软煤掘进U型棚机械化安装护顶装置的制作方法

本实用新型属于矿山工程设备技术领域，涉及一种用于软煤掘进的辅助作业设备，特别涉及一种能够对软煤巷道掘进工作面新暴露顶板进行及时、有效支护，可实现U型棚的机械化安装，作业效率高，占用巷道空间小，移动稳定、使用安全可靠的软煤掘进U型棚机械化安装护顶装置。

背景技术：

目前，软煤开采巷道的掘进支棚工艺一般是：掘进0.6～0.7m后停机，通过完全人工的作业方式、利用U型棚及锚网对掘进巷道进行支护；然后再开机掘进，如此循环作业。这种断断续续的循环作业方式，使掘进作业中的综掘机或扒装机等现代化装备的优势无法发挥，投入与产出不相匹配。有关数据显示，井下巷道的掘进过程，有超过四分之三以上的时间都用在了人工支护作业上。这种传统的工艺作业流程，不但作业效率低、操作人员劳动强度大，而且，在安装U型棚的作业过程中，由于掘进新暴露的巷道顶板没有得到有效的临时支护，使得操作人员的安全无法得到保障，极易发生安全事故，影响掘进工作面的安全、高产高效生产。故有必要对现有技术的软煤巷道掘进辅助作业方式进行改进。

技术实现要素：

本实用新型就是针对现有软煤巷道掘进辅助作业方式存在的支护手段落后，U型棚安装效率低，缺少可靠临时支护装置等问题，提供一种能够对软煤巷道掘进工作面新暴露顶板进行及时、有效支护，可实现U型棚的机械化安装，作业效率高，占用巷道空间小，移动稳定、使用安全可靠的软煤掘进U型棚机械化安装护顶装置。

本实用新型所采用的技术方案是：该软煤掘进U型棚机械化安装护顶装置包括支护架体，其特征在于：所述支护架体由主框架和辅框架构成，主框架包括主前横梁和主后横梁，主前横梁和主后横梁的两端分别设置有支撑立柱；主前横梁和主后横梁的上部设置有若干条主顺梁Ⅰ，相邻两条主顺梁Ⅰ之间设置有主顺梁Ⅱ；主框架的主顺梁Ⅱ的前端设置有安装挑梁；辅框架包括辅前横梁和辅后横梁，辅前横梁和辅后横梁的两端分别设置有支撑立柱，辅前横梁和辅后横梁的上部设置有若干条辅顺梁；所述辅框架的辅顺梁与主框架的主顺梁Ⅰ和主顺梁Ⅱ，分别间隔交错布置；所述主框架的主前横梁与辅框架的辅后横梁之间，设置有移架液压缸；所述支护架体前端的上部设置有嵌入式护顶机构。

所述支护架体主框架前端设置的安装挑梁包括弧形托举卡槽，弧形托举卡槽通过转动摆臂，分别与主框架的各主顺梁Ⅱ前端相铰接；且转动摆臂下部与主顺梁Ⅱ前端的下部之间设置有挑梁液压缸。以通过挑梁液压缸的伸缩，来驱使转动摆臂带动弧形托举卡槽进行上下摆动，进而实现U型棚和锚网的机械化安装，提升作业效率。

所述支护架体前端设置的嵌入式护顶机构由弧形顶板构成，弧形顶板的后部滑动搭接在支护架体主顺梁Ⅰ、主顺梁Ⅱ和辅顺梁的前端，弧形顶板的前部则通过煤壁插齿、压入到掘进迎头的煤壁里；所述支护架体辅框架的各条辅顺梁的前端，分别设置有推移液压缸，推移液压缸的前端设置有辅助推移块；嵌入式护顶机构弧形顶板的中部，设置有用于与所述推移液压缸配合、带动护顶机构前移的立板。以利用支护架体辅框架的辅顺梁前端推移液压缸的辅助推移块，对嵌入式护顶机构弧形顶板中部的立板进行推动，来带动整个嵌入式护顶机构向前移动，进而对支护架体前方裸露的软煤顶板进行支护。

所述支护架体前端设置的嵌入式护顶机构为分体组装式结构，由中部护顶组件、以及对称布置在中部护顶组件两侧的侧部护顶组件构成；所述中部护顶组件包括中部弧形顶板，中部弧形顶板前部设置有若干个沿弧形顶板内弧面、等间距布置的煤壁插齿；中部弧形顶板的中部设置有横向布置的中部立板；所述侧部护顶组件包括侧部弧形顶板，侧部弧形顶板的前部，设置有若干个沿弧形顶板内弧面、等间距布置的煤壁插齿；侧部弧形顶板的中部设置有横向布置的侧部立板。以便于嵌入式护顶机构的井下运输和维护。

所述嵌入式护顶机构的中部护顶组件与两侧的侧部护顶组件之间，分别通过侧滑动机构滑动连接；侧滑动机构包括设置在中部护顶组件侧部的滑动凹槽，以及设置在侧部护顶组件靠近中部护顶组件一侧的滑动凸块。以对中部护顶组件和两侧的侧部护顶组件进行分步驱动前移，从而提升嵌入式护顶机构对支护架体前方软煤顶板的支护效果。

所述嵌入式护顶机构的前部，设置有竖直向下布置的防护网。以确保对掘进工作面前端煤壁的防护效果。

所述防护网吊挂在中部护顶组件中部弧形顶板内侧设置的护网吊环上；防护网框架与侧部护顶组件侧部立板上布置的铰接耳板之间，设置有护网液压缸。以通过护网液压缸的支撑，确保防护网对掘进工作面前端煤壁的防护效果。

所述支护架体的后部设置有斜撑液压缸；斜撑液压缸的伸缩端与辅框架的辅后横梁相铰接，斜撑液压缸的固定端支撑在巷道底板上。以提升整个装置的使用稳定性。

所述支护架体主框架的主顺梁Ⅰ和主顺梁Ⅱ、以及辅框架的辅顺梁，分别为分段铰接的结构形式。以利于各顺梁的井下运输和维护。

本实用新型的有益效果：由于该软煤掘进U型棚机械化安装护顶装置的支护架体主框架的前端设置有安装挑梁，故操作人员可在支护架体下方的安全区域内，将U型棚及锚网固定在安装挑梁的弧形托举卡槽内，再通过挑梁液压缸的伸缩，来驱使转动摆臂带动弧形托举卡槽以及其上布置的U型棚、进行上下摆动，进而实现U型棚和锚网的机械化安装，提升作业效率和安全性。支护架体主框架和辅框架构成的交错式结构，能够在装置随软煤巷道掘进前移的过程中，通过主框架和辅框架的交替升降，并利用移架液压缸相互推拉行走，从而保证在主框架和辅框架的交替移动过程中、始终有一组框架处于接顶状态，实现对软煤掘进顶板的连续稳定支护。

支护架体前端设置的嵌入式护顶机构，始终超前于掘进工作面1.3～2米的距离；并利用煤壁自身的压力固嵌于煤壁顶端的煤层之中。从而，在U型棚的安装过程中，通过嵌入式护顶机构的固定作用，来避免支护架体前方裸露软煤顶板的提前垮落，确保软煤巷道顶板成型的稳定性。待U型棚安装完毕之后，再利用支护架体辅框架前端的推移液压缸，辅助推移嵌入式护顶机构随支护架体一同向前移动，实现整个U型棚安装的实时护顶。

该软煤掘进U型棚机械化安装护顶装置设计合理，结构紧凑，能够对软煤层巷道掘进工作面新暴露顶板进行及时、有效支护，可实现U型棚的机械化安装；占用巷道空间小，移动稳定、使用安全可靠，显著提升掘进工作面的生产效率。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的左视图。

图4是图3移除嵌入式护顶机构和防护网后的结构示意图。

图5是图1中的辅顺梁前部的一种结构示意图。

图6是图1中的安装挑梁的一种结构示意图。

图7是图6的左视图。

图8是图1中的嵌入式护顶机构的一种结构示意图。

图9是图8的A向视图。

图10是图8的一种分体结构示意图。

图11是图8中的中部护顶组件和侧部护顶组件分步前移的使用状态示意图。

图中序号说明：1辅前横梁、2辅顺梁、3主前横梁、4主顺梁Ⅰ、5主顺梁Ⅱ、6辅后横梁、7主后横梁、8安装挑梁、9 U型棚、10锚网、11嵌入式护顶机构、12防护网、13护网液压缸、14支撑立柱、15移架液压缸、16斜撑液压缸、17安全作业空间、18推移液压缸、19辅助推移块、20横梁铰接部、21转动摆臂、22弧形托举卡槽、23挑梁液压缸、24中部护顶组件、25侧部护顶组件、26煤壁插齿、27中部弧形顶板、28中部立板、29侧部弧形顶板、30侧部立板、31铰接耳板、32侧滑动机构、33护网吊环、34滑动凹槽、35滑动凸块。

具体实施方式

根据图1～11详细说明本实用新型的具体结构。该软煤掘进U型棚机械化安装护顶装置包括由主框架和辅框架构成的支护架体，支护架体的主框架由前后布置的主前横梁3和主后横梁7构成，主前横梁3和主后横梁7的两端分别设置有竖直向下布置的支撑立柱14。主前横梁3和主后横梁7的上部，设置有若干条、沿与主前横梁3和主后横梁7相垂直的方向布置的主顺梁Ⅰ4；相邻的两条主顺梁Ⅰ4之间，设置有与主顺梁Ⅰ4平行布置的主顺梁Ⅱ5；主顺梁Ⅰ4和主顺梁Ⅱ5分别通过横梁铰接部20、与主前横梁3和主后横梁7相铰接。主框架的主顺梁Ⅱ5的前端，设置有用于代替人工挑起并安装U型棚9和锚网10的安装挑梁8；安装挑梁8由弧形托举卡槽22构成，弧形托举卡槽22的卡口由夹紧液压缸控制、并可对U型钢进行夹紧。弧形托举卡槽22通过转动摆臂21，分别与主框架的各主顺梁Ⅱ5前端相铰接；并且，各转动摆臂21下部与相应主顺梁Ⅱ5前端的下部之间，设置有用于驱动转动摆臂21转动的挑梁液压缸23。以通过挑梁液压缸23的伸缩，来驱使转动摆臂21带动弧形托举卡槽22进行上下摆动，进而实现U型棚9和锚网10的机械化安装，提升作业效率。

支护架体的辅框架则由前后布置的辅前横梁1和辅后横梁6构成，辅前横梁1和辅后横梁6的两端，同样分别设置有竖直向下布置的支撑立柱14。辅前横梁1和辅后横梁6的上部，设置有若干条、与主框架主顺梁Ⅰ4和主顺梁Ⅱ5平行布置的辅顺梁2；且辅框架的辅顺梁2与主框架的主顺梁Ⅰ4和主顺梁Ⅱ5，分别间隔交错布置。辅顺梁2分别通过横梁铰接部20、与辅前横梁1和辅后横梁6相铰接。辅框架的各条辅顺梁2前端的内部，分别设置有用于推移嵌入式护顶机构11的推移液压缸18；推移液压缸18的前端，设置有用于与嵌入式护顶机构11立板相接触的辅助推移块19。主框架的主前横梁3与辅框架的辅后横梁6之间，设置有用于驱动支护架体移动的移架液压缸15。能够理解的是，为了方便各顺梁的井下运输和维护，支护架体主框架的主顺梁Ⅰ4和主顺梁Ⅱ5、以及辅框架的辅顺梁2，分别采用分段铰接的结构形式。出于提升整个装置使用稳定性的目的，支护架体的后部设置有斜撑液压缸16。斜撑液压缸16的伸缩端与辅框架的辅后横梁6后部相铰接，斜撑液压缸16的固定端支撑在巷道的底板上。

支护架体前端的上部，设置有用于对前部裸露的软煤顶板进行支护的嵌入式护顶机构11。嵌入式护顶机构11采用分体组装式结构，由中部护顶组件24、以及对称布置于中部护顶组件24两侧的侧部护顶组件25构成。中部护顶组件24包括中部弧形顶板27，中部弧形顶板27的前部，设置有若干个沿弧形顶板内弧面、等间距布置的煤壁插齿26；中部弧形顶板27的中部，则设置有横向布置的中部立板28。根据使用需要，中部护顶组件24也可设计成分体组装式结构。侧部护顶组件25包括侧部弧形顶板29，侧部弧形顶板29的前部，同样设置有若干个沿弧形顶板内弧面、等间距布置的煤壁插齿26；侧部弧形顶板29的中部，设置有横向布置的侧部立板30。嵌入式护顶机构11的后部，滑动搭接在支护架体主顺梁Ⅰ4、主顺梁Ⅱ5和辅顺梁2的前端，嵌入式护顶机构11的前部，通过辅框架辅顺梁2前端的推移液压缸18的推移，并利用前端的煤壁插齿26、压入到掘进迎头的煤壁里；并利用支护架体辅框架的辅顺梁2前端推移液压缸18的辅助推移块19，对中部护顶组件24中部立板28、以及侧部护顶组件25侧部立板30的推动，来带动整个嵌入式护顶机构11向前移动，以对支护架体前方裸露的软煤顶板进行支护。并且，嵌入式护顶机构11的分体组装式结构，还便于机构的井下运输和维护。

根据具体的使用需要，分体组装式结构的嵌入式护顶机构11的中部护顶组件24与两侧的侧部护顶组件25之间，分别通过侧滑动机构32滑动连接。侧滑动机构32由设置在中部护顶组件24侧部的滑动凹槽34，以及设置在侧部护顶组件25靠近中部护顶组件24一侧的滑动凸块35构成。以对嵌入式护顶机构11的中部护顶组件24和两侧的侧部护顶组件25、进行分步驱动前移，从而提升嵌入式护顶机构11对支护架体前方软煤顶板的支护效果。为了确保对掘进工作面前端煤壁的防护效果，嵌入式护顶机构11的前部，还设置有竖直向下布置的防护网12。防护网12通过连接链条，吊挂在中部护顶组件24中部弧形顶板27内侧设置的护网吊环33上。防护网12框架内侧的中部、与侧部护顶组件25侧部立板30上布置的铰接耳板31之间，设置有护网液压缸13。以利用护网液压缸13，将防护网12紧固支撑在前端煤壁上。

该软煤掘进U型棚机械化安装护顶装置使用时，首先，按照上述结构连接方式，在软煤掘进工作面将护顶装置安装布置好；默认初始状态为，支撑立柱14伸出，移架液压缸15、挑梁液压缸23和推移液压缸18均收回。然后，使用掘进机或扒装机，在支护架体主框架和辅框架构成的安全作业空间17内，进行软煤巷道的掘进作业。以嵌入式护顶机构11的立板为参考面，向前掘进600～700mm后停机，将U型棚9和顶部锚网10放置在安装挑梁8的弧形托举卡槽22内，并可根据具体的挡矸需要，安装上防护网12和护网液压缸13；之后，伸出挑梁液压缸23，进而驱使转动摆臂21带动弧形托举卡槽22、以及其上布置的U型棚9和顶部锚网10向上摆动到安装工位，再固定U型棚两侧支腿及锚网，进而在嵌入式护顶机构11的防护下、实现U型棚9和锚网10的机械化安装；提升作业效率。

当护顶装置需要随软煤巷道的掘进作业而向前移动时，需先将防护网12和护网液压缸13拆下；再伸出辅框架辅顺梁2前端的推移液压缸18，来推动整个嵌入式护顶机构11向前移动，进而对支护架体前方裸露的软煤顶板进行支护。然后，降下（收回）支护架体主框架的主前横梁3和主后横梁7两端的支撑立柱14，使主框架的主顺梁Ⅰ4和主顺梁Ⅱ5与巷道顶板暂时脱离开；之后，伸出移架液压缸15，推动已降架的主框架前移。支护架体的主框架前移到位后，再次升起（伸出）主框架的主前横梁3和主后横梁7两端的支撑立柱14，让主框架的主顺梁Ⅰ4和主顺梁Ⅱ5支撑住巷道顶板。然后，再降下支护架体辅框架的辅前横梁1和辅后横梁6两端的支撑立柱14，使辅框架的辅顺梁2与巷道顶板脱离开，并收回移架液压缸15，进而拉动已降架的辅框架前移。支护架体的辅框架前移到位后，升起辅框架的支撑立柱14。

重复上述掘进、机械化安装U型棚和锚网、前移支护架体和嵌入式护顶机构的作业循环，通过支护架体这种主框架和辅框架交替升降、前移的形式，保证在装置的移动过程中，始终有一组框架处于接顶状态，且嵌入式护顶机构始终超前支护于工作区域顶端，实现对软煤掘进巷道顶板的连续稳定支护，确保软煤掘进工作面作业的安全性。