掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計

1、第26卷第3期2009年09月采礦與安全工程學報journal of mining & safety engineeringvol. 26 no. 3sep. 2009文章編號:1673 3363(2009) 03 0391 04掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計于勵民1,樊曉虹2,楊艷初3,劉云楷3,王忠青3(1.中平能化集團，河南平頂山 467092; 2.河南城建學院電氣與電子工程系，河南平頂山 467001;3.中國礦業(yè)大學 機電工程學院，江蘇徐州 221116)摘要：為了實現掘進頭前端 2 3 m空頂區(qū)超前臨時支架的自動化搭建，改變原來低效、安全隱患大的人工搭建模式，用新型

2、掘進巷道懸掛式邁步超前支架對空頂區(qū)頂板進行臨時支護.基于頂板錨桿懸掛理論，以錨桿為基點，采用自制圓形梁為軌道，以液壓力驅動3組機爪互為支點實 現超前支架在巷道頂部空間的邁步前移，采用具有頂板適應性的變運動方向平行四邊形機構作為超前支護機構，來實現超前支架的支護作業(yè).采用該超前支架，可大大提高支護強度和速度，防 止工人空頂作業(yè)，同時還能提高巷道空間的利用率，實現與掘進機等其他設備的并行作業(yè)，具有良好的經濟效益.關鍵詞：超前支護；空頂區(qū)；懸掛式；頂板適應性中圖分類號：td 353文獻標識碼：aa new design for preceding support of the h angingand

3、 striding pattern on l aneway roof12333yu li m ing , fan xiao hong , yang yan chu , liu yun kai , wang zho ng qing(1. zhongping energy chemical group, pingdingsan, henan 467092, china; 2. department of electrical and electronic engineering, henan university of urban constructio n, pingdingshan, h en

4、an 467001, china;3. school of mechatronic engineering , china university of m ining & technology, xuzhou, jiangsu 21116, china)abstract: in order to realize the auto matic building up of proceeding support for prov isional pro tection at the position of 2 to 3 meters in fro nt of the driving fac

5、e so as to change the built by man mode which is in efficie nt and highly dan gerous, we worked out a new precedi ng sup port has. being hung on the ian eway roof, this new support can provide pro visi onal protectio n for miners. based on the theo ry of hanging on ianeway roof with roof bolt and ta

6、king the bolt as base point, this new precedi ng support can work in the fr ee space o n the ian ew ay r oof, allo wing other equipments such as the entry driving machine wor k at the same time, thus impro ving the utilizing efficiency of the ianeway. on the cirques track of bolts, its thr ee groups

7、 of claw, which are drive n by hydraulic fo rce, work as fulcrums to one ano ther to push the support move forward. in additi on, a quadrilater al mecha nism which can adapt its directi on to the roof is used as the support. this machine will enhance the working efficiency , reduce the work in ten s

8、ity, and achieve better econo mic ben efit.key words: precedi ng support; un pro tected area; roof ha nging; roof adaptablility巷道掘進臨時支護對煤礦安全生產非常重要，煤礦安全規(guī)程規(guī)定:!掘進工作面到永久支護之收稿日期：2009 01 22基金項目：國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973）項目（2007cb209400）;高等學校學科創(chuàng)新引智計劃資助項目（b07028）作者簡介：于勵民（1955 ）,男，遼寧省沈陽市人，教授級高工，博士 ,從事煤礦機電方面的研究.e mail

9、: yycyy209 163. com tel: 0375 2724165© 1994-2010 china academic journal elccironic publishing house. all rights ncscrvtil. h（tp;aa第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計#8 9間,必須使用臨時支架或金屬前探支架，嚴禁空頂作業(yè)?1.目前礦井生產支護中，在掘進頭前端2 3m處空頂區(qū)搭建臨時支護，大都采用兩種方式： 一種是人工外延梁搭建方式，另一種是安全點柱式2臨時支護無論采用哪種方式，都存在勞動強度 大，操作復雜，耗時長，對頂板適應性差等弊端，同

10、 時工人在人工搭建臨時支護時仍存在空頂作業(yè)現 象,具有相當大的危險性，這也是造成煤礦事故多 發(fā)的一個重要原因3，嚴重影響了礦井的采掘效益 和工人的安全針對該現象，國內外已 有了一定的 研究和實 驗，如20世紀80年代末期潞安礦務局與煤科總院 太原分院聯合研發(fā)的幾種綜掘臨時支架、德國研制的單軌吊架棚機等4.但所設計的支架在適應性上 無有效的改善，結構和操作都相當復雜，未得到推 廣應用所以，目前超前支護在煤礦生產中還存在 著安全隱患，也是國內煤礦安全生產中急需要解決5的一大難題 .因此，研制一種適應性強、支護強度式的液壓支架需設有復雜的移動機構，且存在許多 其它的技術難題，如清理巷道的浮煤、與綜掘

11、機的 合理間隙、支護裝置的穩(wěn)定性等問題 6，使得該技 術存在很多弊端當今錨網支護高度發(fā)展，使頂板錨桿懸吊行走 技術成為可能錨網支護通過錨入圍巖內部的錨桿 和防護網來改變圍巖本身的力學狀態(tài)，形成一個整體而又穩(wěn)定的巖石帶，達到支護目的 .目前錨網 支護所采用的錨桿大都為左旋無縱筋金屬螺紋鋼錨桿，其直徑為20 36 mm，長度為2. 0 2. 5 m，頂錨桿間排距為 800 1 000 mm# 800 mm.實驗表明，該種錨桿可承受 8. 5 kn以上的作用力 該作用力完全可用來承受臨時支護的頂板壓力預設計的掘進巷道懸掛式邁步超前支架主要 由泵站、相互套接的工作臂和支護機構組成 .相互 套接的工作臂

12、懸吊在巷道頂板錨桿上互為支點 ，采用液壓缸推移，實現移架功能；支護機構采用液壓 力實現臨時支護.第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計#大、操作簡單、切實可行的自動化超前支架勢在必 行，這也是礦井安全生產中急需解決的課題.1方案分析目前礦井支護都采用傳統(tǒng)的沿巷道底板行走2方案設計設計的掘進巷道懸掛式邁步超前支架包括 ：- 套用于頂板適應性調整的懸掛式機爪、 一套用于支 架行走的懸掛式邁步機構和一套進行臨時支護的第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計#的模式，但是由于礦井巷道路面復雜，采用傳統(tǒng)?？勺冞\動方向的液壓支護機構.其方案如圖1.第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁

13、步超前支架的方案設計#1滑臂；2主臂；3伸縮臂；4驅動液壓缸；5驅動液壓缸；6平行臂支桿；7平行臂;8-支撐臂；9驅動液壓缸；10錨桿；11伸縮桿；12圓形梁；13巷道頂板圖1方案設計圖fig. 1 proposal design drawing第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計393© 1 >4-2010 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved.該超前支架通過與巷道頂板錨桿連接的圓形 梁為軌道，以3組懸掛式機爪互為支點進行邁步前 行，實現支架在巷道中的移動

14、.前端設有液壓驅動 的支護機構，可進行臨時支護.本超前支架的主要技術參數為：支架總 重：340 kg ;支架 長度：3 000 3 800 mm;支護長度：1 600 mm（為兩組錨桿的排距）;支 護寬度：2 500 mm;每組機爪邁步距離 ：750 850 mm;支撐液壓缸初撐力：628 kn;支護強度:41kn/ m ;支護調節(jié)高度：250 mm.現對整個超前支架的各部分進行介紹：1）圓形梁圓形梁為本超前支架移動軌道，其安裝在可調 節(jié)高度的伸縮桿上.伸縮桿與 錨桿的外露端 相旋 接,可調節(jié)圓形梁的水平度.保證超前支架軌道的 水平，以克服巷道頂板的凹凸不平.2）懸掛式機爪組懸掛式機爪組為本超

15、前支架移動的支點.機爪http;.net第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計#采用人力張開，彈簧復位，并采用安全鉤對機爪進狀態(tài)1為超前支架工作狀態(tài)，此時進行巷道臨第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計#行安全鎖定，防止機爪意外張開其結構如圖2.1手輪；2機爪滑塊；3鏈條；4右機爪;5復位彈簧；6左機爪；7安全鉤時支護作業(yè)，3組機爪同時抓合,共同承 受臨時支 護端的頂板壓力作用狀態(tài)2為邁步前行第一步，通過液壓缸驅動機 爪3向前躍進一個錨桿位置.狀態(tài)3為邁步前行第二步，通過液壓缸驅動機 爪1前行一個錨桿位置，到達和機爪2重合位置.狀態(tài)4為邁步前行第三步，通過液壓缸驅動

16、機 爪2前行一個錨桿位置，到達原來機爪 3的位置， 此時整個超前支架前行了一個錨桿位置，可進入下一個工作狀態(tài)超前支架的這種邁步行走方式為三步式法 ，即 通過循環(huán)的三次邁步來實現超前支架的移動這種方式在邁步過程中可同時保證有兩組機爪有抓合 作用，能保證超前支架自身的平穩(wěn)性4）支護機構超前支架的支護機構不僅具有臨時支護的功第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計395狀態(tài)j圖2懸掛式機爪fig. 2 hang ing pawl機爪組還設有手輪調節(jié)裝置，可手動調節(jié)機爪 的上下位置，以進一步對頂板凹凸進行調節(jié)，增強超前支架的頂板適應性3）邁步行走方案本超前支架在井下采用懸掛式邁步行走，其原

17、 理是以3組機爪組互為 支撐點，兩兩相互交替抓 合，實現懸掛式邁步前行或后退整個支架邁步行走分為3個狀態(tài)，如圖3所示能，還能輔助錨網支護進行金屬網的鋪設由液壓力驅動的支護機構的初撐力可達到460 kn，支護強度為30 kn/ m2,能滿足對臨時支護頂板壓力的 要求支護機構是一個變自由度平行四邊形機構，如圖4 所示當在狀態(tài)1時，進行人工金屬網的安裝工作 , 金屬網安裝在下垂的支撐臂上，通過變自由度機構實現從狀態(tài)1上升到狀態(tài)2,此時在進行臨時支護 的同時也將金屬網架設在了巷道頂板上變自由度平行四邊形機構可實現支撐臂旋轉運動和平行運動兩種狀態(tài)當進行支護時，支撐臂平行上抬和下降，當進行安裝金屬網時，支

18、撐臂是 旋轉下降這樣能同時滿足人工安裝金屬網的便捷 和進行支護時對頂板的適應性第3期于勵民等：掘進巷道懸掛式邁步超前支架的方案設計3971機爪1； 2機爪2； 3機爪3圖3邁步行走狀態(tài)圖fig. 3 state of auto moving© 110 china academic joamal electronic pul5）液壓系統(tǒng)設計本超前支架采用液壓力作為驅動力進行作業(yè) 共有兩組邁步液壓缸，一組支護液壓缸，三組液壓 缸均進行單獨作業(yè)，故采用三組三位四通手動換向 閥分別對其進行控制液壓系統(tǒng)如圖5所示支護液壓缸上安有液壓鎖，可在任意位置鎖緊 液壓缸，使其承受頂板壓力airrignl

19、ji reserved. hnpyaki支護械莊缸務訓憶1:梅軸2b圖5超前支架液壓系統(tǒng)仿真fig. 5 hydraulic simulat ion of supporta a q bbr11ph t 110.0()id-i在進行機爪2的移動時，兩組移動液壓缸需共 同作用，此時很難調節(jié)兩缸的行程.將移動缸2的滑閥機能為y型,則此時移動缸2的前后腔與油箱相連，兩端壓力為零10,移動缸2可任意伸縮. 利用移動缸1的作用力即可驅動缸2的移動.3結論1）本超前支架可用于掘進頭前端2 3 m空頂區(qū)臨時支架搭建的自動化，可提高臨時支架搭建 效率,操作時，只需3名工人即可作業(yè)；其搭建強度 大，又能杜絕工人空

20、頂作業(yè)，確保安全生產.2）采用伸縮桿和機爪組的手輪調節(jié)裝置可進 行頂板適應性調整，以適應井下凹凸不平的頂板.3）整個支架在巷道頂部進行作業(yè)，可實現與掘進機的并行作業(yè).超前支架的液壓站設計為雪橇 式底座，方便移動，或可直接安置于掘進機上.參考文獻：1 王加升，蘇紅偉.錨網巷道前探支護方法j.西部探 礦工程，2004, 8(11): 35.wan g jia shen, su h ong wei. m ethod of pre sup劭 port in laneway with anchor support j. jwestchinaexplor ation engineer ing, 2004,

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