一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统

技术领域

本发明涉及煤矿井下掘进设备技术领域，更具体地说，它涉及一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统。

背景技术

在煤矿井下采煤作业之前，一般需要提前在待开采工作面两侧掘进出回风巷/运输巷/瓦斯巷道/联络巷道/安装巷道等，用于采出煤炭的运输、相关综采设备的运输及通风排水等作业。然而相较于我国综采成套装备的发展阶段，掘进装备发展水平明显滞后，效率较低，导致煤炭开采过程中“采掘矛盾”日益突出，制约煤炭行业进一步高质量发展。

目前煤矿井下巷道掘进普遍采用综合机械化掘进方式，配套设备包括悬臂掘进机、单体式锚杆钻机、胶带转载机、伸缩胶带机等，掘进、支护需要交叉换位作业，巷道成型困难，设备调动频繁，作业环境差，存在较多的安全隐患、极大影响巷道掘进作业的效率和安全性。

当前也具有较为先进的、采用掘锚一体机进行作业的掘进工艺，可实现巷道一次成巷，掘锚一体机后部配备锚杆台车、桥式转载机和自移机尾，掘进和锚护平行作业，同时后部连续运输，大幅提高了巷道掘进的作业效率和安全性。但是掘锚一体机结构相对复杂，机身占用空间大、重量重，对巷道条件要求高，造价成本高，系统整体故障率也较高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统，能够在简化系统配置、降低制造成本的同时实现一次成巷、掘进和锚护平行作业。

本发明提供了如下技术方案：一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统，主要由截割系统、支护系统、钻锚系统和运输系统构成；

支护系统包括主架、副架和支护推移油缸，主架包括主架底座、主架顶梁以及连接在主架底座和主架顶梁之间的主架立柱、导向装置，主架顶梁设置两个且位于主架底座的前部，副架设有两个且分别位于主架顶梁的两侧，副架包括副架底座、副架顶梁以及连接在副架底座和副架顶梁之间的副架立柱、上连杆、下连杆，支护推移油缸两端分别与主架底座和副架底座铰接，用于推移副架或拉移主架，使副架和主架交替迈步前移；

截割系统位于所述主架底座前端，包括截割大臂、截割滚筒、截割电机、截割推移座、截割油缸、截割推移油缸，所述主架底座上设有供截割推移座前后移动的滑道，截割推移油缸两端分别与主架底座、截割推移座铰接，用于驱动截割推移座沿所述滑道前后滑动，截割大臂后端转动装配在截割推移座上、前端与截割滚筒连接；截割油缸的两端分别与截割推移座、截割大臂铰接，用于驱动截割大臂相对截割推移座摆动，所述截割滚筒横向转动装配在截割大臂的前端，所述截割电机安装在截割大臂内部，用于驱动所述截割滚筒进行旋转截割；

钻锚系统布置在主架底座上并位于截割系统的后侧，包括多个顶部锚杆钻机和多个侧帮锚杆钻机；

运输系统主要由铲板组件、刮板输送机、桥式转载机、自移机尾和胶带输送机组成，铲板组件位于主架底座前部、截割大臂的下方，所述刮板输送机位于主架底座上，刮板输送机前部与所述铲板组件连接，后部通过调尾油缸与主架底座后侧的主架拉移座连接，所述调尾油缸两端分别与主架拉移座、刮板输送机后部铰接，铲板组件用于将截割下来的煤岩拨进刮板输送机槽内，刮板输送机后部与位于主架后方的桥式转载机搭接、用于将煤岩输送给桥式转载机，自移机尾设置在桥式转载机起桥段的下部、用于搭接桥式转载机和胶带输送机，胶带输送机位于桥式转载机后方、用于向外输送煤岩。

有益效果：本发明作业时：通过控制截割油缸带动截割大臂摆动进行截割，同时控制截割推移油缸带动截割大臂进行进刀/退刀，主架和副架可通过支护推移油缸交替迈步，从而及时接顶支护并带动主架底架和整个系统向前移动，钻锚系统可与截割同步锚固作业，截割下来的煤岩被铲板组件拨进刮板输送机槽内，刮板输送机将煤岩从前至后输送、再通过桥式转载机和胶带输送机运输出去；综合作业过程发现：

（1）基于本发明的整体、各系统的结构组成与布置形式，可使各系统之间在互不干扰的前提下平行同步作业，打造了集掘进、支护、锚固、运输于一体的整体化作业平台，整体结构紧凑，集成化程度高、结构复杂程度降低；

（2）横轴式截割滚筒可一次成巷，主架顶梁、副架顶梁左右交错布置，有效缩短临时支护长度，可及时有效进行永久支护，减小前部空顶距，大大提升作业安全性；

（3）主架底座作为承载大部分设备的承载平台，主架、副架每步前进时同时带动截割系统、钻锚系统、铲板组件、刮板输送机和桥式转载机同时前移，截割系统、钻锚系统无需配置单独行进装置，可有效简化配置、降低制造成本，同时保持行进同步性、一致性，提升系统可靠性；

（4）主架底座作为整个系统的整体底座，与底板接触面积大，防止推进过程中扎底，提高对巷道的适应性；

（5）通过设置自移机尾，避免胶带输送机停机架设胶带支撑机架的步骤，大幅节省停机时间、提高巷道整体掘进效率。

进一步的，一种适用于煤巷或半煤巷的快速掘进系统还包括液压电气控制系统，液压电气控制系统用于驱动、控制截割系统、支护系统、钻锚系统和运输系统，液压电气控制系统布置在主架底座后部，包括供液系统、供电系统和电液控制系统，供液系统主要由泵站、油箱和过滤装置构成，供电系统主要由移动变压器、组合开关和拖缆装置构成，电液控制系统主要由主阀、控制器、驱动器、电源、遥控器、双速阀构成。

有益效果：将液压电气控制系统合理布置在主架底座后部，主架底座各部分承重均衡，液压电气控制系统用于给各系统提供动力并进行控制，可实现对系统就地/遥控控制。

进一步的，所述顶部锚杆钻机设有五个，侧帮锚杆钻机设有四个，顶部锚杆钻机分为前四顶部锚杆钻机和后一顶部锚杆钻机，前四个顶部锚杆钻机横向并排设置在主架顶梁的后侧，侧帮锚杆钻机位于前四顶部锚杆钻机的后侧且两两对称分布在主架底座的两侧，后一顶部锚杆钻机位于靠前两侧帮锚杆钻机之间。

有益效果：通过顶部锚杆钻机、侧帮锚杆钻机数量、位置的合理配置使掘进与锚护作业时间相协调。

进一步的，所述截割油缸设有两个并分别位于截割大臂的两侧。

有益效果：截割大臂两侧均设置截割油缸，使截割大臂在两侧同步均衡受力的情况下向外持续施力，截割效果好。

进一步的，所述主架底座整体为平板结构。

有益效果：增大底板接触面积，承载能力强，对巷道适应性更好。

附图说明

图1是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1的整体示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1中部分设备于俯视视角的示意图；

图4是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1中主架的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1中副架的结构示意图；

图7是图6的俯视图；

图8是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1中截割系统的结构示意图；

图9是图8的俯视图；

图10是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1中顶部锚杆钻机的示意图；

图11是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1中侧帮锚杆钻机于俯视视角的示意图；

图12是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1中铲板组件和刮板输送机于俯视视角的示意图；

图13是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1中铲板组件和刮板输送机于侧视视角的示意图；

图14是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1于S1步骤进刀割煤时的工作状态示意图（顶部横线表示顶板、底部横线表示底板）；

图15是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1于S1步骤推移副架并接顶后的工作状态示意图（顶部横线表示顶板、底部横线表示底板）；

图16是本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1于S3步骤拉移主架后的工作状态示意图（顶部横线表示顶板、底部横线表示底板）；

附图标记：1-支护系统；11-主架；111-主架底座；112-主架顶梁；113-主架立柱；114-导向装置；121副架；121-副架底座；122-副架顶梁；123-副架立柱；124-上连杆；125-下连杆；13-支护推移油缸；

2-截割系统；21-截割大臂；22-截割滚筒；23-截割电机；24-截割推移座；25-截割推移油缸；26-截割油缸；

3-钻锚系统；31-顶部锚杆钻机；32-侧帮锚杆钻机；

4-运输系统；41-铲板组件；42-刮板输送机；43-桥式转载机；44-自移机尾；45-调尾油缸；

5-液压电气控制系统；

6-主架拉移座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明的一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统的具体实施例1：

如图1-图3所示，一种适用于煤巷或半煤岩巷的快速掘进系统主要由支护系统1、截割系统2、钻锚系统3和运输系统4、液压电气控制系统5构成。

支护系统1用于对顶板进行临时支护、作为作业平台带动其他系统运动。支护系统包括主架11、副架12以及支护推移油缸13，主架11结构如图4-图5所示，主架包括主架底座111、主架顶梁112、主架立柱113、导向装置114，其中主架底座111整体为平板式结构，包括后半部分和前半部分，其后半部分的宽度较前半部分大，主架顶梁112设置两个并且位于主架底座111的前端两侧，主架立柱113、导向装置114连接在主架底座111和主架顶梁112之间。副架12设有两个且分别位于主架顶梁112的两侧，副架12具体结构如图6-图7所示，包括副架底座121、副架顶梁122以及连接在副架底座121和副架顶梁122之间的副架立柱123、上连杆124、下连杆125，支护推移油缸13两端分别与主架底座111、副架底座121铰接，使用时用来拉移主架或推移副架，交替实现主架11和副架12的迈步前进。

截割系统2用于进行旋转截割，位于主架底座111前端，如图8-图9所示，截割系统2包括截割大臂21、截割滚筒22、截割电机23、截割推移座24、截割推移油缸25、截割油缸26，主架底座111上设有供截割推移座24前后移动的滑道即截割推移座24滑动安装在主架底座111上，截割推移油缸25两端分别与主架底座111、截割推移座24铰接，用于驱动截割推移座24沿滑道前后滑动。截割大臂21后端转动装配在截割推移座24上、前端转动安装有截割滚筒22，截割油缸26设有两个并分布在截割大臂21的两侧，截割油缸26的两端分别与截割推移座24、截割大臂21铰接，用于驱动截割大臂21相对截割推移座24转动。截割电机23安装在截割大臂21内部，用于驱动横向安装在截割大臂21前端的截割滚筒22进行旋转截割。

钻锚系统3用于对顶板和侧帮进行锚固，如图1-图3、图10-图11所示，钻锚系统3设置在主架底座111上并位于截割系统2的后侧，包括五个顶部锚杆钻机31和四个侧帮锚杆钻机32，其分布形式如图3，顶部锚杆钻机31分为前四顶部锚杆钻机和后一顶部锚杆钻机，前四个顶部锚杆钻机31横向并排设置在主架顶梁112的后侧，侧帮锚杆钻机32位于前四顶部锚杆钻机31的后侧且两两对称分布在主架底座111的两侧，后一顶部锚杆钻机31位于靠前两侧帮锚杆钻机32之间。值得注意的是，前四个顶部锚杆钻机31中靠外侧的两个分别安装在主架底座111前半部分向外伸出的安装板上。通过锚固系统的位置分布和数目设置，可实现锚固与截割前后同步作业。

运输系统4用于将截割下来的煤岩输送出去，如图1-图3、图12-图13所示，包括自前而后依次设置的铲板组件41、刮板输送机42、桥式转载机43、自移机尾44和胶带输送机（图中未示出），铲板组件41位于主架底座111前部、截割大臂21的下方，刮板输送机42位于主架底座111上，刮板输送机42前部连接铲板组件41。主架底座111后侧铰接有主架拉移座6，刮板输送机42后部通过调尾油缸45与主架拉移座6连接，调尾油缸45两端分别与主架拉移座6、刮板输送机42后部铰接，因此通过调尾油缸45可调节刮板输送机42后部的高度，提高刮板输送机42对巷道的适应性。使用时铲板组件41将截割下来的煤岩拨进刮板输送机42槽内，刮板输送机42后部与位于主架后方的桥式转载机43搭接、用于将煤岩输送给桥式转载机43，自移机尾设置44在桥式转载机43起桥段的下部、用于搭接桥式转载机43和胶带输送机，胶带输送机位于桥式转载机43后方、用于向外输送煤岩。

液压电气控制系统5用于驱动、控制截割系统2、支护系统1、钻锚系统3和运输系统4，液压电气控制系统5布置在主架底座后部的两侧，包括供液系统、供电系统和电液控制系统，工业系统主要由泵站、油箱和过滤装置构成，供电系统主要由移动变压器、组合开关和拖缆装置构成，电液控制系统主要由主阀、控制器、驱动器、电源、遥控器、双速阀构成，可是实现实地/遥控控制。

使用本发明对煤巷或半煤岩巷进行快速掘进的一种工艺方法包含如下步骤：

S1：初始状态下截割油缸伸出、截割大臂向上抬起，主架顶梁和副架顶梁前部平齐，通过截割油缸使截割大臂抬起、升起截割滚筒进行截割，如图14所示截割推移油缸伸出带动截割大臂前移、进刀一个步距；副架降架，支护推移油缸伸长，如图15所示副架前移一个步距后升高接顶，过程中钻锚系统与运输系统同时平行作业，钻锚系统进行顶部锚杆、侧帮锚杆的钻孔和锚护作业，运输系统将截割下的煤岩向后运输。

S2：截割油缸收缩，截割大臂下拉割煤、扫平底板，截割推移油缸收缩，截割大臂后移，截割油缸伸长使截割大臂抬起至初始状态，完成一个截割循环过程，过程中钻锚系统与运输系统同时平行作业。

S3：主架降架，支护推移油缸收回，主架前移一个步距后升架使主架顶梁接顶，如图16所示主架顶梁、副架顶梁前部再次平齐，完成一次支护循环，主架前移时同时带动截割系统、钻锚系统、铲板组件、刮板输送机和桥式转载机一同前移一个步距，过程中钻锚系统停机。

S4：重复S1-S3步骤，主架底座带动截割系统、钻锚系统、铲板组件、刮板输送机和桥式转载机一同前移N个步距，胶带输送机停机，使自移机尾抬底油缸伸出抬起自移机尾，自移机尾在机尾推移油缸作用下前移N个步距后收回抬底油缸、抬起轨道，使轨道在机尾推移油缸的作用下前移N个步距，自移机尾完成一次前移循环；过程中随自移机尾前移安装胶带输送机的机架并铺设胶带；N不小于8。

S5：重复S1-S4步骤，实现巷道快速掘进。

本发明作业时：通过控制截割油缸控制截割大臂摆动进行截割，同时控制截割推移移动带动截割大臂进行进刀/退刀，主架和副架可通过支护推移油缸交替迈步，及时接顶支护并带动主架底架和整个系统向前移动，钻锚系统可与截割同步锚固作业，截割下来的煤岩被铲板组件拨进刮板输送机槽内，刮板输送机将煤岩从前至后输送、再通过桥式转载机和交代输送机运输出去综合作业过程发现：

1.基于本发明的整体、各系统的结构组成与布置形式，可使各系统之间在互不干扰的前提下平行同步作业，打造了集掘进、支护、锚固、运输于一体的整体化作业平台，整体结构紧凑，整体化水平高、结构复杂程度降低；

2.横轴式截割滚筒可一次成巷，主架顶梁、副架顶梁左右交错布置，有效缩短临时支护长度，可及时有效进行永久支护，减小前部空顶距，大大提升作业安全性；

3.主架底座作为承载大部分设备的承载平台，主架、副架每部前进时同时带动截割系统、钻锚系统、铲板组件、刮板输送机和桥式转载机同时前移，截割系统、钻锚系统无需配置单独行进装置，可有效简化配置、降低制造成本，同时保持行进同步性、一致性，提升系统可靠性；

4.主架底座为一体式平板结构，主架底座作为整个系统的整体底座，与底板接触面积大，防止推进过程中扎底，提高对巷道的适应性；

5.通过设置自移机尾，避免胶带输送机停机架设胶带支撑机架的步骤，大幅节省停机时间、提高巷道整体掘进效率；

6. 将液压电气控制系统合理布置在主架底座后部，主架底座各部分承重均衡，液压电气控制系统用于给各系统提供动力并进行控制，可实现对系统就地/遥控控制。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。