CN102733815B - 全断面矩形硬岩掘锚一体机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿巷道掘进机械，具体为一种全断面矩形硬岩掘锚一体机，包括机架，机架自前往后依次安装有截割装置、支护装置、推进机构、侧面支撑机构和后支撑机构以及通风除尘装置，机架横向中部内设置有出渣机构，推进机构的前端固定在机架上，后端固定在侧面支撑机构上，所述截割装置由刀盘、刀盘支撑架和刀盘驱动机构组成，刀盘支撑架与机架前端固定连接，刀盘包括圆锥形顶部和圆柱形底部构成的组合盘架，盘架圆锥形顶部和圆柱形底部的周边安装有多个盘形滚刀，盘架的圆锥形顶部锥角α范围为140°～160°。本发明解决现有掘进机不适合全断面硬岩快速掘进作业，截割硬岩时截齿磨损速度快，机身震动大，可靠性低的问题，可以大幅度提高全断面矩形巷道的掘进工作效率，降低工人劳动强度，改善工作环境，提高设备的可靠性。

Description

全断面矩形硬岩掘锚一体机

技术领域

本发明涉及煤矿巷道掘进机械，具体为一种全断面矩形硬岩掘锚一体机，尤其适用于开挖端面为矩形形状的4<f<10的半煤岩、煤岩及硬岩巷道，或者f>10的硬岩矩形巷道的掘进作业。

背景技术

上世纪90年代初至今，随着国民经济的发展，国家煤碳资源的整合，矿井巷道也越来越多，巷道的地质条件复杂多变，岩石硬度提高。轻型及中型掘进机已经完全不能满足需要，因此需要新型掘进机出现。

进几年，我国巷道掘进机发展的数量、种类在不断的增加，但都属于半煤岩部分断面掘进机，及悬臂式部分断面掘进机。煤岩及岩石较硬的巷道都很难采用悬臂式掘进机掘进，仍采用人工钻爆法作业，钻爆法作业不仅劳动生产率低、用人多、劳动强度大、工作环境恶劣、不环保、同时也不安全，给生产带来极大的不利。同时采用悬臂式部分断面掘进机或者硬岩掘进机，都难实现连续掘进、掘锚、挂网一体化作业的功能，都难掘进出为矩形端面形状的巷道一次成型功能。

目前，煤矿综合机械化掘进工作面多为煤巷掘进。随着科学技术的发展，国内外采用的煤矿掘进机主要有两种：一种是普通的掘进机，简称综合机；另一种是掘进与锚杆支护同时完成的掘锚体机组，简称掘锚联合机组、掘锚机组。但这些机型随着截割的功率增加，也能有效的针对半煤岩、软岩掘进，也能针对f<10的全岩巷道。但传统的镐形截齿截割破碎只能有效利用于f<7～８低腐蚀性岩石。对于大于ｆ８的岩石，截齿磨损速度极度加快，机身震动大，可靠性极低，降低生产能力。这些掘进机设计尚未成熟，功能不完善，很难解决传统掘进机在工作面开挖时，遇到岩面震动大、机械零件松动、链条卡链、跳链、过紧、通风除尘等施工现象问题；很难解实现巷道施工一次成型为矩形断面的掘进，很难解决全断面岩石施工中快速掘进作业。因此，针对全断面半煤岩、煤岩及全岩矩形巷道需要一种新型的掘进技术和设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全断面矩形硬岩掘锚一体机，解决现有掘进机不适合全断面硬岩快速掘进作业，截割硬岩时截齿磨损速度快，机身震动大，可靠性低的问题，该掘锚一体机可以大幅度提高全断面矩形巷道的掘进工作效率，降低工人劳动强度，改善工作环境，提高设备的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种全断面矩形硬岩掘锚一体机，包括机架，所述机架自前往后依次安装有截割装置、支护装置、推进机构、侧面支撑机构和后支撑机构以及通风除尘装置，机架横向中部内设置有出渣机构，所述推进机构的前端固定在机架上，后端固定在侧面支撑机构上，所述截割装置由刀盘、刀盘支撑架和刀盘驱动机构组成，刀盘支撑架与机架前端固定连接，所述刀盘包括圆锥形顶部和圆柱形底部构成的组合盘架，盘架的圆锥形顶部和圆柱形底部的周边安装有多个盘形滚刀，所述盘架的圆锥形顶部锥角α的范围为140°～160°。

所述盘架内固定设置有内挡渣板，盘架底部固定设置有底挡渣板，底挡渣板上与周向分布的盘形滚刀对应设置有多个呈放射分布的出渣孔，出渣孔之间设有刮渣板，底挡渣板内侧下表面固定安装有出渣筒，出渣筒出口位于出渣机构起始部分的正上方，与出渣筒同侧的盘架外侧沿圆周方向固定设置有侧向挡渣板。

所述刀盘驱动机构包括固定在内挡渣板上的驱动箱体，驱动箱体上沿圆周方向设置有多个电机及减速机，电机主轴端固定安装有齿轮与固定在内挡渣板上的大齿圈啮合，驱动箱体中部安装有轴承座，轴承座内安装有主轴承，轴承座的另一端固定在刀盘支撑架上。

所述支护装置包括位于机架两侧的锚杆钻机，锚杆钻机分别安装在机架两侧的弧形导向机构上，弧形导向机构分别与固定安装在机架两侧的第一导轨滑动配合连接，滑动油缸一端固定在机架上，另一端固定在弧形导向机构上。

所述推进机构包括固定安装在机架两侧中部的第二导轨和扭矩油缸，固定安装在机架上部两侧的推进油缸，扭矩油缸和推进油缸的另一端均固定安装在侧面支撑机构上。

所述侧面支撑机构包括与第二导轨滑动连接的滑动箱，滑动箱两侧设置有撑靴，撑靴与滑动箱之间安装有撑靴油缸。

所述后支撑机构包括固定安装在机架后部两侧的后支撑油缸，后支撑油缸的活塞杆尾部铰接有后支撑座。

所述通风除尘装置包括通过多个吊环安装在巷道顶壁上的除尘风筒，除尘风筒从截割装置后部一直延伸到巷道外部，除尘风筒中安装有位于掘锚一体机后部的除尘装置。 

所述出渣机构为刮板输送机或皮带输送机，所述机架上方固定安装有工作平台。

所述刀盘支撑架下方设置有刀盘提升机构，刀盘提升机构包括固定在刀盘支撑架上的提升油缸，提升油缸另一端固定设有提升支座。

本发明的工作原理是：

通过刀盘的挤压和转动，其刀盘上布置的滚刀压碎岩体，落入刀盘内的岩渣由刮渣板输送至刀盘底部出渣口处的刮板输送机上，然后岩渣通过皮带或矿车运出巷道。

本发明技术方案的有益效果是：

1、在结构上，本发明所述机架自前往后依次安装有截割装置、支护装置、推进机构、侧面支撑机构和后支撑机构以及通风除尘装置，机架横向中部内设置有出渣机构，所述推进机构的前端固定在前端机架上，后端固定在侧面支撑机构上，所述截割装置由刀盘、刀盘支撑架和刀盘驱动机构组成，刀盘支撑架与机架前端固定连接，所述刀盘包括圆锥形顶部和圆柱形底部构成的组合盘架，盘架的圆锥形顶部和圆柱形底部的周边安装有多个盘形滚刀，所述盘架的圆锥形顶部锥角α的范围为140°～160°。本发明及掘进、支护、出渣多功能为一体，兼有通风除尘功能，适合全断面硬岩快速掘进作业，截割硬岩时截齿磨损速度慢，机身震动小，可靠性高，可以大幅度提高全断面矩形巷道的掘进工作效率，降低工人劳动强度，改善工作环境，提高设备的可靠性。

2、在结构上，本发明所述刀盘包括盘架、盘形滚刀、内挡渣板、底挡渣板、出渣孔、刮渣板、出渣筒和侧向挡渣板，从而实现破岩、刮渣、出渣的功能；所述刀盘驱动机构包括驱动箱体、电机及减速机、大齿圈、主轴承及轴承座，可给刀盘提供足够的扭矩，实现刀盘旋转破岩功能；所述支护装置包括锚杆钻机、弧形导向机构、第一导轨和滑动油缸，锚杆钻机安装弧形导向机构上，滑动油缸带动弧形导向机构移动，可实现锚杆钻机在掘进机向前掘进时，不影响锚杆钻机在规定的范围内工作，实现掘锚、挂网同步作业。

3、在结构上，本发明所述推进机构包括第二导轨、扭矩油缸、推进油缸，所述侧面支撑机构包括滑动箱、撑靴和撑靴油缸，推进机构附加侧面支撑机构，可提供刀盘足够挤压力，可满足巷道一定坡度、转弯的能力；所述后支撑机构包括后支撑油缸和后支撑座，掘进机在换步时，抵住底部岩体承重。

4、在结构上，本发明配备有强力通风除尘装置，有效的降低掘进作业时所产生的大量粉尘，有效改善矿工的工作环境，保护工人的身心健康。

5、在结构上，本发明所述出渣机构为刮板输送机或皮带输送机，出渣机构起始部分安装在出渣筒出口正下方，并从大梁里面向设备尾部延伸出去，可实现连续掘进出渣，互不干涉；所述机架上方固定安装有工作平台，改善矿工工作环境，方便工人操作；所述刀盘支撑架下方增设有刀盘提升机构，可以防止刀盘局部受卡，提高掘进效率及设备的可靠性。

6、本发明掘进过程可实现高度自动化，极大的提高了掘进过程的安全性和对全断面硬岩的掘进效率，从根源上避免了中大发事故的发生，同时能够降低工人劳动强度，改善矿工工作环境，提高设备的可靠性，非常适于推广实施。

附图及说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明全断面矩形硬岩掘锚一体机结构示意图；

图2为图1所示全断面矩形硬岩掘锚一体机的A-A剖视结构示意图；

图3为图1所示全断面矩形硬岩掘锚一体机的B-B剖视结构示意图；

图4为图1所示全断面矩形硬岩掘锚一体机的C-C剖视结构示意图；

图5为图1所示全断面矩形硬岩掘锚一体机的D-D剖视结构示意图；

    图中序号：1、刀盘，2、电机及减速机， 3、大齿圈， 4、主轴承，5、驱动箱体， 6、轴承座，7、底挡渣板，8、出渣筒，9、侧向挡渣板， 10、提升机构， 11、刀盘支撑架，12、锚杆钻机，13、机架，14、推进油缸，15、撑靴，16、后支撑机构，17、刮板输送机或皮带输送机，18、后支撑油缸，19、工作平台，20、撑靴油缸，21、扭矩油缸，22、滑动箱，23、第二导轨，24、弧形导向机构，25、第一导轨，26、滑动油缸，27、刮渣板，28、内挡渣板，29、盘形滚刀，30、出渣孔，31、后支撑座，32、提升油缸，33、除尘风筒，34、除尘装置，35、吊环。

具体实施方式                          

参见图1至图5，图中，本发明全断面矩形硬岩掘锚一体机包括机架13，所述机架13自前往后依次安装有截割装置、支护装置、推进机构、侧面支撑机构和后支撑机构16以及通风除尘装置，机架13横向中部内设置有出渣机构，所述推进机构的前端固定在机架13上，后端固定在侧面支撑机构上，所述截割装置由刀盘1、刀盘支撑架11和刀盘驱动机构组成，刀盘支撑架11与机架13前端固定连接，所述刀盘1包括圆锥形顶部和圆柱形底部构成的组合盘架，盘架的圆锥形顶部和圆柱形底部的周边安装有多个盘形滚刀29，所述盘架的圆锥形顶部锥角α值为150°；所述盘架内固定设置有内挡渣板28，盘架底部固定设置有底挡渣板7，底挡渣板7上与周向分布的盘形滚刀29对应设置有多个呈放射分布的出渣孔30，出渣孔30之间设有刮渣板27，底挡渣板7内侧下表面固定安装有出渣筒8，出渣筒8出口位于出渣机构起始部分的正上方，与出渣筒8同侧的盘架外侧沿圆周方向固定设置有侧向挡渣板9；所述刀盘驱动机构包括固定在内挡渣板28上的驱动箱体5，驱动箱体5上沿圆周方向设置有多个电机及减速机2，电机主轴端固定安装有齿轮与固定在内挡渣板28上的大齿圈3啮合，驱动箱体5中部安装有轴承座6，轴承座6内安装有主轴承4，轴承座6的另一端固定在刀盘支撑架11上；所述支护装置包括位于机架13两侧的锚杆钻机12，锚杆钻机12分别安装在机架13两侧的弧形导向机构24上，弧形导向机构24分别与固定安装在机架13两侧的第一导轨25滑动配合连接，滑动油缸26一端固定在机架13上，另一端固定在弧形导向机构24上；所述推进机构包括固定安装在机架13两侧中部的第二导轨23和扭矩油缸21，固定安装在机架13上部两侧的推进油缸14，扭矩油缸21和推进油缸14的另一端均固定安装在侧面支撑机构上；所述侧面支撑机构包括与第二导轨23滑动连接的滑动箱22，滑动箱22两侧设置有撑靴15，撑靴15与滑动箱22之间安装有撑靴油缸20；所述后支撑机构包括固定安装在机架后部两侧的后支撑油缸18，后支撑油缸18的活塞杆尾部铰接有后支撑座31；所述通风除尘装置包括通过多个吊环35安装在巷道顶壁上的除尘风筒33，除尘风筒33从截割装置后部一直延伸到巷道外部，除尘风筒33中安装有位于掘锚一体机后部的除尘装置34；所述出渣机构为刮板输送机或皮带输送机17；所述机架13上方固定安装有工作平台19；所述刀盘支撑架11下方设置有刀盘提升机构10，刀盘提升机构10包括固定在刀盘支撑架11上的提升油缸32，提升油缸32另一端固定设有提升支座。

本发明的工作过程：

在掘进机工作之前，要事先为掘进机做好始发洞，能够满足主机正常工作，采用步进方案进入始发洞内，然后开始工作。

首先，撑靴油缸20伸出，撑靴15撑紧洞壁，后支撑机构16的后支撑油缸18，后支撑座31回收提起，推进油缸14伸出，电机及减速机2带动与大齿圈3、主轴承4及刀盘1旋转，盘形滚刀29受挤压力破碎岩体，破碎的岩体通过刀盘1的刮渣板27、出渣孔30及底部挡渣板7、侧向挡渣板9输送到出渣筒8处，转运到刮板输送机或皮带输送机17上，再通过其它方式转运巷道外；其中推进油缸14伸出完一次为一个工作行程，在掘进的过程中，锚杆钻机12也同时工作，锚杆钻机12可以通过滑动油缸26在机架13上来回移动，锚杆钻机12通过弧形导向机构24的行走在规定的范围内旋转工作，机架13上安装有工作平台19，可以方便人工操作，实现掘锚一体化。

其次，完成一个工作行程后，电机及减速机2停止工作，刀盘1停止旋转，后支撑机构16的后支撑油缸18及后支撑座31伸出抵住底部岩体承重，撑靴油缸20带动撑靴15回收，推进油缸14带动侧面支撑机构前拉回位，准备下一作业循环。

在掘进过程中，巷道有坡度及转弯时先定坡度及转弯半径，可以通过推进油缸14和扭矩油缸21来实现，刀盘支撑11中的提升装置10通过提升油缸32来防止刀盘局部受卡。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种全断面矩形硬岩掘锚一体机，包括机架，所述机架自前往后依次安装有截割装置、支护装置、推进机构、侧面支撑机构和后支撑机构以及通风除尘装置，机架横向中部内设置有出渣机构，所述推进机构的前端固定在机架上，后端固定在侧面支撑机构上，其特征是：所述截割装置由刀盘、刀盘支撑架和刀盘驱动机构组成，刀盘支撑架与机架前端固定连接，所述刀盘包括圆锥形顶部和圆柱形底部构成的组合盘架，盘架的圆锥形顶部和圆柱形底部的周边安装有多个盘形滚刀，所述盘架的圆锥形顶部锥角α的范围为140°～160°；所述盘架内固定设置有内挡渣板，盘架底部固定设置有底挡渣板，底挡渣板上与周向分布的盘形滚刀对应设置有多个呈放射分布的出渣孔，出渣孔之间设有刮渣板，底挡渣板内侧下表面固定安装有出渣筒，出渣筒出口位于出渣机构起始部分的正上方，与出渣筒同侧的盘架外侧沿圆周方向固定设置有侧向挡渣板。

2.根据权利要求1所述的全断面矩形硬岩掘锚一体机，其特征是：所述刀盘驱动机构包括固定在内挡渣板上的驱动箱体，驱动箱体上沿圆周方向设置有多个电机及减速机，电机主轴端固定安装有齿轮与固定在内挡渣板上的大齿圈啮合，驱动箱体中部安装有轴承座，轴承座内安装有主轴承，轴承座的另一端固定在刀盘支撑架上。

3.根据权利要求1所述的全断面矩形硬岩掘锚一体机，其特征是：所述支护装置包括位于机架两侧的锚杆钻机，锚杆钻机分别安装在机架两侧的弧形导向机构上，弧形导向机构分别与固定安装在机架两侧的第一导轨滑动配合连接，滑动油缸一端固定在机架上，另一端固定在弧形导向机构上。

4.根据权利要求1所述的全断面矩形硬岩掘锚一体机，其特征是：所述推进机构包括固定安装在机架两侧中部的第二导轨和扭矩油缸，固定安装在机架上部两侧的推进油缸，扭矩油缸和推进油缸的另一端均固定安装在侧面支撑机构上。

5.根据权利要求1所述的全断面矩形硬岩掘锚一体机，其特征是：所述侧面支撑机构包括与第二导轨滑动连接的滑动箱，滑动箱两侧设置有撑靴，撑靴与滑动箱之间安装有撑靴油缸。

6.根据权利要求1所述的全断面矩形硬岩掘锚一体机，其特征是：所述后支撑机构包括固定安装在机架后部两侧的后支撑油缸，后支撑油缸的活塞杆尾部铰接有后支撑座。

7.根据权利要求1所述的全断面矩形硬岩掘锚一体机，其特征是：所述通风除尘装置包括通过多个吊环安装在巷道顶壁上的除尘风筒，除尘风筒从截割装置后部一直延伸到巷道外部，除尘风筒中安装有位于掘锚一体机后部的除尘装置。

8.根据权利要求1所述的全断面矩形硬岩掘锚一体机，其特征是：所述出渣机构为刮板输送机或皮带输送机，所述机架上方固定安装有工作平台。

9.根据权利要求1所述的全断面矩形硬岩掘锚一体机，其特征是：所述刀盘支撑架下方设置有刀盘提升机构，刀盘提升机构包括固定在刀盘支撑架上的提升油缸，提升油缸另一端固定设有提升支座。