煤矿巷道掘进平行作业施工方法及专用设备

摘要

本发明公开了一种煤矿巷道掘进平行作业施工方法及其专用设备，包括打眼爆破、扒渣运输和顶板支护工序，其中扒渣时采用耙装机，其特征在于：平行作业施工中采用了悬车；所述的悬车由动力厢、操作厢、吊挂装置、伸缩架构、悬臂式工作台、凿岩机支撑架构和导轨式液压凿岩机共同组成；所述的动力厢和操作厢通过悬吊承力装置吊挂在吊轨上，动力厢和操作厢离地高度应满足掘进迎头扒渣工作需要的高度；由于钻车脱离地面悬吊运行，在打眼装药和临时支护时不影响扒渣工作，两种主要的掘进工序可平行作业，提高作业效率近一倍。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿巷道掘进技术。

背景技术

煤矿包括钻眼爆破、扒渣、支护等工序。目前较先进的钻眼设备是采用全液压巷道掘进钻车。由于全液压巷道掘进钻车是将液压动力、液压系统操作机构、钻臂机构和导轨式凿岩机布置在履带式或轮胎式行走底盘上，属于地面行走式。目前扒渣作业有80％的施工单位采用耙装机(耙斗装载机)，耙装机是利用绞车牵引耙斗耙取岩石装入矿车的机械，扒渣时需要回头滑轮将耙斗吊挂在迎头上，将渣子从底板上扒出。因此当钻车在占用底板在迎头打眼时就无法使用耙装机扒渣，打眼、扒渣不能平行作业；打眼装药和扒渣清运是掘进工作中两项占用时间最长的工序，两者分步作业严重影响掘进速度。目前顶板支护也需要站在在迎头崩落渣石堆上进行，顶板支护也不能与扒渣、打眼平行作业，也严重影响掘进速度。而且作业中钻车需要在狭窄的巷道空间内进出，需要躲避其他各种设备，进出移动十分不便。因此，需要突破传统的地面作业观念，创造出一种脱离地面悬空作业式的新的掘进装备，以扩展立体化工作空间，实现打眼、扒渣和顶板支护平行作业。

与本发明创造有关的技术，还涉及单轨吊车技术；单轨吊车是用一条吊挂在巷道上空的特制工字钢作轨道(吊轨)、通过悬吊承力装置吊挂上运载车辆连成车组、用牵引设备牵引、沿轨道运行的一套运输系统。其牵引动力可由钢丝绳、柴油机、蓄电池或风动装置提供。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提出一种打眼、扒渣和顶板支护平行作业的掘进施工方法；同时提出一种该方法使用的平行作业施工专用设备，该设备为悬挂式液压钻车，能脱离地面悬空布置，以扩展立体化工作空间，达到平行作业施工的目的，实现煤矿巷道快速掘进。

本发明采取以下技术方案：一种煤矿巷道掘进平行作业施工方法，包括打眼爆破、扒渣运输和顶板支护工序，其中扒渣时采用耙装机，其特征在在于，平行作业施工中采用了悬挂式液压钻车，以下简称悬车；该悬车吊挂在顶板吊轨上距离地面一定高度，并靠牵引在吊轨上移动；工作人员在悬车上进行打眼爆破和顶板支护作业，在悬车下面采用耙装机同时进行扒渣作业；

所述的悬车，是由动力厢和厢内的液压泵及其附件、操作厢和厢内的液压系统操作机构、悬吊承力装置、伸缩架构、悬臂式工作台、凿岩机支撑架构和导轨式液压凿岩机共同组成；所述的导轨式液压凿岩机安装在上述的凿岩机支撑架构上，凿岩机支撑架构可带动导轨式液压凿岩机上下左右移动和翻转实现打眼定位；所述的悬臂式工作台的前端安装在凿岩机支撑架构的底部，所述的凿岩机支撑架构安装在伸缩架构上，所述的伸缩架构与动力厢和操作厢连接；当伸缩架构向后回缩状态时，带动悬臂式工作台后退隐藏在动力厢和操作厢的底部；当伸缩架构向前伸出时，悬臂式工作台从厢的底部抽出，供工作人员在平台上临时支护和装药连线工作；

采用上述悬车进行平行作业施工的步骤如下：

步骤一，工作准备

首先采用现有掘进技术预掘出一段20米以上的起始巷道，并进行顶板支护；在该巷道的顶部安装上吊轨并直达迎头；再在吊轨上布置牵引设备和悬车；

步骤二，工作开始，牵引悬车驶入到距离迎头适合打眼的位置，操作伸缩架构的操作阀使其顶紧在巷道顶、底板上，操作凿岩机支撑架构的操作阀按照炮眼布置图定准眼位，启动凿岩机进行打眼；

步骤三，打眼完毕后，使凿岩机支撑架构和导轨式液压凿岩机收起状态，牵引悬车向前行驶，使悬臂式工作台靠近工作面，在悬臂式工作台上进行上部炮眼的装药连线，同时在悬臂式工作台下面进行下部炮眼的装药连线，全部炮眼装药连线完毕后，收起悬臂式工作台，牵引悬车后撤至安全距离，进行放炮；

步骤四，待炮烟雾散尽，将吊轨向前推进到爆破后的新迎头，牵引悬车驶入靠近放炮后的空顶地段，按照打眼操作方法向顶板打锚杆孔，从后向前依次进行，前面打眼，后面同时在悬臂式工作台上安装锚杆进行顶板支护；

上述工作的同时，在迎头布置耙装机，在悬车下面进行传统的扒渣工作，如迎头有堆积过高的矸石，影响到凿岩机打上部眼时，应优先扒出；

步骤五，待顶板支护完成，牵引悬车后退至能使凿岩机展开的位置，进行下一循环行的打眼工作；在打上部炮眼的同时下部可继续扒渣，两者同时进行；如扒渣已完毕，撤下耙装机，继续打下部炮眼；

步骤六，炮孔全部打完后，返回第三步骤进行装药连线和放炮；从此进入正规工作循环，直至整个巷道掘进完成。

本发明提供的平行作业施工专用设备的具体构造是：

一种悬挂式液压钻车，由动力厢、操作厢、吊挂装置、伸缩架构、悬臂式工作台、凿岩机支撑架构和导轨式液压凿岩机共同组成；

所述的动力厢内布置有液压泵，操作厢内设有液压系统操作阀；所述的吊挂装置安装在动力厢和操作厢顶部，通过吊挂装置将动力厢和操作厢吊挂在吊轨上，动力厢和操作厢离地高度应满足掘进迎头扒渣工作需要的高度；

所述的伸缩架构是在动力厢和操作厢两侧分别设有向前伸出的伸缩套管，伸缩套管由内管、外管和内部的液压伸缩缸组成，外管固定在动力厢和操作厢的两侧箱体上，两个内管前端分别连接有双向伸缩的液压支柱，两个液压支柱缸体的上、下部分别通过横梁相互连接构成框架；

所述的凿岩机支撑架构包括钻臂和导轨安装架；所述的钻臂是液压伸缩式钻臂，钻臂设有两个，两个钻臂分别通过活动连接结构安装在上述液压支柱上；为了使凿岩机支撑架构上下左右摆动实现凿岩机的全断面打眼定位，所述的钻臂与液压支柱的活动连接结构是：在液压支柱缸体下部安装有螺旋式摆动油缸，螺旋式摆动油缸上端安装升降伸缩缸，升降伸缩缸顶端有球形铰支座，球形铰支座铰接上液压斜拉杆，将钻臂外管底端铰接在螺旋式摆动油缸上，钻臂外管上端铰接在液压斜拉杆上，从而形成三角形支撑形式，并以液压支柱为支撑实现上下左右摆动；上述的导轨安装架用于安装导轨式液压凿岩机，并通过纵向旋转缸和横向旋转缸安装在钻臂顶端，实现导轨式液压凿岩机左右摆动和上下翻转；

所述的悬臂式工作台前端连接在上述两个液压支柱缸体的下部，当上述伸缩架构向后回缩状态时，带动悬臂式工作台后退隐藏在动力厢和操作厢的底部；当伸缩架构向前伸出时，凿岩机支撑架构前伸，同时使悬臂式工作台从厢的底部拉出，供工作人员在平台上临时支护和装药连线工作；

还包括，在操作厢前上方设有护板液压缸，护板液压缸上安装有临时支护板，用于临时保护平台上工作人员的安全；

进一步，所述的液压系统操作阀采用手动电动两用电磁液压阀，实现远距离遥控操作。

进一步，为了增加工作人员安全活动面积，所述的悬臂式工作台可向两侧延长；结构是，在悬臂式工作台面上铺有两块平板，底部设有向两侧伸出的双向伸缩缸，两块平板分别固定在双向伸缩缸头上，双向伸缩缸伸出时使两块平板分别向两侧伸展。

进一步，所述动力厢和操作厢是敞开式，也就是说厢体是棚式厢体至少包括棚体周边框架、棚顶和底板，棚顶作为安全防护，底板布置设备。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

由于钻车脱离地面悬吊运行，钻车下面留有耙装机高度，不影响地面上的扒渣运输，在钻车上还可顶板支护，在打眼装药和临时支护时不影响扒渣工作，两种主要的掘进工序可平行作业，提高作业效率近一倍。

附图说明

图1为本发明悬车一种实施例的结构立体示意图；

图2为本发明悬车一种实施例的主视图；

图3为本发明悬车一种实施例的俯视图；

图4为本发明悬车通用实施例的右视图；

图5为实施例中钻臂的主视剖视图，

图6为本发明在悬臂式工作台展开状态下打上部眼和扒渣平行作业示意图；

图7为本发明在悬臂式工作台展开状态下打下部眼时的示意图；

图8为本发明在悬臂式工作台上临时支护或在顶板上打锚杆眼或装药连线和扒渣平行作业示意图；

图9为本发明在悬臂式工作台收起状态下打上部眼和扒渣平行作业示意图；

图10为本发明悬车整机收起状态示意图。

图例说明，1-吊轨，2-动力厢，3-操作厢，4-伸缩套管，5-悬臂式工作台，6-液压支柱，7-钻臂，8-凿岩机，9-液压泵，10-悬吊承力装置，11-平板，12-横梁，13-液压系统操作阀，14-临时支护，15-支撑液压缸，16-螺旋式摆动油缸，17-球形铰支座，18-液压斜拉杆，19-升降伸缩缸，20-导轨安装架，21-纵向旋转缸，22-横向旋转缸，23-外管，24-内管，25-单向伸缩缸，26-双向伸缩缸。

具体实施方式

一种煤矿巷道掘进平行作业施工方法，包括打眼爆破、扒渣运输和顶板支护工序，其中扒渣时采用耙装机，在平行作业施工中采用了专用设备，该设备是如图1展示的悬挂式液压钻车，以下简称悬车；该悬车吊挂在顶板吊轨上距离地面一定高度，并靠牵引在吊轨上移动；工作人员在悬车上进行打眼爆破和顶板支护作业，在悬车下面布置耙装机同时进行扒渣；

所述的悬车的具体构造如图1、图2、图3和图4所示，从图中看出，该悬车由动力厢2、和操作厢3、伸缩架构4、悬臂式工作台5、凿岩机支撑架构(包括液压支柱6、钻臂7和导轨安装架20和导轨式液压凿岩机8共同组成。

所述的动力厢2内布置有液压泵9，操作厢3内设有液压系统操作阀13，要求动力厢2和操作厢3两者前后连为一体，并在动力厢2和操作厢3顶部安装上与吊轨1配套的悬吊承力装置10；动力厢2和操作厢3的离地高度应满足掘进迎头扒渣工作需要的高度。

所述的伸缩架构是在动力厢2和操作厢3两侧设有伸缩套管4，伸缩套管4由外管23、内管24和单向伸缩缸25组成，单向伸缩缸25设在外管内部，单向伸缩缸25使内管24在外管23中伸缩，具体结构可参照附图5钻臂的主视剖视图，它们的结构相同；外管23固定在动力厢2和操作厢3的两侧箱体上，要求外管23内单向伸缩缸25的前伸长度小于内管24长度，保证前移时内管24不得脱出外管23；两个内管24前端分别连接有双向伸缩的液压支柱6，两个液压支柱6缸体的上部通过横梁12相互连接；要求液压支柱6双向伸出时上至巷道顶板、下至巷道底板。

所述的凿岩机支撑架构包括钻臂7和导轨安装架20；所述的钻臂7是液压伸缩式钻臂，构造如图5所示，由外管23、内管24和单向伸缩缸25组成，外管23安装在螺旋式摆动油缸16上，内管24顶端布置上述的导轨安装架20，液压支柱6在迎头顶板和底板上支撑固定后作为钻臂7的支撑点；该钻臂安装在上述液压支柱6上，以液压支柱6为支撑实现上下左右摆动；上述的导轨式液压凿岩机8安装在导轨安装架20上，可进行左右摆动和上下翻转；为了使凿岩机支撑架构上下左右摆动，实现凿岩机的全断面打眼定位。

参照图1-4对钻臂7与液压支柱6的连接结构进一步的说明：在液压支柱6缸体下部安装有螺旋式摆动油缸16，螺旋式摆动油缸16上端安装升降伸缩缸19，升降伸缩缸19顶端有球形铰支座17，球形铰支座17铰接上液压斜拉杆18，将钻臂7外管底端铰接在螺旋式摆动油缸16上，钻臂外管上端铰接在液压斜拉杆17上，从而形成三角形支撑形式；将上述螺旋式摆动油缸16、升降伸缩缸17和液压斜拉杆18的液压油管与液压系统操作阀13的相应的操作阀连接；工作时，升降伸缩缸19和液压斜拉杆18的拉伸使钻臂7上下俯仰任一角度，螺旋式摆动油缸16使钻臂左右摆动任一角度。所述的导轨安装架20上设有纵向旋转缸21和横向旋转缸22，调整旋转架的角度和位置，使导轨式液压凿岩机可左右旋转和上下翻转，从而控制凿岩机的打眼定位，实现全断面炮孔。断面炮孔。

所述的悬臂式工作台5前端连接在上述两个液压支柱6缸体的下部，单向伸缩缸25回缩状态时，两个液压支柱6后退至操作厢3前面，悬臂式工作台5后退至动力厢2和操作厢3的底部，单向伸缩缸25伸出时推动液压支柱6向前伸到掘进迎头上，并带动悬臂式工作台5从动力厢2和操作厢3的底部前伸作为工作活动平台。

所述的液压系统操作阀13包括伸缩架构缸操作阀、液压支柱操作阀、钻臂操作阀和凿岩机操作阀等所有悬车的液压操作阀，上述各个操作阀分别通过液压油管与各自的工作部件连接，液压系统操作阀13和上述的液压泵9用进、回液压油管联通。所述的液压系统操作阀除采用手动外，还可采用手动电动两用电磁液压阀，实现远距离遥控操作。

从图1、图2、图3看出，在操作厢3前方上部，设有临时支护14，临时支护14通过支撑液压缸15安装在操作厢3顶部前端，液压缸15伸出时使临时支护14顶住悬臂式工作台5上方的顶板，用于保护悬臂式工作台5上工作人员的安全。

从图1、图2、图3和图4看出，所述的悬臂式工作台5可向两侧延长，以增加工作人员安全活动面积；结构是，在悬臂式工作台5台面上铺有两块平板11，底部设有向两侧伸出的双向伸缩缸26，两块平板11分别固定在双向伸缩缸26两侧活塞杆头上，双向伸缩缸26伸出时使两块平板分别向两侧伸展。

进一步，所述的动力厢2和操作厢3是敞开式，也就是说厢体是棚式厢体至少包括棚体周边框架、棚顶和底板，棚顶作为安全防护，底板布置设备。

参照图6-10，采用上述悬车进行平行作业施工的步骤如下：

步骤一，工作准备

首先采用现有掘进技术预掘出一段20米以上的巷道，巷道断面如图8所示，在预掘巷道的顶板上现有技术安装上吊轨1(工字钢轨道)，吊轨长度直达迎头，要求吊轨1暂处于非固紧状态；再在吊轨1上布置牵引设备(图中未画出)和上述的悬车，使悬车临时处于收起状态(收起状态如图10)，待用；

步骤二，工作开始，牵引悬车驶入到距离迎头适合打眼的位置，操作伸缩架构的操作阀使其顶紧在巷道顶、底板上，操作凿岩机支撑架构的操作阀按照炮眼布置图定准眼位，启动凿岩机6进行打眼，打上部眼参照图6、图9，打下部眼参照图7；

步骤三，打眼完毕后，使凿岩机支撑架构和导轨式液压凿岩机6收起状态，牵引悬车向前行驶，使悬臂式工作台5靠近工作面，在悬臂式工作台5上进行上部炮眼的装药连线，同时在悬臂式工作台5下面进行下部炮眼的装药连线(参照图8)，全部炮眼装药连线完毕后，收起悬臂式工作台5，牵引悬车后撤至安全距离，进行放炮；

步骤四，待炮烟雾散尽，将吊轨1向前推进到爆破后的新迎头，牵引悬车驶入靠近放炮后的空顶地段，按照上述打眼操作方法打锚杆孔，锚杆孔打完，收起导轨式液压凿岩机8，展开悬臂式工作台5，在悬臂式工作台5上安装锚杆等传统顶板支护工作(参照图8)；

上述工作的同时，在迎头布置耙装机，在悬车下面进行传统的扒渣工作，如迎头有堆积过高的矸石，影响到凿岩机打上部眼时，应优先扒出；

步骤五，顶板支护完成，牵引悬车后退至能使凿岩机展开打眼作的位置，进行下一循环行的打眼工作；在打上部炮眼的同时下部可继续扒渣，两者同时进行，参照图6、图9；如扒渣已完毕，撤下耙装机，继续打下部炮眼，参照图7；

步骤六，炮孔全部打完后，返回第三步骤进行装药连线和放炮；以此进入正规工作循环，直至整个巷道掘进完成。