一种用于切顶沿空留巷充填体机械化浇筑设备及方法技术

一种用于切顶沿空留巷充填体机械化浇筑设备及方法，浇筑设备：包括下部安装有履带行走机构的设备承载平台、三维地质实时扫描仪、驾驶室、集成系统控制室、高压柱塞泵、致裂钻孔施工定向钻机、致裂装置容纳箱、吊装机构、对拉锚杆储藏与分离机构、转运及间距设置机构、金属网传送机构、对拉锚杆传送及布置平台和巷旁充填单元。浇筑方法：沿空留巷巷道三维扫描；坚硬顶板水压致裂切顶；装配金属网及对拉锚杆；两侧充填体挡板的布置；对拉锚杆及金属网的布置；充填体的浇筑成型。该设备及方法可有效提高施工效率，并能有效降低工作人员的劳动负荷，同时，有利于提高作业过程的安全系数，并有助于确保煤矿的安全高效生产工作，具有广阔的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于切顶沿空留巷充填体机械化浇筑设备及方法


[0001]本专利技术属于煤矿井下充填
，具体涉及一种用于切顶沿空留巷充填体机械化浇筑设备及方法。

技术介绍

[0002]高水充填材料是一种具有塑性变形显著、可充分接顶、密闭性强、残余强度高、让压效果好等一系列优点的无机材料，常用于无煤柱绿色开采沿空留巷巷旁充填体的浇筑，已经在不同地质条件下的长壁式开采工作面取得极其广泛的推广和应用。但是现有的高水材料巷旁充填沿空留巷工艺主要存在以下几点不足：(1)单体液压支柱立模、拆模等工作工人劳动强度大，施工效率低；(2)需要提前定制特定高度的充填袋，同时，充填袋的尺寸无法实时的与地质条件的变化相适应；(3)用于加固充填体的对拉锚杆需要从充填袋预留的出口中人工穿入，此过程耗费时间较长，劳动强度较大，且在穿插过程中极易造成充填袋的损坏，且浇筑过程中浆液跑浆等问题难以处理，同时，高位对拉锚杆的布置需要借助梯子登高作业，井下施工环境恶劣、视线较差，容易给施工人员造成一定的安全隐患；(4)对于厚煤层开采及坚硬顶板条件下的工作面需要对充填体采空区侧上方顶板进行切顶，现有技术需要利用钻机施工压裂或爆破钻孔，沿空留巷与顶板切顶工艺之间的工序配合相对混乱，对工作面回采速度影响较大，不利于工作面的高产高效建设；(5)目前的沿空留巷及切顶技术机械化程度低，在未来的智能化高效回采工作面难以推广和应用。为此，本专利技术提出了一种切顶沿空留巷充填体机械化浇筑设备及方法，以克服了上述缺陷或不足。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于切顶沿空留巷充填体机械化浇筑设备及方法，该设备集成化程度高，可一体化的实现巷道参数信息的扫描、水压致裂切顶、金属网及对拉锚杆的吊装、金属网及对拉锚杆的布置和充填体的浇筑成型作业，能有效降低工作人员的劳动负荷，并可显著提高施工效率，同时，有利于提高作业过程的安全系数。该方法操作步骤简单，可有效实现各工序之间的有序配合，施工过程机械化程度高，且能适应地质条件的变化，同时，整个操作过程安全可靠，不仅能有利用降低工人的劳动负荷，而且能显著提高施工效率，有利于实现工作面的高产高效建设，有助于确保煤矿的安全高效生产工作，具有广阔的应用前景。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于切顶沿空留巷充填体机械化浇筑设备，包括设备承载平台、三维地质实时扫描仪、驾驶室、集成系统控制室、高压柱塞泵、致裂钻孔施工定向钻机、致裂装置容纳箱、吊装机构、对拉锚杆储藏与分离机构、转运及间距设置机构、金属网传送机构、对拉锚杆传送及布置平台和巷旁充填单元；
[0005]所述设备承载平台的下部安装有履带行走机构；
[0006]所述三维地质实时扫描仪安装在设备承载平台前端的前侧；
[0007]所述驾驶室内设置有控制面板，所述控制面板上设置有矩阵按键，用于供操作人
员触发控制信号，驾驶室安装在设备承载平台上端面的前端；
[0008]所述高压柱塞泵位于驾驶室的后侧，且安装在设备承载平台上；所述高压柱塞泵包括柱塞机座、柱塞动力电机、传动箱和主泵体，所述柱塞动力电机、传动箱和主泵体均安装在柱塞机座上，且柱塞动力电机通过传动箱与主泵体的输入端连接，主泵体上连接有额定工作压力调节阀，且具有低压进水口和高压出水口；所述低压进水口与巷道内的静压水管路连接；所述高压出水口连接有高压出水管路，高压出水管路上由进液端到出液端依次串接有手动调压阀和电磁控制阀；
[0009]所述致裂钻孔施工定向钻机位于高压柱塞泵的后侧，且安装在设备承载平台上；所述致裂钻孔施工定向钻机由旋转底座、滑轨、限位尾梁、限位夹紧机构、支撑及固定支架和旋转推进机构组成；所述旋转底座为电动旋转平台，其固定座固定安装在设备承载平台上；一对滑轨相平行的设置，且均固定安装在旋转底座的旋转台上；所述限位尾梁的两端分别固定连接在一对滑轨末端的上端，所述限位夹紧机构由一对夹持块组成，所述夹持块的下端固定连接有一对竖向限位板，并通过一对竖向限位板分别固定安装在一对滑轨前部的上端，一对夹持块相对的一面相间隔的设置，且相对的开设有一对半圆形凹槽；所述支撑及固定支架由液压支柱A和支撑垫板组成，两个支撑及固定支架相对的设置在一对滑轨中部的两侧，且其底座固定连接在旋转底座的上端；所述支撑垫板固定连接在液压支柱A的顶端；所述旋转推进机构可滑动的安装在一对滑轨的上端，并通过电动伸缩机构与限位尾梁连接，其中心对应一对半圆形凹槽的位置设置有钻杆进出口；
[0010]所述致裂装置容纳箱位于致裂钻孔施工定向钻机的后侧，且安装在设备承载平台上；致裂装置容纳箱的内部设置有一体式水压致裂装置，一体式水压致裂装置的进水口与高压柱塞泵上的高压出水口连接；
[0011]所述吊装机构位于致裂装置容纳箱的后侧，且安装在设备承载平台上；所述吊装机构包括位于底部的主机体、伸缩吊臂、旋转吊臂、钢丝绳和吊钩，所述伸缩吊臂的下端安装在主机体上，所述旋转吊臂的一端与伸缩吊臂的上端活动的连接，其另一端连接有滑轮组，所述吊钩设置在滑轮组的下方，并通过钢丝绳与滑轮组连接；
[0012]所述对拉锚杆储藏与分离机构位于吊装机构的后侧，且安装在设备承载平台上；所述对拉锚杆储藏与分离机构由储藏单元和分离单元组成，所述储藏单元为呈漏斗状的储藏箱，储藏箱的长度方向沿左右方向延伸，其底部开设有供对拉锚杆滑出的条形出料口；所述分离单元由U形托架、旋转轴、动力机构、多个拨料盘和多对转动架组成，所述U形托架的开口朝上的设置，其两个竖直段的上端分别与储藏箱下端的两端部固定连接；所述旋转轴设置在条形出料口的下方，且其两端可转动的连接在U形托架中两个竖直段的上端；所述动力机构固定连接在U形托架一端的外侧，且其输出端与旋转轴的一端连接；多个拨料盘相间隔的设置在U形托架的内部，并通过其中心的安装孔固定套装在旋转轴的外部，所述拨料盘的外缘部分周向相间隔的开设有分离凹槽；每对转动架与拨料盘一一对应的设置，且分布在对应拨料盘的两侧，转运架由立板和导料杆组成，所述立板的下端与U形托架水平段的上端固定连接，其上端延伸到靠近旋转轴的位置，所述导料杆前高后低的设置，且其前端与立板上端的后端固定连接，其后端向上折弯形成限位部；
[0013]所述转运及间距设置机构位于对拉锚杆储藏与分离机构的后侧，且安装在设备承载平台上；所述转运及间距设置机构包括立式支架、一对从动链轮、一对驱动链轮、驱动电
机A、一对链条和两对转运机械手臂，所述立式支架的下端固定连接在设备承载平台上，一对从动链轮和一对驱动链轮分别可转动的连接在立式支架的上部和下部；所述驱动电机A连接在立式支架下部的一侧，其输出端与一对驱动链轮中心的转轴连接；一对链条分别绕设在一对从动链轮和一对驱动链轮的外部；两对转运机械手臂相对的设置在一对链条的相对两侧，且每对转运机械手臂的连接端分别安装在一对链条的外部；转运机械手臂用于根据集成系统控制室中控制器的控制实现对到达导料杆后端的对拉锚杆进行抓取，并在到达相对一侧后进行释放；
[0014]所述金属网传送机构的数量为两个，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于切顶沿空留巷充填体机械化浇筑设备，包括设备承载平台(6)，所述设备承载平台(6)的下部安装有履带行走机构(1)；其特征在于，还包括三维地质实时扫描仪(2)、驾驶室(3)、集成系统控制室(4)、高压柱塞泵(5)、致裂钻孔施工定向钻机(9)、致裂装置容纳箱(10)、吊装机构(11)、对拉锚杆储藏与分离机构(15)、转运及间距设置机构(16)、金属网传送机构(17)、对拉锚杆传送及布置平台(20)和巷旁充填单元；所述三维地质实时扫描仪(2)安装在设备承载平台(6)前端的前侧；所述驾驶室(3)内设置有控制面板，所述控制面板上设置有矩阵按键，用于供操作人员触发控制信号，驾驶室(3)安装在设备承载平台(6)上端面的前端；所述高压柱塞泵(5)位于驾驶室(3)的后侧，且安装在设备承载平台(6)上；所述高压柱塞泵(5)包括柱塞机座(7)、柱塞动力电机(23)、传动箱(24)和主泵体(28)，所述柱塞动力电机(23)、传动箱(24)和主泵体(28)均安装在柱塞机座(7)上，且柱塞动力电机(23)通过传动箱(24)与主泵体(28)的输入端连接，主泵体(28)上连接有额定工作压力调节阀(27)，且具有低压进水口(29)和高压出水口(25)；所述低压进水口(29)与巷道内的静压水管路连接；所述高压出水口(25)连接有高压出水管路，高压出水管路上由进液端到出液端依次串接有手动调压阀(31)和电磁控制阀(30)；所述致裂钻孔施工定向钻机(9)位于高压柱塞泵(5)的后侧，且安装在设备承载平台(6)上；所述致裂钻孔施工定向钻机(9)由旋转底座(33)、滑轨(37)、限位尾梁(32)、限位夹紧机构(38)、支撑及固定支架(35)和旋转推进机构(34)组成；所述旋转底座(33)为电动旋转平台，其固定座固定安装在设备承载平台(6)上；一对滑轨(37)相平行的设置，且均固定安装在旋转底座(33)的旋转台上；所述限位尾梁(32)的两端分别固定连接在一对滑轨(37)末端的上端，所述限位夹紧机构(38)由一对夹持块(8)组成，所述夹持块(8)的下端固定连接有一对竖向限位板(12)，并通过一对竖向限位板(12)分别固定安装在一对滑轨(37)前部的上端，一对夹持块(8)相对的一面相间隔的设置，且相对的开设有一对半圆形凹槽(53)；所述支撑及固定支架(35)由液压支柱A(76)和支撑垫板(77)组成，两个支撑及固定支架(35)相对的设置在一对滑轨(37)中部的两侧，且其底座固定连接在旋转底座(33)的上端；所述支撑垫板(77)固定连接在液压支柱A(76)的顶端；所述旋转推进机构(34)可滑动的安装在一对滑轨(37)的上端，并通过电动伸缩机构与限位尾梁(32)连接，其中心对应一对半圆形凹槽(53)的位置设置有钻杆进出口(36)；所述致裂装置容纳箱(10)位于致裂钻孔施工定向钻机(9)的后侧，且固定安装在设备承载平台(6)上；致裂装置容纳箱(10)的内部设置有一体式水压致裂装置，一体式水压致裂装置的进水口与高压柱塞泵(5)上的高压出水口(25)连接；所述吊装机构(11)位于致裂装置容纳箱(10)的后侧，且安装在设备承载平台(6)上；所述吊装机构(11)包括位于底部的主机体(78)、伸缩吊臂(39)、旋转吊臂(40)、钢丝绳(41)和吊钩(42)，所述伸缩吊臂(39)的下端安装在主机体(78)上，所述旋转吊臂(40)的一端与伸缩吊臂(39)的上端活动的连接，其另一端连接有滑轮组(79)，所述吊钩(42)设置在滑轮组(79)的下方，并通过钢丝绳(41)与滑轮组(79)连接；所述对拉锚杆储藏与分离机构(15)位于吊装机构(11)的后侧，且安装在设备承载平台(6)上；所述对拉锚杆储藏与分离机构(15)由储藏单元和分离单元组成，所述储藏单元为呈漏斗状的储藏箱(43)，储藏箱(43)的长度方向沿左右方向延伸，其底部开设有供对拉锚杆
(19)滑出的条形出料口(86)；所述分离单元由U形托架(80)、旋转轴(81)、动力机构(14)、多个拨料盘(46)和多对转动架(82)组成，所述U形托架(80)的开口朝上的设置，其两个竖直段的上端分别与储藏箱(43)下端的两端部固定连接；所述旋转轴(81)设置在条形出料口(86)的下方，且其两端可转动的连接在U形托架(80)中两个竖直段的上端；所述动力机构(14)固定连接在U形托架(80)一端的外侧，且其输出端与旋转轴(81)的一端连接；多个拨料盘(46)相间隔的设置在U形托架(80)的内部，并通过其中心的安装孔固定套装在旋转轴(81)的外部，所述拨料盘(46)的外缘部分周向相间隔的开设有分离凹槽(47)；每对转动架(82)与拨料盘(46)一一对应的设置，且分布在对应拨料盘(46)的两侧，转运架(82)由立板(83)和导料杆(84)组成，所述立板(83)的下端与U形托架(80)水平段的上端固定连接，其上端延伸到靠近旋转轴(81)的位置，所述导料杆(84)前高后低的设置，且其前端与立板(83)上端的后端固定连接，其后端向上折弯形成限位部(85)；所述转运及间距设置机构(16)位于对拉锚杆储藏与分离机构(15)的后侧，且安装在设备承载平台(6)上；所述转运及间距设置机构(16)包括立式支架(45)、一对从动链轮(44)、一对驱动链轮(50)、驱动电机A、一对链条(48)和两对转运机械手臂(49)，所述立式支架(45)的下端固定连接在设备承载平台(6)上，一对从动链轮(44)和一对驱动链轮(50)分别可转动的连接在立式支架(45)的上部和下部；所述驱动电机A连接在立式支架(45)下部的一侧，其输出端与一对驱动链轮(50)中心的转轴连接；一对链条(48)分别绕设在一对从动链轮(44)和一对驱动链轮(50)的外部；两对转运机械手臂(49)相对的设置在一对链条(48)的相对两侧，且每对转运机械手臂(49)的连接端分别安装在一对链条(48)的外部；转运机械手臂(49)用于根据集成系统控制室(4)中控制器的控制实现对到达导料杆(84)后端的对拉锚杆(19)进行抓取，并在到达相对一侧后进行释放；所述金属网传送机构(17)的数量为两个，且相对的分布于转运及间距设置机构(16)的两侧；金属网传送机构(17)包括立式机架(88)、金属网切割卡钳(58)、整平机构和驱动机构；所述立式机架(88)的底座固定连接在承载平台上；所述金属网切割卡钳(58)的主体安装在立式机架(88)的后端，其切割口竖向的延伸；所述整平机构位于金属网切割卡钳(58)的前侧，其由前后两对整平辊(57)组成，每对整平辊(57)均竖向可转动的连接于立式机架(88)中，且其中部的整平通道与切割口相对应的设置；位于后侧的一对整平辊(57)分别与固定连接在立式机架(88)上的一对驱动电机D传动连接；所述驱动机构位于整平机构(57)的前侧，其由驱动辊(89)和驱动电机C(51)组成；所述驱动辊(89)位于整平机构(57)的前侧，且竖向可转动的连接于立式机架(88)中，驱动辊(89)辊身的上端和下端分别固定套装有上限位环(55)和下限位环(56)，并于上限位环(55)和下限位环(56)之间绕设有金属网(21)，驱动辊(89)下端的转轴上固定套装有从动皮带轮；所述驱动电机C(51)安装在立式支架(45)的底座上，其输出轴上固定套装有主皮带轮，主皮带轮通过传动皮带(90)与从动皮带轮连接；所述对拉锚杆传送及布置平台(20)设置在设备承载平台(6)后端的后侧，其包括纵向伸缩机架(61)、升降支架(60)和横向伸缩支架(75)；所述纵向伸缩机架(61)为剪刀式伸缩架，两个纵向伸缩机架(61)左右相对的布置；每个纵向伸缩机架(61)的两端分别可转动的连接有皮带驱动轮(59)和皮带从动轮(87)，且于皮带驱动轮(59)和皮带从动轮(87)的外部绕设的连接有输送限位皮带(74)，且皮带驱动轮(59)与固定连接在纵向伸缩机架(61)上的
驱动电机B连接；两个纵向伸缩机架(61)中的驱动电机B同步动作；所述升降支架(60)为液压缸，且每个升降支架(60)的下端均可转动的连接有万向轮(91)，两对升降支架(60)前后相对的设置，位于前侧的一对升降支架(60)的固定部分通过快速可拆卸连接机构与设备承载平台(6)的后端连接，且其伸缩部分的顶端分别与两个纵向伸缩机架(61)的前端连接，位于后侧的一对升降支架(60)的伸缩部分顶端分别与两个纵向伸缩机架(61)的后端连接；两对横向伸缩支架(75)分别设置在两对升降支架(60)之间，且每个横向伸缩支架(75)的两端分别与对应的一对升降支架(60)的固定部分相连接，用于驱动一对升降支架(60)的相互靠近或相互远离动作；两个巷旁充填单元相对的设置在对拉锚杆传送及布置平台(20)的左右两侧；每个巷旁充填单元均由前后依次连接的多个巷旁充填体充填机构(18)组成；所述巷旁充填体充填机构(18)由支撑底座(52)、托盘储藏箱(62)、螺母储藏箱(69)、支撑顶板(54)、一对外侧液压升降架(92)、一对内侧液压升降架(64)、两块充填体下挡板(65)、两块充填体上挡板(13)、充填体外罩打印设备、锚杆布置机械手臂(67)和托盘及螺母自动安装机械臂(70)组成；所述支撑底座(52)的底部设置有多对行走轮，支撑底座(52)的前端中部固定连接有联动挂钩(63)，其后端的中部设置有挂环；所述托盘储藏箱(62)和螺母储藏箱(69)均固定连接在支撑底座(52)上端的中部，且螺母储藏箱(69)位于托盘储藏箱(62)的内侧；所述支撑顶板(54)设置在支撑底座(52)的上方；一...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏建彪，夏军武，张栋，牛子帆，王共元，柏夏，闫帅，王瑞，朱前程，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：