阅读说明：本技术 一种架棚型机载式临时支护装置 (Shed-erecting type onboard temporary supporting device ) 是由 顾天祥 吕彪 孟凡刚 王新建 于 2019-12-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及煤矿巷道顶板支护机械,具体为一种架棚型机载式临时支护装置。该支护装置安装于掘进机截割部上,该支护装置设有上下双层梁结构支护架体和后垂直升降支撑装置,在掘进机截割部保护筒与支护架体之间加装有前垂直升降支撑装置。该支护装置通过加长销轴与掘进机截割部进行连接,该装置通过加长销轴安装于掘进机截割部上面,与掘进机截割部形成机载式连接。本发明具有收缩伸展、垂直升降、顶板支护架体二次施压、左右侧偏转升降等作业选择方式,使井下巷道顶板人工支护劳动转化成机械化操作控制,解决掘进机与临时支护装置分体工作造成的时间上的浪费,危险性高,以及工人的劳动强度大等问题。(The invention relates to a coal mine tunnel roof supporting machine, in particular to a shed-erecting type onboard temporary supporting device. The supporting device is arranged on a cutting part of the development machine, the supporting device is provided with an upper and lower double-layer beam structure supporting frame body and a rear vertical lifting supporting device, and a front vertical lifting supporting device is additionally arranged between a protective barrel of the cutting part of the development machine and the supporting frame body. The supporting device is connected with a cutting part of the heading machine through a lengthened pin shaft, and the supporting device is installed on the cutting part of the heading machine through the lengthened pin shaft and is connected with the cutting part of the heading machine in a machine-mounted mode. The invention has the operation selection modes of contraction and extension, vertical lifting, secondary pressure application of a top plate supporting frame body, left-right deflection lifting and the like, converts manual supporting work of the top plate of the underground roadway into mechanical operation control, and solves the problems of time waste, high danger, high labor intensity of workers and the like caused by the split work of the tunneling machine and the temporary supporting device.)

一种架棚型机载式临时支护装置

技术领域

本发明涉及煤矿巷道顶板支护机械，具体为一种架棚型机载式临时支护装置，它是在现有掘进机上附加的机械式临时支护方式，是二机合一的机载式临时支护装置。

背景技术

掘进机巷道掘进后的支护工作，是一项艰苦复杂而又效率极低的工作，主要原因是掘进机与锚杆支护分体式工作，造成大量的时间浪费，人工支护不但劳动强度大，而且效率低，矿工站在裸露的顶板下面工作，危险性非常高。所以，一种能够替代人工操作的“机载式临时支护装置”就成为矿工梦寐以求的产品。

目前，国内煤矿普遍采用的支护方式大体分为窜管和支柱加横梁两种结构方式。矿工劳动强度大、支护时间长，已是呈现在人们眼前不争的事实，加之支护面积小，护顶力差，也是导致易发生顶板沉降和变形的又一原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安装于掘进机上面的架棚型机载式临时支护装置，解决现有技术中存在的矿工劳动强度大、支护时间长，以及支护面积小、护顶力差等问题。

本发明的技术方案是：

一种架棚型机载式临时支护装置，该支护装置安装于掘进机截割部上，该支护装置设有上下双层梁结构支护架体和后垂直升降支撑装置，在掘进机截割部保护筒与支护架体之间加装有前垂直升降支撑装置。

所述的架棚型机载式临时支护装置，该支护装置通过加长销轴与掘进机截割部进行连接，该装置通过加长销轴安装于掘进机截割部上面，与掘进机截割部形成机载式连接。

所述的架棚型机载式临时支护装置，该架棚型机载式临时支护装置包括：后垂直升降支撑装置、前垂直升降支撑装置、支护架体、前垂直升降支撑装置底座、垂直翻转油缸、加长销轴一、加长销轴二，具体结构如下：

在掘进机截割部与支护架体之间安装后垂直升降支撑装置、前垂直升降支撑装置，垂直翻转油缸和后垂直升降支撑装置的一端分别安装于掘进机截割部的加长销轴一、加长销轴二上，垂直翻转油缸的一端安装于加长销轴一上，垂直翻转油缸的另一端与后垂直升降支撑装置上的耳环连接；后垂直升降支撑装置的一端安装于加长销轴二上，后垂直升降支撑装置的另一端与支护架体的后部连接，后垂直升降支撑装置上设置垂直升降油缸；在掘进机截割部保护筒处箍焊前垂直升降支撑装置底座，前垂直升降支撑装置的一端与前垂直升降支撑装置底座铰接，前垂直升降支撑装置的另一端与支护架体的前部连接，前垂直升降支撑装置上设置垂直升降油缸。

所述的架棚型机载式临时支护装置，支护架体包括：型钢卡槽、推举油缸、下层梁内筒、连杆、下层梁油缸、外层连接梁、内层连接梁，具体结构如下：

下层梁油缸的两端分别安装下层梁内筒作为一组伸缩梁，三组伸缩梁并排平行设置，相邻两组伸缩梁之间分别通过两根内层连接梁和两根外层连接梁连接，两根内层连接梁位于中部，两根外层连接梁位于两端，形成下层梁框架结构；相对的外层连接梁中部分别设置两组型钢卡槽，每组型钢卡槽上安装一根型钢，使两根型钢相对平行设置于下层梁框架结构上；内层连接梁上分别设置推举油缸，推举油缸的顶部与型钢连接。

所述的架棚型机载式临时支护装置，每组伸缩梁上分别安装一组弹簧弓板，每组弹簧弓板为一根弹簧弓板一和两根弹簧弓板二组合结构，位于中间的弹簧弓板一两端分别伸至弹簧弓板滑槽内、并与弹簧弓板滑槽通过螺栓连接，位于两侧的弹簧弓板二一端分别伸至弹簧弓板滑槽内、并与弹簧弓板滑槽滑动配合，弹簧弓板二的另一端与下层梁框架结构上的连杆连接，连杆与下层梁框架结构铰接。

所述的架棚型机载式临时支护装置，弹簧弓板的横截面为矩形、拱形或梯形。

所述的架棚型机载式临时支护装置，一组相对设置的内层连接梁之间通过连接件安装两个弧形板和十字轴连接结构，这两个弧形板和十字轴连接结构与前垂直升降支撑装置铰接；一组伸缩梁上安装两个弧形板和十字轴连接结构，这两个弧形板和十字轴连接结构与后垂直升降支撑装置铰接。

所述的架棚型机载式临时支护装置，弧形板和十字轴连接结构包括弧形板、十字轴，设置于支护架体上的弧形板设置于十字轴的顶部，十字轴的竖向轴与支护架体铰接，十字轴的横向轴与前垂直升降支撑装置或后垂直升降支撑装置铰接，在前垂直升降支撑装置或后垂直升降支撑装置的带动下，弧形板与十字轴之间通过面接触滑动配合。

所述的架棚型机载式临时支护装置，型钢为工字钢、梁槽钢或29U型钢。

本发明的有益效果是：

1、本发明机载式临时支护装置为模块化设计，结构紧凑，具有独立性，可在各种型号掘进机上配套使用，增加掘进机的超前支护功能。

2、本发明机载式临时支护装置把矿工从艰苦、危险的环境中解脱出来，让井下最危险的人工劳动实现机械化操作。

3、本发明机载式临时支护装置将使巷道综掘进尺效率得到大幅度的提高。

4、本发明机载式临时支护装置设计合理、灵活简便，可以适用于多种巷道的支护要求，并且具有真正的超前支护功能，能够完成巷道掘进与机械化支护连续性工作，不但提高掘、护效率，同时也提高矿工井下作业的安全性，而且也极大地降低操作者的劳动强度。

5、本发明机载式临时支护装置通过定位销轴与掘进机截割部进行连接，采用前垂直升降支撑装置，完全实现超前支护的根本意义。

6、本发明机载式临时支护装置，利用掘进机液压泵站，采用全液压驱动控制，简化整机的结构，最大程度地降低整机的空间尺寸。

7、本发明机载式临时支护装置，通过定位销轴安装于掘进机截割部两侧，与掘进机截割部形成机载式连接。该装置具有支护架体侧翼伸缩、升降、超前支护等功能，特别是该“支护装置”在前探梁部分加装“前垂直升降支撑方式”，不仅能完成一般巷道的临时性支护，对于迎头空顶区域易发生变形和沉降离层的巷道，同样适用于超前支护。

附图说明

图1-图3为本发明机载式临时支护装置三视图；其中，图1为主视图，图2为俯视图，图3为侧视图。

图4-图6为本发明机载式临时支护装置的支护架体图；其中，图4为主视图，图5为俯视图，图6为侧视图。

图7为本发明机载式临时支护装置正常工作状态示意图。

图8为本发明机载式临时支护装置非正常工作状态之一示意图。

图9为本发明机载式临时支护装置非正常工作状态之二示意图。

图10为本发明弧形板和十字轴连接结构示意图。

图中，1、后垂直升降支撑装置，2、前垂直升降支撑装置，3、支护架体，4、前垂直升降支撑装置底座，5、垂直翻转油缸，6、型钢，7、加长销轴一，8、加长销轴二，9、截割部保护筒，10、掘进机截割部。31、型钢卡槽，32、弧形板和十字轴连接结构，33、弹簧弓板滑槽，34、推举油缸，35、弹簧弓板一，36、弹簧弓板二，37、下层梁内筒，38、连杆，39、下层梁油缸，310、外层连接梁，311、内层连接梁，321、弧形板，322、十字轴。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明架棚型机载式临时支护装置安装于掘进机截割部10上，通过加长销轴(加长销轴一7、加长销轴二8)与掘进机截割部10进行连接，该装置通过加长销轴安装于掘进机截割部10上面，与掘进机截割部10形成机载式连接。在掘进机截割部10与支护架体3之间加装前垂直升降支撑装置2，采用前垂直升降支撑装置2，完全实现超前支护的根本意义。

该架棚型机载式临时支护装置主要包括：后垂直升降支撑装置1、前垂直升降支撑装置2、支护架体3、前垂直升降支撑装置底座4、垂直翻转油缸5、加长销轴一7、加长销轴二8等，具体结构如下：

在掘进机截割部10与支护架体3之间安装后垂直升降支撑装置1、前垂直升降支撑装置2，垂直翻转油缸5和后垂直升降支撑装置1的一端分别安装于掘进机截割部10的两个销轴上(加长销轴一7、加长销轴二8)，垂直翻转油缸5的一端安装于加长销轴一7上，垂直翻转油缸5的另一端与后垂直升降支撑装置1上的耳环连接，垂直翻转油缸5作用时，将前垂直升降支撑装置2、后垂直升降支撑装置1推向垂直或向掘进机截割头处形成一定偏转，同时带动支护架体3前移升高。后垂直升降支撑装置1的一端安装于加长销轴二8上，后垂直升降支撑装置1的另一端与支护架体3的后部连接，后垂直升降支撑装置1上设置垂直升降油缸。在掘进机截割部保护筒9处箍焊前垂直升降支撑装置底座4，前垂直升降支撑装置2的一端与前垂直升降支撑装置底座4铰接，前垂直升降支撑装置2的另一端与支护架体3的前部连接，前垂直升降支撑装置2上设置垂直升降油缸，支护架体3的顶部平行相对设置型钢6。

本发明在掘进机截割部10与支护架体3的前部分之间加装前垂直升降支撑装置2，使得其真正具有超前支护功能，使其既适用于一般性巷道，也适用于易发生变形和沉降离层的巷道使用。前垂直升降支撑装置2采用垂直升降支撑结构，前垂直升降支撑装置2与支护架体3的连接采用弧形板和十字轴连接结构32，该种连接结构克服由于掘进机截割部保护筒9需有550mm伸缩量的使用要求，既满足前者，又实现前垂直升降支撑方式的合理安装。

如图4-图6所示，本发明支护架体3主要包括：型钢卡槽31、弧形板和十字轴连接结构32、弹簧弓板滑槽33、推举油缸34、弹簧弓板一35、弹簧弓板二36、下层梁内筒37、连杆38、下层梁油缸39、外层连接梁310、内层连接梁311等，具体结构如下：

下层梁油缸39的两端分别安装下层梁内筒37作为一组伸缩梁，三组伸缩梁并排平行设置，相邻两组伸缩梁之间分别通过两根内层连接梁311和两根外层连接梁310连接，两根内层连接梁311位于中部，两根外层连接梁310位于两端，形成下层梁框架结构。

相对的外层连接梁310中部分别设置两组型钢卡槽31，每组型钢卡槽31上安装一根弧形型钢6，使两根型钢6相对平行设置于下层梁框架结构上。内层连接梁311上分别设置推举油缸34，推举油缸34的顶部与型钢6连接。

每组伸缩梁上分别安装一组弹簧弓板，每组弹簧弓板为一根弹簧弓板一35和两根弹簧弓板二36组合结构，位于中间的弹簧弓板一35两端分别伸至弹簧弓板滑槽33内、并与弹簧弓板滑槽33通过螺栓连接，位于两侧的弹簧弓板二36一端分别伸至弹簧弓板滑槽33内、并与弹簧弓板滑槽33滑动配合，弹簧弓板二36的另一端与下层梁框架结构上的连杆38连接，连杆38与下层梁框架结构铰接。

一组相对设置的内层连接梁311之间通过连接件安装两个弧形板和十字轴连接结构32，这两个弧形板和十字轴连接结构32与前垂直升降支撑装置2铰接。一组伸缩梁上安装两个弧形板和十字轴连接结构32，这两个弧形板和十字轴连接结构32与后垂直升降支撑装置1铰接。

如图10所示，弧形板和十字轴连接结构32包括弧形板321、十字轴322，设置于支护架体3上的弧形板321设置于十字轴322的顶部，十字轴322的竖向轴与支护架体3铰接，十字轴322的横向轴与前垂直升降支撑装置2(或后垂直升降支撑装置1)铰接，在前垂直升降支撑装置2(或后垂直升降支撑装置1)的带动下，弧形板321与十字轴322之间通过面接触滑动配合。

该支护架体3分为上、下两层梁式结构形式，其具体表现为：

1、下层梁

下层梁的前部加装前垂直升降支撑装置2，同时也实现超前支护的根本意义，不但可以支护一般巷道或顶板较低巷道，也满足于易发生变形和沉降离层巷道超前支护的使用要求，该设备使井下巷道顶板人工支护劳动转化成机械化操作控制，解决掘进机与临时支护分体工作造成的时间上的浪费，同时也解决矿工劳动强度大、空顶作业危险性高等问题。

2、上层梁

⑴上层梁设计有可满足不同型钢6(工字钢、梁槽钢或29U型钢)形式的型钢卡槽31，型钢卡槽31开口处尺寸略大于型钢参数尺寸，满足支护作业时进行细微调整。

⑵上层梁设计有可满足不同巷道(矩形、拱形、梯形)形式的弹簧弓板(弹簧弓板一35、弹簧弓板二36)作为接顶所用，避免之前采用方管接顶时由于顶板不平造成方管损坏的情形发生。

3、双层梁连接装置

⑴上、下层梁间的连接采用四组推举油缸34(千斤顶)和可进行位移、偏转的连杆38进行连接。

⑵由于该支护架体具有支护面积可伸展功能，下层梁内安装有三组可进行伸缩的双出头液压油缸，支护架体伸缩时，液压油缸活塞杆带动下层梁内筒37——下层梁内筒37带动连杆38——连杆38带动弹簧弓板二36，弹簧弓板二36另一端安装在弹簧弓板滑槽33内。

⑶上、下层梁间四组推举油缸34(千斤顶)采用左前+左后或右前+右后为同一组油路连接方式，当遇有煤矿井下综掘巷道产生俗称“阴阳腿”状况时，通过油路切换控制系统，可有效地解决由此产生的顶板支护产生倾斜现象的发生。

⑷上层梁结构采用两组梁通过销轴插接组合为一体化结构方式，当遇有顶板条件易碎不适合同时支护两架梁时，可方便地将两组合梁拆装形成一架梁进行顶板支护作业，极大地满足同一煤矿不同煤层作业的需要。

如图1-图6所示，本发明的安装过程如下：

1.将原掘进机截割部10的销轴(销轴-Ⅰ和销轴-Ⅱ)加长后，形成加长销轴(加长销轴一7、加长销轴二8)，将垂直翻转油缸5和后垂直升降支撑装置1分别安装于掘进机截割部10的两个销轴(加长销轴一7、加长销轴二8)处。

2.在掘进机截割部10的保护筒上截割部保护筒9箍焊前垂直升降支撑装置底座4后，安装前垂直升降支撑装置2。

3.将前垂直升降支撑装置2、后垂直升降支撑装置1的另一端分别接于支护架体3上。

本发明的工作过程如下：

一、正常支护(图7)

(1)掘进机工作完成后，根据不同巷道的高度和宽度，将掘进机停在适当的位置，为本发明架棚型机载式临时支护装置的工作做好准备。

(2)根据巷道空顶所需，将支护架体3的侧伸缩梁(下层梁油缸39带动下层梁内筒37)伸出，将29U型钢6(或其他种类型钢)安放在支护架体3的型钢卡槽31内，通过调整垂直翻转油缸5和前垂直升降支撑装置2、后垂直升降支撑装置1的垂直升降油缸，将支护架体3上的型钢6停留在待支护区域距顶板约100mm处，经左右略微偏移调整后，操作多路阀(推举油缸34)将型钢6推举在顶板上，并施以一定预支撑力后(预支撑力大小根据矿工艺技术要求，本发明装置设计为10～30kN)，由工人将支撑腿通过卡缆连接到主承重型钢上，从而完成巷道的支护工作。此时，位于顶部的型钢与位于侧面的两个支撑腿之间分别通过卡缆连接，两个卡缆点在一条水平线上，型钢与支撑腿对称位于竖向的中线两侧。

(3)支护工作完成后，将支护架体3及前垂直升降支撑装置2、后垂直升降支撑装置1收回，掘进机即可立即投入工作，使得巷道掘进开采得以连续性工作。

二、巷道倾斜状态支护(图8、图9)

国内某些采用架棚梁支护的煤矿综掘巷道在开采过程中由于受巷道条件影响，某些区段会产生巷道倾斜的现象的出现，矿工在进行完棚腿安装作业后，往往会出现如图8或图9煤矿俗称“阴阳腿”现象的发生。为避免此种现象的出现，矿工们往往采取将腿高的一侧棚腿柱向下挖，直至达到和另外一侧水平深度后，然后再将型钢主架体落下，造成工人劳动强度上的增加，以及大量时间上的浪费，且矿工需站在空顶区域下面进行作业，安全也得不到充分保障。

针对这一问题，本发明架棚型机载式临时支护装置支护架体的上、下层梁间四组推举油缸34(千斤顶)采用左前+左后或右前+右后为同一组油路连接方式，当遇有煤矿井下综掘巷道产生俗称“阴阳腿”状况时，通过液压油路的切换控制系统，迫使型钢主架体人为地向另外一侧倾斜，直至主架梁水平为止，有效地解决由此产生的顶板支护产生倾斜现象的发生。此时，位于顶部的型钢与位于侧面的两个支撑腿之间分别通过卡缆连接，两个卡缆点不在一条水平线上，型钢与支撑腿没有对称位于竖向的中线两侧。从而，根据巷道具体情况及时调整型钢的角度，达到型钢与支撑腿的充分有效连接。

结果表明，本发明涉及煤矿架棚型巷道顶板支护机械，具体为一种“架棚型机载式临时支护装置——型钢型(29U型钢、工字钢、梁槽钢或其他)”，该设备使井下巷道顶板人工支护劳动转化成机械化操作控制，解决掘进机与临时支护装置分体工作造成的时间上的浪费，危险性高，以及工人的劳动强度大等问题。本发明架棚型机载式临时支护装置通过定位销轴安装于掘进机截割部上面，与掘进机形成一体化连接，该“支护装置”具有收缩伸展、垂直升降、顶板支护架体二次施压、左右侧偏转升降及视巷道顶板条件随机性单架梁或双架梁作业选择方式，特别是该“支护装置架体”与巷道顶板的受力方式采用弹簧弓板接触方式，使“支护装置”的受力状态得到根本改变，从而真正地实现国内煤矿对于采用型钢作为架棚型支护作业生产的需要。