一种新风条带盾锚支护掘进机及施工方法技术

本发明专利技术提供一种新风条带盾锚支护掘进机及施工方法，采用前拖盾和新风盾的结构解决临时支护和锚杆支护实现无空顶连续作业，间隔设置的顶部走向盾管和侧部走向盾管提供滞后支护作用并为钻锚定位提供条件，前拖盾提供超前支护，顶吸尘盾和前拖盾的设置能实现临时支护与锚杆支护的无缝衔接；动力转载机后移，与主机体分开，腾出空间作为锚固作业区，操作平台、顶吸尘盾、帮吸尘盾和新风配风器围成一锚固操作空间，新风盾具有除尘和引入新风的作用，通过新风配风器进行送风，在操作空间形成新风环境，并且除尘装置可以采用小循环负压系统即可实现除尘，避免了大功率除尘机和长大风筒，也就避免了巷道工作区域长大风筒的影响。就避免了巷道工作区域长大风筒的影响。就避免了巷道工作区域长大风筒的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种新风条带盾锚支护掘进机及施工方法


[0001]本专利技术涉及地下工程掘进装备，具体涉及一种新风条带盾锚支护掘进机及施工方法。

技术介绍

[0002]地下工程掘进用什么装备一般取决于巷道支护形式。松软地层施工一般选用盾构机，常见隧(巷)道施工用TBM，有时候根据围岩情况也选择不带支护施工功能的普通悬臂式掘进机。对于采用混凝土管片作为支护的隧道巷道工程的施工装备比较成熟，存在的问题主要是成本和提高功效的相关技术。对于煤矿地下巷道而言，由于该类巷道工程基本上都是采用锚杆支护而且是处于沉积岩中。在锚杆支护的巷道施工目前有两大问题没有解决好。一是临时支护与锚杆支护的无缝衔接保证施工过程临时支护向锚网支护过渡的任何时间不漏顶；二是掘进工作面各种除尘措施都无法实现新风区域。
[0003]盾构机体设计是基于管片支护，开敞式TBM是针对采用锚杆支护或钢拱架的较坚硬岩层。针对煤矿沉积岩层中的掘进装备，大多数采用悬臂式掘进机，这种掘进机原始设计是利用围岩暴露后具有暂短稳定性原理设计的，掘进机本身没有支护装置。施工只有破岩和运渣功能，为了能够施工锚杆，需要其他钻锚设备配合，由于煤矿回采巷道断面的限制，这样施工效率低，不安全。为了改进这种局面，很多制造商将锚杆钻装设备安装在掘进机上。在这类悬臂式掘进机上安装钻装设备已经有半个世纪时间，但一直没有取得较好的效果。主要的问题是临时支护与锚杆支护不能实现连续过渡，由于在采用锚杆支护的工程中临时支护离开围岩铺网向锚杆支护过渡时的不连续就会存在短暂的围岩裸露，大多数岩体在这个暂短过渡过程中能够保持稳定性，但往往这个短暂的围岩裸露遇到各种构造影响适合就存在安全隐患，不能实现本质安全的支护作业，临时支护作业过程不安全，铺网作业不能实现工业化作业且不安全，作业过程中脚底下切削头存在安全隐患，不能实现平行作业。这些弊端导致这种设备很难广泛推广。
[0004]上世纪中后期出现了全断面横轴掘进机，由于较宽的横轴设置可以将切割臂置于中间位置只有上下活动，这就给悬臂两侧创造出空间安装钻锚装备，钻锚装备不但能够靠近掘进掌子面迎头，又能够实现掘进与支护作业平行。但这种掘进机上述优点是有条件的，换句话说，在巷道围岩条件比较破碎的情况下这种全断面横轴掘进机不太适应，因为这种掘进机正常施工需要1500
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3200mm空顶距。除了侏罗纪煤层顶板有较好的适应性外，几乎所有的沉积岩都是节理层理发育，断层破碎带和各种小构造都会造成围岩破碎，不能在大于1000mm空顶距情况下保证围岩不脱落。所以，全断面横轴掘进机不太适应我们国家大多数煤矿地层巷道围岩。
[0005]为了适应破碎围岩而研发的各种掘进设备也有部分试验，护盾机器人就是专门为煤层巷道设计的。这种护盾设计的方法是依靠护盾支撑滑移的摩擦力推进切割部，这种设计方法本来是杜绝任何情况下空顶，但因为设计缺陷和沉积岩受压变得更加破碎的原因，结果是盾体支撑对围岩造成二次破碎，本来护盾的作用是保护围岩破碎可能造成的脱落，
但其实际上使用过程中导致围岩二次破碎，反倒不利于保护围岩，更大的缺陷是，护盾体前移后在铺网过程中出现围岩裸露依然存在安全隐患。
[0006]至于近几年出现的不同形式的快速掘进机组，都是利用现有设备组合搭配形成机器群作业。而且都是利用围岩破岩后具有暂短稳定性的特征设计支护作业。所以，这种配套的系统是掘进工艺的进步，但不是对掘进机的技术进步，没有解决现有掘进机系统的缺陷。
[0007]除了现有掘进机对煤矿沉积沿巷道的适应的缺陷与不足以外，掘进工作面的粉尘问题一直以来是行业难题。目前对掘进工作面的降尘方法有如下几种投入实施，水雾喷洒、泡沫覆盖、负压吸尘。掘进机上安装高压水雾发生器、泡沫发生器、吸尘风机。虽然每一种降尘除尘方法都具有一定的效果但存在一些缺陷和问题。
[0008]现有的水雾除尘内喷雾的故障十分频繁，经常都是单独使用外喷雾，降尘效果根本达不到基本要求。而且大量喷洒水很容易导致破碎岩块泥化，甚至将掘进设备陷入影响施工。
[0009]利用泡沫降尘原理清晰，很多掘进装备上安装的泡沫发生器结构简单，使用过程中通过覆盖切削头将粉尘封闭到破碎岩体，但这种装置施工中容易出现不能完全覆盖或者是覆盖破碎岩体过程中掩体内粉尘空气会增压突然喷出等问题。而且，覆盖粉尘还可能产生一种严重安全隐患就是煤体中附着瓦斯都是在掘进瞬间释放，全面覆盖很可能引起覆盖层下面瓦斯超限，再加上切削头高速旋转可能引起火花，引起瓦斯爆炸。
[0010]负压吸尘的掘进机实际使用中除尘效果较好，而现有的除尘方式都是在掘进迎头中间设置一个吸尘口影响迎头切割掘进，负压吸尘的系统要求将吸尘风机装置在巷道新风筒进风口向外相距5
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10m范围，然后用硬质风筒将吸尘风机与吸风口连接起来。这种负压吸尘已经应用很多年，也是最成熟的方法，能够比较满意的达到目的，但是存在的主要的问题是吸尘装置需要使用长大硬质风筒，占据掘进空间，对施工影响很大。
[0011]综上所述，现有的掘进装备，尤其是在煤矿沉积岩层与煤层使用的掘进，采用锚杆支护的巷道时有两大问题没有解决好：一是现有设备都是利用围岩暴露后具有一定稳定时间这一特征，掘进工作面难以实现无空顶，临时支护与锚杆支护不能实现连续过渡；二是现有的除尘装备虽然有一定的效果，但存在的共同问题是，成本高或施工工艺复杂等，掘进工作面粉尘难以降低到实现室内空气质量的环境。

技术实现思路

[0012]为了解决上述现有技术的问题，本专利技术提供一种新风条带盾锚支护掘进机及施工方法，实现了临时支护与锚杆支护的无缝衔接，杜绝任何时候空顶而实现了本质安全；同时还能使得一定范围形成新风工作环境，彻底改善操作人员工作环境。
[0013]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0014]一种新风条带盾锚支护掘进机，包括主机体、新风盾、前拖盾、动力转载机、铲板运输机和切割部；
[0015]主机体具有一操作平台，新风盾包括新风装置和除尘装置，新风装置包括设置在操作平台后端的新风配风器；除尘装置包括设置在操作平台上的顶吸尘盾、顶集尘通道、帮吸尘盾、帮集尘风道及除尘机；顶吸尘盾包括若干个在横向上间隔分布的顶部走向盾管，顶部走向盾管的长度方向与掘进方向走向一致；帮吸尘盾包括若干个在竖直方向上间隔布置
的侧部走向盾管，侧部走向盾管长度方向与掘进方向一致；施工时，能从相邻两顶部走向盾管之间的间隙及相邻两侧部走向盾管之间的间隙打入锚杆；操作平台、顶吸尘盾、帮吸尘盾和新风配风器围成一锚固操作空间；
[0016]以掘进方向为前方，前拖盾包括前盾体和拖盾板；拖盾板前端与前盾体连接，拖盾板后端滑动置于顶吸尘盾上；前盾体通过前盾支撑结构与主机体或铲板运输机连接；
[0017]顶部走向盾管前端为吸尘口，后端出风口与顶集尘通道进风口连接，顶集尘通道出风口与除尘机进风口连接；侧部走向盾管前端为吸尘口，侧部走向盾管的后端出风口与帮集尘风道进风口连接，帮集尘风道的出风口与顶集尘通道的进风口连接；新风配风器设置有多个出风口，新风配风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新风条带盾锚支护掘进机，其特征在于，包括主机体(3)、新风盾(1)、前拖盾(2)、动力转载机(4)、铲板运输机(5)和切割部(6)；主机体(3)具有一操作平台，新风盾(1)包括新风装置和除尘装置，新风装置包括设置在操作平台后端的新风配风器(105)；除尘装置包括设置在操作平台上的顶吸尘盾(106)、顶集尘通道(107)、帮吸尘盾(108
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2)、帮集尘风道(109
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2)及除尘机(120)；顶吸尘盾(106)包括若干个在横向上间隔分布的顶部走向盾管，顶部走向盾管的长度方向与掘进方向走向一致；帮吸尘盾(108
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2)包括若干个在竖直方向上间隔布置的侧部走向盾管，侧部走向盾管长度方向与掘进方向一致；施工时，能从相邻两顶部走向盾管之间的间隙及相邻两侧部走向盾管之间的间隙打入锚杆；操作平台、顶吸尘盾(106)、帮吸尘盾(108
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2)和新风配风器(105)围成锚固操作空间；以掘进方向为前方，前拖盾(2)包括前盾体(201)和拖盾板(202)；拖盾板(202)前端与前盾体(201)连接，拖盾板(202)后端滑动置于顶吸尘盾(106)上；前盾体(201)通过前盾支撑结构(203)与主机体(3)或铲板运输机(5)连接；顶部走向盾管前端为吸尘口，后端出风口与顶集尘通道(107)进风口连接，顶集尘通道(107)出风口与除尘机(120)进风口连接；侧部走向盾管前端为吸尘口，侧部走向盾管的后端出风口与帮集尘风道(109
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2)进风口连接，帮集尘风道(109
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2)的出风口与顶集尘通道(107)的进风口连接；新风配风器(105)设置有多个出风口，新风配风器(105)出风口朝向操作空间，新风配风器(105)的出风口位于除尘机(120)的出风口前方，顶部走向盾管的吸尘口位于新风配风器(105)出风口的前方；动力转载机(4)设置在主机体(3)后方，动力转载机(4)和主机体(3)均通过互动抬升机构(503)与铲板运输机(5)活动连接；铲板运输机(5)的前端活动连接切割部(6)。2.根据权利要求1所述的新风条带盾锚支护掘进机，其特征在于，新风装置包括新风管(101)、接头(102)、引风管(103)和柔性连接装置(104)；新风管(101)的出风端通过接头(102)与引风管(103)的进风端滑动连接，引风管(103)的出风端通过柔性连接装置(104)与新风配风器(105)进风口连接；引风管(103)与新风管(101)在径向上呈间隙设置。3.根据权利要求1所述的新风条带盾锚支护掘进机，其特征在于，前拖盾(2)还包括前铺网架(204)，前铺网架(204)位于拖盾板(202)下方且前端与前盾体(201)铰接。4.根据权利要求1所述的新风条带盾锚支护掘进机，其特征在于，顶吸尘盾(106)前端滑动连接有顶伸缩盾(112)，帮吸尘盾(108
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2)的前端滑动连接有帮伸缩盾(111)；顶伸缩盾(112)前端为吸尘口，顶伸缩盾(112)后端出风口与顶吸尘盾(106)吸尘口连接；帮伸缩盾(111)前端为吸尘口，帮伸缩盾(111)后端出风口与帮吸尘盾(108
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2)吸尘口连接。5.根据权利要求4所述的新风条带盾锚支护掘进机，其特征在于，顶伸缩盾(112)前端连接有顶折叠盾(114)，帮伸缩盾(111)前端连接有帮折叠盾(113)；顶折叠盾(114)和帮折叠盾(113)均能向锚固操作空间内折叠；顶折叠盾(114)和帮折叠盾(113)的前端为吸尘口，顶折叠盾(114)的后端出风口与顶伸缩盾(112)吸尘口密封对接，帮折叠盾(113)的后端出风口与帮伸缩盾(111)吸尘口密封对接。6.根据权利要求1所述的新风条带盾锚支护掘进机，其特征在于，在顶吸尘盾(106)吸尘口与新风配风器(105)出风口之间设置有挡尘帘(116)，在除尘机出风口与新风配风器
(105)出风口之间设置有配风门帘(115)。7.根据权利要求1所述的新风条带盾锚支护掘进机，其特征在于，拖盾板(202)后端连接有若干前盾条带(205)，前盾条带(205)与顶部走向盾管一一对应设置，前盾条带(205)滑动置于对应顶部走向盾管上。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠兴田，张自强，
申请(专利权)人：陕西惠天煤矿工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：