一种带压移动巷道快速掘进装备

摘要

一种带压移动快速掘进装备，属于巷道快速掘进领域，包括盾体、第一截割部、保压机构、出渣机构、第二截割部、运输机构、行进机构、锚固机构和支撑机构等。该装置实现了巷道快速掘进和支护功能；该装置移动时，盾体主动向岩壁提供支护力，优化围岩力学性能，适合用于煤巷、半煤巷和岩巷的掘进和支护作业，实现了超前支护，安全可靠，便于制造和维护，适用于工业掘进作业。

权利要求

1.一种带压移动巷道快速掘进装备的施工方法，该带压移动巷道快速掘进装备包括盾体、第一截割部、运输机构、行走机构、锚固机构和支撑机构；所述第一截割部与盾体固接；

所述运输机构与盾体固接；所述行走机构与盾体固接；所述锚固机构与行走机构固接；所述支撑机构与行进机构固接；其特征在于：该带压移动巷道快速掘进装备还包括第二截割部、保压机构、出渣机构；所述第二截割部与盾体前部边缘固接；所述保压机构与盾体固接；所述出渣机构与盾体固接；所述保压机构包括前密封环、后密封环、柔性充填介质、压力泵和压力检测装置；所述前密封环与盾体固接；所述后密封环与盾体固接；所述压力泵与盾体固接；所述柔性充填介质通过压力泵进入由盾体外壳、前密封环、后密封环和巷道围岩组成的密闭空间内；所述带压移动巷道快速掘进装备的施工过程分为两个阶段：行走阶段和截割破岩阶段；在所有阶段，所述盾体、保压机构和围岩之间充满柔性充填介质为围岩提供主动的临时支护力；在截割破岩阶段，所述盾体相对于围岩静止不动，所述第一截割部将进入盾体内部的围岩破坏，通过所述出渣机构和运输机构将破坏后的围岩运输至巷道外部，同时，所述锚固机构通过顶锚杆钻机和帮锚杆钻机对巷道进行及时支护，实现掘进和支护的同时作业，当所述第一截割部和锚固机构完成一个排距作业后，所述带压移动巷道快速掘进装备进入行走阶段，在行走阶段，所述第一截割部和锚固机构停止工作，所述行走机构中的撑靴油缸伸长使得撑靴与围岩接触，推进油缸伸长，利用所述撑靴提供的反力将盾体推动向前移动，在所述盾体移动的同时，所述第二截割部开始工作，所述第二截割部截割前方围岩形成截面为“回”字形的空间，使得部分所述盾体深入围岩内部，部分围岩进入所述盾体内部，当所述盾体在推进油缸的推动下相对围岩移动一个排距时，所述撑靴油缸缩短，所述撑靴与围岩分离，之后，所述推进油缸缩短，利用固接在盾体上的支撑机构提供的反力带动行走机构往前移动一个排距，至此，行走阶段结束。

2.如权利要求1所述的带压移动巷道快速掘进装备的施工方法，其特征在于：所述第一截割部包含第一驱动器、第一摇臂、第二驱动器、第二摇臂、第三驱动器、截割炮头；所述第一驱动器与盾体固接；所述第一摇臂的一端与第一驱动器的输出端套接，第一摇臂的另一端与第二驱动器固接；所述第二摇臂的一端与第二驱动器的输出端套接；第二摇臂的另一端与第三驱动器固接；所述截割炮头与第三驱动器套接；所述截割炮头的中心线与第三驱动器输出端中心线重合。

3.如权利要求1所述的带压移动巷道快速掘进装备的施工方法，其特征在于：所述锚固机构包括n个顶锚杆钻机、m个帮锚杆钻机，其中，n和m均为大于或者等于2的自然数；所述n个顶锚杆钻机沿巷道宽度方向呈直线等间距排列；所述m个帮锚杆钻机沿巷道高度方向呈直线等间距排列；所述顶锚杆钻机和帮锚杆钻机所在平面之间的距离为1个支护排距。

4.如权利要求1所述的带压移动巷道快速掘进装备的施工方法，其特征在于：所述行走机构包含基座、撑靴、撑靴油缸、推进油缸；所述撑靴通过撑靴油缸支撑于巷道围岩；所述基座通过撑靴油缸与撑靴联结；所述推进油缸以基座为反力基础向前推进盾体。

5.如权利要求2所述的带压移动巷道快速掘进装备的施工方法，其特征在于：所述第一截割部的驱动器采用电机、气缸、液压缸或内燃机。

说明书

一种带压移动巷道快速掘进装备

技术领域

[0001] 本发明属于巷道快速掘进领域，特别涉及一种带压移动巷道快速掘进装备的结构设计。

背景技术

[0002] 煤炭是我国的主体能源，煤炭开采主要包括回采和掘进两个环节。液压支架的引进使工作面回采基本实现了机械化，目前正在进行自动化和智能化的升级换代，而掘进机
械发展相对滞后。目前应用最为广泛的巷道掘进设备为以EBZ系列为代表的炮头悬臂式掘
进机，其主体结构在巷道采用架棚被动支护时期即已发展成熟。在巷道支护工艺由架棚被
动支护升级为锚杆索主动支护后，炮头式悬臂掘进机并未跟随巷道支护工艺的改变而发
展。以炮头悬臂式掘进机掘进，单体锚杆钻机施工锚杆索的作业方式机械化水平低，工人劳
动强度大，2018年全国巷道平均月进尺仅为186m，约为全国工作面回采速度的一半。采掘接
续失调成为制约煤矿高产高效发展的“卡脖子”问题。

[0003] 为实现巷道掘进作业的机械化高效作业，我国引进消化吸收了国外的先进掘进支护一体化设备，主要以滚筒式掘锚一体机为主。掘锚一体机在鄂尔多斯等围岩较为完整的
矿区实现了较好的应用效果，但是掘锚一体机空顶、空帮距较大，在山西等围岩较为破碎
的、不允许长距离空顶、空帮的矿区应用效果较差。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了克服已有巷道掘进设备不足之处，提供一种可带压移动巷道快速掘进设备。该设备不仅将巷道围岩成型和巷道截割在空间上分离，并且能对围岩施加
主动支护力，避免空顶、空帮，从而提高对破碎围岩，不能长距离空顶、空帮的作业条件的适
应性。作业人员在盾体和锚杆索支护完成的空间中作业，安全性得到保证。

[0005] 本发明的技术方案如下：

[0006] 本发明设计的一种带压移动巷道快速掘进装备，包括盾体、第一截割部、运输机构、行走机构、锚固机构和支撑机构等；所述第一截割部与盾体固接；所述运输机构与盾体
固接；所述行走机构与盾体固接；所述锚固机构与行走机构固接；所述支撑机构与行进机构
固接；该装备还包括第二截割部、保压机构、出渣机构；所述第二截割部与盾体前部边缘固
接；所述保压机构与盾体固接；所述出渣机构与盾体固接。

[0007] 本发明设计的一种带压移动巷道快速掘进装备，其特征在于：所述第一截割部包含第一驱动器、第一摇臂、第二驱动器、第二摇臂、第三驱动器、截割炮头；所述第一驱动器
与盾体固接；所述第一摇臂的一端与第一驱动器的输出端套接，第一摇臂的另一端与第二
驱动器固接；所述第二摇臂的一端与第二驱动器的输出端套接；第二摇臂的另一端与第三
驱动器固接；所述截割炮头与第三驱动器套接；所述截割炮头的中心线与第三驱动器输出
端中心线重合。

[0008] 本发明设计的一种带压移动巷道快速掘进装备，其特征在于：所述锚固机构包括n个顶锚杆钻机、m个帮锚杆钻机，其中，n和m均为大于或者等于2的自然数；所述n个顶锚杆钻
机沿巷道宽度方向呈直线等间距排列；所述m个帮锚杆钻机沿巷道高度方向呈直线等间距
排列；所述顶锚杆钻机和帮锚杆钻机所在平面之间的距离为1个支护排距。

[0009] 本发明设计的一种带压移动巷道快速掘进装备，其特征在于：所述保压机构包含前密封环、后密封环、柔性充填介质、压力泵、压力检测装置；所述前密封环与盾体固接；所
述后密封环与盾体固接；所述压力泵与盾体固接；所述柔性填充介质通过压力泵进入由盾
体外壳、前密封环、后密封环和巷道围岩组成的密闭空间内。

[0010] 本发明设计的一种带压移动巷道快速掘进装备，其特征在于：所述行走机构包含基座、撑靴、撑靴油缸、推进油缸；所述撑靴通过撑靴油缸支撑于巷道围岩；所述基座通过撑
靴油缸与撑靴联结；所述推进油缸以基座为反力基础向前推进盾体。

[0011] 本发明设计的带压移动巷道快速掘进装备，其特征在于：所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器采用电机、气缸、液压缸或内燃机的一种或多种组合。

[0012] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

[0013] 本发明装置利用盾体、第一截割部、运输机构、行走机构、锚固机构、支撑机构、第二截割部、保压机构、出渣机构综合实现了带压移动巷道快速掘进。保压机构紧随截割部对
形成的巷道围岩进行主动支护，保压机构后部紧跟锚固机构进行锚杆索永久支护施工，实
现巷道开挖后全历程支护，避免了空顶、空帮。在围岩裂隙发育，完整性差的条件下也能实
现前掘后支作业，避免传统作业方式中掘进和支护的反复换位作业。主截割部及作业人员
在盾体和锚杆索永久支护的保护下作业，提高了掘进和支护作业的安全性。

附图说明

[0014] 图1是本发明设计的带压移动巷道快速掘进装备的一种实施例的立体外观图（未画出部分零件）。

[0015] 图2是图1所示实施例的一个正视图。

[0016] 图3是图1所示实施例的侧视图（图2的左视图）。

[0017] 图4是图1所示实施例的一个局部剖视图（图3的局部剖视图），显示出在巷道掘进过程中，保压机构（前密封环、后密封环、压力检测装置、压力泵、柔性填充介质）、盾体和围
岩之间的相对位置关系。

[0018] 图5是图1所示实施例的一个后视图。

[0019] 图6是图1所示实施例的第一截割部的爆炸视图。

[0020] 在图1至图6中：

[0021] 1－盾体，        2－第一截割部，    3－运输机构，    4－行走机构，

[0022] 5－锚固机构，    6－支撑机构，      7－第二截割部，  8－保压机构，

[0023] 9－出渣机构，    201－第一驱动器，  202－第一摇臂，  203－第二驱动器，

[0024] 204－第二摇臂，  205－第三驱动器，  206－截割炮头，  501－顶锚杆钻机，

[0025] 502－帮锚杆钻机，801－前密封环，    802－后密封环，  803－柔性充填介质，

[0026] 804－压力泵，    805－压力检测装置，401－基座，      402－撑靴，

[0027] 403－撑靴油缸，  404－推进油缸，    10－围岩。

具体实施方式

[0028] 本发明属于巷道快速掘进领域，特别涉及一种带压移动巷道快速掘进装备的结构设计。下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。

[0029] 本发明设计的带压移动巷道快速掘进装备一种实施例，如图1至图6所示，包括盾体1、第一截割部2、运输机构3、行走机构4、锚固机构5和支撑机构6；所述第一截割部2与盾
体1固接；所述运输机构3与盾体3固接；所述行走机构4与盾体1固接；所述锚固机构5与行走
机构4固接；所述支撑机构6与行进机构4固接；该装备还包括第二截割部7、保压机构8、出渣
机构9；所述第二截割部7与盾体1前部边缘固接；所述保压机构8与盾体1固接；所述出渣机
构9与盾体1固接。

[0030] 本发明设计的带压移动巷道快速掘进装备一种实施例，其特征在于：所述第一截割部2包含第一驱动器201、第一摇臂202、第二驱动器203、第二摇臂204、第三驱动器205、截
割炮头206；所述第一驱动器201与盾体1固接；所述第一摇臂202的一端与第一驱动器201的
输出端套接，第一摇臂202的另一端与第二驱动器203固接；所述第二摇臂204的一端与第二
驱动器203的输出端套接；第二摇臂204的另一端与第三驱动器205固接；所述截割炮头206
与第三驱动器205套接；所述截割炮头206的中心线与第三驱动器205输出端中心线重合。

[0031] 本发明设计的带压移动巷道快速掘进装备一种实施例，其特征在于：所述锚固机构包括n个顶锚杆钻机501、m个帮锚杆钻机502，其中，n和m均为大于或者等于2的自然数；所
述n个顶锚杆钻机501沿巷道宽度方向呈直线等间距排列；所述m个帮锚杆钻机502沿巷道高
度方向呈直线等间距排列；所述顶锚杆钻机501和帮锚杆钻机502所在平面之间的距离为1
个支护排距。

[0032] 本发明设计带压移动巷道快速掘进装备一种实施例，其特征在于：所述保压机构8包含前密封环801、后密封环802、柔性充填介质803、压力泵804、压力检测装置805；所述前
密封环801与盾体1固接；所述后密封环802与盾体1固接；所述压力泵804与盾体1固接；所述
柔性填充介质803通过压力泵804进入由盾体1外壳、前密封环801、后密封环802和巷道围岩
10组成的密闭空间内；

[0033] 本发明设计的带压移动巷道快速掘进装备一种实施例，其特征在于：所述行走机构4包含基座401、撑靴402、撑靴油缸403、推进油缸404；所述撑靴402通过撑靴油缸403支撑
于巷道围岩10；所述基座401通过撑靴油缸403与撑靴402联结；所述推进油缸404以基座401
为反力基础向前推进盾体1；

[0034] 本发明设计的带压移动巷道快速掘进装备一种实施例，其特征在于：所述第一驱动器201、第二驱动器203、第三驱动器205采用电机、气缸、液压缸或内燃机的一种或多种组
合。

[0035] 本实施例的工作原理，结合附图叙述如下：

[0036] 在实际的巷道掘进过程中，按工序，可以将本发明设计的移动带压巷道快速掘进装备的工作过程分为两个阶段：行走阶段和截割破岩阶段。

[0037] 在所有阶段，盾体1、保压机构8和围岩10之间充满柔性填充介质803为围岩10提供主动的临时支护力。在截割破岩阶段，盾体1相对于围岩10静止不动，。第一截割部2将进入
盾体1内部的围岩10破坏、通过出渣机构9和运输机构3将破坏后的围岩10运输至巷道外部，
于此同时，锚固机构5通过顶锚杆钻机501和帮锚杆钻机502对巷道进行及时支护，实现掘进
和支护的同时作业，提高效率。当第一截割部2和锚固机构5完成一个排距作业后，装备进入
行走阶段。在此阶段，第一截割部2和锚固机构5停止工作，行走机构4中的撑靴油缸403伸长
使得撑靴402与围岩10接触，推进油缸404伸长利用撑靴402提供的反力将盾体1推动向前移
动，在盾体1移动的同时，第二截割部7开始工作，第二截割部7截割前方围岩10，形成截面为
“回”字形空间，使得部分盾体1深入围岩10内部，部分围岩10进入盾体1内部，当盾体1在推
进油缸404的推动下，相对围岩10移动一个排距时，撑靴油缸403缩短，撑靴402与围岩10分
离，之后，推进油缸404缩短利用固接在盾体1上的支撑机构6提供的反力带动行走机构4往
前移动一个排距，至此，行走阶段结束。

[0038] 在实际的巷道掘进中，一个掘进作业周期里，截割破岩阶段和行走阶段交替进行，实现长距离掘进。不再赘述。

[0039] 本发明装置利用盾体、第一截割部、运输机构、行走机构、锚固机构、支撑机构、第二截割部、保压机构、出渣机构综合实现了带压移动巷道快速掘进。保压机构紧随截割部对
形成的巷道围岩进行主动支护，保压机构后部紧跟锚固机构进行锚杆索永久支护施工，实
现巷道开挖后全历程支护，避免了空顶、空帮。在围岩裂隙发育，完整性差的条件下也能实
现前掘后支作业，避免传统作业方式中掘进和支护的反复换位作业。主截割部及作业人员
在盾体和锚杆索永久支护的保护下作业，提高了掘进和支护作业的安全性。