CN1011252B - 改进的拉铲挖掘方法 - Google Patents
改进的拉铲挖掘方法Info
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Abstract
用低坡绞车装置、高坡绞车装置和挖掘铲挖掘矿层或煤层上覆盖层的方法,挖掘铲通过一根或多根牵引钢索与低坡绞车装置相连,通过一根尾钢索与高坡绞车装置相连。拉紧低坡纹车装置的牵引钢索,把挖掘铲拉过经钻孔和爆破后的覆盖层,把土装到铲内,倒在卸土处,经过多次运送就铲除矿层或煤层上的覆盖层;当挖掘铲到达其行程的终点,松开低坡绞车装置的牵引钢索,拉紧高坡绞车装置的尾钢索,将挖掘铲移回到每次行程的起点。
Description
本发明涉及一种采用低坡绞车装置、高坡绞车装置和挖掘铲挖掘矿层或煤层上复盖层的方法。
传统的挖掘矿层或煤层上复盖层的方法是采用普通拉铲挖掘机,该普通的拉铲挖掘机包括装有提升钢索绞盘的挖掘机机身、向外伸出的动臂以及与拉铲斗相连的牵引钢索;动臂支承着连到提升钢索绞盘上的提升钢索,提升钢索从动臂的外端向下延伸与下面要描述的拉铲斗相连;牵引钢索连接到位于挖掘机机身上的牵引钢索绞盘上。牵引钢索绞盘与提升钢索绞盘由电动机来驱动。挖掘机机身通过中心轴颈可旋转地安装在底座上。挖掘机机身可配备有履带式行走装置,或者更常用的是配备另一种行走机构,该机构有一对可相对于挖掘机机身来回移动的履板,因而推动挖掘机机身向着所要求的行驶方向前进。
拉铲斗通常是拱形的,包括斗底和斗壁,斗壁前方开口,当牵引钢索将铲斗拉过松的表土层时,泥土或表土层可以从此前方开口进入铲斗内。在此前方开口处斗底的前端有许多斗齿。
拉铲斗的后部有一对相对放置的提升链条,各自连接到斗壁的支撑柄耳环上。这对提升链条可用一根水平杆彼此连接起来。提升钢索可以分成两股,每股与水平杆相应的一端相连。
在铲斗前方开口处附近还有一个斗前梁,另一根钢索连到此斗前梁上,此钢索借助合适的滑轮机构与提升钢索及牵引钢索相连。还有一对与铲斗侧壁前部相连接的牵引链条,牵引链条与牵引钢索相连。
上述普通拉铲挖掘机可用来铲掉复盖层或开采有价值的矿层或煤层。方法是在复盖层上钻孔和用硝酸铵这样的炸药爆破后,复盖层松散开来,然后用推土机推平部分复盖层形成支承挖掘机机身的土平台。接着将
拉铲斗移放到所要求的位置上去,此时让牵引钢索绞盘自旋,从而牵引钢索是松开的。当拉铲斗悬在动臂上自由摆动时,使提升钢索绞盘有足够的张紧力来拉住拉铲斗。驱动提升钢索将拉铲斗放到地面上,再向牵引钢索施加拉力。然后将拉铲斗拉过松土层直到将拉铲斗装满。然后,保持牵引钢索有拉力,同时也拉紧提升钢索来提升装满土的拉铲斗。通过同时平衡地操纵提升钢索绞盘和牵引钢索绞盘,使拉铲斗向着装有支承提升钢索滑轮的动臂顶部移动。然后将挖掘机机身从开挖地点转向废土堆或卸土的地方,松开牵引钢索,翻倒拉铲斗。合适地控制提升钢索,将空的拉铲斗回复到原位,再转动挖掘机机身将此空铲斗移到开挖地点。
上述采用普通拉铲挖掘设备挖掘复盖层的方法有好些缺点,其中一个主要缺点是受到几何或结构尺寸参数的限制,如提升钢索和牵引钢索的长度、和/或动臂的长度。例如,如煤层对钢索来说太深,那末需要再次挖掘,即由拉铲斗已挖过的土层用辅助的或配用的挖土设备(如斗式链轮挖掘机)再挖一次或者改变拉铲挖掘机的位置再挖一次。对于一种特殊的矿,如果煤层对于机械结构参数来说太深,就需要用卡车和斗式装载机,斗式链轮挖掘机或铲土机来移走复盖层的顶层,形成预挖区。再次挖掘和预先挖掘是很昂贵的,相对于其开挖深度是不能令人满意的。换句话说,随着深度增加,有一种趋势是;让把开掘场地和用作挖掘机机身支承土平台隔开的废土堆和高坡挖掘材料置于打开的开挖场地上。
因此本发明的目的是提供一种能克服上述已有技术所存在的缺点的,挖掘矿层或煤层的方法。
本发明的方法是利用一台低坡绞车装置、一台高坡绞车装置和一个挖掘铲来挖掘矿层或煤层复盖层的方法,挖掘铲通过一根或多根牵
引钢索与低坡绞车装置相连,通过一根尾钢索与高坡绞车装置相连。该方法包括下列步骤:
ⅰ)拉紧低坡绞车装置的牵引钢索,把挖掘铲拉过经钻孔和爆破后的复盖层,把土装到铲内,倒在卸土处,经过多次运送就除去了矿层或煤层上的复盖层;
ⅱ)当挖掘铲到达其行程的终点,松开低坡绞车装置的牵引钢索,拉紧高坡绞车装置的尾钢索,将挖掘铲移回到每次行程的起点。
该方法的特征在于:步骤(ⅰ)还包括将挖掘铲的上主体支架,在通常水平放置它的底面上浮动地支撑在由挖掘铲运输的已挖掘的负载上,并用若干向下延伸的尖齿状构件来保持挖掘下方的已挖掘的负载,由此尽量减小运输期间对已挖复盖的负载的挖掘工作。
能实现本发明前述方法的拉铲挖掘设备可包括:
(A)一台低坡绞车装置;它包括
-机身;
-从机身向外伸出的动臂,支承一根或多根牵引钢索;
-转动上述一根或多根牵引钢索的绞盘装置;
-带动该绞盘装置的驱动装置;以及
-支承机身的行走装置。
(B)一台高坡绞车装置,它包括
-机身;
-从机身向外伸出的动臂,支承一根尾钢索;
-转动上述尾钢索的绞盘装置;
-带动该绞盘装置的驱动装置;以及
-支承机身的行走装置。
(C)一个挖掘铲,其一端与一根或多根牵引钢索相连,另一端与尾钢索相连。
这里采用的术语“高坡”和“低坡”是指在挖掘现场对置的两个斜坡,在开挖前一个坡(即高坡)比另一个坡(即低坡)高。
尽管高坡绞车装置在需要时可采用一组排成行的绞盘卷筒,但它可只包括由驱动装置驱动的单绞盘卷筒。该绞盘卷筒装在可移动的机身上,机身上有一个向外伸出的、支承高坡钢索的动臂。动臂的外端装有一个滑轮来控制高坡钢索。绞盘卷筒的驱动装置可以包括一组电动机,通过合适的齿轮传动装置或轴承装置与绞盘卷筒形成驱动连接发电机之类的电源可用来给电动机供电。然而,显然也可用外部电网向电动机供电。
机身用合适的方式装到底座上,形成可转动连接,该机身安装在底座的中心轴颈上。还装有摆动齿轨或园形齿轨,该齿轨通过合适的齿轮传动装置或轴承装置与驱动电机相啮合。
机身安装得可向任何要求的方向移动,可以借助一对来回运动的履板来实现,如下面对低坡绞车装置所描述的那样。然而最好用一对相对放置的履带行走装置来支承机身。
低坡绞车装置如果需要的话可以采用与上面描述的高坡绞车装置相类似的结构。然而,比较合适的方案是低坡绞车装置有一对排成行的绞盘卷筒,尽管它在某些情况下可使用单个绞盘卷筒。每个绞盘卷筒通过上面所描述的驱动电机来驱动。它还有一个支承绞盘卷筒的机身。还有一个向外伸出的动臂,用来支承一根或多根低坡钢索。动臂的外端装有一个或多个相对放置的滑轮,控制各自的低坡钢索。如前所述,机身上装有合适的电源或利用外电源,还装有行走装置,如一对履带行走装置,更适合的是采用一对履板,它的动作原理与前面描述的普通拉铲挖掘机相类似。
机身用类似于上述高坡绞车装置的方法安装在底座上,形成可转动连接。因而可以采用中心轴颈或枢轴轴承将机身和底座互相连接起
来。此外还有上面所描述的摆动齿轨,它由一台或多台(最好是多台)驱动电机来驱动。转动齿轨可以焊接或刚性地连接在底座上。
还有辅助的支撑装置,以轴承滚柱形式将底座和机身的接合面连接起来。
当要移动低坡绞车装置时,机身就转到与运动方向相反的方向,履板位于机身两侧,在相应的槽内作来回移动。履板向后移,推动底座向行进方向运动。这个过程也可由一对伸缩连杆或者偏心轮来完成
本发明的方法所使用的挖掘工具可以是任何合适的类型,如顶部和前部开口铲斗。然而该挖掘工具最好是挖掘铲,它包括:
-一个主体部分,最合适的是不带孔型的,
-一块从主体部分向下伸的刮板,它与主体部分之间采用绞链连接;
-一对与主体部分相连或与主体部分成整体的对侧部件,可用来从侧面刮起表土层;
-连接一根或多根牵引钢索的第一连接装置;以及
-连接尾钢索的第二连接装置。
现在,根据最佳实施例和附图对本发明作进一步详细的描述:
图1表示本发明的高坡绞车装置的侧视图;
图2表示图1所示高坡绞车装置的顶视图;
图3表示本发明的低坡绞车装置的侧视图;
图4表示图3所示低坡绞车装置的顶视图;
图4A和4B表示低坡绞车装置行走装置的两种型式;
图5表示挖掘铲的透视图;
图6A、6B和6C表示挖掘铲的不同视图;
图7表示本发明方法所采用的低坡绞车装置的透视图;
图8、9和9A表示采用本发明方法进行挖掘的几种工作方法;
图10A、10B和10C是解释图8所示挖掘方法的示意侧视图;
图11A、11B和11C是解释图9所示挖掘方法的示意侧视图;
图1和图2所表示的高坡绞车装置〔9〕包括机身〔5〕、动臂悬挂钢索〔7〕、位于机身〔5〕上的悬挂钢索支承架〔6〕、动臂上的悬挂钢索支承环〔8〕、绞盘卷筒〔10〕、用来驱动绞盘卷筒〔10〕的驱动电机〔11〕、电源〔12〕、园形摆动齿轨〔13〕履带行走装置〔14〕、滑轮〔16〕和尾钢索〔17〕。为方便起见,使机身〔5〕转动的驱动装置在图3和图4所示的低坡绞车装置上加以描述,动臂〔15〕以〔17A〕处为支点可相对于机身〔5〕作转动,可根据需要通过拉紧或放松悬挂钢索〔7〕很容易地将动臂〔15〕拉回或伸出。此外,图中还给出驾驶室〔16A〕。
在图3和图4所示的低坡绞车装置〔8〕包括机身〔8A〕、一对由驱动电机〔19〕驱动的绞盘卷筒〔18〕、电源〔20〕、中心枢轴轴颈〔21〕、底座〔23〕、动臂〔24〕、滑轮〔25〕、两根独立的牵引钢索〔26A〕和〔26B〕以及带动摆动齿轨〔28〕转动的电动机〔27〕。如图所示,电动机〔27〕通过齿轮箱〔27A〕与装有小齿轮〔27C〕的主动轴〔27B〕相连,该小齿轮〔27C〕与摆动齿轮〔28〕相啮合。此外图中还描述了行走装置〔22〕以及通风装置〔28A〕和驾驶室〔28B〕。动臂〔24〕以〔26C〕和〔26D〕为支点,可相对于机身〔8A〕转动。图中还描述了使履板〔22〕提起和降下的操作机构〔22A〕
提升和降下履板〔22〕的操作机构〔22A〕可以是图4A和4B两种型式中的一种。
图4A的履板〔22〕上有凸块〔28A〕,凸块〔28A〕上有一根与偏心轮〔28C〕相连的偏心轮连杆〔28B〕。偏心轮〔28C〕的轴与其从动销〔29A〕的转动轴共轴(图中未画出)。当偏心轮〔28C〕旋转时,带动偏心轮连杆〔28B〕作相应的运动,这就使支承架〔29B〕沿着滑槽〔29C〕滑行,于是底座〔23〕离开地面,相对于履板〔22〕向前移动。当从动销〔29A〕转过其运动位置的最高点时,底座〔23〕就回到地面上,在这时履板〔22〕也在地面上。接着履板〔22〕被提离地面,相对于底座〔23〕向前移动,再放到前方的地面上。该偏心轮和滑动行走机理在图4A上仅仅作了示意性的描述,这是一种通用的机构,在美国布赛勒斯-埃里公司的出版物“表面开采机械”中对此作了更详细的描述。
图4B中解释了另一种适用的行走机构,它有一个可在导槽〔25A〕内作来回移动的导销〔24B〕。该导销〔24B〕与曲柄〔24C〕相连,而曲柄〔24C〕与安装在机身〔8A〕上可旋转的轴〔23A〕相连。导销〔24B〕可连在一个偏心轮(图中未画出)的园周边缘部分,该偏心轮由图4所示驱动电机〔25C〕来驱动。当导销〔24B〕向下朝着导槽〔25A〕的下端部移动时,相对于静止的履板〔22〕将底座〔23〕提离地面。当导销〔24B〕接近导槽〔25A〕的顶端时,再提起履板〔22〕,将其放到原先位置前方一定距离处。图中还给出了带有导槽〔25A〕的导向架〔23C〕这种机构也是一种通用的机构,在上述出版物中也对此作了解释。
图5、6A、6B和6C描述了挖掘工具或挖掘铲〔29〕,它有一个主体框架〔31〕,可以在此主体框架上叠置一个压载箱〔30〕如图所示那样。主体框架〔31〕有横向构件〔31A〕和纵向构件〔31B〕,图6C十分清楚地对此作了描述。它还包括一个向下的刮板〔33〕,该刮板的合适结构是如图5所示的华夫饼干样式,带有垂直加强构件〔33A〕和水平加强构件〔33B〕。刮板〔33〕以〔34〕处为支点,可旋转地连接到主体框架〔31〕上。此外,在刮板〔33〕上开有锁紧孔〔34A〕,在主体框架〔31〕上开有相应的锁紧孔〔34B〕,可以如图6B所示那样将此两孔对准,用锁销将其锁紧,从而可以将挖掘铲〔29〕运回维修而不再用牵引钢索〔26A〕〔26B〕和尾钢索〔17〕来挖土。
刮板〔33〕上装有松土尖齿〔39〕。可以让牵引钢索〔26A〕和〔26B〕穿过压载箱〔30〕的钢索导槽〔38〕,压载箱〔30〕有一个顶表面〔39A〕,如果需要的话,可以将泥土放在此压载箱〔30〕的顶上来帮助在挖掘过程中牵引挖掘铲〔29〕。压载箱〔30〕四周有连续的外侧板〔30A〕。主体框架上还装有挡土尖齿〔35〕,帮助把刮起的泥土保持在刮板〔33〕中。牵引钢索〔26A〕和〔26B〕在〔32〕处与刮板相连,刮板上还有一个与尾钢索相连的连接凸块。
图6A、6B和6C上还给出有光滑下表面的滑动件〔38B〕,它通过连接块〔38C〕与牵引钢索〔26A〕和〔26B〕相连,此外还给出牵引钢索〔26A〕和〔26B〕的支承块和支承导轨,图6B对此作了清楚的描述。图中还给出了带有加强肋条〔32B〕的侧刮板〔32A〕,它通过连接孔〔32C〕相连,再借助螺栓
〔31A〕连接在主体框架〔31〕上。
上面如图5、6A、6B、和6C所示挖掘铲的重要特征如下:
(a)主体框架〔31〕内部有一块带孔的板或网眼板这种结构保证了挖掘铲〔29〕装有负载时仍能“浮”在所包含的负载上,防止负载“起作用”。主体框架的这种结构会减少位于挖掘铲〔29〕顶部的泥土,且能达到更好的“铲住”泥土;
b)松土尖齿这种结构在必要时会使挖掘铲耙松复盖层;
c)该刮板设计得在回程时能夹带一些表土层;
d)可转动连接的或绞接的刮板〔33〕结构在牵引过程中能有效地收集表土层。
图7十分详细地描述了低坡绞车装置,它正在将挖掘铲拉过表土层。牵引钢索〔26A〕和〔26B〕经过机身〔8A〕顶上的门形架〔22C〕。履板〔22〕将推动低坡绞车装置〔8A〕向前。
在图8和图9所示的采矿挖掘中,说明了本发明的拉铲挖掘设备如何与普通拉铲挖掘机结合起来进行开采。图中描述了预挖区〔41〕要开采区的顶层〔42〕、已用钻机〔43A〕钻了许多炸药孔的钻孔区〔43〕以及开挖煤层〔46〕上复盖层的普通拉铲挖土机〔44〕。拉铲挖掘机〔44〕如前面所描述的那样挖掘,形成一个挖掘出来的废土堆〔47〕。然而,煤层处于比拉铲挖掘机〔44〕所能达到的地方还要低的位置,因此需要先形成一个预挖区〔41〕。
图8描述了正被拉过区域〔51〕处松土层的挖掘铲〔29〕。该区域〔51〕已在钻孔后进行了爆破,形成了松土层,低坡绞车装置〔8〕的牵引钢索将挖掘铲〔29〕拉过此松土层。在拉过一次后,高坡绞车装置〔9〕的尾钢索将挖掘铲〔29〕再拉回到所需要的位
置。用本发明的拉铲挖掘设备产生一个挖掘过的区域或挖掘出来的土堤〔48〕以及区域〔41〕,图8描述了正在清除由普通拉铲挖掘机形成的废土堆〔47A〕的本发明拉铲挖掘设备。区域〔53〕是由普通拉铲挖掘机先挖出来的。图中还描述了比土堤〔48〕要低的土堤〔52〕。此外还给出了被开采过的区域〔49〕和进矿的道路〔50〕。
图9中述了本发明的拉铲挖掘设备在多层煤层〔46A〕和〔46B〕上的应用。普通拉铲挖掘机〔44A〕正在挖掘较低煤层〔46B〕上的复盖层,形成通常的土堆〔47〕。图上描述了正在铲掉废土堆〔47B〕和〔47C〕的本发明拉铲挖掘设备〔8〕、〔9〕和〔29〕。拉铲挖掘机〔44B〕已形成废土堆〔47B〕。废土堆〔47C〕由位于预挖区的拉铲挖掘机〔44A〕产生。
图9A揭示了本发明的一种改进方法。首先将〔51〕处的复盖层爆破松土,然后如前所述利用本发明的拉铲挖掘设备形成土堤〔48〕开采矿层〔48A〕。在这种方法中不需要普通拉铲挖掘机。
图10A、10B和10C描述了用本发明拉铲挖掘机设备来开采单层煤层〔46〕的情况。在图10A中,用普通拉铲挖掘机开挖后,形成了废土堆〔47〕,煤层〔46〕的一部分已暴露出来。形成废土堆〔47〕前的土表面〔51〕和已钻孔区域〔43〕在图中用虚线表示。
在图10B中,低坡绞车装置〔9〕与高坡绞车装置〔8〕和挖掘铲〔29〕相配合转运由拉铲挖掘机挖掘的废土堆〔47〕。土堤〔48〕的倾斜角最好小于废土堆〔47〕的倾斜角(如34度对37度)。用装置〔8〕、〔9〕还形成了预挖区〔41〕以及支承
拉铲挖掘机的土平台锥型〔54〕。
在图10C中本发明的拉铲挖掘设备用来开挖出一个楔形切口〔55〕,从此处挖掘出来的泥土堆积到土平台〔54〕处,如图所示土平台〔54〕用来支承普通拉铲挖掘机,铲除煤层〔46〕的复盖层。
在图11A、11B和11C所示的多煤层开采情况,用普通拉铲挖掘机〔44B〕挖掘出图11A中的台阶切口〔56〕,然后挖走煤层〔46A〕上的复盖层,将它们倒在废土堆〔47B〕上。
在图11B上,开采煤层〔46A〕后,利用本发明的拉铲挖掘设备来铲走普通拉铲挖掘机所形成的废土堆(如图9所示),形成土堤〔48〕,初步堆筑图9所示的土平台〔54〕。然后如图11C所描述的那样,用普通拉铲挖掘机〔44A〕来挖除复盖层,形成台阶切口〔56〕,并堆成土平台〔54〕。然后铲除低层煤层〔46B〕上的复盖层,形成了通常的废土堆〔47〕。
从上面描述可以知道:如果需要,在开采时可以仅使用本发明的拉铲挖掘设备,而不用普通拉铲挖掘机〔44〕。同样可以得知:本发明不仅涉及改进的拉铲挖掘设备,还包括使用上述设备挖掘土方的方法。
术语“低坡”是指挖土方处煤层已被移走的这一侧,与此相对的另一侧称作“高坡”。图11B中低坡高于高坡,这是由于挖松的复盖层体积膨胀了,这在实践中开挖倾斜煤层时常常发生的。
本发明的拉铲挖掘设备也可用来移走由卡车和斗式装载机、破碎机、运输机、挖泥机和管道移来的复盖层。
从本发明最佳实施例,特别是图8、9、10A-10C和
11A-11C来看,可得知本发明拉铲挖掘设备可完成下列步骤:
ⅰ)挖松现场一部分复盖层;
ⅱ)在水平方向将复盖层运送到不同距离;
ⅲ)将复盖层提升到不同高度。
作为上面所描述的拉铲挖掘设备的其他变换形式,显然可以采用多台(例如二台)高坡绞车装置来牵引挖掘工具。
此外本发明的拉铲挖掘设备还有下述优点:减少与土堆倾角有关的土力学问题,降低了铲除复盖层的成本。
Claims (7)
1、用低坡绞车装置、高坡绞车装置和挖掘铲挖掘矿层或煤层上复盖层的方法,挖掘铲包括一上主体支架和装在主体支架后端向下延伸的刮板,它通过一根或多根牵引钢索与低坡绞车装置相连,通过一根尾钢索与高坡绞车装置相连,该方法包括下列步骤:
i)拉紧低坡绞车装置的牵引钢索,把挖掘铲拉过经初步钻孔和爆破后的复盖层,把土装到铲内,倒在卸土处,经过多次运送就铲除矿层或煤层上的复盖层;
ii)当挖掘铲到达行程的终点,松开低坡绞车装置的牵引钢索拉紧高坡绞车装置的尾钢索,将挖掘铲移回到每次行程的起点。
其特征在于:步骤(i)还包括将挖掘铲的上主体支架,在通常水平放置它的底面上浮动地支撑在由挖掘铲运输的已挖掘的负载上,并用若干向下延伸的尖齿状构件来保持挖掘铲下方的已挖掘的负载,由此尽量减小运输期间对已挖复盖层负载的挖掘工作。
2、按照权利要求1所描述的挖掘复盖层的方法,其特征在于在第ⅰ)步和第ⅱ)步结束后,形成了预挖区以及废土堆和矿层、煤层上方的复盖层,然后用位于预挖区或其相邻处的辅助挖掘装置来挖掘。
3、按照权利要求2所描述的挖掘复盖层的方法,其特征在于在第ⅰ)步时,在预挖区挖出一个切口,从此切口挖出的泥土堆放在矿层附近形成一个支承辅助挖掘设备的土平台,此辅助挖掘设备在此土平台上挖掘矿层上的复盖层。
4、按照权利要求1所描述的挖掘复盖层的方法,其特征在于先利用辅助挖掘设备开一切口,然后铲除第一层煤层或矿层的复盖层,卸在附近的废土堆上,从而使第一层煤层或矿层露了出来,接着按第ⅰ)步和第ⅱ)步移走上述土堆,且形成辅助挖掘设备的支承平台,然后可以开采第一层煤层或矿层下方的第二层煤层或矿层。
5、按照权利要求1所描述的挖掘复盖层的方法,其特征在于在要开采的地区钻孔,爆破,随后按照第ⅰ)步和第ⅱ)步挖走位于上述矿层上方的复盖层,使矿层露出来。
6、按照权利要求1所描述的挖掘复盖层的方法,其特征在于上述底面起码包括一块通常为水平的板和网状板。
7、按照权利要求1所描述的挖掘复盖层的方法,其特征在于挖掘铲的刮板包括从它的相应端部向下伸展的侧部刮板。
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