一种用于智能掘进工作面配套装备及施工工艺

技术领域

本发明涉及煤矿施工相关技术领域，特别是涉及一种用于智能掘进工作面配套装备及施工工艺。

背景技术

悬臂式掘进机和锚杆钻机配套的掘进工艺是我国煤矿开采常用的掘进工艺，但现有技术的悬臂式掘进机作业中，各种工序不够集中，许多工序仍是人工操作，单机操作程序繁琐，需要准备的时间较长，且掘进工作面环境恶劣，作业人员密度大，劳动强度大，巷道施工质量及施工安全性很大程度上依靠于人为因素，给煤矿安全高效生产带来了较大隐患。

随着煤矿开采深度和强度的增大，巷道断面尺寸也随之增大，给巷道掘进速度和支护质量提出更加严格的要求，在传统的掘进配套作业中，设备配套融合性差，掘进和锚护作业为串行作业，不能协同作业，且掘进和支护设备自动化程度低，掘进效率低，支护作业时间长，面临着的快速智能掘进难题，掘进工作面设备配套融合性差及自动化程度低已成为制约煤矿快速提高生产能力的主要因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于智能掘进工作面配套装备及施工工艺，以解决上述现有技术存在的问题，掘进工作面设备配套融合性好、自动化程度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于智能掘进工作面配套装备，包括智能掘进机，所述智能掘进机后端依次搭接有带式转载机和行走小车，所述带式转载机位于自移机尾上方，所述行走小车位于自移机尾的轨道上；所述自移机尾通过皮带连接有胶带输送系统；所述智能掘进机一侧设有智能锚杆钻车；本发明解决了煤矿掘进工作面作业人员多、工人劳动强度大、掘进效率低、锚护作业时间长、设备配套融合性差及自动化水平低等问题。

可选的，所述带式转载机具有带式转载机机头部和带式转载机机尾部，所述智能掘进机搭接位于带式转载机机尾部，所述行走小车搭接位于带式转载机机头部，所述带式转载机机尾部和带式转载机机头部通过多个中间架连接。

可选的，所述自移机尾具有自移机尾机尾部和自移机尾机头部，所述自移机尾机尾部和自移机尾机头部之间通过多个连接架连接，所述连接架上安装有抬升机构。

可选的，所述智能掘进机设置有惯导系统、视觉定位系统、激光标靶，能够实现机身相对于巷道的定位；所述智能掘进机安装的截割头回转和升降液压缸设有内置式位移传感器和外置式倾角传感器，所述智能掘进机机身两侧设置有物位传感器，能够检测机身与巷道侧帮的距离。

可选的，还包括除尘系统，所述除尘系统的吸风口管道设置在智能掘进机上，所述除尘系统的出风管道设置在带式转载机上，所述除尘系统的除尘风机设置在自移机尾轨道上，并与带式转载机搭接，能够随智能掘进机和带式转载机一起向前移动。

可选的，所述自移机尾上设有推移机构，能够采用迈步式自移方式行走，一个迈步行程1.2m；所述自移机尾设置有动力部。

可选的，所述自移机尾上安装有集中控制中心、组合开关，所述集中控制中心能够实现智能掘进、带式转载机、自移机尾及智能锚杆钻车的启停和动作控制。

本发明还提供一种用于智能掘进工作面配套装备的施工工艺，基于掘进工作面二次截割成巷的掘进工艺，包括智能掘进机自主行进、自动截割、自主后退移机，智能锚杆钻车自动钻孔、自动铺网、自动上药卷和自动锚护的全流程作业，运输系统自动收煤和运煤，自动除尘作业等工序，包括如下步骤：

步骤一，掘进工作面设备布置，将智能掘进机、带式转载机、自移机尾和胶带输送系统从掘进迎头往后铺设在巷道内，智能锚杆钻车靠右侧布置，智能掘进机开机位置距离迎头煤壁距离L

步骤二，左帮掘进作业，掘进机沿截割路径沿底掘进，智能掘进机依靠导航系统从开机位置自主前行至煤壁迎头截割起始位置距离L

步骤三，从左帮后退移机至右帮，智能掘进机依靠导航系统从左帮截割终点位置自主后退移机到巷道右帮停机位置，后退移机距离L

步骤四，右帮掘进作业，掘进机沿截割路径沿底掘进，智能掘进机依靠导航系统从右侧停机位置自主前行至截割起始位置距离L

步骤五，从右帮后退移机至左帮停机位置，智能掘进机从右帮截割终点位置依靠导航系统自主后退移机到左帮停机位置距离L

步骤六，锚护作业，智能掘进机完成左右断面二次自动截割作业后，清理干净迎头浮煤，智能掘进机后退至左帮停机位置，智能锚杆钻车前行至迎头指定位置，对顶板和侧帮进行自动铺网、自动钻孔、自动装锚固剂、自动装锚杆的全流程作业；锚护作业完成之后，智能锚杆钻车后退至巷道右帮指定位置；

步骤七，连续重复上述步骤二至六，向前推进巷道掘进，同时，在智能掘进机自动掘进作业中，机载除尘系统持续运行，截割下来的煤经带式转载机运输至胶带输送系统，实现自动落煤与运煤、除尘作业；

步骤八，当智能掘进机向前行走一个搭接行程距离L

可选的，所述智能掘进机自主掘进作业和智能锚杆钻车自动钻孔与锚固作业间断性进行，两道工序间断方式相互交叉并行作业。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中，智能掘进机自主定位和导向、自动截割成巷作业，智能锚杆钻车自动钻孔、装药卷、上锚杆、紧固锚杆，带式转载机自动纠偏、自移机尾自主迈步前移，掘进和锚护作业相互交叉并行作业，掘进效率提高25％，减少作业人员30％，实现了工作面掘进、锚护、运输、除尘等工序的智能化运行，为煤矿井下安全高效掘进提供了可靠的技术保障。

本发明采用智能掘进机进行自主定位与导向、自主机身位姿检测和轨迹自动纠偏、任意断面自主截割，代替了传统的人工操作掘进机的作业方式，减少了掘进工作面作业人员，降低了工人的劳动强度，巷道截割成形质量更好，截割效率更高，更具智能化也更安全。

本发明采用智能锚杆钻车，可进行自动钻孔、装药卷、上锚杆、紧固锚杆等全过程的自动化作业，代替了传统的人工锚固作业，减少了作业人员，降低了工人劳动强度，节省了工序时间，提高了锚护作业智能化及安全性。

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为设备在掘进工作面布置初始位置主视图；

图2为设备在掘进工作面布置初始位置俯视图；

图3为智能掘进机前行至迎头煤壁左帮截割起点位置主视图；

图4为智能掘进机前行至迎头煤壁左帮截割起点位置俯视图；

图5为智能掘进机在巷道左帮截割两排位置图；

图6为智能掘进机从巷道左帮自主后退移机过程位置图；

图7为智能掘进机后退移机至右帮终点，前行方向与巷道平行位置图；

图8为智能掘进机前行至迎头煤壁右帮截割起点位置；

图9为智能掘进机在巷道右帮截割两排位置图；

图10为智能掘进机从巷道右帮自主后退移机过程位置图；

图11为智能掘进机后退至巷道左帮停机位置图，此时完成一个左右断面自主截割循环；

图12为智能掘进机前行完搭接行程位置，此时自移机尾准备向前迈步移机；

图13为巷道断面二次成巷自主截割路径图；

图14为巷道断面锚护图；

图中：1-智能掘进机、2-带式转载机机尾部、3-自移机尾机尾部、4-推移机构、5-带式转载机、6-自移机尾、7-连接架、8-中间架、9-除尘系统、10-抬升机构、11-带式转载机机头部、12-行走小车、13-除尘风机、14-动力部、15-组合开关、16-集中控制中心、17-胶带输送系统、18-智能锚杆钻车、19-锚杆、20-锚索。

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做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。

本发明的目的是提供一种用于智能掘进工作面配套装备及施工工艺，以解决上述现有技术存在的问题，掘进工作面设备配套融合性好、自动化程度高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种用于智能掘进工作面配套装备，如图1、图2所示，包括智能掘进机1，智能掘进机1后端依次搭接有带式转载机5和行走小车12，带式转载机5位于自移机尾6上方，行走小车12位于自移机尾6上部的轨道上；自移机尾6通过皮带连接有胶带输送系统17；智能掘进机1一侧设有智能锚杆钻车18，智能锚杆钻车18设置有两排钻机，钻机均可90度旋转，利用智能锚杆钻车18上搭载的传感器和液压伺服系统可进行钻孔、铺网、上药卷、打锚杆、紧固等全流程的自动化作业，以实现巷道所有顶部和侧帮永久锚护作业。除尘系统9的吸风口管道设置在智能掘进机1上，除尘系统9的出风管道设置在带式转载机5上，除尘系统9的除尘风机13设置在自移机尾6轨道上，并与带式转载机5搭接，能够随智能掘进机1和带式转载机5一起向前移动；自移机尾6上安装有集中控制中心16、组合开关15，二者随自移机尾6一起前移，集中控制中心16能够实现智能掘进机1、带式转载机5、自移机尾6及智能锚杆钻车18的启停和动作控制。

带式转载机5具有带式转载机机头部11和带式转载机机尾部2，智能掘进机1搭接位于带式转载机机尾部2，行走小车12搭接位于带式转载机机头部11，带式转载机机尾部2和带式转载机机头部11部通过多个中间架8连接；带式转载机5跟随掘进机前移，依靠行走小车12在自移机尾6上滑移，实现煤的转运；带式转载机5设置有皮带防跑偏、过载保护等功能。

自移机尾6具有自移机尾机尾部3和自移机尾机头部，自移机尾机尾部3和自移机尾机头部之间通过多个连接架7连接，连接架7上安装有抬升机构10；自移机尾6与胶带输送系统17搭接，拖动皮带向前移动，为带式转载机5提供滑移轨道。自移机尾6具有推移机构4，采用为迈步式自移方式行走，一个迈步行程1.2m；自移机尾6设置动力部14，依靠自身电气和液压动力系统，实现自移机尾6的升降、推移及左右调偏。自移机尾6设置有张力自动控制、皮带防跑偏等功能。带式转载机5和自移机尾6搭接行程长度通过增减中间架8调整，有效减少了迈步式自移机尾移动次数。

智能掘进机1用于实现巷道断面的掘进，设置有惯导系统、视觉定位系统、激光标靶，实现机身相对于巷道的精准定位，实现掘进机自主前进行走割煤，自动截割及自主后退移机等功能。智能掘进机1安装的截割头回转和升降液压缸设有内置式位移传感器和外置式倾角传感器，实现截割头相对于机身位置检测。智能掘进机1机身两侧设置有物位传感器，用于检测机身与巷道侧帮的距离。

本发明提供一种用于智能掘进工作面配套装备的施工工艺，是在掘进工作面分左右断面二次截割，按设定的截割路径轨迹，智能掘进机1自主前进行走到左帮迎头煤壁、自动截割，依靠导航系统自主后退移机至右帮进行截割，截割完成后退至左帮停机位置，智能锚杆钻车18前行到迎头进行全流程自动锚护作业，带式转载机5跟随智能掘进机1在自移机尾6轨道上滑行，带式转载机5前行至搭接行程时，自移机尾6自主前行，以实现掘进工作面设备间的掘进、支护、运输的协同作业，快速提升巷道掘进效率，减少作业人员，为煤矿井下安全高效掘进提供可靠的技术保障；掘进工作面参数：巷道宽度L

步骤一，掘进工作面设备布置，将智能掘进机1、带式转载机5、自移机尾6和胶带输送系统17从掘进迎头往后铺设在巷道内，智能锚杆钻车18靠右侧布置，智能掘进机1后端搭接带式转载机的机尾部，带式转载机的机头部搭接在行走小车上，行走小车设置在自移机尾上部轨道上，自移机尾通过皮带与胶带输送系统联接。机载除尘系统9吸风管道安装在智能掘进机1机身上部，出风管道安装在自移机尾上部轨道上，动力站、组合开关、集中控制中心依次安装在自移机尾6上，智能掘进机1开机位置距离迎头煤壁距离L

步骤二，左帮掘进作业，智能掘进机1沿截割路径沿底掘进，智能掘进机1依靠导航系统从开机位置自主前行至煤壁迎头截割起始位置距离L

步骤三，从左帮后退移机至右帮，智能掘进机依靠导航系统从左帮截割终点位置自主后退移机到巷道右帮停机位置，后退移机距离L

步骤四，右帮掘进作业，智能掘进机1沿截割路径沿底掘进，智能掘进机依靠导航系统从右侧停机位置自主前行至截割起始位置距离L

步骤五，从右帮后退移机至左帮停机位置，智能掘进机1从右帮截割终点位置依靠导航系统自主后退移机到左帮停机位置距离L

步骤六，锚护作业，智能掘进机1完成左右断面二次自动截割作业后，清理干净迎头浮煤，智能掘进机1后退至左帮停机位置，智能锚杆钻车18前行至迎头指定位置，对顶板和侧帮进行自动铺网、自动钻孔、自动装锚固剂、自动装锚杆19以及锚索20的全流程作业；锚护作业完成之后，智能锚杆钻车18后退至巷道右帮指定位置；

步骤七，连续重复上述步骤二至六，向前推进巷道掘进，同时，在智能掘进机自动掘进作业中，机载除尘系统持续运行，截割下来的煤经带式转载机运输至胶带输送系统，实现自动落煤与运煤、除尘作业；

步骤八，当智能掘进机1向前行走一个搭接行程距离L

进一步优选的，智能掘进机1自主掘进作业和智能锚杆钻车18自动钻孔与锚固作业间断性进行，两道工序间断方式相互交叉并行作业；智能掘进机1能进行位姿自动检测和自动纠偏、自主行走路径轨迹规划及矩形、拱形、梯形等任意断面自主截割，用以实现掘进作业的全自动化。智能锚杆钻车可进行车身自主移动，锚孔自动定位、钻孔轨迹规划、自动铺锚网等作业，可自主完成钻锚孔、装锚固剂、装锚杆、钻机复位、调整位姿的全自动化钻锚作业，用以实现锚固作业的全自动化。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的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，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。