【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿支护领域，具体涉及一种应用于掘充留作业中的支护装置及方法。
技术介绍
1、目前煤矿开采过程中，有些地区煤层倾向宽度大、走向长度长、煤层厚度大，多采用一面三巷，即每个采煤工作面配置一个运输顺槽、一个回收顺槽和一个辅运顺槽，并运输顺槽和回收顺槽之间留设面间煤柱，以确保工作面回采作业安全。我国每年因遗留的面间煤柱丢失约3亿吨的煤炭资源，造成回采率低，资源浪费严重。
2、申请公开号为cn 117365474 a的专利技术专利“一种大断面掘进充填留巷一体化方法及系统”提出了掘进、充填、留巷的新工艺，与常规掘进工作面巷道宽度3m～5m相比，掘充留工艺中掘进巷道宽度增加至15m～40m，可对面间煤柱进行回收。但随着掘进工作面作业空间尺寸的增加，对巷道支护与作业空间顶板控制提出更高的要求。相比于小尺寸巷道掘进，大断面支护作业空间存在顶板悬空面积大，顶板易发生位移变形、顶板岩层易离层、巷道围岩稳定性难控制，作业空间安全性差，支护可靠性低的问题。
技术实现思路
1、本专利技术在于解决目前在大断面掘进作业空间存在顶板悬空面积大，顶板易发生位移变形、顶板岩层易离层、巷道围岩稳定性难控制，作业空间安全性差，支护可靠性低的问题，而提供一种应用于掘充留作业中的支护装置及方法。
2、本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特殊之处在于：
4、包括支撑行走单元、支护单元、监测单元和控制单元，所述支撑行走单元、支护单元和
5、所述支撑行走单元包括前伸缩支柱、前顶梁、后伸缩支柱、后顶梁和推移支杆；
6、两个前伸缩支柱并排设置在待支护区，两个前伸缩支柱顶部分别与前顶梁的两端固定；两个后伸缩支柱并排设置在两个前伸缩支柱正后方，且两个后伸缩支柱顶部分别与后顶梁的两端固定，所述前顶梁和后顶梁相互平行设置；
7、所述后伸缩支柱包括缸体、设置在缸体上的伸缩杆、行走底板和自动扎地装置，所述缸体固定设置在行走底板上，所述伸缩杆顶部固连在后顶梁上，所述行走底板上安装自动扎地装置，所述自动扎地装置用于将行走底板固定在地面上；
8、所述前伸缩支柱结构与后伸缩支柱结构相同，所述前伸缩支柱的伸缩杆顶部固连在前顶梁上；位于同侧的前伸缩支柱和后伸缩支柱之间均水平设置所述推移支杆，通过控制推移支杆的伸缩可调节前伸缩支柱和后伸缩支柱之间的间距；
9、所述支护单元安装在前伸缩支柱的缸体上，用于对待支护区进行锚杆和锚索支护；
10、所述监测单元包括安装在前顶梁一侧的距离探测器、应力测试器和定位器，所述测距探测器、应力测试器和定位器均与控制单元电路连接。
11、进一步地，所述自动扎地装置包括钻杆、从动齿轮、主动齿轮和电机，所述钻杆底端垂直贯穿行走底板并扎入地面，所述钻杆上部伸出行走底板，所述从动齿轮同轴套装在钻杆上部，且与钻杆螺纹连接，所述从动齿轮底部与行走底板转动连接，所述电机输出轴上安装主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合连接，所述电机与控制单元电路连接。
12、进一步地，所述推移支杆采用推移千斤顶，所述推移千斤顶的缸体与前伸缩支柱的缸体固连，所述推移千斤顶的伸缩杆端部和后伸缩支柱的缸体固连。
13、进一步地，所述支护单元包括滑轨、锚杆钻臂和驱动机构，所述滑轨水平安装在前伸缩支柱的缸体上，所述锚杆钻臂滑动连接在滑轨上，所述驱动机构用于驱动锚杆钻臂在滑轨上往复移动。
14、进一步地，所述支护单元设置有两组，两组支护单元分别安装在两个前伸缩支柱上，提高了顶板的支护效率，前顶梁下方区域均可进行顶板支护。
15、进一步地，所述测距探测器采用激光距离传感器，所述应力测试器采用应力传感器，所述定位器采用gps定位；所述驱动机构采用液压缸驱动。
16、本专利技术还提供了一种应用于掘充留作业中的支护方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
17、步骤1)将支护装置布置在待支护区；
18、步骤2)伸长两个前伸缩支柱和两个后伸缩支柱，使前顶梁和后顶梁顶至待支护区顶板，控制支护单元对顶板进行锚杆和锚索支护；
19、步骤3)顶板支护完成后，控制两个前伸缩支柱和后伸缩支柱同步收缩；
20、步骤4)收缩完成后，通过自动扎地装置控制两个前伸缩支柱的行走底板与地面固定，控制两个后伸缩支柱的行走底板与地面分离，再控制两个推移支杆伸长，推动两个后伸缩支柱向后移动；
21、步骤5)两个后伸缩支柱移动后，通过自动扎地装置控制两个前伸缩支柱的行走底板与地面分离，控制两个后伸缩支柱的行走底板与地面固定，再控制两个推移支杆收缩，拉动两个前伸缩支柱向后移动；
22、步骤6)重复步骤2)～步骤5)，进而实现支撑行走单元在大断面作业面的行走支护；
23、进一步地，步骤3)中，支护完成后，距离探测器采集其与顶板之间的垂直距离值，应力测试器采集支护顶板的应力值，定位器采集支护顶板的点位信息，并将垂直距离值、应力值和点位信息传输给控制单元进行存储数据。
24、进一步地，步骤6)中，支撑行走单元行走和支护完成后，控制单元根据存储的n组垂直距离值和应力值，其中n≥5，计算得出垂直距离平均值和应力平均值；
25、然后，找出异常距离值和异常应力值，其中异常距离值和异常应力值的判断原则如下：若垂直距离值与垂直距离平均值之间的差值大于垂直距离平均值的10％～20％，则该垂直距离值为异常距离值；若应力值与应力平均值之间的差值大于应力平均值的10％～20％，则该应力值为异常应力值；
26、最后，根据异常距离值和异常应力值找出异常距离值对应点位和异常应力值对应点位，控制支撑行走单元对异常距离值对应点位和异常应力值对应点位再次进行补充支护。
27、本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。
28、一、本专利技术采用的一种应用于掘充留作业中的支护装置，通过设置支撑行走单元、支护单元、监测单元和控制单元，可实现支护装置的自动行走和边走边支护，同时监测单元可对支护顶板的下沉位移、应力和点位信息进行采集和监控，及时发现支护顶板的异常信息，进而可以及时对支护顶板进行补充支护，提高支护顶板的稳定性和安全性。
29、二、本专利技术采用的一种应用于掘充留作业中的支护装置，设置的支撑行走单元结构简单，操作方便，支撑行走单元中的两个前伸缩支柱和两个后伸缩支柱可上下伸缩，不仅可对巷道顶板形成支撑力，而且对巷道顶板的支撑力可灵活调节，具有适应巷道高度变化功能。
30、三、本专利技术采用的一种应用于掘充留作业中的支护方法，通过对前伸缩支柱、后伸缩支柱、推移支杆、自动扎地装置和支护单元的协同配合，实现支护装置的行走和支护，同时监测单元和控制单元之间通过对信息传输，可以及时发现顶板的异常距离值对应点位和异常应力值对应点位，实现对顶板异常区域准确定位和补充支护，提高顶板支护的可靠性，确保作业空间内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：所述自动扎地装置包括钻杆、从动齿轮、主动齿轮和电机，所述钻杆底端垂直贯穿行走底板并扎入地面，所述钻杆上部伸出行走底板，所述从动齿轮同轴套装在钻杆上部，且与钻杆螺纹连接，所述从动齿轮底部与行走底板转动连接，所述电机输出轴上安装主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合连接，所述电机与控制单元电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：所述推移支杆采用推移千斤顶，所述推移千斤顶的缸体与前伸缩支柱的缸体固连，所述推移千斤顶的伸缩杆端部和后伸缩支柱的缸体固连。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：所述支护单元包括滑轨、锚杆钻臂和驱动机构，所述滑轨水平安装在前伸缩支柱的缸体上，所述锚杆钻臂滑动连接在滑轨上，所述驱动机构用于驱动锚杆钻臂在滑轨上往复移动。
5.根据权利要求4所述的一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：所述支护单元设置有两组，两组
6.根据权利要求5所述的一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：所述测距探测器采用激光距离传感器，所述应力测试器采用应力传感器，所述定位器采用GPS定位；所述驱动机构采用液压缸驱动。
7.一种基于权利要求1所述应用于掘充留作业中的支护装置的支护方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种应用于掘充留作业中的支护方法，其特征在于，步骤3)中，支护完成后，距离探测器采集其与顶板之间的垂直距离值，应力测试器采集顶板的应力值，定位器采集顶板的点位信息，并将垂直距离值、应力值和点位信息传输给控制单元进行存储数据。
9.根据权利要求8所述的一种应用于掘充留作业中的支护方法，其特征在于，步骤6)中，支撑行走单元行走和支护完成后，控制单元根据存储的N组垂直距离值和应力值，其中N≥5，计算得出垂直距离平均值和应力平均值；
...【技术特征摘要】
1.一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：所述自动扎地装置包括钻杆、从动齿轮、主动齿轮和电机，所述钻杆底端垂直贯穿行走底板并扎入地面，所述钻杆上部伸出行走底板，所述从动齿轮同轴套装在钻杆上部，且与钻杆螺纹连接，所述从动齿轮底部与行走底板转动连接，所述电机输出轴上安装主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合连接，所述电机与控制单元电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：所述推移支杆采用推移千斤顶，所述推移千斤顶的缸体与前伸缩支柱的缸体固连，所述推移千斤顶的伸缩杆端部和后伸缩支柱的缸体固连。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种应用于掘充留作业中的支护装置，其特征在于：所述支护单元包括滑轨、锚杆钻臂和驱动机构，所述滑轨水平安装在前伸缩支柱的缸体上，所述锚杆钻臂滑动连接在滑轨上，所述驱动机构用于驱动锚杆钻臂在滑轨上往复移动。
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘浪，王双明，邵成成，蔚保宁，朱梦博，屈慧升，何伟，夏磊，庄登登，魏江波，郇超，
申请(专利权)人：西安弗尔绿创矿业科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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