一种自移式护顶与锚支一体装置及护顶支护方法

摘要

本发明公开了一种自移式护顶与锚支一体装置及护顶支护方法，属于煤矿开采领域，其中装置包括托梁、拱梁、锚杆钻机以及能够伸缩的多组支撑腿，每组支撑腿均连接一托梁，托梁设有充气后能够突出于托梁上端的气胎；相邻的两组支撑腿之间设有拱梁，锚杆钻机滑动连接于拱梁，以对巷道进行支护操作；多组支撑腿依次排列，相隔一组支撑腿的两组支撑腿连接形成行走部，相邻的行走部之间安装的伸缩机构以推动相邻的行走部接近或远离。本发明既可以在临时支护时适应巷道凹凸不平的情况，又可以快速完成锚网支护系统，提高采煤效率。

权利要求

1.一种自移式护顶与锚支一体装置，其特征在于，包括托梁、拱梁、锚杆钻机以及能够伸缩的多组支撑腿，每组支撑腿均连接一托梁，托梁设有充气后能够突出于托梁上端的气胎；相邻的两组支撑腿之间设有拱梁，锚杆钻机滑动连接于拱梁，以对巷道进行支护操作；

多组支撑腿依次排列，相隔一组支撑腿的两组支撑腿连接形成行走部，相邻的行走部之间安装的伸缩机构以推动相邻的行走部接近或远离；

所述相隔一组支撑腿的两组支撑腿通过纵梁连接；

所述拱梁的两端固定连接于纵梁；

所述托梁包括U型梁和位于U型梁内的气胎，气胎一侧固定在U型梁内部，每根梁内布置多组气胎。

2.如权利要求1所述的自移式护顶与锚支一体装置，其特征在于，每组支撑腿包括两个支撑腿，两个支撑腿通过横梁连接；所述托梁的两端分别连接于一组支撑腿中的两个支撑腿，所述伸缩机构的固定端连接于一横梁，所述伸缩机构的活动端连接于相邻的另一横梁。

3.如权利要求2所述的自移式护顶与锚支一体装置，其特征在于，每个托梁和其下方的横梁之间，连接有支撑柱。

4.如权利要求1所述的自移式护顶与锚支一体装置，其特征在于，所述伸缩机构为液压油缸。

5.如权利要求1所述的自移式护顶与锚支一体装置，其特征在于，所述气胎充气后能够突出于U型梁的开口。

6.如权利要求5所述的自移式护顶与锚支一体装置，其特征在于，所述气胎为连续的高耐压橡胶气胎。

7.如权利要求1所述的自移式护顶与锚支一体装置，其特征在于，所述拱梁的下翼缘设有齿条，锚杆钻机通过固定装置固定在拱梁，固定装置设有啮合于齿条的齿轮，齿轮连接动力源，动力源连接并驱动齿轮，使锚杆钻机可在拱梁往复移动，依次完成顶部和帮部的钻锚作业。

8.如权利要求7所述的自移式护顶与锚支一体装置，其特征在于，所述拱梁两端焊有用于阻挡锚杆钻机的挡头。

9.一种迈步自移式护顶支护方法，其特征在于，采用如权利要求1～8任意一项所述的自移式护顶与锚支一体装置，包括以下步骤：气胎充气；

机构托梁上的气胎推动锚网贴近巷道顶部；锚杆钻机进行一次锚杆施工；

第一行走部抬起，收缩伸缩机构，第一行走部向前运动，运动结束后，落下，完成第一步步进；

锚杆钻机进行一次锚杆施工；

抬起第二行走部，伸长伸缩机构，第二行走部向前运动，落下，完成第二步步进；

锚杆钻机进行一次锚杆施工；

重复以上步骤，实现结构整体的液压步进。

10.如权利要求9所述的迈步自移式护顶支护方法，其特征在于，锚杆钻机完成当前的护顶操作后，释放托梁的气胎。

说明书

一种自移式护顶与锚支一体装置及护顶支护方法

技术领域

[0001] 本发明属于煤矿开采领域，具体的，涉及一种自移式护顶与锚支一体装置及护顶支护方法。

背景技术

[0002] 这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

[0003] 发明人发现，掘、支、锚不平衡是影响采煤效率的主要制约因素，根据统计，工作面割煤时间通常占17％～34％，而支护时间则要占50％～67％，二者时间上的不协调和前后
工作不连续，极大的限制了采煤效率。传统的金属前探梁巷道支护方法不能对空顶区顶板
进行足够的支撑力，临时支护操作过程复杂，工人劳动强度大，对复杂巷道的临时支护安全
难以保证。常见的自移式临时护顶机构在巷道顶板凹凸不平的情况不能紧密贴合顶板，容
易留下空隙，支护效果不良；同时，支顶结构同步升降，顶梁与顶板之间没有缓冲装置，在多
次升降支护顶板过程中容易导致顶板岩层整体结构被破坏，锚网支护失效。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种自移式护顶与锚支一体装置及护顶支护方法，既可以在临时支护时适应巷道凹凸不平的情况，又可以快速完成锚网支
护系统，提高采煤效率。

[0005] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

[0006] 第一方面，本发明的实施例提供了一种自移式护顶与锚支一体装置，包括托梁、拱梁、锚杆钻机以及能够伸缩的多组支撑腿，每组支撑腿均连接一托梁，托梁设有充气后能够
突出于托梁上端的气胎；相邻的两组支撑腿之间设有拱梁，锚杆钻机滑动连接于拱梁，以对
巷道进行支护操作；多组支撑腿依次排列，相隔一组支撑腿的两组支撑腿连接形成行走部，
相邻的行走部之间安装的伸缩机构以推动相邻的行走部接近或远离。

[0007] 作为进一步的技术方案，所述相隔一组支撑腿的两组支撑腿通过纵梁连接；每组支撑腿包括两个支撑腿，两个支撑腿通过横梁连接；所述托梁的两端分别连接于一组支撑
腿中的两个支撑腿，所述拱梁的两端固定连接于纵梁；所述伸缩机构的固定端连接于一横
梁，所述伸缩机构的活动端连接于相邻的另一横梁。

[0008] 作为进一步的技术方案，所述托梁包括U型梁和位于U型梁内的气胎，气胎一侧固定在U型梁内部，每根梁内布置多组气胎；所述气胎充气后能够突出于U型梁的顶侧的开口。

[0009] 作为进一步的技术方案，所述气胎为连续的高耐压橡胶气胎。

[0010] 作为进一步的技术方案，所述拱梁两端焊有用于阻挡锚杆钻机的挡头。

[0011] 第二方面，本发明实施例还提供了一种迈步自移式护顶支护方法，采用如第一方面所述的自移式护顶与锚支一体装置，包括以下步骤：

[0012] 气胎充气；

[0013] 机构托梁上的气胎推动锚网贴近巷道顶部；

[0014] 锚杆钻机1进行一次锚杆施工；

[0015] 第一行走部抬起，收缩伸缩机构，第一行走部向前运动，运动结束后，落下，完成第一步步进；

[0016] 锚杆钻机1进行一次锚杆施工；

[0017] 抬起第二行走部，伸长伸缩机构，第二行走部向前运动，落下，完成第二步步进。

[0018] 锚杆钻机1进行一次锚杆施工；

[0019] 重复以上步骤，实现结构整体的液压步进。

[0020] 作为进一步的技术方案，锚杆钻机完成当前的护顶操作后，释放托梁的气胎。

[0021] 本发明所提供的技术方案中，固定于托梁的气胎可充入压缩空气，使内部压强达到0.7Mpa，向外弹出20～30cm贴近巷道顶部，防护上部落石，保护人员和设备的安全，工字
钢拱梁固定在各跨纵梁上，锚杆钻机可借助拱梁上的齿轮移动，实现在护顶时完成安装锚
网的作业。

[0022] 上述本发明的实施例的有益效果如下：

[0023] 1、本发明提供的技术方案中，集成了临时护顶装置和锚杆钻机，实现了临时护顶与锚支系统结合，既能适应不同的支护情况，又能完成钻孔和安装锚网的初步支护，操作方
便；同时，本发明提供的技术方案中，采用气胎对巷道顶部进行贴合、顶起，由于气胎的弹
性，其能够与巷道顶部完整贴合，适应性高，提高了人员安全。

[0024] 2、本发明提供的技术方案中，掘进机掘进后，锚杆钻机既可以更好的贴合凹凸不平的巷道，又可以借助快速定位技术迅速完成锚杆的支护，并且全自动液压步进可以迅速
到达下一工作区域，节约支护时间，提高整体的采煤效率。

[0025] 3、本发明提供的技术方案中，为适应凹凸不平的巷道情况，提出的U型托梁主体采用U型梁制作，U型托梁内部固定高耐压橡胶气胎，气胎内部连续，可利用井下压缩空气充
气，充气后内部压强可达0.7Mpa，并可向外鼓出20～30cm，即利用气胎的弹性适应凹凸不平
的巷道顶部，又利用压缩空气的弹力满足支护巷道顶部的强度要求。

[0026] 4、本发明提供的技术方案中，拱梁通过焊缝加螺栓固定在横梁上，在其下翼缘位置固定齿条，为锚杆钻机移动提供路径；锚杆钻机通过固定装置固定在工字钢拱梁上，固定
装置在对应拱梁齿条位置具有两个齿轮，并为齿轮提供动力，进而使锚杆钻机可以在拱梁
上移动；通过以上手段，使得锚杆钻机能够完成整个巷道顶面的支护工作，提高锚杆钻机在
支护时的工作效率。

附图说明

[0027] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

[0028] 图1是本发明根据一个或多个实施方式的在气胎充气时的立视图，

[0029] 图2是本发明根据一个或多个实施方式的在气胎未充气时的立视图，

[0030] 图3是本发明根据一个或多个实施方式的液压步进机构图，

[0031] 图4是本发明根据一个或多个实施方式的沿着图3中的A‑A线剖切得到的剖视图，

[0032] 图5是本发明根据一个或多个实施方式的强化连接结构结构图，

[0033] 图6是本发明根据一个或多个实施方式的传动机构剖视图，

[0034] 图7是本发明根据一个或多个实施方式的传动机构示意图。

[0035] 图中，1‑锚杆钻机，2‑U型梁，3‑鼓起的气胎，4‑未鼓起的气胎，5‑支撑柱，6‑液压油缸，7‑强化支撑，8‑支撑腿垫块，9‑横梁，10‑支撑柱间的纵梁，11‑上端纵梁，12‑拱梁，13‑挡
头，14‑下端纵梁，15‑强化连接结构，16‑纵梁的固定装置，17‑孔道，18‑伸缩油缸，19‑焊缝，
20‑螺栓，21‑液压马达，20‑齿轮，23‑齿条，24‑固定装置外壳，25‑锚杆钻机转轴，26‑固定装
置，27‑齿轮转轴。

[0036] 图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

[0037] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通
常理解的相同含义。

[0038] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

[0039] 为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

[0040] 术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是
电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或
者两个元件的相互作用关系，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
述术语在本发明的具体含义。

[0041] 正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种自移式护顶与锚支一体装置及护顶支护方法，既可以在临时支护时适应巷道凹凸不平的情
况，又可以快速完成锚网支护系统，提高采煤效率。以下结合说明书附图和的具体实施例进
行说明。

[0042] 实施例1

[0043] 本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种自移式护顶与锚支一体装置，用于同时对巷道进行临时护顶和临时支护，包括托梁2、拱梁12、锚杆钻机1以及能够伸缩的
四组支撑腿，每组支撑腿均包括液压油缸6以实现相对于巷道地面的伸缩，每组支撑腿顶部
均连接一托梁，具体的，液压油缸顶侧处通过法兰连接托梁，托梁设有充气后能够突出于托
梁表面的气胎；相邻的两组支撑腿之间设有拱梁12，锚杆钻机1滑动连接于拱梁12，以对巷
道进行支护操作；多组支撑腿依次排列，相隔一组支撑腿的两组支撑腿连接形成行走部，相
邻的行走部之间安装的伸缩机构。

[0044] 可以理解的是，液压油缸6的运动部底端连接支撑腿垫块8。

[0045] 本实施例中，将位于下方的液压油缸6和与液压油缸6相连的钢梁组成的机构称为液压步进机构，也即，本实施例中的液压步进机构包括所述的四组支撑腿。

[0046] 如图2所示，本实施例中液压油缸6共八个，沿着整个装置的中轴线左右各四条对称布置，每组支撑腿包括两个支撑腿，两个支撑腿通过横梁9连接，横梁9为钢横梁，防止在
运动过程中结构发生失衡。可以理解的是，本实施例中共有第一横梁9、第二横梁9、第三横
梁9和第四横梁9共四道横梁9。

[0047] 由于本实施例中的每组支撑腿包括一对支撑腿，因此本实施例中的支撑腿可分为第一对支撑腿、第二对支撑腿、第三对支撑腿和第四对支撑腿，第一对支撑腿与第三对支撑
腿之间设有纵梁，通过纵梁连接第一对支撑腿与第三对支撑腿；纵梁包括上端纵梁11和下
端纵梁14，上端纵梁11的两端分别连接第一对支撑腿的上端和第三对支撑腿的上端，下端
纵梁14的两端分别连接第一对支撑腿的下端和第三对支撑腿的下端；第二对支撑腿与第四
对支撑腿之间设有纵梁，通过纵梁连接第二对支撑腿与第四对支撑腿；纵梁包括上端纵梁
11和下端纵梁14，上端纵梁11的两端分别连接第二对支撑腿的上端和第四对支撑腿的上
端，下端纵梁14的两端分别连接第二对支撑腿的下端和第四对支撑腿的下端；纵梁能够使
的两组支撑腿之间的运动协同前进，通过纵梁相连接的两组支撑腿分别称为第一行走部和
第二行走部，第一行走部包括第一对支撑腿和第三对支撑腿，第二行走部包括第二对支撑
腿和第四对支撑腿。

[0048] 可以理解的是，纵梁通过固定装置16连接支撑腿，本实施例中的固定装置为法兰。

[0049] 可以理解的是，拱梁12的两端固定连接于纵梁。

[0050] 在第二横梁8、第三横梁8之间对称设置一组伸缩油缸18作为伸缩机构，伸缩油缸18的两端分别连接第二横梁8、第三横梁8，可以协同运动第二横梁8、第三横梁8，调节第二
横梁8、第三横梁8的位置，由于第二横梁8和第三横梁8分别连接于第二行走部和第三行走
部，因此，伸缩油缸18能够通过第二横梁8和第三横梁8推动第二行走部和第三行走部。

[0051] 所述第二横梁8和第三横梁8的下侧面均设有环状件，环状件内侧形成孔道17。

[0052] 第一行走部的上端纵梁11穿过第二横梁8下方的孔道17，提高结构步进时的稳定性，同理，第二行走部的上端纵梁11穿过第三横梁8下方的孔道17，提高结构的稳定性。

[0053] 在步进时，第一对支撑腿和第三对支撑腿抬起，收缩横梁8之间的液压油缸6，第一对支撑腿和第三对支撑腿共同向前运动，运动结束后，落下支撑腿，完成第一步步进；

[0054] 此时可进行一次挂网打锚杆的作业；

[0055] 接下来抬起第二对支撑腿和第四对支撑腿抬起，伸长横梁8之间的液压油缸6，第二对支撑腿和第四对支撑腿向前运动，运动到合适位置后，落下支撑腿，完成第二步步进，
循环运动，实现结构整体的液压步进。

[0056] 如图4所示，托梁还与其下方横梁8之间通过焊缝19加螺栓20连接。

[0057] 如图3所示，横梁8和托梁的跨中设置竖向的支撑柱5，支撑柱5的两端分别连接横梁8和托梁。由于每个托梁和其下方的横梁8之间，连接有支撑柱5，因此，支撑柱5也包括多
个，分别命名为第一～第四支撑柱5，第一～第四支撑柱5的命名次序与第一～第四对支撑
腿相同。

[0058] 如图1所示，托梁包括U型梁2以及位于U型梁2内的气胎，气胎固定在U型梁2内部，可以理解的是，U型梁2内部固定连接的气胎为连续的高耐压橡胶气胎，气胎可利用井下压
缩空气充气，充气完成后气胎可以向外鼓出20～30cm的高度并且内部压强可达到0.7Mpa，
即利用气胎的弹性适应凹凸不平的巷道顶部，又利用压缩空气的弹力满足支护巷道顶部的
强度要求。进行锚网支护时，将锚网置于高耐压橡胶气胎上方，锚网随整体结构抬升贴近巷
道后，打入锚杆，完成一次锚网支护作业，同传统刚性支锚设备作业相比，柔性的高耐压橡
胶气胎作为护顶结构与顶板之间的接触压力缓冲装置，可以防止护顶结构在反复支(上升)
卸(下降)作用下破坏顶板完整性和已安装好的锚网支护。

[0059] 第一支撑柱5和第三支撑柱5之间，在底侧设一道纵梁相连，纵梁穿过第二支撑柱5上的巷道；同样的，第二支撑柱5和第四支撑柱5之间，在底侧设一道纵梁相连，纵梁穿过第
三支撑柱5上的巷道。此处的纵梁既可以协调横梁8之间的运动同时进行，又可以提高结构
的整体稳定性。

[0060] 运动时，第一托梁、第三托梁随下方第一横梁、第三横梁运动，第二托梁、第四托梁随下方第二横梁、第四横梁运动。

[0061] 拱梁12由工字钢制作，下翼缘固定有齿条23，锚杆钻机1通过固定装置固定在拱梁12上，本实施例中的固定装置26为法兰，固定装置26对应下翼缘齿条处存在两个齿轮20，齿
轮20与齿条23啮合，齿轮20连接液压马达21作为动力源，在其他实施例中，动力源还可以使
用内燃机或电机，液压马达21连接并驱动齿轮20，使锚杆钻机1可在拱梁12上左右移动，依
次完成顶部和帮部的钻锚作业，拱梁12两端焊有挡头13，防止锚杆钻机1滑出钢拱梁12范
围。调节步进机构的每次步进量与锚杆纵向间距相同，每次步进结束，完成一榀的锚杆支护
任务。

[0062] 实施例2

[0063] 作为本发明的一种典型的实施方式，本实施例公开了一种迈步自移式护顶支护方法，使用实施例1中所公开的装置，包括以下步骤：

[0064] 气胎充气；

[0065] 机构托梁上的气胎推动锚网贴近巷道顶部；锚杆钻机1进行一次锚杆施工；

[0066] 第一行走部抬起，收缩伸缩机构，第一行走部向前运动，运动结束后，落下，完成第一步步进；

[0067] 锚杆钻机1进行一次锚杆施工；

[0068] 抬起第二行走部，伸长伸缩机构，第二行走部向前运动，落下，完成第二步步进；

[0069] 锚杆钻机1进行一次锚杆施工；

[0070] 重复以上步骤，实现结构整体的液压步进。

[0071] 以某巷道为例，本实施例公开了整体的施工过程如下：

[0072] 第一步，将自移式护顶与锚支一体装置移动到工作区域，并向高耐压橡胶气胎内充气。掘进机开挖掌子面岩层形成巷道空间，并且自移式临时护顶与锚杆钻机一体化结构
与掘进机同步前进，此时巷道空间未支护；

[0073] 第二步，掘进完成后，降下自移式护顶与锚支一体装置，再将锚网放置在结构的托梁上方，整体抬升结构至巷道顶板下方，推动锚网贴紧巷道顶部；

[0074] 第三步，通过快速定位系统控制锚杆钻机到达所需的作业位置，迅速完成巷道顶部、帮部和侧壁的锚杆施工；

[0075] 第四步，完成当前的顶板支护后，稍微降下整体机构，为步进提供移动空间，并可添加新的锚网；

[0076] 第五步，利用液压步进系统带动整体结构向前运动，运动时，第一对支撑腿和第三对支撑腿抬起，收缩横梁9之间的液压油缸6，第一对支撑腿和第三对支撑腿共同向前运动，
运动结束后，落下支撑腿，添加锚网，抬升整体机构，使高耐压橡胶气胎顶紧凹凸不平的巷
道顶面，进行一次钻锚作业；

[0077] 第六步，接下来抬起第二对支撑腿和第四对支撑腿抬起，伸长横梁8之间的液压油缸6，第二对支撑腿和第四对支撑腿向前运动，运动到合适位置后，落下支撑腿，添加锚网，
抬升整体机构，使高耐压橡胶气胎顶紧凹凸不平的巷道顶面，进行一次钻锚作业。在自移式
护顶与锚支一体装置向前步进时，掘进机同步向前掘进。

[0078] 以上步骤循环作业，完成顶板的临时支护和初期支护。

[0079] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。