一种巷道掘进掩护支架及支护方法与流程

本发明涉及矿山巷道、交通与水利隧道的临时支护领域，尤其是一种在巷道中使用的巷道掘进掩护支架，以及该掩护支架的支护方法。

背景技术：

目前，煤矿巷道掘进工作面所采用的临时支护形式有点柱支护、单体液压支柱配合金属铰接顶梁支护和临时支架等形式。其中，点柱支护和单体液压支柱配合金属铰接顶梁支护都需要人员进入控顶区才能作业，具有相当大的危险性，并且人员劳动强度大，耗时长，操作复杂；临时支架主要为自移式临时支架，移动方式主要有滑移式和推拉式，但在现场实际生产中，自移式临时支架还未像综采支架在煤矿被广泛应用，存在了许多技术难题，如支架结构复杂、与综掘机之间狭小间隙、巷道顶板不平整和在支架掩护下安全钻孔作业等。其中比较突出问题是，大多数自移式临时支架普遍未考虑到支架顶梁为一个刚性整体构件，当巷道顶板不平整或者是顶板不是完整平面时，只能支撑在最低处的几点上，造成顶架载荷分配不均匀，很容易造成支架破坏，引发局部或大面积冒顶事故。为了解决支架顶梁和巷道顶板二者支护问题，现有的一种支撑掩护式交错滑移临时支护支架，在其顶梁上设有至少两对千斤顶，对局部顶板实现支撑，但该支架顶梁是用多组横梁组成，横梁与横梁之间间距较大，顶板若发生局部掉矸或冒顶，钻孔人员在该支架下作业存在一定的安全隐患；还有另外一种掘进柔性顶梁临时支架，柔性顶梁由纵梁和柔性带两部分组成，纵梁架设在梯形支架上面，柔性带由玻璃钢、厚胶带及塑性构成，但柔性带与巷道顶板反复支撑容易破坏，维修复杂，并且横梁与横梁、纵梁和纵梁之间间距较大，也不满足在支架下安全作业要求。因此，如何保证巷道掘进掩护支架稳定性，提高钻孔效率和成巷速度，保证钻孔作业人员安全是本发明要解决的难题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种巷道掘进掩护支架，以解决现有技术中存在的巷道掘进掩护支架结构复杂、适应条件差，尤其是在巷道顶板和/或底板不平时，掩护支架存在的诸多技术难题；本发明的目的之二在于提供一种巷道掘进掩护支架的支护方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种巷道掘进掩护支架，包括：掩护板梁，所述掩护板梁上设置有能够同时在该掩护板梁上方和下方伸出的双向顶伸机构，所示双向顶伸机构支顶在巷道底板和巷道顶板上，进而将掩护板梁支护在所示巷道顶板下方的设定高度。

控制双向顶伸机构向下伸出顶靠在巷道底板上，向上伸出顶靠在巷道顶板上，实现在掩护梁板上侧和下侧的双向支撑固定，从而将掩护支架固定设置在巷道顶板下方的设定高度处，如遇巷道顶板凹凸不平，双向伸缩双侧固定，可以使掩护板梁和巷道顶板之间留有间隙，避让凸出部分。

进一步的，在所述掩护板梁上设置多个所述双向顶伸机构，通过控制每个双向顶伸机构在掩护板梁上方和下方的伸出长度，进而将掩护板梁抬升至设定高度。

巷道顶板或者巷道底板凹凸不平，通过控制每个双向顶伸机构的伸出不同长度，保证掩护梁板保持在设定的水平度，避免产生扭矩破坏。

进一步的，所述双向顶伸机构包括：反向顶靠设置的上活塞缸和下活塞缸，所述上活塞缸的活塞杆向上伸出，所述下活塞缸的活塞杆向下伸出，所述掩护板梁固定在上活塞缸和/或下活塞缸的缸体上。

进一步的，所述上活塞缸和所述下活塞缸沿同一轴线设置。

避免双向顶伸机构中两个活塞缸作用在掩护板梁上产生的合力扭矩造成破坏。

进一步的，所述上活塞缸和所述下活塞缸交错设置，使二者的轴线平行。

需保证掩护板梁上的合力矩为零。

进一步的，设置有承力横梁，位于同一侧的所述下活塞缸设置在所述承力横梁的下侧，所述上活塞缸设置在所述承力横梁上侧。

进一步的，所述掩护板梁上设置有钻孔天窗。

锚杆(索)钻孔设备通过钻孔天窗在巷道顶部钻孔，用于安装锚杆(索)。

进一步的，所述掩护板梁上设置有所述双向顶伸机构的安装孔。

进一步的，所述双向顶伸机构设置在所述掩护板梁两侧，位于两侧的双向顶伸机构之间的间距大于掘进机的宽度。

避免掘进机与双向顶伸机构产生干涉。

进一步的，所述掘进机上设置有承载着所述掩护支架沿巷道前后移动的承载机构。

夹紧装置能够将掩护支架固定在掘进机上，使掩护支架随掘进机在巷道内移动，由掘进机将掩护支架运送至临时支护区域。

进一步的，所述掩护支架上设置有驱动其沿巷道延伸方向移动的移动驱动机构。

移动驱动机构能够使掩护支架自行在巷道内移动，由移动驱动机构将掩护支架运送至临时支护区域。

进一步的，所述掩护板梁为一体成型结构，或拼接结构，所述拼接结构的掩护板梁为凹凸拼接板由高强螺栓连接成整体。

上述巷道掩护支架的支护方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、根据∑np下1≤g，控制双向顶伸机构向下顶伸至全部双向顶伸机构与巷道底板接触，p下1为双向顶伸机构向下顶伸力，g为掩护板梁的重力；

步骤二、根据∑np下2＞g，增加双向顶伸机构的向下顶伸力抬升所述掩护板梁至设定高度，p下2为一次增压后双向顶伸机构向下顶伸力；

步骤三、根据∑np上1≤∑np下2-g，控制双向顶伸机构向上顶伸至全部双向顶伸机构与巷道顶板接触，p上1为双向顶伸机构向上顶伸力；

步骤四、根据p下＝p上＝p标，增加双向顶伸机构向上和向下顶伸力至设定值，其中，p下为二次增压后双向顶伸机构向下顶伸力，p上为增压后双向顶伸机构向上顶伸力，p标为设定的顶伸力。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的巷道掘进掩护支架，由双向顶伸机构支撑在巷道底板上表面和巷道顶板下表面，这种支撑方式更加稳固，避免掩护板梁发生移动和倾倒，而且可以在一定范围内调整掩护梁板的高度，避免传统工艺中掩护梁板与凹凸不平的巷道顶板接触而扭曲变形，保护巷道掘进掩护支架下方进行锚杆支护作业人员的安全；掩护板梁上开有用于进行锚杆(索)作业的多个天窗，实现多台锚杆钻机同时作业，大幅度减少钻孔作业时间，提高钻孔效率和成巷速度；掩护板梁通过凹凸拼接板高强螺栓连接成整体，同时，本发明井下运输、安装和作业方式更简便、成本更低、使用条件更广。本发明提供的支护方法，在巷道顶板和巷道底板凹凸不平时，能够减少掩护板梁在整个支护过程中的扭矩，保证掩护板梁的支护强度，为作业人员在掩护板梁下方施工作业提供安全保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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1a为本发明实施例提供的巷道掘进掩护支架的主视图；

图1b为本发明实施例提供的巷道掘进掩护支架的俯视图；

图1c为本发明实施例提供的巷道掘进掩护支架的右视图；

图2为掩护板梁拼接放大图；

图3为巷道掘进掩护支架的双向顶伸机构的结构示意图；

图4a为巷道掘进掩护支架升架前状态在巷道中的示意图；

图4b为巷道掘进掩护支架升架后状态在巷道中的示意图；

图5为掘进机和巷道掘进掩护支架的空间布置图；

图6a为双向顶伸机构第二种实施例的右视图；

图6b为双向顶伸机构第二种实施例的俯视图；

图中：1掩护板梁、2双向顶伸机构、3钻孔天窗、4安装孔、5法兰、6上液压缸、7下液压缸、8上活塞杆柱、9下活塞杆柱、10承力横梁、100巷道、101巷道顶板、102巷道底板、200掘进机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“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”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

如图1a、图1b、图1c、图2、图3、图4a、图4b和图5所示为本发明巷道掘进掩护支架的一种具体实施方式，在本实施例中巷道掘进掩护支架主要包括：掩护板梁1和双向顶伸机构2。

掩护板梁1为拼接结构，拼接结构的掩护板梁1是由至少两块的凹凸拼接板通过高强螺栓连接成整体。掩护板粱1上开设有若干个钻孔天窗3，在掩护板梁1的下方锚杆(索)钻孔设备通过钻孔天窗3在巷道顶部101钻孔，用于安装锚杆(索)，钻孔天窗3的数量、位置、尺寸能够根据巷道支护设计合理选择，可以实现多台锚杆钻机同时作业，大幅度减少钻孔作业时间，提高钻孔效率和成巷速度。在本实施例中钻孔天窗3呈阵列式排布，通过阵列式排布的钻孔天窗3也为锚杆(索)作业提供了打孔定位。在掩护板梁1的两侧设置有安装孔4，安装孔4用于安装双向顶伸机构2。

当然，掩护板梁1还可以是一体成型结构。

双向顶伸机构2可以是双向伸出的电动推杆、液压缸、气缸或电缸，在本实施例中以双向伸出的液压缸为例进行说明。

双向顶伸机构2包括：上液压缸6和下液压缸7，上液压缸6和下液压缸7沿同一轴线设置，上液压缸6和下液压缸7的轴线重合，上液压缸6中的上活塞杆柱8向上伸出缸体，下液压缸7中的下活塞杆柱9向上伸出缸体，在上液压缸6的缸体外侧设置有法兰5，安装时，将上液压缸6穿入掩护板梁1上的安装孔4内，掩护板梁1落在法兰5上，与法兰5紧密贴合，通过螺栓将法兰5与掩护板梁1连接固定。

安装孔4的数量可以根据实际情况需要的支撑进行设置。

每个双顶伸机构2的两个液压缸6、7的施力相同，如：两个液压缸6、7的无杆腔相通，或者注入相同压力的介质液，双方向伸缩压力相等，上活塞杆柱8对巷道顶板101的支撑力和下活塞杆柱9对巷道底板102(地面)的支撑力相等，基于此，掩护板梁1不产生横向作用力，进而保证掩护板梁1在支撑过程中的稳定性，保护巷道掘进掩护支架下方进行锚杆支护作业人员的安全。

当然，根据需要也可以将法兰5设置在下液压缸7的缸体外侧。

在本实施例中掩护支架的移动是通过掘进机200来完成的，为了避免掘进机200与掩护支架发生干涉，将双向顶伸机构2设置在掩护板梁1的两侧，两侧双向顶伸机构2之间的间距大于掘进机200的宽度。在掘进机200上设置有用于承载固定掩护支架1的承载装置(图中未示出)，承载装置可以有多种形式，如磁吸式、卡钳式、带有导向锥或销柱的台面等等，只要能够将掩护支架1固定在掘进机200上即可，夹紧装置为现有技术，在此不做赘述。

进行临时支护作业时，掘进机200将掩护支架移动至巷道100支护区域，夹紧装置释放掩护支架，双向顶伸机构2向下伸出下活塞杆柱9，下活塞杆柱9接触巷道底板102(地面)后继续伸出，将掩护板梁1抬升至设定高度，随后上活塞杆柱8伸出至与巷道顶板101接触，掩护支架支护完成。

当然，双向顶伸机构2的伸缩顺序可以有其他的多种方案来实现掩护板梁1的稳定升降，故在此不再进行赘述。

本实施例中的巷道掩护支架，由掘进机200运输至支护区域进行支护作业时，按如下步骤进行：

步骤一、根据∑np下1≤g，控制双向顶伸机构2中的下液压缸7向下顶伸下活塞杆柱9，至全部双向顶伸机构2与巷道底板102接触，p下1为双向顶伸机构向下顶伸力，g为掩护板梁的重力，在此过程中保证了多个下液压缸7的下活塞杆柱9全部与凹凸不平的巷道底板102接触，但是下液压缸7的力不足以将掩护板梁1顶升；

步骤二、根据∑np下2＞g，增加双向顶伸机构2的下液压缸7向下顶伸力抬升掩护板梁1至设定高度，p下2为一次增压后双向顶伸机构向下顶伸力，此过程为抬升掩护板梁1的过程，在下液压缸7全部与巷道底板102接触后，通过增加油压控制掩护板梁1抬升，保证了每个下液压缸7在抬升过程中的行程一致，避免因下液缸7支撑在巷道底板102的不同凹凸处，导致行程不同，产生扭矩破坏；

步骤三、根据∑np上1≤∑np下2-g，控制双向顶伸机构2中的上液压缸6向上顶伸上活塞杆柱8至全部双向顶伸机构2与巷道顶板101接触，p上1为双向顶伸机构向上顶伸力，在此过程中，掩护板梁1已经抬升至设定高度，上液压缸6的上活塞杆柱8向上伸出至全部与巷道顶板101接触；

步骤四、根据p下＝p上＝p标，增加双向顶伸机构2向上和向下顶伸力至设定值，其中，p下为二次增压后双向顶伸机构向下顶伸力，p上为增压后双向顶伸机构向上顶伸力，p标为设定的顶伸力，使上液压缸6和下液压缸7以设定的压力值顶靠在巷道顶板101和巷道底板102上。

实施例2

如图6a和图6b所示为本发明巷道掘进掩护支架的第二种实施方式，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于，双向顶伸机构2中的上液压缸6和下液压缸7是平面内交错设置的，使上液压缸6和下液压缸7的轴线平行。具体的说，设置承力横梁10，位于同一侧的下液压缸7固定在承力横梁10下侧，上液压缸6固定在承力横梁10的上侧。需保证掩护板梁1上的合力矩为零。

实施例3

本实施例与实施例1的结构形式基本相同，不同之处在于，掩护支架上设置有驱动其沿巷道100延伸方向移动的移动驱动机构。通过移动驱动机构使掩护支架在巷道100内的移动脱离掘进机200，能够独立进行。移动驱动机构可以具体是，在巷道底板上设置导轨，在掩护支架上设置推拉油缸，推拉油缸的活动端与导轨相配合，能够沿导轨移动，活动端设置有锁紧装置，通过锁紧装置将活动端与导轨锁紧，通过推拉油缸实现支架在巷道底板上的移动。移动驱动机构的具体形式不局限于此，任何能够驱动掩护支架在巷道内移动的机构均可。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。