本發(fā)明屬于煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置及其施工方法。

背景技術(shù)：

煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主要地位，提高煤炭生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采是我國(guó)煤炭企業(yè)一直追求的目標(biāo)。掘進(jìn)作為煤炭開(kāi)采中的一項(xiàng)主要內(nèi)容，是關(guān)系煤炭生產(chǎn)效率的重要影響因素。目前，我國(guó)大部分礦井的巷道和順槽掘進(jìn)速度在100～400米/月，能達(dá)到300米/月以上的就屬于較快水平，而現(xiàn)在很多采煤工作面推采進(jìn)度已達(dá)到了300～500米/月，而一個(gè)采煤工作面有兩條順槽、間隔50～300m布置的聯(lián)巷及切眼，巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度是工作面走向長(zhǎng)度的3倍左右，掘進(jìn)速度跟不上回采速度，因此需要增加掘進(jìn)隊(duì)伍，同時(shí)增加了順槽擱置時(shí)間、提高了順槽支護(hù)強(qiáng)度，增加了生產(chǎn)成本。

對(duì)于留頂煤沿底掘進(jìn)的順槽，頂煤粘結(jié)力弱，與頂板巖層容易離層，頂錨桿難以錨入穩(wěn)定巖石層，此時(shí)，一般采用截割掘進(jìn)一刀打一排錨桿的方式進(jìn)行頂板支護(hù)，簡(jiǎn)稱“一掘一錨”，此種工藝掘進(jìn)速度慢，一般在200～300米/月，為了提高掘進(jìn)速度，需要“一掘多錨”，即連續(xù)截割多刀后連續(xù)打多排錨桿，如依次截割5刀，每刀0.9米，一次連續(xù)打5排錨桿，這樣掘進(jìn)速度可以提高70％以上。

目前，常用的臨時(shí)支護(hù)方式是在綜掘機(jī)的截割部上設(shè)置臨時(shí)支護(hù)裝置，此種臨時(shí)支護(hù)裝置存在如下缺點(diǎn)：尺寸與結(jié)構(gòu)受限，不能大范圍支護(hù)；支護(hù)強(qiáng)度低，初撐力才1噸，不能滿足支護(hù)強(qiáng)度需要；鋪網(wǎng)時(shí)，臨時(shí)支護(hù)裝置收回，頂板裸露，安全隱患大；綜掘機(jī)掘進(jìn)時(shí)，臨時(shí)支護(hù)裝置收回，頂板無(wú)支護(hù)；支頂與掘進(jìn)互相干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供具有臨時(shí)支護(hù)范圍大、支護(hù)強(qiáng)度滿足要求、與綜掘機(jī)互不影響、頂板全程有支護(hù)、工藝滿足“一掘多錨”要求的巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置及其施工方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置，包括順槽支架、伸縮臂及支頂格板；其中，

順槽支架由兩排兩列共四節(jié)支架單元通過(guò)橫向油缸與縱向油缸連接而成，兩排支架單元的頂梁通過(guò)橫向油缸連接，兩列支架單元的底座通過(guò)縱向油缸連接，每節(jié)支架單元包括頂梁、底座，以及連接頂梁與底座的立柱及四連桿；

伸縮臂首端與前列支架單元底座上設(shè)置的耳座連接，伸縮臂中端與底座通過(guò)支臂油缸連接，末端與支頂格板及超前懸掛立柱連接；

支頂格板為中間設(shè)有鏤空條形格子的板，支護(hù)格板橫向中軸線設(shè)有中間軸，中間軸兩端分別與兩根伸縮臂末端鉸接。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，還包括電液控制系統(tǒng)及泵站，用于控制橫向油缸、縱向油缸和支臂油缸做伸縮動(dòng)作。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，伸縮臂包括基本臂、二節(jié)臂、三節(jié)臂及內(nèi)置伸縮油缸，基本臂首端與前列支架單元底座前部的耳座鉸接、中端與底座通過(guò)支臂油缸連接、另一端套接于二節(jié)臂一端外表面，二節(jié)臂另一端套接于三節(jié)臂一端外表面，三節(jié)臂另一端與支頂格板及超前懸掛立柱連接。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，伸縮懸臂的橫截面為矩形或橢圓形。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，支頂格板的平面輪廓形狀為長(zhǎng)方形。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，超前懸掛立柱與伸縮臂末端鉸接連接。

基于巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置的施工方法，包括如下步驟：

1)綜掘機(jī)割煤掘進(jìn)一刀的距離；

2)支臂油缸收縮，支頂格板下降，然后伸縮臂前伸一刀的距離，到位后支臂油缸伸長(zhǎng)，支頂格板接頂支護(hù)頂板；

3)循環(huán)上述步驟1)和2)2～8次，達(dá)到一個(gè)大循環(huán)步距1.6～6.4米后，然后放下超前懸掛立柱，超前懸掛立柱注液支護(hù)頂板；

4)作業(yè)人員進(jìn)入支護(hù)格板下部空間，4～8人平行作業(yè)施工頂部錨桿和錨索、2～6人平行作業(yè)施工幫錨桿，完成一個(gè)大循環(huán)的頂板與幫部支護(hù)施工；

5)收平超前懸掛立柱，降下支頂格板，將金屬網(wǎng)鋪在支頂格板上部，作業(yè)人員退出，收回伸縮臂；

6)前列支架單元降下頂梁，伸長(zhǎng)縱向油缸，以后列支架單元為支點(diǎn)，向前推移前列支架單元，到位后，前列支架單元頂梁升起支護(hù)頂板，然后，降下后列支架單元頂梁，以前列支架單元為支點(diǎn)，向前拉動(dòng)后列支架單元，后列支架單元到位后，升起頂梁，依此類推，按后架推前架、前架拉后架的步驟，循環(huán)2～8次，到達(dá)一個(gè)錨桿施工大循環(huán)的距離；

7)伸出伸縮臂，升起支頂格板支護(hù)頂板；

8)進(jìn)入下一大循環(huán)，重復(fù)步驟1)至7)，直至完成整條順槽的掘進(jìn)支護(hù)作業(yè)。

本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置，將起重機(jī)的伸縮臂與順槽液壓支架相結(jié)合，將順槽液壓支架往綜掘機(jī)后部擱置，不影響綜掘機(jī)正常掘進(jìn)工藝，在伸縮臂的托支頂板作用下，將“一掘一錨”優(yōu)化為“一掘多錨”，實(shí)現(xiàn)了多排頂錨桿、錨索與幫錨桿的平行作業(yè)，提高了掘進(jìn)速度。本發(fā)明與綜掘機(jī)的截割部上帶臨時(shí)支護(hù)裝置相比，臨時(shí)支護(hù)范圍大、支護(hù)強(qiáng)度高、與綜掘機(jī)施工互不影響、頂板全程有支護(hù)、工藝滿足“一掘多錨”要求，施工更安全，掘進(jìn)成本更低，施工速度提高70％以上。

本發(fā)明提供的基于巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置的施工方法，綜掘機(jī)邊掘進(jìn)、伸縮臂邊向前伸出使支頂格板臨時(shí)支護(hù)頂板，到達(dá)大循環(huán)長(zhǎng)度后人員進(jìn)入支頂格板臨時(shí)支護(hù)空間內(nèi)打錨桿和錨索，進(jìn)行永久支護(hù)；綜掘機(jī)在順槽支架前方作業(yè)，伸縮臂跨越綜掘機(jī)，綜掘機(jī)與巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置互不影響；在支頂格板的臨時(shí)支護(hù)下，作業(yè)空間大，多名施工作業(yè)人員可以平行打2～5排錨桿或錨索，將原來(lái)的只能一次打一排錨桿錨索優(yōu)化為一次打多排錨桿錨索，提高了支護(hù)效率與速度，同時(shí)還減少了綜掘機(jī)的向后退機(jī)、收截割部、停機(jī)、向前移機(jī)、開(kāi)機(jī)、除塵、人員進(jìn)出掘進(jìn)工作面的時(shí)間，最終提高了掘進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)了綜掘機(jī)快速掘進(jìn)。

綜上所述，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于煤礦、冶金礦山、地下工程、隧道工程、國(guó)防工程等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置三維示意圖；

圖2是本發(fā)明巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置主視圖；

圖3是本發(fā)明巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置平面示意圖；

圖4是本發(fā)明巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置與掘進(jìn)工作面的綜掘機(jī)、輸送皮帶位置關(guān)系三維示意圖。

圖中：1-頂梁；2-底座；3-立柱；4-四連桿；5-橫向油缸；6-縱向油缸；7-伸縮臂；7-1-基本臂；7-2-二節(jié)臂；7-3-三節(jié)臂；8-耳座；9-支臂油缸；10-支頂格板；11-中間軸；12-超前懸掛立柱；13-錨桿；14-錨索；15-綜掘機(jī)；16-輸送皮帶。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明提供的巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置，包括電液控制系統(tǒng)及泵站、順槽支架、伸縮臂7和支頂格板10。

順槽支架由兩排兩列共四節(jié)支架單元通過(guò)橫向油缸5與縱向油缸6連接而成，兩排支架單元的頂梁1通過(guò)橫向油缸5連接，橫向油缸5用于將兩排支架單元連為一體，防止傾倒，兩列支架單元的底座2通過(guò)縱向油缸6連接，縱向油缸6用于前拉后推，移動(dòng)整個(gè)裝置，每節(jié)支架單元由頂梁1、底座2、連接頂梁1與底座2的2根立柱3及1個(gè)四連桿4組成，2根立柱3中間布置四連桿4，順槽支架的每排支架單元頂梁1寬度為400mm，底座2寬度為600mm，窄頂梁1有利于保護(hù)頂板錨桿，整體長(zhǎng)度為13米。

伸縮臂7首端與前列支架單元底座2上設(shè)置的耳座8連接，伸縮臂7中端與底座2通過(guò)支臂油缸9連接，末端與支頂格板10及超前懸掛立柱12連接。

支頂格板10為中間設(shè)有鏤空條形格子的板，支護(hù)格板10橫向中軸線設(shè)有中間軸11，中間軸11兩端分別與兩根伸縮臂7末端鉸接。

伸縮臂7由基本臂7-1、二節(jié)臂7-2、三節(jié)臂7-3及內(nèi)置伸縮油缸組成，伸縮臂伸長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)11米，基本臂7-1首端與前列支架單元底座2前部的耳座8鉸接、中端與底座2通過(guò)支臂油缸9連接、另一端套接于二節(jié)臂7-2一端外表面，二節(jié)臂7-2另一端套接于三節(jié)臂7-3一端外表面，三節(jié)臂7-3另一端與支頂格板10及超前懸掛立柱12連接，基本臂7-1、二節(jié)臂7-2、三節(jié)臂7-3依次套接，內(nèi)置油缸的伸縮控制伸縮臂7的伸縮。

伸縮臂7的橫截面為矩形，基本臂的高度為0.7米，寬度為0.4米。

支頂格板10的平面輪廓形狀為長(zhǎng)方形，尺寸為4.5米×4.8米，中間設(shè)有整齊布置的鏤空條形格子，條形格子寬度0.3米，支護(hù)格板10橫向中軸線設(shè)有中間軸11，中間軸11兩端分別與兩根三節(jié)臂7-3鉸接，中間軸11的作用是為了保證支頂格板10具有一定的旋轉(zhuǎn)角度，可以與頂板緊貼進(jìn)而有效支護(hù)。

超前懸掛立柱12與伸縮臂7末端鉸接連接，超前懸掛立柱12在綜掘機(jī)割煤掘進(jìn)時(shí)收平，在人員進(jìn)入打錨桿前放下超前懸掛立柱12并向其內(nèi)注液支護(hù)頂板。

巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置在掘進(jìn)工作面的應(yīng)用方法實(shí)例如下：

應(yīng)用工程地質(zhì)條件為：順槽斷面為高度3.6米，寬度5.2米，煤層厚度6.2米，留頂煤掘進(jìn)，頂煤厚度2.6米，掘進(jìn)工作面采用綜掘機(jī)15掘進(jìn)，綜掘機(jī)15寬度2.8米，高度1.7米，長(zhǎng)度10米，綜掘機(jī)15后方連接有輸送皮帶16，皮帶寬度1.4米，綜掘機(jī)15布置在超前伸縮懸臂支護(hù)裝置的內(nèi)部，即中間為綜掘機(jī)15、兩側(cè)分別為兩排支架單元，伸縮臂7伸出越過(guò)綜掘機(jī)15到達(dá)掘進(jìn)工作面煤壁。

本發(fā)明提供的基于巷道掘進(jìn)超前伸縮懸臂支護(hù)裝置的施工方法，包括如下步驟：

1)綜掘機(jī)15割煤掘進(jìn)一刀的距離，為0.9米；

2)支臂油缸9收縮，支頂格板10下降，然后伸縮臂7前伸一刀的距離0.9米，到位后支臂油缸9伸長(zhǎng)，支頂格板10接頂支護(hù)頂板；

3)循環(huán)上述1)和2)的步驟5次，達(dá)到一個(gè)大循環(huán)步距4.5米后，然后放下超前懸掛立柱12，超前懸掛立柱12注液支護(hù)頂板；

4)作業(yè)人員進(jìn)入支護(hù)格板10下部空間，6人平行作業(yè)施工頂部錨桿13錨索14、2人平行作業(yè)施工幫錨桿13，完成一個(gè)大循環(huán)的頂板與幫部支護(hù)施工；

5)收平超前懸掛立柱12，降下支頂格板10，將金屬網(wǎng)鋪在支頂格板10上部，作業(yè)人員退出，收回伸縮臂7；

6)前列支架單元降下頂梁1，伸長(zhǎng)縱向油缸6，以后列支架單元為支點(diǎn)，向前推移前列支架單元，到位后，前列支架單元頂梁1升起支護(hù)頂板，然后，降下后列支架單元頂梁1，以前列支架單元為支點(diǎn)，向前拉動(dòng)后列支架單元，后列支架單元到位后，升起頂梁1，依此類推，按后架推前架、前架拉后架的步驟，循環(huán)3次，到達(dá)一個(gè)錨桿施工大循環(huán)的距離；

7)伸出伸縮臂7，升起支頂格板10支護(hù)頂板；

8)進(jìn)入下一大循環(huán)，重復(fù)步驟1)至7)，直至完成整條順槽的掘進(jìn)支護(hù)作業(yè)。

綜上所述，本發(fā)明為掘進(jìn)提供強(qiáng)力臨時(shí)支護(hù)，提高掘進(jìn)速度70％以上，更為安全、高效，適用于煤礦、冶金礦山、地下工程、隧道工程、國(guó)防工程等領(lǐng)域。