本发明涉及地下岩土工程，尤其涉及一种盾构掘进的顶板超前控制装置。
背景技术：
1、盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌等功能，使用盾构法进行煤炭开采时具有掘进进度快、生产效率高，安全风险小等优点。煤矿井下巷道多采用锚喷支护，由于施工最前方3m左右范围内无法进行有效支护，处在空顶状态。当围岩破碎时，会发生局部掉顶，因无法及时处理，掉顶范围将迅速扩大，从而发生大面积掉顶事故，不仅给安全生产带来隐患，而且增加了后期巷道维护难度。
2、因此，针对上述问题，现在研发了一种能够及时对破碎的围岩进行处理，并安全高效穿过围岩破碎带的盾构掘进的顶板超前控制装置。
技术实现思路
1、为了克服现有装置无法及时对破碎的围岩进行处理，不仅给安全生产带来隐患，而且增加了后期巷道维护难度的缺点，本发明提供一种能够及时对破碎的围岩进行处理，并安全高效穿过围岩破碎带的盾构掘进的顶板超前控制装置。
2、本发明的技术实施方案是：一种盾构掘进的顶板超前控制装置，包括有安装台、护板、顶板支护机构和碎石机构，安装台后部左右两侧均连接有护板，安装台上设有用于对盾构设备前方进行保护的顶板支护机构，顶板支护机构上设有用于对掉落的围岩进行破碎的碎石机构。
3、作为上述方案的改进，顶板支护机构包括有支护架、支撑框、支座、液压杆和支护栅栏，安装台前后两部均连接有支护架，支护架之间连接有多个支撑框，支撑框上均设置有支护栅栏，安装台前后两部上侧均连接有支座，支座上均连接有多个液压杆，支护栅栏前后两部均与相邻的液压杆的伸缩端连接，支护栅栏上方发生局部掉顶时，通过液压杆的伸缩端带动支护栅栏向下进行移动，使碎石穿过支撑框掉落至下方的传输带上对其进行输送清理。
4、作为上述方案的改进，碎石机构包括有弧线驱动架、第一驱动组件、转动台、连接臂和碎石钻，支护架之间滑动式连接有弧线驱动架，弧线驱动架上连接有第一驱动组件，第一驱动组件包括有第一电机和第一丝杆，弧线驱动架上连接有第一电机，第一电机输出轴上连接有第一丝杆，第一丝杆上螺纹式连接有转动台，转动台与弧线驱动架滑动式连接，转动台上转动式连接有连接臂，连接臂上转动式连接有碎石钻，清理中部的支护栅栏上方的围岩时，控制弧线驱动架移动至支护架侧边，清理两侧的支护栅栏上方的围岩时，控制弧线驱动架移动至支护架中部，第一电机输出轴转动带动第一丝杆进行转动，第一丝杆转动通过螺纹带动转动台进行前后移动，转动台移动通过连接臂带动碎石钻进行前后移动，从而对支护栅栏上方的围岩进行破碎，便于围岩掉落对其进行输送清理。
5、作为上述方案的改进，还包括有能够改善顶板的应力状态的预锚机构，预锚机构包括有移动组件、支撑座、第二驱动组件、滑动座、锚杆钻机和支护罩，安装台前部上侧连接有移动组件，移动组件上转动式连接有支撑座，支撑座上连接有第二驱动组件，第二驱动组件包括有第二电机和第二丝杆，支撑座前下侧连接有第二电机，第二电机输出轴上连接有第二丝杆，第二丝杆上螺纹式连接有滑动座，滑动座与支撑座滑动式连接，滑动座上连接有锚杆钻机，安装台前部连接有支护罩，支护罩上均匀开有锚杆安装孔，支护栅栏上方的碎石清理完成后，通过移动组件调节支撑座的位置，接着通过第二驱动组件带动滑动座在支撑座上进行前后移动，滑动座移动带动锚杆钻机进行前后移动，从而穿过支护罩上的锚杆安装孔对锚杆进行安装。
6、作为上述方案的改进，移动组件包括有安装座和弧线移动座，安装台前部上侧连接有安装座，安装座上滑动式连接有弧线移动座。
7、作为上述方案的改进，还包括有能够防止碎石钻撞击到支护栅栏的防撞机构，防撞机构包括有引导架、安装架、拨动件、弹簧和制动感应器，弧线驱动架右侧连接有引导架，转动台下部右侧连接有安装架，安装架下部滑动式连接有拨动件，拨动件与安装架之间连接有弹簧，拨动件上部左侧连接有制动感应器，转动台在前后移动过程中拨动件与引导架接触时，拨动件受到挤压向左进行滑动，弹簧受力拉伸，拨动件滑动带动制动感应器向左进行移动与转动台接触，从而使得转动台上的连接臂和碎石钻进行工作，拨动件与引导架脱离后，弹簧回弹带动拨动件向右进行滑动复位，并带动制动感应器向右进行移动与转动台脱离，从而使得转动台上的连接臂和碎石钻停止工作。
8、作为上述方案的改进，还包括有支撑垫，支撑座后部上侧连接有支撑垫，通过支撑垫能够对锚杆进行支撑。
9、作为上述方案的改进，还包括有缓冲网，安装台后下部连接有缓冲网，通过缓冲网能够对掉落的碎石进行缓冲，避免碎石对下方的传输带产生过大的冲击，导致传输带受损。
10、本发明的有益效果为：1、本发明通过设置支护栅栏对盾构设备前方进行保护，并通过连接臂带动碎石钻对掉顶的围岩进行破碎，接着通过液压杆带动支护栅栏向下移动使碎石掉出，能够达到及时对破碎的围岩进行处理，并安全高效穿过围岩破碎带的效果。
11、2、本发明通过第二驱动组件带动滑动座在支撑座上进行移动，滑动座移动带动锚杆钻机进行移动，从而穿过支护罩上的锚杆安装孔对锚杆进行安装，能够达到改善顶板的应力状态，减少顶板掉落风险的效果。
12、3、本发明通过引导架的作用带动拨动件在安装架上进行滑动，拨动件滑动带动制动感应器与转动台接触或脱离，能够达到控制连接臂和碎石钻的工作状态，从而防止碎石钻撞击到支护栅栏的效果。
1.一种盾构掘进的顶板超前控制装置，其特征在于：包括有安装台(1)、护板(11)、顶板支护机构(2)和碎石机构(3)，安装台(1)后部左右两侧均连接有护板(11)，安装台(1)上设有用于对盾构设备前方进行保护的顶板支护机构(2)，顶板支护机构(2)上设有用于对掉落的围岩进行破碎的碎石机构(3)。
2.按照权利要求1所述的一种盾构掘进的顶板超前控制装置，其特征在于：顶板支护机构(2)包括有支护架(20)、支撑框(21)、支座(22)、液压杆(23)和支护栅栏(24)，安装台(1)前后两部均连接有支护架(20)，支护架(20)之间连接有多个支撑框(21)，支撑框(21)上均设置有支护栅栏(24)，安装台(1)前后两部上侧均连接有支座(22)，支座(22)上均连接有多个液压杆(23)，支护栅栏(24)前后两部均与相邻的液压杆(23)的伸缩端连接，支护栅栏(24)上方发生局部掉顶时，通过液压杆(23)的伸缩端带动支护栅栏(24)向下进行移动，使碎石穿过支撑框(21)掉落至下方的传输带上对其进行输送清理。
3.按照权利要求2所述的一种盾构掘进的顶板超前控制装置，其特征在于：碎石机构(3)包括有弧线驱动架(30)、第一驱动组件(31)、转动台(32)、连接臂(33)和碎石钻(34)，支护架(20)之间滑动式连接有弧线驱动架(30)，弧线驱动架(30)上连接有第一驱动组件(31)，第一驱动组件(31)包括有第一电机和第一丝杆，弧线驱动架(30)上连接有第一电机，第一电机输出轴上连接有第一丝杆，第一丝杆上螺纹式连接有转动台(32)，转动台(32)与弧线驱动架(30)滑动式连接，转动台(32)上转动式连接有连接臂(33)，连接臂(33)上转动式连接有碎石钻(34)，清理中部的支护栅栏(24)上方的围岩时，控制弧线驱动架(30)移动至支护架(20)侧边，清理两侧的支护栅栏(24)上方的围岩时，控制弧线驱动架(30)移动至支护架(20)中部，第一电机输出轴转动带动第一丝杆进行转动，第一丝杆转动通过螺纹带动转动台(32)进行前后移动，转动台(32)移动通过连接臂(33)带动碎石钻(34)进行前后移动，从而对支护栅栏(24)上方的围岩进行破碎，便于围岩掉落对其进行输送清理。
4.按照权利要求3所述的一种盾构掘进的顶板超前控制装置，其特征在于：还包括有能够改善顶板的应力状态的预锚机构(4)，预锚机构(4)包括有移动组件(40)、支撑座(41)、第二驱动组件(42)、滑动座(43)、锚杆钻机(44)和支护罩(45)，安装台(1)前部上侧连接有移动组件(40)，移动组件(40)上转动式连接有支撑座(41)，支撑座(41)上连接有第二驱动组件(42)，第二驱动组件(42)包括有第二电机和第二丝杆，支撑座(41)前下侧连接有第二电机，第二电机输出轴上连接有第二丝杆，第二丝杆上螺纹式连接有滑动座(43)，滑动座(43)与支撑座(41)滑动式连接，滑动座(43)上连接有锚杆钻机(44)，安装台(1)前部连接有支护罩(45)，支护罩(45)上均匀开有锚杆安装孔，支护栅栏(24)上方的碎石清理完成后，通过移动组件(40)调节支撑座(41)的位置，接着通过第二驱动组件(42)带动滑动座(43)在支撑座(41)上进行前后移动，滑动座(43)移动带动锚杆钻机(44)进行前后移动，从而穿过支护罩(45)上的锚杆安装孔对锚杆进行安装。
5.按照权利要求4所述的一种盾构掘进的顶板超前控制装置，其特征在于：移动组件(40)包括有安装座和弧线移动座，安装台(1)前部上侧连接有安装座，安装座上滑动式连接有弧线移动座。
6.按照权利要求5所述的一种盾构掘进的顶板超前控制装置，其特征在于：还包括有能够防止碎石钻(34)撞击到支护栅栏(24)的防撞机构(5)，防撞机构(5)包括有引导架(50)、安装架(51)、拨动件(52)、弹簧(53)和制动感应器(54)，弧线驱动架(30)右侧连接有引导架(50)，转动台(32)下部右侧连接有安装架(51)，安装架(51)下部滑动式连接有拨动件(52)，拨动件(52)与安装架(51)之间连接有弹簧(53)，拨动件(52)上部左侧连接有制动感应器(54)，转动台(32)在前后移动过程中拨动件(52)与引导架(50)接触时，拨动件(52)受到挤压向左进行滑动，弹簧(53)受力拉伸，拨动件(52)滑动带动制动感应器(54)向左进行移动与转动台(32)接触，从而使得转动台(32)上的连接臂(33)和碎石钻(34)进行工作，拨动件(52)与引导架(50)脱离后，弹簧(53)回弹带动拨动件(52)向右进行滑动复位，并带动制动感应器(54)向右进行移动与转动台(32)脱离，从而使得转动台(32)上的连接臂(33)和碎石钻(34)停止工作。
7.按照权利要求6所述的一种盾构掘进的顶板超前控制装置，其特征在于：还包括有支撑垫(6)，支撑座(41)后部上侧连接有支撑垫(6)，通过支撑垫(6)能够对锚杆进行支撑。
8.按照权利要求7所述的一种盾构掘进的顶板超前控制装置，其特征在于：还包括有缓冲网(7)，安装台(1)后下部连接有缓冲网(7)，通过缓冲网(7)能够对掉落的碎石进行缓冲，避免碎石对下方的传输带产生过大的冲击，导致传输带受损。
