巷道综合支护成套设备（井巷掘进用液压支架）
一 、本套专利发明在实际生产中的作用与意义
本套巷道综合支护成套设备（井巷掘进用液压支架）分为2项发明专利和1项实用新型专利。是由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备。主要用于煤矿及非煤井工矿井的开拓掘进巷道支护、长壁式回采工作面上下安全出口超前支护、充填式开采综合支护等生产场所。可以与现有市场上所有掘进机、连采机配套作业。它能实现机械自动化支撑、移架、铺网、架设钢棚梁、打设锚杆锚索和洒水喷雾等一整套工序。
该套专利设备不仅具有支护性能好、强度高，移架速度快、安全可靠等优点；更重要的是它突破了巷道掘进常规工序的互相制约的局限，实现了掘进中各个工序的平行作业，大大提高了掘进速度，减轻了人员的劳动强度，改善了整个掘进作业的工作环境和安全状况。它的应用将对增加掘进工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产起到显著的作用，是掘进综合机械化和自动化不可缺少的关键设备。
1.本套设备在煤矿掘进生产作业中的意义和价值
现在就将锚网喷浆掘进巷道常规施工艺流程与使用巷道掘进液压支架式掘进综合支护装置进行综合机械化掘进作业的工艺流程做一下比较。
（1）以常见的综掘锚网喷工艺为例，下图为目前常规综掘锚网喷作业流程图。因考虑到顶板及侧帮煤岩牢固及人员安全，人员不能在没有支护的环境中工作。当巷道掘进作业一个循环时（一般为0.8-1.5米），必须停机进行临时支护，然后进行永久支护。掘进和支护工序不能同步进行，在掘进时，支护工必须停止支护作业，而在支护时，掘进作业必须停止。
掘进作业和支护作业相互制约，严重影响了设备及人员的生产效率、掘进速度和单班掘进产量，从而影响企业效益。同时人员在临时支护及永久支护作业时，存在高处坠落、顶板及侧帮围岩垮落伤人等安全风险。
（2）使用本套巷道支护设备可以改变传统掘进作业的流程，极大的提高掘进速度，减轻现场作业人员的劳动强度，保障施工作业场所的安全。
本套巷道综合支护设备（井巷掘进用液压支架）与掘进机（连采机）没有直接连接，可以全断面对巷道进行支护。它以高压液体为动力，随着掘进面推进自动迈步式前移，其采用独创的AB架结构，在移架时可以始终保持工作面及掘进机、二运等设备所在巷道全断面接顶支护。在其尾部布置有综合支护平台，平台上面可以打锚杆、锚索，完成巷道永久支护。下图为目前常规综掘锚网喷掘进作业使用本套巷道综合支护设备（掘进用液压支架）后的作业流程图，因为本套支护设备可以随着掘进机迅速前移，所以掘进面迎头空顶距很小，不用临时支护，而且把整个永久支护环节放在整套设备尾部，所以掘进和支护互不影响，可以平行作业，使整个作业流程特别顺畅，人员各司其职，设备使用率显著提升。
与目前常规综掘锚网喷作业流程相比，使用本套综合支护设备（掘进用液压支架）有效的提高设备综合利用率，简化了作业工序流程，使作业流程更加科学合理。保守的计算，可以将单班掘进产量提高2.5倍以上。同时极大地降低工作人员的劳动强度，加强了作业场所的安全条件。
2.本套设备作为长壁式回采工作面上下安全出口超前支护的使用意义与价值
煤矿采煤工作面为了保证安全，必须要在工作面上下安全出口20米内进行有效的超前支护。现在常用的超前支护有单体支柱+∏型钢梁（铰接钢梁）支护方式和超前液压支架等几种方式。在这里简单对比说明一下。
单体支柱+∏型钢梁（铰接钢梁）是比较传统的超前支护方式，每班至少需要4人操作，随着工作面推进，全部人工打压、搬运，劳动强度较大，而且支护质量不高，有高压液体伤人及支柱钢梁伤人的安全隐患。超前液压支架是2000年之后逐步出现，支护可靠性较好劳动强度不大。其不足之处主要是在其移架时空顶时间较长，如果遇到破碎顶板或突然来压，可能出现漏顶及压垮的危险因素。
本套设备以高压液体为动力，随着采煤工作面回采自动迈步式前移，其采用独创的AB架结构，在移架时可以始终保持所在巷道全断面接顶支护，提高了安全性能，而且操作简单，可以适应各种地质条件使用要求。
3 .本套设备与掘进机（连采机）配合进行充填开采前景与效益
充填开采可以对建筑物下及水体下的资源进行开采，目前国家政策对环保及生态保护的力度越来越大，这也是今后矿物开采的必选之路。本套设备可以与掘进机（连采机）配合完成充填开采，机动灵活，安全高效，效益显著。（参照巷道掘进的介绍）
二、本套专利发明的内容具体介绍
本套巷道综合支护成套设备（掘进用液压支架及支护平台）为了实现其技术要求，整体为门式结构。由主体支架、支护平台、探水钻机、自动铺网装置、液压控制系统组成，支护平台位于支护装置的最后方，利用液压千斤顶控制支护平台的推移。
1.一种煤矿掘进支护装置
本发明的主要目的是在现有技术条件下，提出一种煤矿掘进支护装置，可以配套目前在用的各种型号掘进机作业，使得巷道掘进作业工艺流程更加顺畅合理，省去了掘进巷道作业中超前支护工序。利用本套设备，可以在掘进机正常作业的状态下完成支护工作，极大简化了掘进作业流程，提高了掘进进度；通过独特结构设计，一套设备可以满足不同宽度、高度的矩形和梯形巷道的掘进配套要求，提高了设备的综合利用率，减轻工人的劳动强度，提高了作业进度和安全性。
该煤矿掘进支护装置为了实现其技术要求，整体为门式结构。由主体支架、支护平台、探水钻机、自动铺网装置、液压控制系统组成，支护平台位于支护装置的最后方，利用液压千斤顶控制支护平台的推移。
如附图1所示，其中主体支架包括多部支架，每部支架在左右侧底部都对称纵向设置一个滑撬式底座，每侧底座上各有2根垂向设置的立柱，所述立柱的底部与底座相连，所述立柱的顶部与支架上左右纵向设置的顶梁连接，顶梁上前后各有1处横梁座，左右横梁座上相对横向安装横梁，横梁上布置有用于安装支撑顺梁的顺梁安装座，顺梁安装座上安装有支撑顺梁，所述支撑顺梁用于支撑巷道顶板。所述主体支架的多部支架在纵向上按照安装顺序暂定为奇数支架和偶数支架，奇数组支架的多部支架的支撑顺梁之间通过辅助连接顺梁铰接在一起，同理，偶数组支架的多组支架的支撑顺梁之间也通过辅助连接顺梁铰接在一起，两种支架各自的顺梁独立铰接，间隔布置，互不影响。两种支架的多部支架在底座和顶梁处间隔纵向布置有推移机构（油缸+万向连接头+销轴），可以实现移架操作；两种支架的支撑顺梁在支护装置的顶部在横向上相互均匀间隔布置，两种支架各自的顺梁及连接顺梁自成体系，从而使得两种支架可以单独移架而不互相干扰。在奇数组支架移架时，相邻的偶数组支架的顺梁可以可靠接顶支撑，确保顶板安全，同理，在偶数组支架移架时相邻的奇数组支架也可以安全接顶支撑。其中所述横梁采用可调节结构，横梁能根据巷道宽度来调整横梁长度，横梁分为左右端头横梁和中部横梁，端头横梁端部有长圆铰接孔，和顶梁的横梁座铰接；左右端头横梁为中空结构，中部横梁就安装在里面，可以伸缩抽节插入长度，端头横梁和中部横梁位置确定后通过横梁限位装置来限位固定。
附图1
同理，横梁也可以采用左右横梁机构，一根横梁插入另一根横梁内部，根据巷道宽度调节横梁组件长度。其中在位于支护装置的底座上端有垂向引导竖梁，上口采用斜倒角结构，可以安装活动竖梁，竖梁机构主要作用是为了限定支架只可以沿垂直的方向做升降运动；当然也可以用平面四连杆机构来实现上述要求。
其中在最前方的第一组支架（也就是1#支架）引导竖梁体前面焊接有探水钻摇臂回转座，在引导竖梁两侧肩部焊接有探水钻机拉杆耳座，用来固定探水钻机。也可以使用架柱式钻机直接固定在位于支护装置最前方的第一组支架的前立柱上，来完成探放水作业。其中在每组支架中，立柱支撑的两根纵向顶梁在上有横梁连接，在位于支护装置最前方的第一组支架的顶梁靠近前进侧有自动铺网装置安装座，用来安装自动铺网辊轴。在此进行限定，本发明中所述的方向根据巷道前进方向确定，在巷道中，沿着巷道前进方向为纵向，在巷道截面中左右方向为横向，竖直高度方向为垂向。
本发明提供的煤矿掘进支护装置，不仅具有支护性能好、强度高，移架速度快、安全可靠等优点；同时在任何一部支架移架时，相邻支架可以全压接顶支护，极大地提高了临时支护移架时顶板的安全稳定性能；最重要的是它突破了煤矿巷道掘进常规工序的互相制约互相影响的局限，实现了煤矿掘进中各个工序的平行作业，使用本发明可以将现有的巷道掘进速度保守的计算可提高2-3倍。减轻了一线人员的劳动强度，改善了整个掘进作业的工作环境。它的应用将对增加掘进工作面掘进产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产起到不可估量的作用。因此，多功能液压支架式掘进综合支护装置技术上先进、经济上合理，安全上可靠、必将成为掘进综合机械化和自动化不可缺少的关键设备。
2.一种煤矿掘进支护装置的支护作业平台
本实用新型的主要目的是在现有技术条件下，提出一种煤矿掘进支护装置的支护作业平台，其能让锚杆机安装在支护作业平台上，一个工人可以同时操作几台锚杆机，而且有很大的技术革新空间。不仅可以减轻工作人员的劳动强度，提高工作效率，同时可以更大程度的保证人员的安全。本巷道掘进支护装置为了实现其技术要求，包括以下特征：
（1）.整体为桥式框架结构，由底座、调节竖梁、竖梁、横梁、纵梁、推移千斤顶、推移拉杆及锚杆机组成，其中底座用钢板做成底靴式结构，并在靠近工作面前进方向一侧为滑撬设计，底座前后端的上部为角形钢板连接座，与调节竖梁利用螺栓连接；
（2）.底座前竖 连接座下方为通透结构，推移拉杆从这里穿过；底座后竖梁连接座下方有推移耳座，安装有推移千斤顶，推移千斤顶的活柱和推移拉杆铰接，推移拉杆和尾架推移耳座铰接，推移千斤顶收缩时支护作业平台前移；
（3）.角形钢板连接座与调节竖梁连接，在其中间有若干组连接孔和竖梁用螺栓连接，可以调节整个工作平台的高度；
（4）.工作台使用四根竖梁，分列平台的四角，上边有连接横梁和纵梁的连接孔矩阵分布，可以根据实际工况灵活调整工作台底板的高度及角度；
（5）.左右横梁用螺栓连接，工作台设计有四组横梁，分布在工作台中部和顶部，中部横梁上面安装有工作台底板和垂直锚杆机底座，顶部横梁反向安装，可以固定锚杆机的导向杆；纵梁沿着巷道走向安装使用，工作平台共使用四根纵梁，纵梁俩端各有一组连接孔，与竖梁用螺栓连接；
（6）.底板在工作台中部横梁中放置，操作人员站在底板上进行安装锚杆、架设钢梁等支护作业。其中底板为矩形结构，中间安装高强度金属网；
（7）.为了适应不同断面使用，底板分为普通底板和调节底板，在底板放到横梁上后，相互之间用螺栓在底板侧面的连接固定孔处固定。其中推移千斤顶在完成推移工作后，在其液压控制回路中布置短路阀门，使油缸处于失压状态，防止误操作或前架移动时带动工作台移动损坏锚杆机。支护平台是整套设备的重要组成部分，可以人工使用支护设备进行支护作业，也可以安装自动锚杆机进行支护。
3.一种拱形断面巷道掘进支护装置
本发明的主要目的是在现有技术条件下，提出一种拱形断面巷道掘进支护装置，其能使得巷道掘进作业工艺流程更加顺畅合理，提高掘进单班产量、设备的综合利用率和作业安全性。
本项发明装置的底部结构与煤矿掘进支护装置基本相同，两侧底座上沿着巷道侧帮垂向设有立柱，立柱支撑整个支护装置，两侧的立柱上部都连接有纵向的顶梁，顶梁上安装拱形支护横梁，拱形支护横梁上设有多个鞍形顺梁座，所述鞍形顺梁座上纵向安装有顺梁，顺梁支撑巷道顶板，拱形断面巷道掘进支护装置的拱形支护横梁分为左右端头横梁及左右活动横梁，左右端头横梁通过铰接销孔与支架顶梁的横梁座铰接在一起，端头横梁体内断面为空心结构，活动横梁安装在端头横梁内部，可以伸缩移动，利用限位销轴穿过限位销孔和活动横梁的限位口限位铰接。
架间间隔安装有推移千斤顶，实现移架操作。其中左右活动横梁安装在端头横梁内部利用限位调节机构固定，左右端头横梁的铰接销孔为长圆孔，与左右顶梁对应的横梁座铰接，左右活动横梁的铰接销孔用销轴铰接；左右横梁（端头横梁+活动横梁）整体呈“人”字形布置，在左右活动横梁端部铰接，可以有效提高支护强度，增大支护宽度。其中在端头横梁的端部设有限位调节机构，与活动横梁可靠地限位固定，可以调节支架的横梁宽度来满足巷道施工宽度的要求，在端头横梁和活动横梁底部矩阵布置有凹槽型的顺梁座安装限位口，可以通过定位销轴安装顺梁座。其中还包括用于支撑顺梁的多个鞍形顺梁座，其骑跨在横梁上，利用固定限位销和横梁限位口来与横梁之间实现相互固定；多个鞍形顺梁座可以根据位置不同，可以设置有5°、10°、15°、20°、25°、30°来调整鞍形顺梁座5相对于横梁的倾斜角度，鞍形顺梁座通过顺梁升降导杆和调节千斤顶支撑顺梁。
其中还包括拱形断面巷道掘进支护装置中鞍形顺梁座的可调顺梁支撑补偿机构，在鞍形顺梁座的一侧为顺梁补偿调节千斤顶安装座，补偿调节千斤顶为十字轴形式，补偿千斤顶的肩轴通过卡座安装在鞍形顺梁座的侧面，在安装座上有固定压板通过螺栓连接；补偿千斤顶的活柱和顺梁连接；在鞍形顺梁座的另一侧为顺梁升降导向杆滑道，为矩形断面上下通透结构，上下口为斜角结构；顺梁升降导杆安装在里面；顺梁升降导向杆下端有突出的限位板，导杆的上端铰接孔和顺梁的辅助铰接孔连接。在鞍形顺梁座上端为补强筋板，下侧有3组固定销孔通过固定销固定在横梁上；为了防止横梁受到不平衡支撑力，每根横梁上相邻的鞍形顺梁座正反安装。顺梁补偿调节机构根据顶板状况适当调整支撑顺梁的位置，及接顶支撑力，可以使支撑顺梁全方位可靠支撑顶板。
三、市场前景与经济效益
如今煤炭市场虽然回暖，但是安全、环保和不断上涨的人工成本是对所有涉煤企业的严峻考验。创新是我们唯一的出路，危机也是一种机遇，现在就将本套专利技术的市场前景简单介绍一下。
1.掘进与开拓是煤矿生产建设最基本的工作，掘进的速度与质量直接关系到煤矿安全与效益，本套掘进支护装置根据我们多年的煤矿生产经验结合煤矿的采掘技术历时8年研究而成，其有效的解决了目前煤矿生产中的实际问题，降低了生产成本，提高了安全与设备的综合利用率和单班产量，理顺了生产的工序，加快了生产的进度，减轻了人员的劳动强度，同时有很大的技术改造升级的空间。
2.本套专利技术开创了一个全新的技术领域，改变了煤矿掘进生产传统的工序流程。可以与现在通用的各种掘进设备配套使用，一套设备可以满足不同断面结构和不同地质条件及不同支护形式使用。这必将成为未来现代化煤矿机械化掘进的关键设备。
3.本套专利设备结构简单、操作方便，正常掘进作业时间是传统工艺流程的2.5倍。考虑到其它因素，按2倍保守计算，目前煤巷掘进单价2000元/米以上，按照2000元计算，每天可以多掘进6-10米以上，每天可以多创造掘进产值12000元以上，煤矿企业投入使用后，在几个月就可以收回投资成本。由于本套专利设备是全断面接顶支护，极大的提高了掘进工作面的安全状况，所创造的安全效益无法用现金来衡量。
4.在本套专利技术转化和推广的过程中，我们可以在每个地区选择几个样板试点，邀请其他煤矿的人员现场推广，让煤矿企业真正看到本套设备的优势，那么推广销售应该没有问题。因为对于一个煤矿企业来说，只要真正的解决了他们的实际问题，提高了他们的实际经济利润和安全效益，才是检验我们的产品优劣唯一标准。