技术摘要：
本发明涉及综掘工作面机电装备领域，具体涉及一种具有护锚协同作业功能的一体化装备。本装备包括以顶端支护U型梁作为锚点从而固定悬吊于顶端支护U型梁下方的空轨组件，空轨组件的导向方向与掘进方向同向；所述空轨组件上布置可沿空轨组件的导向方向产生往复直线动作的  全部
背景技术：
随着煤矿井生产规模的扩大和采煤机械化程度的提高，综采工作面的生产能力和 推进速度不断攀升，对掘锚、支护的速度与效率提出更高的要求。目前，掘进机装备在功能 与质量上均有较大突破，产品的智能化水平和工作效率得到显著提高。然而，相比之下，锚 支护装备的发展较为缓慢，锚支护作业的速度低于巷道掘进的速度，即快速掘进的巷道不 能得到及时的支护。 考虑到巷道作业面的狭小性，为实现平行作业效果，现有的“锚”工艺机械装备及 “支护”工艺机械装备都集成于掘进机上，从而形成“一机多工艺”设备；这类具有“掘-锚- 支”等多工艺工作的设备已成为当前研发的主流，并形成以专利号为“CN201610836758.8”、 “CN201720386256.X”、“CN201711288542.3”乃至“CN201920188706.3”等为典型代表的一系 列专利。上述已公开专利均公布了钻锚系统和临时支护机构安装于掘进机顶部，并采用履 带地面行进方式，固然可以实现“掘”、“锚”、“支护”的机械化作业，并在一定程度上减轻煤 矿作业人员的劳动强度和降低煤矿工作人员伤亡事故的发生率；然而，其存在的缺陷仍然 不可小觑：其一，装备结构庞大，使用范围受限制。现有所公开的掘锚护一体机，由于将钻锚 设备和临时支护设备均安装在掘进机上，装备的整体结构较为复杂，尺寸庞大，而很多煤矿 井下巷道空间狭小，掘锚护一体机在运输以及安装过程中，存在诸多不便，甚至有些矿井根 本无法使用此类装备。其二，装备机动性能较差。上述已公开掘锚护一体机均采用履带式行 进方式，由于装备较为笨重，且煤矿井下巷道地面地质条件差，整套装备在行进过程中的机 动性能较差，工人操作难度较大。其三，装备各子部件协同能力差，总体工作效率不高。上述 已公开装备，仅为简单的机械结构的叠加，而没有充分考虑各子系统之间的协同作业；例 如，装备的掘进和钻锚作业不可同时进行，锚支护作业的速度低于巷道掘进的速度等，进而 使得系统的总体工作性能无法得到充分的发挥，总体工作效率不高。最后，锚杆钻机的自动 化程度不高。上述已公开的钻锚设备，在将锚杆安装在锚杆钻机的过程中需要手工作业，一 方面，人工操作速度较慢，影响钻锚的工作效率；另一方面，人工安装锚杆若操作不当，会存 在一定的安全隐患。基于此，是否能研发出一种独立于传统掘进机之外的高自动化的锚支 护设备，从而能结合新型锚护工艺下的围岩特性，在确保装置本身的高机动性和高适应性 的同时，能最大程度的实现各施工工序间的平行作业效果，为本领域近年来所亟待解决的 技术难题。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的具有护锚 协同作业功能的一体化装备；本装备操作灵活度极高，在具备在狭小环境下的高机动性和 4 CN 111594207 A 说　明　书 2/9 页 对周围环境的高适应性的同时，亦能最大程度的实现各施工工序间的平行作业效果。 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案： 一种具有护锚协同作业功能的一体化装备，其特征在于：本装备包括以顶端支护U 型梁作为锚点从而固定悬吊于顶端支护U型梁下方的空轨组件，空轨组件的导向方向与掘 进方向同向；所述空轨组件上布置可沿空轨组件的导向方向产生往复直线动作的行走组 件，所述行走组件上布置用于实现钻锚功能和/或支护功能的功能部。 优选的，所述空轨组件包括一组以上的板长方向平行行走组件的行进方向的轨道 板，每组轨道板均通过连接件而固定于相应组的顶端支护U型梁上；所述连接件包括上钩体 及下钩体，所述上钩体钩合于顶端支护U型梁的预设孔内，下钩体钩合于轨道板的预制孔 内，上钩体与下钩体的钩柄彼此相向延伸后再彼此螺纹固接；在行走组件的行进方向上，相 邻两组轨道板的相邻端面间彼此贴合并螺纹固接，从而形成工字轨状的空轨组件；所述行 走组件包括滚动配合于行走组件上的滑轮组，所述行走组件还包括用于驱动滑轮组沿空轨 组件产生往复运动的动力头。 优选的，在行走组件的导向方向上，相邻两组滑轮组之间通过连接梁而彼此固定； 上钩体与下钩体的钩柄处均水平贯穿布置有腰形孔，所述腰形孔的孔型长度方向铅垂设 置，水平螺钉横向穿过上钩体及下钩体处腰形孔后，再与固定螺母间构成螺纹固接配合。 优选的，行走组件上固接有主梁；所述功能部包括水平铰接于主梁一端处的钻锚 单元；钻锚单元包括钻锚摆臂，钻锚摆臂通过第一液压缸组驱动而产生相对主梁的铰接摆 动动作；钻锚摆臂的底端倾斜向掘进方向延伸且底端布置有锚固机器人工作平台，所述锚 固机器人工作平台上架设钻锚机器人；所述钻锚机器人包括钻锚机械臂，钻锚机械臂的工 作端上布置用于实现装杆及锚固作业的锚杆钻机。 优选的，所述钻锚摆臂由直接与主梁铰接的倾斜臂以及水平延伸的水平臂组合构 成，水平臂上固接所述锚固机器人工作平台；锚固机器人工作平台上凹设有横向导槽，钻锚 机器人的底座卡入横向导槽内，并通过驱动电机驱动而产生沿横向导槽导向方向的往复直 线位移动作；至少在倾斜臂的一侧布置有杆体存放架，所述杆体存放架外形呈鼠笼状，包括 构成鼠笼两端部的法兰板以及连接两组法兰板的中间连接杆，各中间连接杆的杆长方向均 平行锚杆长度方向且中间连接杆长度小于锚杆长度；法兰板上平行中间连接杆长度方向而 贯穿设置螺纹孔，所述螺纹孔螺距与锚杆外壁螺纹螺距相等，以便锚杆旋入式的存放于杆 体存放架上；倾斜臂内置旋转电机，旋转电机的动力轴水平贯穿倾斜臂并与位于倾斜臂一 侧处的杆体存放架间构成固接配合关系。 优选的，所述锚固机器人工作平台包括左板体、中板体及右板体，三组板体间均通 过布置于锚固机器人工作平台上板面处的水平合页彼此铰接；锚固机器人工作平台还包括 用于驱使左板体及右板体产生相对中板体的铰接活动动作的驱动液压缸，所述驱动液压缸 的缸壁水平铰接于中板体下板面处的固定板上，驱动液压缸的活塞杆端水平铰接于相应的 左板体及右板体的下板面处。 优选的，所述横向导槽的槽底面处还凹设有动力槽，所述动力槽槽长方向平行横 向导槽的槽长方向，驱动电机固接于钻锚机械臂的底座处且输出轴铅垂向下延伸；驱动电 机的输出轴上固接动力齿轮，动力槽的槽壁处沿动力槽槽长方向而延伸设置齿条，所述动 力齿轮与齿条间构成轮齿啮合配合。 5 CN 111594207 A 说　明　书 3/9 页 优选的，功能部还包括布置于行走组件的首端处的掌型超前支护；行走组件的首 端处水平向前延伸出前置梁，前置梁的首端两侧对称布置有两组横向伸展组件；所述横向 伸展组件包括水平铰接板，水平铰接板的一端铰接于前置梁的首端一侧处的第一铅垂铰接 座上，而水平铰接板的另一端布置第二铅垂铰接座从而铰接铅垂固定杆的顶端；横向伸展 组件还包括水平活塞缸，水平活塞缸的活塞缸端通过第三铅垂铰接座而铰接于前置梁上， 且在前置梁的延伸方向上，第三铅垂铰接座位于第一铅垂铰接座前方；水平活塞缸的活塞 杆端通过第四铅垂铰接座而铰接于水平铰接板的前侧板面上，从而控制水平铰接板产生沿 第一铅垂铰接座的铰接摆动动作；水平铰接板的下侧板面处布置第一水平铰接座，铅垂固 定杆上布置第二水平铰接座，斜向活塞缸的活塞杆端及活塞缸端均相应铰接配合于第一水 平铰接座及第二水平铰接座上；两组横向伸展组件上的两组铅垂固定杆之间布置有起到支 护阻挡功能的支护网。 优选的，两组铅垂固定杆的杆身处凸设有固定桩，各固定桩沿相应铅垂固定杆杆 长方向依序均布，以便挂装支护网。 优选的，钻锚单元布置于主梁后端处，本装备还包括位于主梁前端处的辅助搬运 组件；所述辅助搬运组件包括水平铰接于主梁前端处的搬运摆臂，搬运摆臂通过第二液压 缸组驱动而产生相对主梁的铰接摆动动作，且搬运摆臂与钻锚摆臂的摆动平面彼此重合或 彼此平行；搬运摆臂的底端倾斜向掘进方向延伸且底端布置有搬运台，搬运台的前端布置 搬运机械臂，搬运机械臂的工作端上布置搬运夹手；所述搬运摆臂上布置有用于放置物料 的存放钩。 本发明的有益效果在于： 1)、抛弃了传统的必须将护锚设备安装于地面掘进系统上而导致的掘进和护锚动 作无法协调统一的问题。本发明巧妙了以现有巷道内所必然存在的顶端支护U型梁为锚点 来建立轨道体系：一方面，通过利用悬吊式的轨道运输方式，不仅无需进行大幅度的更新换 代流程，更适用于在低成本下实现本发明的装备过渡；同时，也使得整个工作平台的行进不 受巷道地面状况的影响，具备行进速度快、转弯性能好、空间结构紧凑的优点，利用了巷道 上部的空余空间来进行设备的运输，显然更利于在狭小的矿井巷道中使用，显然具备极广 的使用范围。另一方面，考虑到掘进与护锚动作往往一前一后进行，因此，本发明的功能部， 也即支护组件和/或钻锚单元完全脱离掘进设备而独立存在，其工作过程不完全依靠掘进 设备的节奏而进行，能具备自己的工作节奏，护锚流程能更为稳妥可靠的进行，因此更适用 于现有的掘进及护锚体系所使用。 综上，本发明通过以已存在和必然存在的顶端支护U型梁为锚点，以空轨组件及行 走组件为动作基体，从而实现了与掘进装备分离的锚支护装备的自主工作能力。在掘进作 业的同时，本发明可以独立进行锚支护作业。此外，本发明各功能部均安装于巷道顶板上的 空轨组件上，占用巷道的相对空间较少，各子部件可充分利用巷道位置，进行多工序综合协 同工作，整个掘护锚系统的工作效率可得到显著提升。 2)、对于空轨组件而言，其实际使用时可以通过多种实施结构来实现，如采用传统 的滑轨机构甚至是磁轨结构等。本发明通过采用工字轨来实现空轨组件相对滑轮组的衔接 性，通过滑轮组滚动配合于空轨组件上，再以动力头如滑轨电机等进行主动轮驱动，从而实 现整个行走组件的自行走及自锁止功能，此为常规方式，就不再多作赘述。需值得注意的 6 CN 111594207 A 说　明　书 4/9 页 是，本发明的整个空轨组件，是以独立的若干组轨道板彼此首尾衔接配合构成的，而每组轨 道板又通过连接件而对应钩合在相应的顶端支护U型梁上。这样，实际工作时，每组轨道板 均能通过顶端支护U型梁而实现悬吊式的固定，而每组轨道板之间又能通过首尾衔接装配 的方式来保证各者的有序配合。每当掘进装置不断掘进并扩容巷道空间时，即可通过在新 的顶端支护U型梁上挂设新的轨道板，再进行新轨道板与整个空轨组件首端的装配操作，以 通过在线延长空轨组件的长度来保证行走组件正常行进，最终确保悬空的本发明与地面掘 进流程的同步性。必要时，滑轨电机选用变频一体机，以方面实现智能启停功能。 3)、对于功能部而言，功能部包括了实现钻锚作业的钻锚单元，从而确保对巷道顶 端处顶端支护U型梁的在线锚固效果。钻锚单元通过位于倾斜臂处的杆体存放架来实现锚 杆的暂时存储效果，再以旋转电机来实现杆体存放架旋转位置的可控翻转功能，随后再以 钻锚机械臂来保证锚杆钻机的俯仰及升降状态，并以驱动电机的驱动功能来实现锚杆钻机 相对杆体存放架的自取杆效果，最终实现整个钻锚作业的自动化。实际工作时需注意，驱动 电机驱动钻锚机械臂，并带动锚杆钻机沿锚固机器人工作平台水平位移时，会移动至当前 杆体存放架所在侧；此时，钻锚机械臂可带动锚杆钻机处于水平状态，使得锚杆钻机的进料 孔与被旋转后呈水平布置的杆体存放架处相应锚杆之间处于同轴状态，以便于锚杆钻机的 回转台旋转入料并夹持锚杆。 4)、对于锚固机器人工作平台而言，其通过三组子板体的铰接配合，搭配驱动液压 缸，可实现锚固机器人工作平台的可控展开及收缩目的。可收缩的锚固机器人工作平台，配 合可在第一液压缸组驱动下产生俯仰铰接动作的钻锚摆臂，有效确保了钻锚单元的整体可 伸缩效果，极为方便在狭小空间的巷道环境所使用。 5)、在上述结构的基础上，功能部还包括掌型超前支护。本发明的掌型超前支护不 单纯是固定式的支护结构，该类固定式结构已被证明很难在狭小巷道环境内正常使用。本 发明采用类似人体手掌回缩的掌型超前支护，从而在使用时可如同人手掌而打开，以起到 支护遮挡效果；在沿巷道运输等闲置状态时，又可以如同人手掌而紧握，以起到体积的最小 化效果，整体构造更为紧凑合理，工作可靠而稳定。需说明的是，本发明的掌型超前支护，可 根据各伸展组件的伸展幅度，来模拟人手掌而实现不同幅度、角度及遮挡面积的在线变更 功能，显然更为适合环境复杂的巷道所使用。 6)、对于支护网而言，本发明优选采用可挂装的方式，也即支护网可现场直接挂装 在铅垂固定杆的固定桩上。通过上述挂装方式，本发明实现了支护网的便捷装配性，一旦现 场因使用等问题而出现支护网破损，现场即可进行高效维护拆装作业，人性化程度极高，使 用灵活方便。 7)、对于主梁而言，其实际上是一个固定于行走组件上且长度方向平行掘进方向 的的水平梁结构。主梁的尾端固定钻锚单元而首端固定辅助搬运组件；实际装配时当然也 可以适当调整各单元相对主梁的装配位置。与钻锚单元类似，辅助搬运组件也是通过倾斜 延伸的摆臂结构，配合第二液压缸组来实现相对主梁的收缩及延展动作的，以便保证整体 构造的可收缩性，便于巷道使用。存放钩的设置，利于实现巷道外向巷道内的物料快速搬运 效果，也即可作为临时存放架所使用；带有搬运夹手的搬运机械臂，顾名思义，其可作为代 替人工的自动化搬运设备而存在，显然可有效的提升现场搬运的效率性。 7 CN 111594207 A 说　明　书 5/9 页 附图说明 图1为本发明的装配结构示意图； 图2及图3为行走组件、空轨组件及顶端支护U型梁的相对位置立体图； 图4为轨道板相对顶端支护U型梁的连接关系立体图； 图5为滑轮组的立体结构示意图； 图6为动力头的立体结构示意图； 图7为刹车组件的其中一种实施例的立体结构示意图； 图8为钻锚单元的立体结构示意图； 图9为杆体存放架相对倾斜臂的装配结构示意图； 图10为杆体存放架的立体结构示意图； 图11为锚固机器人工作平台、钻锚机械臂及锚杆钻机的装配立体图； 图12为锚固机器人工作平台处于收缩状态时，锚固机器人工作平台、钻锚机械臂 及锚杆钻机的动作状态图； 图13为掌型超前支护处于正常工作状态时的立体结构示意图； 图14为掌型超前支护处于收缩状态时的立体结构示意图； 图15为辅助搬运组件的立体结构示意图； 图16为搬运机械臂与搬运夹手的配合状态图； 图17为搬运夹手的立体结构示意图。 附图中附图标记的具体含义如下： a-顶端支护U形梁  b-锚杆 10-空轨组件 11-轨道板  12a-上钩体  12b-下钩体  12c-腰形孔 20-行走组件 21-动力头  22-滑轮组  23-连接梁 30-主梁  40-钻锚单元 41-钻锚摆臂  42-第一液压缸组 43-锚固机器人工作平台  431-左板体  432-中板体 433-右板体  434-驱动液压缸  435-固定板 43a-横向导槽  43b-驱动电机  43c-动力槽 43d-动力齿轮  43e-齿条 44-杆体存放架  44a-法兰板  44b-螺纹孔 44c-中间连接杆  44d-旋转电机 45-钻锚机器人  451-锚杆钻机  452-钻锚机械臂 50-掌型超前支护 51-前置梁  52-水平铰接板  53-水平活塞缸 54-铅垂固定杆  54a-固定桩  55-支护网 56a-第一铅垂铰接座  56b-第二铅垂铰接座 56c-第三铅垂铰接座  56d-第四铅垂铰接座 56e-第一水平铰接座  56f-第二水平铰接座 8 CN 111594207 A 说　明　书 6/9 页 57-斜向活塞缸 60-辅助搬运组件 61-搬运摆臂  62-第二液压缸组  63-搬运台 64-搬运机械臂  65-搬运夹手  66-存放钩