割头和悬臂段部位形成空顶区，临时支护工作开始，工作过程如下：1液压缸Ⅰ5-10工作，活塞杆伸出，托架Ⅰ5-1在液压缸Ⅰ5-10的驱动下沿着直线导轨Ⅰ5-4向前移动；当运动到指定位置，液压缸Ⅳ5-13工作，液压缸Ⅴ5-14被撑起，直到完全处于垂直地面的状态时，液压缸Ⅳ5-13停止工作；此时，液压缸Ⅴ5-14工作，直到完全碰触到地面停止工作，如附图3所示。2液压缸Ⅱ5-11工作，托架Ⅱ5-2在液压缸Ⅱ5-11的驱动下沿着直线导轨Ⅱ5-5向前移动；当运动到指定位置，液压缸Ⅵ5-15工作，液压缸Ⅶ5-16被撑起，直到完全处于垂直地面的状态时，液压缸Ⅵ5-15停止工作；此时，液压缸Ⅶ5-16开始工作，直到完全碰触到地面停止工作，如图4所示。3液压缸Ⅲ5-12工作，托架Ⅲ5-3在液压缸Ⅲ5-12的驱动下沿着直线导轨Ⅲ5-6向前移动；当运动到指定位置，液压缸Ⅷ5-17工作，液压缸Ⅸ5-18被撑起，直到完全处于垂直地面的状态时，液压缸Ⅷ5-17停止工作；然后，液压缸Ⅸ5-18开始工作，直到完全碰触到地面停止工作；然后，临时支护机构6的4个液压缸Ⅹ6-2分别运动，将顶护板6-1向上顶起至顶板，直至设备的设定油压后液压缸Ⅹ6-2停止工作，状态如图1所示。4伸缩式转载系统5逐级收回。首先，托架Ⅲ5-3下的液压缸Ⅸ5-18活塞杆收回至初始位置，液压缸Ⅷ5-17活塞杆收回，将液压缸Ⅸ5-18收回至折叠状态，液压缸Ⅲ5-12活塞杆收回将托架Ⅲ5-3收回；其次，液压缸Ⅶ5-16活塞杆收回至初始位置，液压缸Ⅵ5-15活塞杆收回，将液压缸Ⅶ5-16收回至折叠状态，液压缸Ⅱ5-11活塞杆收回，将托架Ⅱ5-2收回；最后，液压缸Ⅴ5-14活塞杆收回至初始位置，液压缸Ⅳ5-13活塞杆收回，将液压缸Ⅴ5-14收回至折叠状态，液压缸Ⅰ5-10活塞杆收回，将托架Ⅰ5-1收回。如图5所示。5掘进机1带动伸缩式转载系统5回退，直至掘进机1完全退出临时支护机构6为止，状态如图6所示。临时支护工作完成。后续工人就可以在临时支护机构底部所建立的安全区域进行锚护作业。

权利要求：1.一种背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，包括掘进机、伸缩式转载系统和临时支护机构；伸缩式转载系统设置在掘进机上，临时支护机构放置在伸缩式转载系统上，通过伸缩式转载系统将临时支护机构运送到掘进机前方的空顶区。2.如权利要求1所述的背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，所述伸缩式转载系统包括至少两级伸缩装置，伸缩装置包括驱动源、托架、斜置液压缸和支撑液压缸；托架与掘进机之间、托架与托架之间通过滑动装置连接，驱动源连接托架，支撑液压缸与托架底部铰接，斜置液压缸一端与托架底部铰接、另一端与支撑液压缸铰接。3.如权利要求2所述的背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，所述驱动源选用液压缸。4.如权利要求2所述的背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，所述滑动装置包括直线导轨及设置在直线导轨上的滑块。5.如权利要求4所述的背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，所述托架下方并列设置有两套滑动装置，且每一直线导轨上安装有两个滑块。6.如权利要求2所述的背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，所述支撑液压缸的底端设置有支腿底座。7.如权利要求1所述的背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，所述临时支护机构包括顶护板、液压缸Ⅹ和支腿底座，液压缸Ⅹ的缸筒连接顶护板底部，支腿底座安装在液压缸Ⅹ的活塞杆上。8.如权利要求7所述的背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，所述顶护板的底部四个边角各安装有一个液压缸Ⅹ。9.如权利要求1所述的背负式综掘巷道临时支护设备，其特征在于，所述掘进机上设置有一液压站。10.一种如权利要求1-9任一项所述的背负式综掘巷道临时支护设备的工作方法，事先临时支护机构和伸缩式转载系统处于收缩状态，掘进机挖掘工作完成后，在掘进机截割头和悬臂段部位形成空顶区，临时支护作业开始，包括以下步骤：1驱动源开始作业，推动一级托架向前移动；2一级托架移动到位后，斜置液压缸驱动支撑液压缸立起，支撑液压缸伸出着地支撑一级托架；3重复步骤1-2，多级托架依次移动到位，同时多级托架被各自的支撑液压缸伸出着地支撑，此时临时支护机构位于掘进机截割头上方的空顶区；4临时支护机构的液压缸Ⅹ开始作业，使支腿底座着地，同时顶护板升起离开托架，顶护板向上顶起直至巷道顶板；5支撑液压缸和斜置液压缸依次回缩，使支撑液压缸收起并折叠，多级托架依次回到初始位置，然后掘进机退出临时支护机构。

百度查询： 山东科技大学 一种背负式综掘巷道临时支护设备及其应用

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