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一种坚硬岩体无炮掘进装置

阅读:1020发布:2020-12-28

专利汇可以提供一种坚硬岩体无炮掘进装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种坚硬岩体无炮掘进装置,包括阶梯 钻头 、圆形 滚刀 、动 力 悬臂、升降油缸、回转架、 机体 架、摆动油缸、液压系统、操控台、电控箱、刮板机、行走机构、铲装装置、U形销,本发明动力大,结构简单紧凑,便于安装、拆卸,提高了掘进装备对坚硬岩体地质条件的适应性;采用阶梯形钻头先行钻孔可以降低坚硬岩体的强度和形成自由面,减小了机械刀具 破碎 坚硬岩体的难度,利用圆形滚刀可以实现坚硬岩体的高效 挤压 拉伸破碎;采用先钻孔卸压,再利用圆形滚刀挤压拉伸破碎坚硬岩体,大大提高了掘进装备破岩能力和效率,对我国深层高地 应力 岩体高效掘进具有推动作用,乃至对我国 煤 炭工业的可持续发展有重要的社会意义。,下面是一种坚硬岩体无炮掘进装置专利的具体信息内容。

1.一种坚硬岩体无炮掘进装置,其特征在于,包括阶梯钻头(4)、圆形滚刀(5)、动悬臂(6)、升降油缸(7)、回转架(8)、机体架(9)、摆动油缸(10)、液压系统(11)、操控台(12)、电控箱(13)、刮板机(14)、行走机构(15)、铲装装置(16)、U形销(17),掘进过程如下:伸出推进油缸(6-1)使阶梯钻头(4)在坚硬岩体(1)上形成阶梯形岩孔(2);缩回推进油缸(6-1),利用U形销(17)将圆形滚刀(5)固定在阶梯钻头(4)上,伸出推进油缸(6-1)使圆形滚刀(5)进入阶梯形岩孔(2)一定深度;操作升降油缸(7)和摆动油缸(10)使圆形滚刀(5)挤压拉伸破岩,形成岩石碎片(3);利用铲装装置(16)、刮板机(14)、行走机构(15)组合完成岩石碎片(3)装载和输出;重复上述过程完成坚硬岩体(1)快速掘进;所述回转架(8)、液压系统(11)、操控台(12)、电控箱(13)、刮板机(14)均安装在机体架(9)上,机体架(9)安装在行走机构(15)上;所述动力悬臂(6)后端与回转架(8)铰接,动力悬臂(6)中部通过升降油缸(7)与回转架(8)连接;所述的动力悬臂(6)输出旋转轴(6-4)由滚动轴承(6-7)和推力轴承(6-8)支撑安装在滑动壳体(6-2)内,输出旋转轴(6-4)前端外花键(6-4-1)与阶梯钻头(4)内花键槽I(4-
3-9)相配合,输出旋转轴(6-4)后端外花键(6-4-2)与过渡轴(6-6)内花键槽II(6-6-1)配合连接,过渡轴(6-6)后端连接行星减速机构(6-5)旋转行星架(6-5-1)。
2.根据权利要求1所述的一种坚硬岩体无炮掘进装置,其特征在于,所述动力悬臂(6)的滑动壳体(6-2)与外壳体(6-3)滑动连接,且滑动壳体(6-2)与外壳体(6-3)通过推进油缸(6-1)连接,滑动壳体(6-2)前端面(6-2-1)与阶梯钻头体(4-3)后端面(4-3-10)配合。
3.根据权利要求2所述的一种坚硬岩体无炮掘进装置,其特征在于,所述阶梯钻头体(4-3)中部外圆柱段(4-3-1)表面上螺旋安装数个锥形合金牙齿(4-1),球形合金截齿(4-2)镶嵌在阶梯钻头体(4-3)端面(4-3-2)和非圆截面轴段II(4-3-4)外棱上,阶梯钻头体(4-3)内部安装有镐形截齿(4-4);圆形滚刀(5)通过U形销(17)固定在阶梯钻头体(4-3)前端的非圆截面轴段I(4-3-3)上。
4.根据权利要求3所述的一种坚硬岩体无炮掘进装置,其特征在于,所述非圆截面轴段I(4-3-3)上设有U形销插孔I(4-3-8),钻头体(4-3)的过岩屑孔(4-3-12)加工在钻头体(4-
3)的中部外圆柱段(4-3-1)上,非圆截面轴段I(4-3-3)与中部外圆柱段(4-3-1)之间设有非圆截面轴段II(4-3-4),非圆截面轴段II(4-3-4)上加工对称通孔(4-3-5),钻头体(4-3)中心通孔(4-3-6)上焊接有镐形截齿座(4-3-7),钻头体(4-3)后部设有内花键槽I(4-3-9)和防尘圈槽(4-3-11)。
5.根据权利要求1或4所述的一种坚硬岩体无炮掘进装置,其特征在于,所述圆形滚刀(5)的合金滚刀头(5-2)镶嵌在圆形滚刀体(5-1)上,圆形滚刀体(5-1)内设有非圆形通孔(5-4),圆形滚刀体(5-1)后部设有U形销插孔II(5-3);所述合金滚刀头(5-2)材质为硬质合金,由粉末冶金方法整体压制成型

说明书全文

一种坚硬岩体无炮掘进装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种掘进装置,尤其涉及一种坚硬岩体无炮掘进装置。

背景技术

[0002] 2015年,《BP世界能源统计年鉴》指出:中国仍然是世界最大的能源消费国,占全球消费量的23%和全球净增长的61%;炭资源消耗占消费总量的66.03%,在未来很长一段时期内作为我国主体能源具有无法替代的地位。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020)》明确指出:亟需大加强煤炭资源安全高效开采和利用技术研究,明确要求重点研究深层和复杂地层矿体采矿技术。2011年,国家能源局发布的《国家能源科技“十二五”规划》明确指出复杂地质条件下煤炭资源的高效开发是今后的主要攻关方向,要求研发符合我国复杂地层条件下多模式岩石巷道掘进、煤炭开采技术和装备。
[0003] 目前,煤炭开采已经逐渐向深层和复杂地层发展,对深层、复杂地层煤炭资源安全高效开采技术和装备提出了更高的要求和新的挑战。由于地应力的增大,通常深层、复杂地层煤岩的弹性模量、硬度和破坏强度等随之增大,单轴抗压强度往往达到150MPa以上。虽然爆破掘进法具有灵活、方便、成本低、适应性强以及不受地质条件变化影响的特点,但其存在工序多、安全性低、掘进效率低等缺点。机械切削破岩时刀具磨损严重、消耗量大,主要用于切削破碎普氏硬度系数f≤8的煤岩;机械冲击可以破碎大部分煤岩,但在坚硬煤岩(f>15)中工作存在球齿磨损严重和脱落、破岩效率低以及粉尘量大等问题,大大降低了机械冲击破岩能力、效率以及设备使用寿命和可靠性,如何实现坚硬煤岩的安全高效破碎已经成为深层、复杂地层煤炭等矿体资源高效开发的关键问题和难点。TBM掘进机圆形滚刀破岩能力强、耐磨损,但由于圆形滚刀采用压碎岩石需要极大的推力,导致TBM掘进机在煤矿井下坚硬岩巷使用受限。在高地应力作用下,深部掘进工作面岩体压张效应明显,近掘进面岩体易于拉裂。因此,采用圆形滚刀拉裂坚硬岩体是最有效途径之一,采用阶梯形钻头钻孔为圆形滚刀形成自由面是破碎硬岩的重要环节。联合阶梯形钻头和圆形滚刀破岩,可以降低滚刀磨损率和消耗量,延长滚刀使用寿命,改善机械破岩工作条件,实现坚硬岩石的高效掘进。

发明内容

[0004] 为解决上述问题,本发明提供一种坚硬岩体无炮掘进装置,本发明结构简单,使用方便。本发明采用阶梯形钻头钻孔为圆形滚刀形成自由面是破碎硬岩的重要环节。联合阶梯形钻头和圆形滚刀破岩,可以降低圆形滚刀磨损率和消耗量,延长圆形滚刀使用寿命,改善机械破岩工作条件,实现坚硬岩石的高效掘进。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用以下技术手段:
[0006] 本发明提供一种坚硬岩体无炮掘进装置,包括阶梯钻头(4)、圆形滚刀(5)、动力悬臂(6)、升降油缸(7)、回转架(8)、机体架(9)、摆动油缸(10)、液压系统(11)、操控台(12)、电控箱(13)、刮板机(14)、行走机构(15)、铲装装置(16)、U形销(17),伸出推进油缸(6-1)使阶梯钻头(4)在坚硬岩体(1)上形成阶梯形岩孔(2);缩回推进油缸(6-1),利用U形销(17)将圆形滚刀(5)固定在阶梯钻头(4)上,伸出推进油缸(6-1)使圆形滚刀(5)进入阶梯形岩孔(2)一定深度;操作升降油缸(7)和摆动油缸(10)使圆形滚刀(5)挤压拉伸破岩,形成岩石碎片(3);利用铲装装置(16)、刮板机(14)、行走机构(15)组合完成岩石碎片(3)装载和输出;重复上述过程完成坚硬岩体(1)快速掘进。
[0007] 进一步的,所述回转架(8)、液压系统(11)、操控台(12)、电控箱(13)、刮板机(14)均安装在机体架(9)上,机体架(9)安装在行走机构(15)上。
[0008] 进一步的,所述动力悬臂(6)后端与回转架(8)铰接,动力悬臂(6)中部通过升降油缸(7)与回转架(8)连接;所述的动力悬臂(6)输出旋转轴(6-4)由滚动轴承(6-7)和推力轴承(6-8)支撑安装在滑动壳体(6-2)内,输出旋转轴(6-4)前端外花键(6-4-1)与阶梯钻头(4)内花键槽I(4-3-9)相配合,输出旋转轴(6-4)后端外花键(6-4-2)与过度轴(6-6)内花键槽II(6-6-1)配合连接,过渡轴(6-6)后端连接行星减速机构(6-5)旋转行星架(6-5-1)。
[0009] 进一步的,所述动力悬臂(6)的滑动壳体(6-2)与外壳体(6-3)滑动连接,且滑动壳体(6-2)与外壳体(6-3)通过推进油缸(6-1)连接,滑动壳体(6-2)前端面(6-2-1)与阶梯钻头体(4-3)后端面(4-3-10)配合。
[0010] 进一步的,所述阶梯钻头体(4-3)中部外圆柱段(4-3-1)表面上螺旋安装数个锥形合金牙齿(4-1),球形合金截齿(4-2)镶嵌在阶梯钻头体(4-3)端面(4-3-2)和非圆截面轴段II(4-3-4)外棱上,阶梯钻头体(4-3)内部安装有镐形截齿(4-4);圆形滚刀(5)通过U形销(17)固定在阶梯钻头体(4-3)前端的非圆截面轴段I(4-3-1)上。
[0011] 进一步的,所述非圆截面轴段I(4-3-3)上设有U形销插孔I(4-3-8),钻头体(4-3)的过岩屑孔(4-3-12)加工在钻头体(4-3)的中部外圆柱段(4-3-1)上,非圆截面轴段I(4-3-3)与中部外圆柱段(4-3-1)之间设有非圆截面轴段II(4-3-4),非圆截面轴段II(4-3-4)上加工对称通孔(4-3-5),钻头体(4-3)中心通孔(4-3-6)上焊接有镐形截齿座(4-3-7),钻头体(4-3)后部设有内花键槽I(4-3-9)和防尘圈槽(4-3-11)。
[0012] 进一步的,所述圆形滚刀(5)的合金滚刀头(5-2)镶嵌在圆形滚刀体(5-1)上,圆形滚刀体(5-1)内设有非圆形通孔(5-4),圆形滚刀体(5-1)后部设有U形销插孔II(5-3);所述合金滚刀头(5-2)材质为硬质合金,由粉末冶金方法整体压制成型
[0013] 本发明的有益效果:
[0014] 本发明采用液压油缸和电机驱动,动力大,掘进装备结构简单紧凑,便于安装、拆卸,减小掘进装备的整体尺寸,提高掘进装备对坚硬岩体地质条件的适应性;采用阶梯形钻头先行钻孔可以降低坚硬岩体的强度和形成自由面,减小了机械刀具破碎坚硬岩体的难度,然后利用圆形滚刀可以实现坚硬岩体的高效挤压拉伸破碎;采用先钻孔卸压,再利用圆形滚刀挤压拉伸破碎坚硬岩体,可以大大提高掘进装备破岩能力和效率,对我国深层高地应力岩体高效掘进具有推动作用,乃至对我国煤炭工业的可持续发展有重要的社会意义。附图说明
[0015] 图1是硬岩巷道无炮掘进工艺及装备;
[0016] 图2是动力悬臂剖视图;
[0017] 图3是阶梯钻头和圆形滚刀示意图;
[0018] 图4是阶梯钻头体三维剖视图;
[0019] 图5是圆形滚刀剖视图。
[0020] 图中:1—坚硬岩体;2—阶梯形岩孔;3—岩石碎片;4—阶梯钻头;5—圆形滚刀;6—动力悬臂;7—升降油缸;8—回转架;9—机体架;10—摆动油缸;11—液压系统;12—操控台;13—电控箱;14—刮板机;15—行走机构;16—铲装装置;17—U形销;4-1—锥形合金牙齿;4-2—球形合金截齿;4-3—阶梯钻头体;4-4—镐形截齿;4-3-1—中部外圆柱段;4-3-
2—端面;4-3-3—非圆截面轴段I;4-3-4—非圆截面轴段II;4-3-5—对称通孔;4-3-6—中心通孔;4-3-7—镐形截齿座;4-3-8—U形销插孔I;4-3-9—内花键槽I;4-3-10—后端面;4-
3-11—防尘圈槽;4-3-12—过岩屑孔;5-1—圆形滚刀体;5-2—合金滚刀头;5-3—U形销插孔II;5-4—非圆形通孔;6-1—推进油缸;6-2—滑动壳体;6-2-1—前端面;6-3—外壳体;6-
4—输出旋转轴;6-4-1—前端外花键;6-4-2—后端外花键;6-5—行星减速机构;6-5-1—旋转行星架;6-5-2—行星减速机构输入轴;6-6—过渡轴;6-6-1—内花键槽II;6-7—滚动轴承;6-8—推力轴承;6-9—驱动电机

具体实施方式

[0021] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。
[0022] 实施例1:如图1至2所示,本发明的坚硬岩体无炮掘进装备,主要由阶梯钻头4、圆形滚刀5、动力悬臂6、升降油缸7、回转架8、机体架9、摆动油缸10、液压系统11、操控台12、电控箱13、刮板机14、行走机构15、铲装装置16、U形销17组成。所述的机体架9作为掘进装备其它部件的连接纽带,连接或搭载回转架8、液压系统11、操控台12、电控箱13、刮板机14等;所述的行走机构15承载机体架9,可以使掘进装备整体移动;所述的动力悬臂6为阶梯钻头4和圆形滚刀5破岩提供旋转扭矩,动力悬臂6外壳体6-3的后端通过回转架8进而与摆动油缸10连接,动力悬臂6外壳体6-3中部通过升降油缸7与回转架8连接,动力悬臂6输出旋转轴6-4通过滚动轴承6-7和推力轴承6-8支撑安装在滑动壳体6-2内部,输出旋转轴6-4前端与阶梯钻头4配合连接,输出旋转轴6-4后端过渡轴6-6配合连接,过渡轴6-6后端连接行星减速机构6-5的旋转行星架6-5-1,动力悬臂6的滑动壳体6-2与外壳体6-3滑动连接,滑动壳体6-2与外壳体6-3通过推进油缸6-1连接为阶梯钻头4和圆形滚刀5破岩提供推进力;所述的升降油缸7和摆动油缸10,与动力悬臂6外壳体6-3、回转架8以及机体架9构成多自由度机构,为阶梯钻头4和圆形滚刀破岩5摆动力;
[0023] 如图3至4所示,所述阶梯钻头4,阶梯钻头体4-3设有的中部外圆柱段4-3-1上螺旋安装数个锥形合金牙齿4-1,阶梯钻头体4-3端面4-3-2和非圆截面轴段II 4-3-4外棱上镶嵌有数个球形合金截齿4-2,镐形截齿4-4安装在阶梯钻头体4-3内部的镐形截齿座上,圆形滚刀5通过U形销17固定在阶梯钻头体4-3前端的非圆截面轴段I 4-3-3上;所述阶梯钻头体4-3前端设有非圆截面轴段I 4-3-3,非圆截面轴段I 4-3-3上加工有对称的U形销插孔I 4-
3-8,阶梯钻头体4-3的过岩屑孔4-3-12加工在中部外圆柱段4-3-1上,非圆截面轴段I 4-3-
3与中部外圆柱段4-3-1之间设有非圆截面轴段II 4-3-4,非圆截面轴段II 4-3-4上加工对称通孔4-3-5,钻头体4-3中心通孔4-3-6上焊接有镐形截齿座4-3-7,钻头体4-3后部设有内花键槽I 4-3-9和防尘圈槽4-3-11。
[0024] 如图5所示,所述的的圆形滚刀5由合金滚刀头5-2镶嵌在圆形滚刀体5-1上而成,圆形滚刀体5-1内设有非圆形通孔5-4与阶梯钻头体4-3上的非圆截面轴段I 4-3-3配合连接,圆形滚刀体5-1后部设有U形销插孔II 5-3利用U形销17与阶梯钻头体4-3固定,合金滚刀头5-2材料是采用粉末冶金方法整体压制成型的硬质合金。
[0025] 如图1至图5,所述的坚硬岩体无炮掘进工艺:(a)采用未安装圆形滚刀5的阶梯钻头4在坚硬岩体1上形成阶梯形岩孔2;(b)将安装圆形滚刀5的阶梯钻头4伸入阶梯岩孔一定距离,操作升降油缸7和摆动油缸10使圆形滚刀5挤压拉伸破岩,形成岩石碎片3;(c)利用铲装装置16、刮板机14、行走机构15组合完成岩石碎片3装载和输出;重复上述过程完成坚硬岩体1快速掘进。
[0026] 本发明坚硬岩体无炮掘进装备工作原理:掘进装备工作时,利用工作面电力系统给搭载在机体架9上的液压系统11、动力悬臂6的驱动电机6-9供电,液压系统11形成供升降油缸7、摆动油缸10、推进油缸6-1及行走机构15工作的压力油。操作操控台12,启动驱动电机6-9将旋转动力通过行星减速机构6-5、过渡轴6-6、输出旋转轴6-4传递至阶梯钻头4;操作操控台12,启动液压系统11给推进油缸6-1、升降油缸7和摆动油缸10供压力油,死升降油缸7和摆动油缸10,推进油缸6-1伸出使未安装圆形滚刀5的阶梯钻头4钻进坚硬岩体1形成阶梯形岩孔2,完成阶梯形岩孔2钻进后缩回推进油缸6-1,阶梯形岩孔2周围的坚硬岩体1在高地应力作用下强度得到卸载;操作操控台12,使推进油缸6-1伸出,将安装圆形滚刀5的阶梯钻头4伸入阶梯岩孔2一定深度;锁死推进油缸6-1,操作操控台12控制升降油缸7和摆动油缸10使动力悬臂6整体摆动,圆形滚刀5旋转摆动挤压拉伸强度卸载后的坚硬岩体1,形成大量岩石碎片3堆积在掘进装备前方;启动液压系统11给铲装装置16、刮板机14、行走机构15的驱动机构提供压力油,行走机构15使掘进装备整体向前移动时,铲装装置16装载岩石碎片3,刮板机14输送岩石碎片,它们联合工作完成岩石碎片3装载和输出;重复上述过程完成坚硬岩体1的快速掘进。
[0027] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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