巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置及其施工方法与流程

本发明属于煤矿巷道掘进技术领域，具体涉及一种巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置及其施工方法。

背景技术：

煤炭在我国能源消费结构中占据主要地位，提高煤炭生产效率，实现安全高效开采是我国煤炭企业一直追求的目标。掘进作为煤炭开采中的一项主要内容，是关系煤炭生产效率的重要影响因素。目前，我国大部分矿井的巷道和顺槽掘进速度在100～400米/月，能达到300米/月以上的就属于较快水平，而现在很多采煤工作面推采进度已达到了300～500米/月，而一个采煤工作面有两条顺槽、间隔50～300m布置的联巷及切眼，巷道掘进长度是工作面走向长度的3倍左右，掘进速度跟不上回采速度，因此需要增加掘进队伍，同时增加了顺槽搁置时间、提高了顺槽支护强度，增加了生产成本。

对于留顶煤沿底掘进的顺槽，顶煤粘结力弱，与顶板岩层容易离层，顶锚杆难以锚入稳定岩石层，此时，一般采用截割掘进一刀打一排锚杆的方式进行顶板支护，简称“一掘一锚”，此种工艺掘进速度慢，一般在200～300米/月，为了提高掘进速度，需要“一掘多锚”，即连续截割多刀后连续打多排锚杆，如依次截割5刀，每刀0.9米，一次连续打5排锚杆，这样掘进速度可以提高70％以上。

目前，常用的临时支护方式是在综掘机的截割部上设置临时支护装置，此种临时支护装置存在如下缺点：尺寸与结构受限，不能大范围支护；支护强度低，初撑力才1吨，不能满足支护强度需要；铺网时，临时支护装置收回，顶板裸露，安全隐患大；综掘机掘进时，临时支护装置收回，顶板无支护；支顶与掘进互相干扰。

技术实现要素：

本发明的目的是提供具有临时支护范围大、支护强度满足要求、与综掘机互不影响、顶板全程有支护、工艺满足“一掘多锚”要求的巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置及其施工方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置，包括顺槽支架、伸缩臂及支顶格板；其中，

顺槽支架由两排两列共四节支架单元通过横向油缸与纵向油缸连接而成，两排支架单元的顶梁通过横向油缸连接，两列支架单元的底座通过纵向油缸连接，每节支架单元包括顶梁、底座，以及连接顶梁与底座的立柱及四连杆；

伸缩臂首端与前列支架单元底座上设置的耳座连接，伸缩臂中端与底座通过支臂油缸连接，末端与支顶格板及超前悬挂立柱连接；

支顶格板为中间设有镂空条形格子的板，支护格板横向中轴线设有中间轴，中间轴两端分别与两根伸缩臂末端铰接。

本发明进一步的改进在于，还包括电液控制系统及泵站，用于控制横向油缸、纵向油缸和支臂油缸做伸缩动作。

本发明进一步的改进在于，伸缩臂包括基本臂、二节臂、三节臂及内置伸缩油缸，基本臂首端与前列支架单元底座前部的耳座铰接、中端与底座通过支臂油缸连接、另一端套接于二节臂一端外表面，二节臂另一端套接于三节臂一端外表面，三节臂另一端与支顶格板及超前悬挂立柱连接。

本发明进一步的改进在于，伸缩悬臂的横截面为矩形或椭圆形。

本发明进一步的改进在于，支顶格板的平面轮廓形状为长方形。

本发明进一步的改进在于，超前悬挂立柱与伸缩臂末端铰接连接。

基于巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置的施工方法，包括如下步骤：

1)综掘机割煤掘进一刀的距离；

2)支臂油缸收缩，支顶格板下降，然后伸缩臂前伸一刀的距离，到位后支臂油缸伸长，支顶格板接顶支护顶板；

3)循环上述步骤1)和2)2～8次，达到一个大循环步距1.6～6.4米后，然后放下超前悬挂立柱，超前悬挂立柱注液支护顶板；

4)作业人员进入支护格板下部空间，4～8人平行作业施工顶部锚杆和锚索、2～6人平行作业施工帮锚杆，完成一个大循环的顶板与帮部支护施工；

5)收平超前悬挂立柱，降下支顶格板，将金属网铺在支顶格板上部，作业人员退出，收回伸缩臂；

6)前列支架单元降下顶梁，伸长纵向油缸，以后列支架单元为支点，向前推移前列支架单元，到位后，前列支架单元顶梁升起支护顶板，然后，降下后列支架单元顶梁，以前列支架单元为支点，向前拉动后列支架单元，后列支架单元到位后，升起顶梁，依此类推，按后架推前架、前架拉后架的步骤，循环2～8次，到达一个锚杆施工大循环的距离；

7)伸出伸缩臂，升起支顶格板支护顶板；

8)进入下一大循环，重复步骤1)至7)，直至完成整条顺槽的掘进支护作业。

本发明具有如下的优点：

本发明提供的巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置，将起重机的伸缩臂与顺槽液压支架相结合，将顺槽液压支架往综掘机后部搁置，不影响综掘机正常掘进工艺，在伸缩臂的托支顶板作用下，将“一掘一锚”优化为“一掘多锚”，实现了多排顶锚杆、锚索与帮锚杆的平行作业，提高了掘进速度。本发明与综掘机的截割部上带临时支护装置相比，临时支护范围大、支护强度高、与综掘机施工互不影响、顶板全程有支护、工艺满足“一掘多锚”要求，施工更安全，掘进成本更低，施工速度提高70％以上。

本发明提供的基于巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置的施工方法，综掘机边掘进、伸缩臂边向前伸出使支顶格板临时支护顶板，到达大循环长度后人员进入支顶格板临时支护空间内打锚杆和锚索，进行永久支护；综掘机在顺槽支架前方作业，伸缩臂跨越综掘机，综掘机与巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置互不影响；在支顶格板的临时支护下，作业空间大，多名施工作业人员可以平行打2～5排锚杆或锚索，将原来的只能一次打一排锚杆锚索优化为一次打多排锚杆锚索，提高了支护效率与速度，同时还减少了综掘机的向后退机、收截割部、停机、向前移机、开机、除尘、人员进出掘进工作面的时间，最终提高了掘进速度，实现了综掘机快速掘进。

综上所述，本发明可广泛应用于煤矿、冶金矿山、地下工程、隧道工程、国防工程等领域。

附图说明

图1是本发明巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置三维示意图；

图2是本发明巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置主视图；

图3是本发明巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置平面示意图；

图4是本发明巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置与掘进工作面的综掘机、输送皮带位置关系三维示意图。

图中：1-顶梁；2-底座；3-立柱；4-四连杆；5-横向油缸；6-纵向油缸；7-伸缩臂；7-1-基本臂；7-2-二节臂；7-3-三节臂；8-耳座；9-支臂油缸；10-支顶格板；11-中间轴；12-超前悬挂立柱；13-锚杆；14-锚索；15-综掘机；16-输送皮带。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1至图4所示，本发明提供的巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置，包括电液控制系统及泵站、顺槽支架、伸缩臂7和支顶格板10。

顺槽支架由两排两列共四节支架单元通过横向油缸5与纵向油缸6连接而成，两排支架单元的顶梁1通过横向油缸5连接，横向油缸5用于将两排支架单元连为一体，防止倾倒，两列支架单元的底座2通过纵向油缸6连接，纵向油缸6用于前拉后推，移动整个装置，每节支架单元由顶梁1、底座2、连接顶梁1与底座2的2根立柱3及1个四连杆4组成，2根立柱3中间布置四连杆4，顺槽支架的每排支架单元顶梁1宽度为400mm，底座2宽度为600mm，窄顶梁1有利于保护顶板锚杆，整体长度为13米。

伸缩臂7首端与前列支架单元底座2上设置的耳座8连接，伸缩臂7中端与底座2通过支臂油缸9连接，末端与支顶格板10及超前悬挂立柱12连接。

支顶格板10为中间设有镂空条形格子的板，支护格板10横向中轴线设有中间轴11，中间轴11两端分别与两根伸缩臂7末端铰接。

伸缩臂7由基本臂7-1、二节臂7-2、三节臂7-3及内置伸缩油缸组成，伸缩臂伸长时长11米，基本臂7-1首端与前列支架单元底座2前部的耳座8铰接、中端与底座2通过支臂油缸9连接、另一端套接于二节臂7-2一端外表面，二节臂7-2另一端套接于三节臂7-3一端外表面，三节臂7-3另一端与支顶格板10及超前悬挂立柱12连接，基本臂7-1、二节臂7-2、三节臂7-3依次套接，内置油缸的伸缩控制伸缩臂7的伸缩。

伸缩臂7的横截面为矩形，基本臂的高度为0.7米，宽度为0.4米。

支顶格板10的平面轮廓形状为长方形，尺寸为4.5米×4.8米，中间设有整齐布置的镂空条形格子，条形格子宽度0.3米，支护格板10横向中轴线设有中间轴11，中间轴11两端分别与两根三节臂7-3铰接，中间轴11的作用是为了保证支顶格板10具有一定的旋转角度，可以与顶板紧贴进而有效支护。

超前悬挂立柱12与伸缩臂7末端铰接连接，超前悬挂立柱12在综掘机割煤掘进时收平，在人员进入打锚杆前放下超前悬挂立柱12并向其内注液支护顶板。

巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置在掘进工作面的应用方法实例如下：

应用工程地质条件为：顺槽断面为高度3.6米，宽度5.2米，煤层厚度6.2米，留顶煤掘进，顶煤厚度2.6米，掘进工作面采用综掘机15掘进，综掘机15宽度2.8米，高度1.7米，长度10米，综掘机15后方连接有输送皮带16，皮带宽度1.4米，综掘机15布置在超前伸缩悬臂支护装置的内部，即中间为综掘机15、两侧分别为两排支架单元，伸缩臂7伸出越过综掘机15到达掘进工作面煤壁。

本发明提供的基于巷道掘进超前伸缩悬臂支护装置的施工方法，包括如下步骤：

1)综掘机15割煤掘进一刀的距离，为0.9米；

2)支臂油缸9收缩，支顶格板10下降，然后伸缩臂7前伸一刀的距离0.9米，到位后支臂油缸9伸长，支顶格板10接顶支护顶板；

3)循环上述1)和2)的步骤5次，达到一个大循环步距4.5米后，然后放下超前悬挂立柱12，超前悬挂立柱12注液支护顶板；

4)作业人员进入支护格板10下部空间，6人平行作业施工顶部锚杆13锚索14、2人平行作业施工帮锚杆13，完成一个大循环的顶板与帮部支护施工；

5)收平超前悬挂立柱12，降下支顶格板10，将金属网铺在支顶格板10上部，作业人员退出，收回伸缩臂7；

6)前列支架单元降下顶梁1，伸长纵向油缸6，以后列支架单元为支点，向前推移前列支架单元，到位后，前列支架单元顶梁1升起支护顶板，然后，降下后列支架单元顶梁1，以前列支架单元为支点，向前拉动后列支架单元，后列支架单元到位后，升起顶梁1，依此类推，按后架推前架、前架拉后架的步骤，循环3次，到达一个锚杆施工大循环的距离；

7)伸出伸缩臂7，升起支顶格板10支护顶板；

8)进入下一大循环，重复步骤1)至7)，直至完成整条顺槽的掘进支护作业。

综上所述，本发明为掘进提供强力临时支护，提高掘进速度70％以上，更为安全、高效，适用于煤矿、冶金矿山、地下工程、隧道工程、国防工程等领域。