一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备及控制方法与流程

1.本发明涉及综掘工作面机电装备领域，具体涉及一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备及控制方法，属于支护智能化装备范围。


背景技术：

2.随着我国煤矿综采工作面推进速度的加快，综合机械化煤巷成巷速度已成为制约工作面生产能力的重要因素。目前，煤矿中普遍存在掘进和支护速度慢、效率低、用人多、安全性差等问题，已严重制约采煤的需要，成为煤炭生产的瓶颈和痛点。因此，研制出安全、高效、可靠、快速的支护装备，改善掘进和支护施工工艺，提高成巷功效，势在必行。
3.近些年，综掘工作面智能装备的研发在掘进装备领域投入了大量的人力物力，取得了较大的突破，基本实现了掘进装备的自动化作业，掘进速度和效率大幅度提高。但是，相比之下，锚支护装备的发展较为缓慢。目前，超前支护装备多为单体液压支柱配合金属铰接顶梁或长钢梁结构。此类支护装备存在支架移动与安装工序复杂，人工操作步骤多，劳动强度大，支护速度慢等问题，已成为制约工作面推进提速的主要因素。为解决此类问题，以专利“cn208502820”、“cn110645034”、“cn111425233”、“cn113339026”为典型代表，提出超前支护装备由单体支护组件构成，各单体支护组件之间通过横向推移液压缸，实现装备的自移式移动。此类方案减缓了频繁使用人工拆卸、搬运、组装支护装备的难题，在一定程度上提高了支护的效率，减轻煤矿作业人员的劳动强度和降低煤矿工作人员伤亡事故的发生率。然而，其存在的缺陷仍然不可小觑，具体如下：
4.1)装备机动性能差，移架速度慢，作业效率低。
5.上述已公开超前支护装备的液压支架移架过程中，通过自身的横向推移油缸实现支护装备的位置移动。但是，由于支护工作面处于采动区，矿山压力变化剧烈，对巷道的平整度产生较大影响。因此，横向推移油缸推移的过程中存在较大阻力，容易造成支架倾斜，适应性不强。
6.2)超前支护装备对巷道顶板破坏严重，影响支护效果。
7.移架过程巷道顶板超前液压支柱频繁的卸压增压导致顶板围岩破碎，引起围岩的二次松动，破坏巷道岩侧的整体性，严重影响巷道支护的效果。同时，巷道顶部破碎松动的岩石随时可能脱落，给施工人员带来一定的安全隐患。
8.3)超前支护装备与掘进装备协同作业能力差，煤巷成巷总体工作效率不高。
9.上述已公开的超前支护装备，由于结构尺寸庞大，难以直接对掘进机截割面后的1
‑
2米巷道进行及时支护，不能实现与掘进装备之间的协同作业；进而使综掘工作面装备系统的总体工作性能无法得到充分的发挥，总体工作效率不高。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备，该装备自动化程度高、适应性强、运动灵活、便于操作，为上述背景技术提供了解决方案。
11.本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
12.一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备，包含滑移牵引系统、外侧支架系统、内侧支架系统、顶端支护系统、侧帮支护系统、辅助搬运及运料系统、锚固系统、液压动力单元；所述滑移牵引系统的滑移牵引绞盘装置安装在掘进机机体上，为整机前后移动提供牵引动力；所述内侧支架系统和所述外侧支架系统交替为所述顶端支护系统提供支撑作用；所述辅助搬运及运料系统安装在所述内侧支架系统内部，为所述顶端支护系统运输物料；所述锚固系统安装在所述外侧支架系统的尾部，与支护系统协同作业，完成巷道成形作业；所述液压动力单元安装在所述内侧支架系统的尾部，为所述锚支护一体化装备提供动力。
13.所述滑移牵引系统包括内绞盘、外绞盘、内侧前挂钩、外侧前挂钩、内侧后挂钩、外侧后挂钩。所述外绞盘、内绞盘装置为两个独立的牵引动力系统，分别安装在掘进机机体上，所述两个独立的滑移牵引绞盘装置通过牵引绳索分别与所述外侧前挂钩、内侧前挂钩、外侧后挂钩、内侧后挂钩连接；所述两个独立的滑移牵引绞盘装置的协同工作，完成内外侧支架的前后交替滑移牵引，从而实现整套锚支护装备的前进与后退运动。
14.所述外侧支架系统包括外侧纵梁、外侧液压外筒、外侧液压内筒、外侧支架底脚、外侧移动轮架、外侧移动轮、外侧中部横梁、外侧撑板、外侧顶部定位块。所述外侧纵梁上安装有所述外侧液压内筒、所述外侧液压内筒，所述外侧液压内筒底部安装有所述外侧支架底脚；所述外侧液压内筒上安装有外侧撑板完成对侧帮支撑液压缸的支撑；所述外侧纵梁上安装有所述外侧移动轮架，所述外侧移动轮安装在所述外侧移动轮架上，所述外侧移动轮用于实现外侧支架系统的滑动；所述外侧中部横梁安装在外侧纵梁上；所述外侧顶部定位块安装在所述外侧纵梁上，完成对顶部支撑的定位。
15.所述内侧支架系统包括内侧纵梁、内侧横梁、内侧液压外筒、内侧液压内筒、内侧支架底脚、内侧移动轮架、内侧移动轮。所述内侧纵梁上安装有所述内侧液压内筒、所述内侧液压外筒，所述内侧液压内筒底部安装有所述内侧支架底脚；所述内侧纵梁上安装有内侧移动轮架，内侧移动轮安装在所述内侧移动轮架上，所述内侧移动轮用于实现内侧支架系统的滑动；所述内侧横梁安装在所述外侧纵梁上。
16.所述顶端支护系统包括顶部支撑板、顶部支撑活塞杆、顶部支撑液压缸。所述顶部支撑液压缸安装在所述内侧横梁上，所述顶部支撑活塞杆与所述顶部支撑液压缸相互连接；所述顶部支撑活塞杆与所述顶部支撑板相互配合，完成顶部的支撑动作。
17.所述侧帮支护系统包括侧帮支撑板、侧帮导向件、侧帮支撑活塞杆、侧帮支撑液压缸。所述侧帮导向件安装在所述外侧纵梁上，所述侧帮支撑液压缸安装在所述外侧撑板上，所述侧帮支撑活塞杆安装在所述侧帮支撑液压缸上；所述侧帮支撑板安装在所述侧帮导向件上，配合所述侧帮支撑液压缸与所述侧帮支撑活塞杆完成对侧帮的支撑。
18.所述辅助搬运及运料系统包括传送装置、前端辅助搬运机械手臂、后端辅助搬运机械手臂。由于所述前端辅助搬运机械手臂和所述后端辅助搬运机械手臂结构相同，故仅以所述前端辅助搬运机械手臂为例进行详细叙述；所述前端辅助搬运机械手臂包括底座、旋转台、机械后臂、机械前臂、机械爪；所述底座安装在所述旋转台上，所述机械后臂安装于所述旋转台上，所述机械前臂与所述机械后臂相连，所述机械爪安装在所述机械前臂前端。
19.所述锚固系统包括锚固支撑座、锚固主动力系统、锚杆。所述锚固支撑座安装在所述外侧支架系统的尾部机架上，所述锚固主动力系统安装在所述锚固支撑座上，所述锚杆
安装在所述锚固主动力系统中的锚杆钻机上。
20.一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备，其行走过程特征包括以下步骤：
21.s1：整套装备的行走系统由所述内侧支架系统与所述外侧支架系统两个部分组成。初始状态时，所述外侧支架系统的撑地液压缸和所述内侧支架系统的撑地液压缸撑地。
22.s2：所述内侧支架系统准备移动时，所述内侧支架系统的顶部支撑液压缸收缩，使所述顶端支护系统落在所述外侧支架系统的支架上；随后，所述内侧支架系统的撑地液压缸收缩，所述内侧移动轮撑地。
23.s3：安装在掘进机机体上的所述内绞盘转动，通过牵引绳牵引所述内侧支架系统向前移动至设定距离。
24.s4：所述内侧支架系统停止滑移后，所述内侧支架系统的撑地液压缸伸出至撑地状态，所述内侧支架系统的顶部支撑液压缸伸出至支撑所述顶端支护系统；
25.s5：所述外侧支架系统准备移动时，所述侧帮支撑液压缸收缩，随后，所述外侧支架系统的撑地液压缸收缩，所述外侧移动轮撑地。
26.s6：安装在掘进机机体上的所述外绞盘转动，通过牵引绳牵引所述外侧支架系统向前移动至设定距离。
27.s7：所述外侧支架系统停止滑移后，所述外侧支架系统的撑地液压缸伸出至撑地状态，所述侧帮支撑液压缸伸出至侧帮支护状态。重复以上步骤即可实现整套设备的滑移行进。
28.一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备，其首尾交互支护过程特征包括以下步骤：
29.s1：整套装备处于初始状态时，所述外侧支架系统超前所述内侧支架系统一个支护距离。
30.s2：当所述外侧支架系统的最后一节的顶部支撑板完成支护作业后，对应的所述内侧支架系统的顶部支撑液压缸收缩，使所述顶部支撑板降低至指定高度。
31.s3：所述后端辅助搬运机械手臂将所述顶部支撑板拆下，并放置在所述内侧支架内部的所述传送装置上，由传送装置将顶部支撑板运送至设备前端。
32.s4：所述前端辅助搬运机械手臂将所述传送装置上的所述顶部支撑板取下，并搬运至装备最前端，从而实现顶部支撑板由支护最后一节移至支护第一节的作业。以此方式循环，最终实现对巷道顶部的首尾交互支护。
33.与现有的锚支护一体机相比，本发明的有益效果是：
34.1)本发明的行走系统采用交替滑移方式，行进平稳，避免了支护装备移动过程对巷道的损坏。
35.本发明中，通过安装在掘进机机体上的内外侧支架滑移牵引绞盘为整机的行进提供动力，爬坡能力强，可在地质条件较差的巷道中移动，适应性强。且整机移动过程中顶部支撑板保持静止状态，避免了传统超前支护装备移动过程中对巷道挤压破坏。
36.2)本发明的支护系统采用首尾交互支护方式，避免对巷道顶部的挤压破坏。
37.本发明的顶部支撑板采用模块化设计，当超前支护系统尾部完成支护后，通过后端辅助搬运机械手臂将顶部支撑板拆下，并放置在传送装置上，由传送装置将顶部支撑板运送至设备前端，再通过前端辅助搬运机械手臂将顶部支撑板安装在顶端支护系统中，从
而实现支护系统的首尾交互支护作业，避免了传统支护装备反复、重复支护对巷道顶部岩石层的破坏。
38.3)本发明掘进装备、支护装备、锚固装备高效协同作业，煤巷成巷总体工作效率高。
39.本发明整体采用“龙门式”结构，与掘进机互不干涉，可以实现同步作业，且装备本身集成了支护与锚固作业功能，因此本发明协同作业能力强，煤巷成巷总体工作效率高。
附图说明
40.图1本发明的整体结构右侧示意图；
41.图2本发明的整体结构左侧示意图；
42.图3本发明的整体结构后侧示意图；
43.图4本发明的外侧支架系统结构示意图；
44.图5本发明的外侧支架系统与内侧支架系统位置结构示意图
45.图6本发明的内侧支架系统结构示意图；
46.图7本发明的内侧支架系统及顶端支护系统结构示意图；
47.图8本发明的内侧支架系统及顶端支护系统结构局部示意图；
48.图9本发明的顶端支护系统顶部支撑板结构示意图；
49.图10本发明的侧帮支护系统结构示意图；
50.图11本发明的辅助搬运及运料系统传送装置结构示意图；
51.图12本发明的辅助搬运及运料系统机械手臂结构示意图；
52.图13本发明的锚固系统结构示意图；
53.图14本发明的液压动力单元结构示意图；
54.图中各标号表示为：1.滑移牵引系统；1
‑
1.内绞盘；1
‑
2.外绞盘；1
‑
3.内侧前挂钩；1
‑
4.外侧前挂钩；1
‑
5.内侧后挂钩；1
‑
6.外侧后挂钩；2.外侧支架系统；2
‑
1.外侧纵梁；2
‑
2.外侧液压外筒；2
‑
3.外侧液压内筒；2
‑
4.外侧支架底脚；2
‑
5.外侧移动轮架；2
‑
6.外侧移动轮；2
‑
7.外侧中部横梁；2
‑
8.外侧撑板；2
‑
9.外侧顶部定位块；3.内侧支架系统；3
‑
1.内侧纵梁；3
‑
2.内侧横梁；3
‑
3.内侧液压外筒；3
‑
4.内侧液压内筒；3
‑
5.内侧支架底脚；3
‑
6.内侧移动轮架；3
‑
7.内侧移动轮；4.顶端支护系统；4
‑
1.顶部支撑板；4
‑
2.顶部支撑活塞杆；4
‑
3.顶部支撑液压缸；5.侧帮支护系统；5
‑
1.侧帮支撑板；5
‑
2.侧帮导向件；5
‑
3.侧帮支撑活塞杆；5
‑
4.侧帮支撑液压缸；6.辅助搬运及运料系统；6
‑
1.传送装置；6
‑
2.前端辅助搬运机械手臂；6
‑2‑
1.底座；6
‑2‑
2.旋转台；6
‑2‑
3.机械后臂；6
‑2‑
4.机械前臂；6
‑2‑
5.机械爪；6
‑
3.后端辅助搬运机械手臂；7.锚固系统；7
‑
1.锚固支撑座；7
‑
2.锚固主动力系统；7
‑
3.锚杆；8.液压动力单元；9.掘进机。
具体实施方式
55.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
56.参见图1、图2、图3、图14，一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备，包含滑移牵引
系统1、外侧支架系统2、内侧支架系统3、顶端支护系统4、侧帮支护系统5、辅助搬运及运料系统6、锚固系统7、液压动力单元8；所述滑移牵引系统的滑移牵引绞盘装置安装在掘进机9机体上，为整机前后移动提供牵引动力；所述内侧支架系统3和所述外侧支架系统2交替为所述顶端支护系统4提供支撑作用；所述辅助搬运及运料系统6安装在所述内侧支架系统3内部，为所述顶端支护系统4运输物料；所述锚固系统7安装在所述外侧支架系统2的尾部，与支护系统协同作业，完成巷道成形作业；所述液压动力单元8安装在所述内侧支架系统3的尾部，为所述锚支护一体化装备提供动力。
57.参见图2、图3，所述滑移牵引系统包括内绞盘1
‑
1、外绞盘1
‑
2、内侧前挂钩1
‑
3、外侧前挂钩1
‑
4、内侧后挂钩1
‑
5、外侧后挂钩1
‑
6。所述外绞盘1
‑
2、内绞盘1
‑
1装置为两个独立的牵引动力系统，分别安装在掘进机9机体上，所述两个独立的滑移牵引绞盘装置通过牵引绳索分别与所述外侧前挂钩1
‑
4、内侧前挂钩1
‑
3、外侧后挂钩1
‑
6、内侧后挂钩1
‑
5连接；所述四个独立的滑移牵引绞盘装置的协同工作，完成内外侧支架的前后交替滑移牵引，从而实现整套锚支护装备的前进与后退运动。
58.参见图4、图5，所述外侧支架系统2包括外侧纵梁2
‑
1、外侧液压外筒2
‑
2、外侧液压内筒2
‑
3、外侧支架底脚2
‑
4、外侧移动轮架2
‑
5、外侧移动轮2
‑
6、外侧中部横梁2
‑
7、外侧撑板2
‑
8、外侧顶部定位块2
‑
9。所述外侧纵梁2
‑
1上安装有所述外侧液压内筒2
‑
3、所述外侧液压内筒2
‑
3，所述外侧液压内筒2
‑
3底部安装有所述外侧支架底脚2
‑
4；所述外侧液压内筒2
‑
3上安装有外侧撑板2
‑
8完成对侧帮支撑液压缸5
‑
4的支撑；所述外侧纵梁2
‑
1上安装有所述外侧移动轮架2
‑
5，所述外侧移动轮2
‑
6安装在所述外侧移动轮架2
‑
5上，所述外侧移动轮2
‑
6用于实现外侧支架系统2的滑动；所述外侧中部横梁2
‑
7和所述外侧顶部定位块2
‑
9安装在所述外侧纵梁2
‑
1上，完成对顶部支撑的定位。
59.参见图6，所述内侧支架系统3包括内侧纵梁3
‑
1、内侧横梁3
‑
2、内侧液压外筒3
‑
3、内侧液压内筒3
‑
4、内侧支架底脚3
‑
5、内侧移动轮架3
‑
6、内侧移动轮3
‑
7。所述内侧纵梁3
‑
1上安装有所述内侧液压内筒3
‑
4、所述内侧液压外筒3
‑
3，所述内侧液压内筒3
‑
4底部安装有所述内侧支架底脚3
‑
5；所述内侧纵梁3
‑
1上安装有内侧移动轮架3
‑
6，内侧移动轮3
‑
7安装在所述内侧移动轮架3
‑
6上，所述内侧移动轮3
‑
7用于实现内侧支架系统3的滑动；所述内侧横梁3
‑
2安装在所述外侧纵梁2
‑
1上。
60.参见图7、图8、图9，所述顶端支护系统4包括顶部支撑板4
‑
1、顶部支撑活塞杆4
‑
2、顶部支撑液压缸4
‑
3。所述顶部支撑液压缸4
‑
3安装在所述内侧横梁3
‑
2上，所述顶部支撑活塞杆4
‑
2与所述顶部支撑液压缸4
‑
3相互连接；所述顶部支撑活塞杆4
‑
2与所述顶部支撑板4
‑
1相互配合，完成顶部的支撑动作。
61.参见图10，所述侧帮支护系统5包括侧帮支撑板5
‑
1、侧帮导向件5
‑
2、侧帮支撑活塞杆5
‑
3、侧帮支撑液压缸5
‑
4。所述侧帮导向件5
‑
2安装在所述外侧纵梁2
‑
1上，所述侧帮支撑液压缸5
‑
4安装在所述外侧撑板2
‑
8上，所述侧帮支撑活塞杆5
‑
3安装在所述侧帮支撑液压缸5
‑
4上；所述侧帮支撑板5
‑
1安装在所述侧帮导向件5
‑
2上，配合所述侧帮支撑液压缸5
‑
4与所述侧帮支撑活塞杆5
‑
3完成对侧帮的支撑。
62.参见图11、图12，所述辅助搬运及运料系统6包括传送装置6
‑
1、前端辅助搬运机械手臂6
‑
2、后端辅助搬运机械手臂6
‑
3。由于所述前端辅助搬运机械手臂6
‑
2和所述后端辅助搬运机械手臂6
‑
3结构相同，故仅以所述前端辅助搬运机械手臂6
‑
2为例进行详细叙述；所
述前端辅助搬运机械手臂6
‑
2包括底座6
‑2‑
1、旋转台6
‑2‑
2、机械后臂6
‑2‑
3、机械前臂6
‑2‑
4、机械爪6
‑2‑
5；所述底座6
‑2‑
1安装在所述旋转台6
‑2‑
2上，所述机械后臂6
‑2‑
3安装于所述旋转台6
‑2‑
2上，所述机械前臂6
‑2‑
4与所述机械后臂6
‑2‑
3相连，所述机械爪6
‑2‑
5安装在所述机械前臂6
‑2‑
4前端。
63.参见图13，所述锚固系统7包括锚固支撑座7
‑
1、锚固主动力系统7
‑
2、锚杆7
‑
3。所述锚固支撑座7
‑
1安装在所述外侧支架系统2的尾部机架上，所述锚固主动力系统7
‑
2安装在所述锚固支撑座7
‑
1上，所述锚杆7
‑
3安装在所述锚固主动力系统7
‑
2中的锚杆钻机上。
64.一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备，其行走过程特征包括以下步骤：
65.s1：整套装备的行走系统由所述内侧支架系统3与所述外侧支架系统2两个部分组成。初始状态时，所述外侧支架系统2的撑地液压缸和所述内侧支架系统3的撑地液压缸撑地。
66.s2：所述内侧支架系统3准备移动时，所述内侧支架系统3的顶部支撑液压缸4
‑
3收缩，使所述顶端支护系统4落在所述外侧支架系统2的支架上；随后，所述内侧支架系统3的撑地液压缸收缩，所述内侧移动轮3
‑
7撑地；
67.s3：安装在掘进机9机体上的所述内绞盘1
‑
1转动，通过牵引绳牵引所述内侧支架系统3向前移动至设定距离；
68.s4：所述内侧支架系统3停止滑移后，所述内侧支架系统3的撑地液压缸伸出至撑地状态，所述内侧支架系统3的顶部支撑液压缸4
‑
3伸出至支撑所述顶端支护系统4；
69.s5：所述外侧支架系统2准备移动时，所述侧帮支撑液压缸5
‑
4收缩，随后，所述外侧支架系统2的撑地液压缸收缩，所述外侧移动轮2
‑
6撑地；
70.s6：安装在掘进机9机体上的所述外绞盘1
‑
2转动，通过牵引绳牵引所述外侧支架系统2向前移动至设定距离。
71.s7：所述外侧支架系统2停止滑移后，所述外侧支架系统2的撑地液压缸伸出至撑地状态，所述侧帮支撑液压缸5
‑
4伸出至侧帮支护状态。重复以上步骤即可实现整套设备的滑移行进。
72.一种首尾交互滑移式锚支护一体化装备，其首尾交互支护过程特征包括以下步骤：
73.s1：整套装备处于初始状态时，所述外侧支架系统2超前所述内侧支架系统3一个支护距离。
74.s2：当所述外侧支架系统2的最后一节的顶部支撑板4
‑
1完成支护作业后，对应的所述内侧支架系统3的顶部支撑液压缸4
‑
3收缩，使所述顶部支撑板4
‑
1降低至指定高度。
75.s3：所述后端辅助搬运机械手臂6
‑
3将所述顶部支撑板4
‑
1拆下，并放置在所述内侧支架内部的所述传送装置6
‑
1上，由传送装置6
‑
1将顶部支撑板4
‑
1运送至设备前端。
76.s4：所述前端辅助搬运机械手臂6
‑
2将所述传送装置6
‑
1上的所述顶部支撑板4
‑
1取下，并搬运至装备最前端，从而实现顶部支撑板4
‑
1由支护最后一节移至支护第一节的作业。以此方式循环，最终实现对巷道顶部的首尾交互支护。
77.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均
应涵盖在本发明的权利要求范围当中。