一 、本套專利發(fā)明在實際生產(chǎn)中的作用與意義
本套巷道綜合支護成套設(shè)備（井巷掘進用液壓支架）分為2項發(fā)明專利和1項實用新型專利。是由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設(shè)備。主要用于煤礦及非煤井工礦井的開拓掘進巷道支護、長壁式回采工作面上下安全出口超前支護、充填式開采綜合支護等生產(chǎn)場所?？梢耘c現(xiàn)有市場上所有掘進機、連采機配套作業(yè)。它能實現(xiàn)機械自動化支撐、移架、鋪網(wǎng)、架設(shè)鋼棚梁、打設(shè)錨桿錨索和灑水噴霧等一整套工序。
該套專利設(shè)備不僅具有支護性能好、強度高，移架速度快、安全可靠等優(yōu)點；更重要的是它突破了巷道掘進常規(guī)工序的互相制約的局限，實現(xiàn)了掘進中各個工序的平行作業(yè)，大大提高了掘進速度，減輕了人員的勞動強度，改善了整個掘進作業(yè)的工作環(huán)境和安全狀況。它的應(yīng)用將對增加掘進工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)起到顯著的作用，是掘進綜合機械化和自動化不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。
1.本套設(shè)備在煤礦掘進生產(chǎn)作業(yè)中的意義和價值
現(xiàn)在就將錨網(wǎng)噴漿掘進巷道常規(guī)施工藝流程與使用巷道掘進液壓支架式掘進綜合支護裝置進行綜合機械化掘進作業(yè)的工藝流程做一下比較。
（1）以常見的綜掘錨網(wǎng)噴工藝為例，下圖為目前常規(guī)綜掘錨網(wǎng)噴作業(yè)流程圖。因考慮到頂板及側(cè)幫煤巖牢固及人員安全，人員不能在沒有支護的環(huán)境中工作。當(dāng)巷道掘進作業(yè)一個循環(huán)時（一般為0.8-1.5米），必須停機進行臨時支護，然后進行永久支護。掘進和支護工序不能同步進行，在掘進時，支護工必須停止支護作業(yè)，而在支護時，掘進作業(yè)必須停止。
掘進作業(yè)和支護作業(yè)相互制約，嚴重影響了設(shè)備及人員的生產(chǎn)效率、掘進速度和單班掘進產(chǎn)量，從而影響企業(yè)效益。同時人員在臨時支護及永久支護作業(yè)時，存在高處墜落、頂板及側(cè)幫圍巖垮落傷人等安全風(fēng)險。
（2）使用本套巷道支護設(shè)備可以改變傳統(tǒng)掘進作業(yè)的流程，極大的提高掘進速度，減輕現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動強度，保障施工作業(yè)場所的安全。
本套巷道綜合支護設(shè)備（井巷掘進用液壓支架）與掘進機（連采機）沒有直接連接，可以全斷面對巷道進行支護。它以高壓液體為動力，隨著掘進面推進自動邁步式前移，其采用獨創(chuàng)的AB架結(jié)構(gòu)，在移架時可以始終保持工作面及掘進機、二運等設(shè)備所在巷道全斷面接頂支護。在其尾部布置有綜合支護平臺，平臺上面可以打錨桿、錨索，完成巷道永久支護。下圖為目前常規(guī)綜掘錨網(wǎng)噴掘進作業(yè)使用本套巷道綜合支護設(shè)備（掘進用液壓支架）后的作業(yè)流程圖，因為本套支護設(shè)備可以隨著掘進機迅速前移，所以掘進面迎頭空頂距很小，不用臨時支護，而且把整個永久支護環(huán)節(jié)放在整套設(shè)備尾部，所以掘進和支護互不影響，可以平行作業(yè)，使整個作業(yè)流程特別順暢，人員各司其職，設(shè)備使用率顯著提升。
與目前常規(guī)綜掘錨網(wǎng)噴作業(yè)流程相比，使用本套綜合支護設(shè)備（掘進用液壓支架）有效的提高設(shè)備綜合利用率，簡化了作業(yè)工序流程，使作業(yè)流程更加科學(xué)合理。保守的計算，可以將單班掘進產(chǎn)量提高2.5倍以上。同時極大地降低工作人員的勞動強度，加強了作業(yè)場所的安全條件。
2.本套設(shè)備作為長壁式回采工作面上下安全出口超前支護的使用意義與價值
煤礦采煤工作面為了保證安全，必須要在工作面上下安全出口20米內(nèi)進行有效的超前支護?，F(xiàn)在常用的超前支護有單體支柱+∏型鋼梁（鉸接鋼梁）支護方式和超前液壓支架等幾種方式。在這里簡單對比說明一下。
單體支柱+∏型鋼梁（鉸接鋼梁）是比較傳統(tǒng)的超前支護方式，每班至少需要4人操作，隨著工作面推進，全部人工打壓、搬運，勞動強度較大，而且支護質(zhì)量不高，有高壓液體傷人及支柱鋼梁傷人的安全隱患。超前液壓支架是2000年之后逐步出現(xiàn)，支護可靠性較好勞動強度不大。其不足之處主要是在其移架時空頂時間較長，如果遇到破碎頂板或突然來壓，可能出現(xiàn)漏頂及壓垮的危險因素。
本套設(shè)備以高壓液體為動力，隨著采煤工作面回采自動邁步式前移，其采用獨創(chuàng)的AB架結(jié)構(gòu)，在移架時可以始終保持所在巷道全斷面接頂支護，提高了安全性能，而且操作簡單，可以適應(yīng)各種地質(zhì)條件使用要求。
3 .本套設(shè)備與掘進機（連采機）配合進行充填開采前景與效益
充填開采可以對建筑物下及水體下的資源進行開采，目前國家政策對環(huán)保及生態(tài)保護的力度越來越大，這也是今后礦物開采的必選之路。本套設(shè)備可以與掘進機（連采機）配合完成充填開采，機動靈活，安全高效，效益顯著。（參照巷道掘進的介紹）
二、本套專利發(fā)明的內(nèi)容具體介紹
本套巷道綜合支護成套設(shè)備（掘進用液壓支架及支護平臺）為了實現(xiàn)其技術(shù)要求，整體為門式結(jié)構(gòu)。由主體支架、支護平臺、探水鉆機、自動鋪網(wǎng)裝置、液壓控制系統(tǒng)組成，支護平臺位于支護裝置的最后方，利用液壓千斤頂控制支護平臺的推移。
1.一種煤礦掘進支護裝置
本發(fā)明的主要目的是在現(xiàn)有技術(shù)條件下，提出一種煤礦掘進支護裝置，可以配套目前在用的各種型號掘進機作業(yè)，使得巷道掘進作業(yè)工藝流程更加順暢合理，省去了掘進巷道作業(yè)中超前支護工序。利用本套設(shè)備，可以在掘進機正常作業(yè)的狀態(tài)下完成支護工作，極大簡化了掘進作業(yè)流程，提高了掘進進度；通過獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計，一套設(shè)備可以滿足不同寬度、高度的矩形和梯形巷道的掘進配套要求，提高了設(shè)備的綜合利用率，減輕工人的勞動強度，提高了作業(yè)進度和安全性。
該煤礦掘進支護裝置為了實現(xiàn)其技術(shù)要求，整體為門式結(jié)構(gòu)。由主體支架、支護平臺、探水鉆機、自動鋪網(wǎng)裝置、液壓控制系統(tǒng)組成，支護平臺位于支護裝置的最后方，利用液壓千斤頂控制支護平臺的推移。
如附圖1所示，其中主體支架包括多部支架，每部支架在左右側(cè)底部都對稱縱向設(shè)置一個滑撬式底座，每側(cè)底座上各有2根垂向設(shè)置的立柱，所述立柱的底部與底座相連，所述立柱的頂部與支架上左右縱向設(shè)置的頂梁連接，頂梁上前后各有1處橫梁座，左右橫梁座上相對橫向安裝橫梁，橫梁上布置有用于安裝支撐順梁的順梁安裝座，順梁安裝座上安裝有支撐順梁，所述支撐順梁用于支撐巷道頂板。所述主體支架的多部支架在縱向上按照安裝順序暫定為奇數(shù)支架和偶數(shù)支架，奇數(shù)組支架的多部支架的支撐順梁之間通過輔助連接順梁鉸接在一起，同理，偶數(shù)組支架的多組支架的支撐順梁之間也通過輔助連接順梁鉸接在一起，兩種支架各自的順梁獨立鉸接，間隔布置，互不影響。兩種支架的多部支架在底座和頂梁處間隔縱向布置有推移機構(gòu)（油缸+萬向連接頭+銷軸），可以實現(xiàn)移架操作；兩種支架的支撐順梁在支護裝置的頂部在橫向上相互均勻間隔布置，兩種支架各自的順梁及連接順梁自成體系，從而使得兩種支架可以單獨移架而不互相干擾。在奇數(shù)組支架移架時，相鄰的偶數(shù)組支架的順梁可以可靠接頂支撐，確保頂板安全，同理，在偶數(shù)組支架移架時相鄰的奇數(shù)組支架也可以安全接頂支撐。其中所述橫梁采用可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，橫梁能根據(jù)巷道寬度來調(diào)整橫梁長度，橫梁分為左右端頭橫梁和中部橫梁，端頭橫梁端部有長圓鉸接孔，和頂梁的橫梁座鉸接；左右端頭橫梁為中空結(jié)構(gòu)，中部橫梁就安裝在里面，可以伸縮抽節(jié)插入長度，端頭橫梁和中部橫梁位置確定后通過橫梁限位裝置來限位固定。
附圖1
同理，橫梁也可以采用左右橫梁機構(gòu)，一根橫梁插入另一根橫梁內(nèi)部，根據(jù)巷道寬度調(diào)節(jié)橫梁組件長度。其中在位于支護裝置的底座上端有垂向引導(dǎo)豎梁，上口采用斜倒角結(jié)構(gòu)，可以安裝活動豎梁，豎梁機構(gòu)主要作用是為了限定支架只可以沿垂直的方向做升降運動；當(dāng)然也可以用平面四連桿機構(gòu)來實現(xiàn)上述要求。
其中在最前方的第一組支架（也就是1#支架）引導(dǎo)豎梁體前面焊接有探水鉆搖臂回轉(zhuǎn)座，在引導(dǎo)豎梁兩側(cè)肩部焊接有探水鉆機拉桿耳座，用來固定探水鉆機。也可以使用架柱式鉆機直接固定在位于支護裝置最前方的第一組支架的前立柱上，來完成探放水作業(yè)。其中在每組支架中，立柱支撐的兩根縱向頂梁在上有橫梁連接，在位于支護裝置最前方的第一組支架的頂梁靠近前進側(cè)有自動鋪網(wǎng)裝置安裝座，用來安裝自動鋪網(wǎng)輥軸。在此進行限定，本發(fā)明中所述的方向根據(jù)巷道前進方向確定，在巷道中，沿著巷道前進方向為縱向，在巷道截面中左右方向為橫向，豎直高度方向為垂向。
本發(fā)明提供的煤礦掘進支護裝置，不僅具有支護性能好、強度高，移架速度快、安全可靠等優(yōu)點；同時在任何一部支架移架時，相鄰支架可以全壓接頂支護，極大地提高了臨時支護移架時頂板的安全穩(wěn)定性能；最重要的是它突破了煤礦巷道掘進常規(guī)工序的互相制約互相影響的局限，實現(xiàn)了煤礦掘進中各個工序的平行作業(yè)，使用本發(fā)明可以將現(xiàn)有的巷道掘進速度保守的計算可提高2-3倍。減輕了一線人員的勞動強度，改善了整個掘進作業(yè)的工作環(huán)境。它的應(yīng)用將對增加掘進工作面掘進產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)起到不可估量的作用。因此，多功能液壓支架式掘進綜合支護裝置技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理，安全上可靠、必將成為掘進綜合機械化和自動化不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。
2.一種煤礦掘進支護裝置的支護作業(yè)平臺
本實用新型的主要目的是在現(xiàn)有技術(shù)條件下，提出一種煤礦掘進支護裝置的支護作業(yè)平臺，其能讓錨桿機安裝在支護作業(yè)平臺上，一個工人可以同時操作幾臺錨桿機，而且有很大的技術(shù)革新空間。不僅可以減輕工作人員的勞動強度，提高工作效率，同時可以更大程度的保證人員的安全。本巷道掘進支護裝置為了實現(xiàn)其技術(shù)要求，包括以下特征：
（1）.整體為橋式框架結(jié)構(gòu)，由底座、調(diào)節(jié)豎梁、豎梁、橫梁、縱梁、推移千斤頂、推移拉桿及錨桿機組成，其中底座用鋼板做成底靴式結(jié)構(gòu)，并在靠近工作面前進方向一側(cè)為滑撬設(shè)計，底座前后端的上部為角形鋼板連接座，與調(diào)節(jié)豎梁利用螺栓連接；
（2）.底座前豎 連接座下方為通透結(jié)構(gòu)，推移拉桿從這里穿過；底座后豎梁連接座下方有推移耳座，安裝有推移千斤頂，推移千斤頂?shù)幕钪屯埔评瓧U鉸接，推移拉桿和尾架推移耳座鉸接，推移千斤頂收縮時支護作業(yè)平臺前移；
（3）.角形鋼板連接座與調(diào)節(jié)豎梁連接，在其中間有若干組連接孔和豎梁用螺栓連接，可以調(diào)節(jié)整個工作平臺的高度；
（4）.工作臺使用四根豎梁，分列平臺的四角，上邊有連接橫梁和縱梁的連接孔矩陣分布，可以根據(jù)實際工況靈活調(diào)整工作臺底板的高度及角度；
（5）.左右橫梁用螺栓連接，工作臺設(shè)計有四組橫梁，分布在工作臺中部和頂部，中部橫梁上面安裝有工作臺底板和垂直錨桿機底座，頂部橫梁反向安裝，可以固定錨桿機的導(dǎo)向桿；縱梁沿著巷道走向安裝使用，工作平臺共使用四根縱梁，縱梁倆端各有一組連接孔，與豎梁用螺栓連接；
（6）.底板在工作臺中部橫梁中放置，操作人員站在底板上進行安裝錨桿、架設(shè)鋼梁等支護作業(yè)。其中底板為矩形結(jié)構(gòu)，中間安裝高強度金屬網(wǎng)；
（7）.為了適應(yīng)不同斷面使用，底板分為普通底板和調(diào)節(jié)底板，在底板放到橫梁上后，相互之間用螺栓在底板側(cè)面的連接固定孔處固定。其中推移千斤頂在完成推移工作后，在其液壓控制回路中布置短路閥門，使油缸處于失壓狀態(tài)，防止誤操作或前架移動時帶動工作臺移動損壞錨桿機。支護平臺是整套設(shè)備的重要組成部分，可以人工使用支護設(shè)備進行支護作業(yè)，也可以安裝自動錨桿機進行支護。
3.一種拱形斷面巷道掘進支護裝置
本發(fā)明的主要目的是在現(xiàn)有技術(shù)條件下，提出一種拱形斷面巷道掘進支護裝置，其能使得巷道掘進作業(yè)工藝流程更加順暢合理，提高掘進單班產(chǎn)量、設(shè)備的綜合利用率和作業(yè)安全性。
本項發(fā)明裝置的底部結(jié)構(gòu)與煤礦掘進支護裝置基本相同，兩側(cè)底座上沿著巷道側(cè)幫垂向設(shè)有立柱，立柱支撐整個支護裝置，兩側(cè)的立柱上部都連接有縱向的頂梁，頂梁上安裝拱形支護橫梁，拱形支護橫梁上設(shè)有多個鞍形順梁座，所述鞍形順梁座上縱向安裝有順梁，順梁支撐巷道頂板，拱形斷面巷道掘進支護裝置的拱形支護橫梁分為左右端頭橫梁及左右活動橫梁，左右端頭橫梁通過鉸接銷孔與支架頂梁的橫梁座鉸接在一起，端頭橫梁體內(nèi)斷面為空心結(jié)構(gòu)，活動橫梁安裝在端頭橫梁內(nèi)部，可以伸縮移動，利用限位銷軸穿過限位銷孔和活動橫梁的限位口限位鉸接。
架間間隔安裝有推移千斤頂，實現(xiàn)移架操作。其中左右活動橫梁安裝在端頭橫梁內(nèi)部利用限位調(diào)節(jié)機構(gòu)固定，左右端頭橫梁的鉸接銷孔為長圓孔，與左右頂梁對應(yīng)的橫梁座鉸接，左右活動橫梁的鉸接銷孔用銷軸鉸接；左右橫梁（端頭橫梁+活動橫梁）整體呈“人”字形布置，在左右活動橫梁端部鉸接，可以有效提高支護強度，增大支護寬度。其中在端頭橫梁的端部設(shè)有限位調(diào)節(jié)機構(gòu)，與活動橫梁可靠地限位固定，可以調(diào)節(jié)支架的橫梁寬度來滿足巷道施工寬度的要求，在端頭橫梁和活動橫梁底部矩陣布置有凹槽型的順梁座安裝限位口，可以通過定位銷軸安裝順梁座。其中還包括用于支撐順梁的多個鞍形順梁座，其騎跨在橫梁上，利用固定限位銷和橫梁限位口來與橫梁之間實現(xiàn)相互固定；多個鞍形順梁座可以根據(jù)位置不同，可以設(shè)置有5°、10°、15°、20°、25°、30°來調(diào)整鞍形順梁座5相對于橫梁的傾斜角度，鞍形順梁座通過順梁升降導(dǎo)桿和調(diào)節(jié)千斤頂支撐順梁。
其中還包括拱形斷面巷道掘進支護裝置中鞍形順梁座的可調(diào)順梁支撐補償機構(gòu)，在鞍形順梁座的一側(cè)為順梁補償調(diào)節(jié)千斤頂安裝座，補償調(diào)節(jié)千斤頂為十字軸形式，補償千斤頂?shù)募巛S通過卡座安裝在鞍形順梁座的側(cè)面，在安裝座上有固定壓板通過螺栓連接；補償千斤頂?shù)幕钪晚樍哼B接；在鞍形順梁座的另一側(cè)為順梁升降導(dǎo)向桿滑道，為矩形斷面上下通透結(jié)構(gòu)，上下口為斜角結(jié)構(gòu)；順梁升降導(dǎo)桿安裝在里面；順梁升降導(dǎo)向桿下端有突出的限位板，導(dǎo)桿的上端鉸接孔和順梁的輔助鉸接孔連接。在鞍形順梁座上端為補強筋板，下側(cè)有3組固定銷孔通過固定銷固定在橫梁上；為了防止橫梁受到不平衡支撐力，每根橫梁上相鄰的鞍形順梁座正反安裝。順梁補償調(diào)節(jié)機構(gòu)根據(jù)頂板狀況適當(dāng)調(diào)整支撐順梁的位置，及接頂支撐力，可以使支撐順梁全方位可靠支撐頂板。
三、市場前景與經(jīng)濟效益
如今煤炭市場雖然回暖，但是安全、環(huán)保和不斷上漲的人工成本是對所有涉煤企業(yè)的嚴峻考驗。創(chuàng)新是我們唯一的出路，危機也是一種機遇，現(xiàn)在就將本套專利技術(shù)的市場前景簡單介紹一下。
1.掘進與開拓是煤礦生產(chǎn)建設(shè)最基本的工作，掘進的速度與質(zhì)量直接關(guān)系到煤礦安全與效益，本套掘進支護裝置根據(jù)我們多年的煤礦生產(chǎn)經(jīng)驗結(jié)合煤礦的采掘技術(shù)歷時8年研究而成，其有效的解決了目前煤礦生產(chǎn)中的實際問題，降低了生產(chǎn)成本，提高了安全與設(shè)備的綜合利用率和單班產(chǎn)量，理順了生產(chǎn)的工序，加快了生產(chǎn)的進度，減輕了人員的勞動強度，同時有很大的技術(shù)改造升級的空間。
2.本套專利技術(shù)開創(chuàng)了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域，改變了煤礦掘進生產(chǎn)傳統(tǒng)的工序流程?？梢耘c現(xiàn)在通用的各種掘進設(shè)備配套使用，一套設(shè)備可以滿足不同斷面結(jié)構(gòu)和不同地質(zhì)條件及不同支護形式使用。這必將成為未來現(xiàn)代化煤礦機械化掘進的關(guān)鍵設(shè)備。
3.本套專利設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，正常掘進作業(yè)時間是傳統(tǒng)工藝流程的2.5倍?？紤]到其它因素，按2倍保守計算，目前煤巷掘進單價2000元/米以上，按照2000元計算，每天可以多掘進6-10米以上，每天可以多創(chuàng)造掘進產(chǎn)值12000元以上，煤礦企業(yè)投入使用后，在幾個月就可以收回投資成本。由于本套專利設(shè)備是全斷面接頂支護，極大的提高了掘進工作面的安全狀況，所創(chuàng)造的安全效益無法用現(xiàn)金來衡量。
4.在本套專利技術(shù)轉(zhuǎn)化和推廣的過程中，我們可以在每個地區(qū)選擇幾個樣板試點，邀請其他煤礦的人員現(xiàn)場推廣，讓煤礦企業(yè)真正看到本套設(shè)備的優(yōu)勢，那么推廣銷售應(yīng)該沒有問題。因為對于一個煤礦企業(yè)來說，只要真正的解決了他們的實際問題，提高了他們的實際經(jīng)濟利潤和安全效益，才是檢驗我們的產(chǎn)品優(yōu)劣唯一標(biāo)準。
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