一种巷道掘进工作面临时支护设备及使用方法与流程

本发明属于煤矿巷道支护设备技术领域，特别是涉及一种巷道掘进工作面临时支护设备及使用方法。

背景技术：

煤炭是我国的主体能源和重要原料，且占全国一次能源结构的70％以上，煤炭开采需要大量井下掘进工程，而采掘失衡、掘进滞后回采的矛盾一直存在，并且日益加剧。巷道掘进技术水平和装备的机械化、自动化、智能化发展，仍然落后于回采技术和装备水平，巷道掘进速度己经滞后于煤炭生产需求。

通过多地煤矿调研得知，掘进施工工艺(掘进、永久支护)不能最大限度的平行作业，这也是影响综掘快速进尺的主要原因之一，而在传统“一掘一锚”的掘进工艺中，存在支护作业占用了大量时间、掘进机开机率低、工人劳动强度大、安全性差的缺点，从而严重影响巷道掘进成巷的效率。

因此，急需研制一种巷道掘进工作面临时支护设备，利用其对新截割成形的巷道进行临时支护，以将永久支护的位置后移，使得掘进作业和永久支护作业能够同时进行，只有如此才能大大提高巷道掘进效率，同时能够保障人员安全，并且有效降低工人劳动强度。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种巷道掘进工作面临时支护设备及使用方法，其能够对新截割成形的巷道进行临时支护，以将永久支护的位置后移，使得掘进作业和永久支护作业能够同时进行，进而有效提高了巷道掘进效率，同时能够保障人员安全，并且能够有效降低工人劳动强度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种巷道掘进工作面临时支护设备，包括i型支架、ii型支架、iii型支架及iv型支架；所述i型支架和ii型支架的数量仅为一个；所述iii型支架和iv型支架的数量若干；所述i型支架位于最前端，所述ii型支架位于i型支架后端，在ii型支架后端交替布置iii型支架和iv型支架；所述i型支架、ii型支架、iii型支架及iv型支架均包括门型框架、顶梁组件、支腿组件、推移组件及侧支撑组件；所述顶梁组件位于门型框架顶部，所述支腿组件位于门型框架底部，所述推移组件位于相邻支架之间，所述侧支撑组件位于门型框架中部两侧。

在所述i型支架的门型框架顶部均匀设置三处顶梁组件，i型支架的顶梁组件包括i型顶梁、顶梁伸缩套筒、前探梁及前探梁支撑油缸；所述顶梁伸缩套筒竖直安装在门型框架顶部，所述i型顶梁呈y型结构，i型顶梁水平铰接在顶梁伸缩套筒顶端，且i型顶梁的开口侧朝后；所述前探梁铰接在i型顶梁的前端，所述前探梁支撑油缸一端铰接在前探梁下表面，前探梁支撑油缸另一端铰接在门型框架上。

在所述ii型支架的门型框架顶部均匀设置两处顶梁组件，ii型支架的顶梁组件包括ii型顶梁、顶梁伸缩套筒及ii型顶梁支撑油缸；所述顶梁伸缩套筒竖直安装在门型框架顶部，所述ii型顶梁呈x型结构，ii型顶梁水平铰接在顶梁伸缩套筒顶端，且ii型顶梁的前半段梁体长度大于后半段梁体长度；所述ii型顶梁支撑油缸一端铰接在ii型顶梁的前半段梁体下表面，ii型顶梁支撑油缸另一端铰接在门型框架上。

在所述iii型支架的门型框架顶部均匀设置三处顶梁组件，在所述iv型支架的门型框架顶部均匀设置两处顶梁组件，所述iii型支架和iv型支架均包括iii型顶梁及顶梁伸缩套筒；所述顶梁伸缩套筒竖直安装在门型框架顶部，iii型顶梁呈x型结构，iii型顶梁水平铰接在顶梁伸缩套筒顶端，且iii型顶梁的前半段梁体长度等于后半段梁体长度。

所述支腿组件包括支腿伸缩套筒和支脚底座，所述支腿伸缩套筒顶端与门型框架底端相固连，所述支脚底座铰接在支腿伸缩套筒底端；所述支脚底座采用盘式结构，在支脚底座下表面设有履刺。

所述推移组件包括第一推杆、第二推杆、推移油缸、推移油缸活塞杆导向槽及推移油缸活塞杆导向轮；所述第一推杆与第二推杆结构相同且交叉设置，第一推杆与第二推杆在交叉点处相铰接；所述推移油缸的缸筒端部铰接在门型框架上，所述推移油缸活塞杆导向轮通过轮轴铰接在推移油缸的活塞杆端部，所述推移油缸活塞杆导向槽竖直固装在推移油缸正下方的门型框架上，推移油缸活塞杆导向轮位于推移油缸活塞杆导向槽内；所述第一推杆和第二推杆上端分别铰接在相邻支架的门型框架上，第一推杆和第二推杆下端分别铰接在相邻支架的推移油缸活塞杆导向轮轮轴上。

所述侧支撑组件包括第一侧支撑杆、第二侧支撑杆、侧支撑油缸、侧支撑油缸活塞杆导向槽、侧支撑油缸活塞杆导向轮、拉杆、侧支撑框架及金属网；所述第一侧支撑杆与第二侧支撑杆结构相同且交叉设置，第一侧支撑杆与第二侧支撑杆在交叉点处相铰接；所述侧支撑油缸竖直设置且活塞杆朝下，侧支撑油缸的缸筒固定连接在门型框架上；所述侧支撑油缸活塞杆导向槽竖直固装在侧支撑油缸正上方的门型框架上，所述侧支撑油缸活塞杆导向轮位于侧支撑油缸活塞杆导向槽内；所述拉杆一端连接在侧支撑油缸活塞杆导向轮轮轴上，拉杆另一端与侧支撑油缸的活塞杆端部相固连；所述第一侧支撑杆上端铰接在侧支撑油缸活塞杆导向轮轮轴上，第一侧支撑杆下端铰接在侧支撑框架上；所述第二侧支撑杆上端安装有侧支撑杆导向轮，在侧支撑框架上竖直固装有侧支撑杆导向槽，侧支撑杆导向轮位于侧支撑杆导向槽内，第二侧支撑杆下端铰接在门型框架上；所述金属网固定铺设在侧支撑框架上。

所述的巷道掘进工作面临时支护设备的使用方法，当巷道顶板不稳定时，采用蠕动行走方式，包括如下步骤：

步骤一：先将i型支架的门型框架顶部的顶梁组件下降到最低位置，再将i型支架的门型框架中部两侧的侧支撑组件调整到收回状态，最后将i型支架的门型框架底部的支腿组件调整到抬起状态，此时i型支架处于悬空状态；

步骤二：控制i型支架与ii型支架之间的推移组件向前伸出，使i型支架向前移动一个步距；

步骤三：先将i型支架的门型框架底部的支腿组件调整到伸出状态，使支腿组件支撑巷道底板；再将i型支架的门型框架中部两侧的侧支撑组件调整到展开状态，使侧支撑组件支护巷道侧帮；最后将i型支架的门型框架顶部的顶梁组件调整到升起状态，使顶梁组件支护巷道顶板；

步骤四：参照i型支架的移动过程，控制ii型支架向前移动一个步距；

步骤五：参照i型支架的移动过程，控制第一个iii型支架向前移动一个步距；

步骤六：参照i型支架的移动过程，控制第一个iv型支架向前移动一个步距；

步骤七：参照i型支架的移动过程，控制后续的iii型支架和iv型支架分别向前移动一个步距，直到临时支护设备整体向前移动一个步距。

所述的巷道掘进工作面临时支护设备的使用方法，当巷道围岩较稳定时，采用交替迈步行走方式，包括如下步骤：

步骤一：将i型支架标记为①号支架，将ii型支架标记为②号支架，依次类推，将后续所有的iii型支架和iv型支架进行顺序标号；

步骤二：先将所有奇数标号支架的门型框架顶部的顶梁组件下降到最低位置，再将所有奇数标号支架的门型框架中部两侧的侧支撑组件调整到收回状态，最后将所有奇数标号支架的门型框架底部的支腿组件调整到抬起状态，此时所有奇数标号支架处于悬空状态；

步骤三：控制所有奇数标号支架后方的推移组件向前伸出，使所有奇数标号支架向前移动一个步距；

步骤四：先将所有奇数标号支架的门型框架底部的支腿组件调整到伸出状态，使支腿组件支撑巷道底板；再将所有奇数标号支架的门型框架中部两侧的侧支撑组件调整到展开状态，使侧支撑组件支护巷道侧帮；最后将所有奇数标号支架的门型框架顶部的顶梁组件调整到升起状态，使顶梁组件支护巷道顶板；

步骤五：参照奇数标号支架的移动过程，控制所有偶数标号支架向前移动一个步距，直到临时支护设备整体向前移动一个步距。

本发明的有益效果：

本发明的巷道掘进工作面临时支护设备及使用方法，其能够对新截割成形的巷道进行临时支护，以将永久支护的位置后移，使得掘进作业和永久支护作业能够同时进行，进而有效提高了巷道掘进效率，同时能够保障人员安全，并且能够有效降低工人劳动强度。

附图说明

图1为本发明的一种巷道掘进工作面临时支护设备的立体图；

图2为本发明的一种巷道掘进工作面临时支护设备的正视图；

图3为本发明的一种巷道掘进工作面临时支护设备的俯视图；

图4为本发明的iii型支架的结构示意图；

图5为本发明的侧支撑组件的结构示意图；

图6为本发明的面临时支护设备采用蠕动行走方式时的示意图；

图7为本发明的面临时支护设备采用交替迈步行走方式时的示意图；

图中，1—i型支架，2—ii型支架，3—iii型支架，4—iv型支架，5—门型框架，6—顶梁组件，61—i型顶梁，62—顶梁伸缩套筒，63—前探梁，64—前探梁支撑油缸，65—ii型顶梁，66—ii型顶梁支撑油缸，67—iii型顶梁，7—支腿组件，71—支腿伸缩套筒，72—支脚底座，73—履刺，8—推移组件，81—第一推杆，82—第二推杆，83—推移油缸，84—推移油缸活塞杆导向槽，85—推移油缸活塞杆导向轮，9—侧支撑组件，91—第一侧支撑杆，92—第二侧支撑杆，93—侧支撑油缸，94—侧支撑油缸活塞杆导向槽，95—侧支撑油缸活塞杆导向轮，96—拉杆，97—侧支撑框架，98—金属网，99—侧支撑杆导向槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～5所示，一种巷道掘进工作面临时支护设备，包括i型支架1、ii型支架2、iii型支架3及iv型支架4；所述i型支架1和ii型支架2的数量仅为一个；所述iii型支架3和iv型支架4的数量均为三个；所述i型支架1位于最前端，所述ii型支架2位于i型支架1后端，在ii型支架2后端交替布置iii型支架3和iv型支架4；所述i型支架1、ii型支架2、iii型支架3及iv型支架4均包括门型框架5、顶梁组件6、支腿组件7、推移组件8及侧支撑组件9；所述顶梁组件6位于门型框架5顶部，所述支腿组件7位于门型框架5底部，所述推移组件8位于相邻支架之间，所述侧支撑组件9位于门型框架5中部两侧。

在所述i型支架1的门型框架5顶部均匀设置三处顶梁组件6，i型支架1的顶梁组件6包括i型顶梁61、顶梁伸缩套筒62、前探梁63及前探梁支撑油缸64；所述顶梁伸缩套筒62竖直安装在门型框架5顶部，所述i型顶梁61呈y型结构，i型顶梁61水平铰接在顶梁伸缩套筒62顶端，且i型顶梁61的开口侧朝后；所述前探梁63铰接在i型顶梁61的前端，所述前探梁支撑油缸64一端铰接在前探梁63下表面，前探梁支撑油缸64另一端铰接在门型框架5上。

在所述ii型支架2的门型框架5顶部均匀设置两处顶梁组件6，ii型支架2的顶梁组件6包括ii型顶梁65、顶梁伸缩套筒62及ii型顶梁支撑油缸66；所述顶梁伸缩套筒62竖直安装在门型框架5顶部，所述ii型顶梁65呈x型结构，ii型顶梁65水平铰接在顶梁伸缩套筒62顶端，且ii型顶梁65的前半段梁体长度大于后半段梁体长度；所述ii型顶梁支撑油缸66一端铰接在ii型顶梁65的前半段梁体下表面，ii型顶梁支撑油缸66另一端铰接在门型框架5上。

在所述iii型支架3的门型框架5顶部均匀设置三处顶梁组件6，在所述iv型支架4的门型框架5顶部均匀设置两处顶梁组件6，所述iii型支架3和iv型支架4均包括iii型顶梁67及顶梁伸缩套筒62；所述顶梁伸缩套筒62竖直安装在门型框架5顶部，iii型顶梁67呈x型结构，iii型顶梁67水平铰接在顶梁伸缩套筒62顶端，且iii型顶梁67的前半段梁体长度等于后半段梁体长度。

本实施例中，在i型顶梁61、ii型顶梁65及iii型顶梁67的上表面均覆盖有层橡胶，可以减轻对巷道顶板的破坏；i型顶梁61呈y型结构，ii型顶梁65和iii型顶梁67呈x型结构，可以增大顶梁对巷道顶板的支护范围；顶梁伸缩套筒62采用矩形管式结构；通过前探梁63可以增加支撑范围，同时用于辅助上锚网作业；通过前探梁支撑油缸64可以调整前探梁63的摆转角度，通过ii型顶梁支撑油缸66可调整ii型顶梁65的摆转角度，可以较好的适应巷道顶板的纵向倾角偏差、横向倾角偏差以及局部凹凸不平，以保证支护效果。

另外，由于i型支架1的门型框架5顶部均匀设置三处顶梁组件6，ii型支架2的门型框架5顶部均匀设置两处顶梁组件6，iii型支架3的门型框架5顶部均匀设置三处顶梁组件6，iv型支架4的门型框架5顶部均匀设置两处顶梁组件6，可以保证相邻支架间的顶梁组件6在纵向和横向上分别交错分布，使所有的顶梁组件6整体呈现出网状，不但保证了其对巷道顶板的支护范围，同时也为临时支护设备的交替迈步行走提供了前提条件。

所述支腿组件7包括支腿伸缩套筒71和支脚底座72，所述支腿伸缩套筒71顶端与门型框架5底端相固连，所述支脚底座72铰接在支腿伸缩套筒71底端；所述支脚底座72采用盘式结构，在支脚底座72下表面设有履刺73。通过履刺73可以增大支脚底座72与巷道底板之间的接触力，防止滑移；通过支腿伸缩套筒71可以调整支腿组件7的整体高度，可以适应不同高度的巷道，对不平整巷道底板具有较强的适应性。

所述推移组件8包括第一推杆81、第二推杆82、推移油缸83、推移油缸活塞杆导向槽84及推移油缸活塞杆导向轮85；所述第一推杆81与第二推杆82结构相同且交叉设置，第一推杆81与第二推杆82在交叉点处相铰接；所述推移油缸83的缸筒端部铰接在门型框架5上，所述推移油缸活塞杆导向轮85通过轮轴铰接在推移油缸83的活塞杆端部，所述推移油缸活塞杆导向槽84竖直固装在推移油缸83正下方的门型框架5上，推移油缸活塞杆导向轮85位于推移油缸活塞杆导向槽84内；所述第一推杆81和第二推杆82上端分别铰接在相邻支架的门型框架5上，第一推杆81和第二推杆82下端分别铰接在相邻支架的推移油缸活塞杆导向轮85轮轴上。

推移组件8是临时支护设备具备行走和转弯能力的核心部件，当临时支护设备需要直线行走时，只需门型框架5两侧的推移油缸83的活塞杆伸出的长度相等即可，当临时支护设备需要转弯时，只需门型框架5两侧的推移油缸83的活塞杆伸出的长度不同，就可以使相邻支架的门型框架5之间产生一定的角度，从而使临时支护设备能够独立实现位姿调整，以适拐弯工况。另外，在临时支护设备工作期间，由于巷道顶板的不平整等因素，支架将会受到各个方向的偏载力，此时推移组件8的作用就是保持支架间的距离，以使临时支护设备作为一个整体能够稳定的工作。

所述侧支撑组件9包括第一侧支撑杆91、第二侧支撑杆92、侧支撑油缸93、侧支撑油缸活塞杆导向槽94、侧支撑油缸活塞杆导向轮95、拉杆96、侧支撑框架97及金属网98；所述第一侧支撑杆91与第二侧支撑杆92结构相同且交叉设置，第一侧支撑杆91与第二侧支撑杆92在交叉点处相铰接；所述侧支撑油缸93竖直设置且活塞杆朝下，侧支撑油缸93的缸筒固定连接在门型框架5上；所述侧支撑油缸活塞杆导向槽94竖直固装在侧支撑油缸93正上方的门型框架5上，所述侧支撑油缸活塞杆导向轮95位于侧支撑油缸活塞杆导向槽94内；所述拉杆96一端连接在侧支撑油缸活塞杆导向轮95轮轴上，拉杆96另一端与侧支撑油缸93的活塞杆端部相固连；所述第一侧支撑杆91上端铰接在侧支撑油缸活塞杆导向轮95轮轴上，第一侧支撑杆91下端铰接在侧支撑框架97上；所述第二侧支撑杆92上端安装有侧支撑杆导向轮，在侧支撑框架97上竖直固装有侧支撑杆导向槽99，侧支撑杆导向轮位于侧支撑杆导向槽99内，第二侧支撑杆92下端铰接在门型框架5上；所述金属网98固定铺设在侧支撑框架97上。

本实施例中，侧支撑框架97整体采用框架式结构，侧支撑框架97上下两端设置有圆弧段，通过设置的圆弧段可以较好的适应巷道圆角，同时可以减小对巷道侧帮的破坏；在侧支撑框架97两侧设置有弹性梳齿结构，以增大侧支撑框架97的支护范围，而侧支撑框架97表面铺设的金属网98能够进一步提高支护效果。拉杆96的作用是使侧支撑油缸93的活塞杆伸出以输出推力，再借助交叉的第一侧支撑杆91和第二侧支撑杆92将侧支撑框架97推出，保证了侧支撑组件9输出的支撑力更大，同时也能够减小侧支撑油缸93的尺寸。支架间的侧支撑组件9可以相互独立工作，使其对巷道侧帮的适应性更强，同时也能够实现交替支撑巷道侧帮。

本发明的临时支护设备的工作原理为：临时支护设备需要骑跨在掘进机上方，并覆盖整个掘进机，当掘进机完成一段距离的掘进工作后，导致巷道顶板的空顶距变大，使巷道顶板变得不稳定，此时则容易产生冒顶等事故，此时需要控制临时支护设备向前移动至待支护的巷道顶板下方，先由顶梁组件6提供支撑力，来支撑不稳定的巷道顶板，然后通过侧支撑组件9对巷道侧帮进行支护，以防止发生片帮，保证下方掘进机和人员的安全。

所述的巷道掘进工作面临时支护设备的使用方法，当巷道顶板不稳定时，如图6所示，采用蠕动行走方式，包括如下步骤：

步骤一：先将i型支架1的门型框架5顶部的顶梁组件6下降到最低位置，再将i型支架1的门型框架5中部两侧的侧支撑组件9调整到收回状态，最后将i型支架1的门型框架5底部的支腿组件7调整到抬起状态，此时i型支架1处于悬空状态；

步骤二：控制i型支架1与ii型支架2之间的推移组件8向前伸出，使i型支架1向前移动一个步距；

步骤三：先将i型支架1的门型框架5底部的支腿组件7调整到伸出状态，使支腿组件7支撑巷道底板；再将i型支架1的门型框架5中部两侧的侧支撑组件9调整到展开状态，使侧支撑组件9支护巷道侧帮；最后将i型支架1的门型框架5顶部的顶梁组件6调整到升起状态，使顶梁组件6支护巷道顶板；

步骤四：参照i型支架1的移动过程，控制ii型支架2向前移动一个步距；

步骤五：参照i型支架1的移动过程，控制第一个iii型支架3向前移动一个步距；

步骤六：参照i型支架1的移动过程，控制第一个iv型支架4向前移动一个步距；

步骤七：参照i型支架1的移动过程，控制后续的iii型支架3和iv型支架4分别向前移动一个步距，直到临时支护设备整体向前移动一个步距。

当巷道顶板不稳定时，则需要临时支护设备能够提供较大的支撑力，同时还要在移架过程中尽可能的保证支撑力的恒定，由于临时支护设备采用蠕动行走方式的移架速度较慢，每次只移动一个支架，因此对巷道顶板的影响最小，所以巷道顶板不稳定时采用蠕动行走方式最为合适，支护效果最理想。

所述的巷道掘进工作面临时支护设备的使用方法，当巷道围岩较稳定时，如图7所示，采用交替迈步行走方式，包括如下步骤：

步骤一：将i型支架1标记为①号支架，将ii型支架2标记为②号支架，依次类推，将后续所有的iii型支架3和iv型支架4进行顺序标号；

步骤二：先将所有奇数标号支架的门型框架5顶部的顶梁组件6下降到最低位置，再将所有奇数标号支架的门型框架5中部两侧的侧支撑组件9调整到收回状态，最后将所有奇数标号支架的门型框架5底部的支腿组件7调整到抬起状态，此时所有奇数标号支架处于悬空状态；

步骤三：控制所有奇数标号支架后方的推移组件8向前伸出，使所有奇数标号支架向前移动一个步距；

步骤四：先将所有奇数标号支架的门型框架5底部的支腿组件7调整到伸出状态，使支腿组件7支撑巷道底板；再将所有奇数标号支架的门型框架5中部两侧的侧支撑组件9调整到展开状态，使侧支撑组件9支护巷道侧帮；最后将所有奇数标号支架的门型框架5顶部的顶梁组件6调整到升起状态，使顶梁组件6支护巷道顶板；

步骤五：参照奇数标号支架的移动过程，控制所有偶数标号支架向前移动一个步距，直到临时支护设备整体向前移动一个步距。

当巷道围岩较稳定时，临时支护设备移架过程对巷道顶板的影响较小，则优先采用交替迈步行走方式，由于临时支护设备采用交替迈步行走方式只需两个循环动作就可以向前一个步距，其行走速度快，工作效率高。在实际工作中，可根据巷道围岩状况，随时调整临时支护设备的行走方式和步距，这样可以在保证支护效果的前提下，将工作效率最大化。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。