CN103362440B - 一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车 - Google Patents

Abstract

一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，本发明涉及到地下井巷爆破施工的钻眼装备，它包括大直径筒状钻杆、大直径环形钻头、机架、托轮、链轨车、普通动力钻和附属装置，钻杆壁内外分别有进水孔和喷水管，在钻杆的端部筒壁上有环形水槽与其壁内的进水孔连通，钻杆壁内的进水孔与传动轴内的进水孔由其二者之间的连接装置内的进水孔通过环形水槽相连，钻杆与钻杆，钻杆和钻头之间用螺纹连接，钻头上的齿座间有进水孔与钻杆端部的环形水槽相连，在齿座的上方有柱状齿，其径向侧面有片状齿，在机架的前端有两个托轮托住钻杆，在大直径筒状钻杆的两侧装配四台普通动力钻，用此钻机钻眼可以实现中深孔爆破作业，且速度快，成本低。

Description

一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车

技术领域

本发明涉及一种地下井巷爆破施工的钻眼装备。

背景技术

目前国内外全岩井巷施工广泛采用斜眼掏槽方式爆破，但这种爆破方式具有打眼量大、火药用量多、炮眼利用率低、循环进度小、成本高，不能实现中深孔爆破作业和施工速度慢等缺点。用直眼掏槽方式爆破，从理论上看没有上述缺点，但由于缺少一种先进的炮眼布置和爆破方法，到目前为止在国内外中深孔爆破技术还不成熟，2011年本人发明了一种全岩井巷爆破施工的新方法，本凿岩台车就是为了实现上述发明而设计的，使用这种凿岩台车就可以按着新发明的爆眼布置的要求钻眼，实现井巷掘进中深孔爆破作业，而且掘进速度与采用普通爆破方法掘进速度相比，可提高三倍，火药雷管用量还能大幅度降低。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种即能够在掘进工作面岩体上切削出环形槽又能钻普通炮眼的凿岩台车，为实现掘进工作面中深孔爆破作业创造必要的条件。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，它主要包括大直径环形钻头、大直径筒状钻杆、动力头、导轨、动力源、操纵台、机架、托轮、锁紧装置、给进装置、普通动力钻及其附属装置和链轨车。其特征是：钻机的钻具由大直径环形钻头与大直径筒状钻杆以螺纹形式连接，每两节相邻的钻杆也以螺纹形式连接，最后一节钻杆与传动轴轴头通过圆形平面板以螺纹形式连接，且钻杆通过其下部固定在机架上的托轮实现定位作用。动力头以其内部的齿轮与传动轴以齿轮配合并以其下部的两个梯形凹槽与两根固定在机架上的梯形导轨配合。马达安装在动力头后侧，在动力头的后侧下部和上部都与给进油缸的活柱端部铰接，油缸的另一端与套在固定柱上的套管固接，固定柱的下端与链轨车后部机架的上平面垂直固接。机架通过与其固接的夹具分别与钻机两侧前后分布的四根圆柱形纵向导轨配合，在机架升降时起横向定位作用。在钻机的两侧前后各有两根抬高千斤顶通过与其平行且在其上端部相连的拉杆与机架铰接，在工作状态通过抬高千斤顶的升降动作可以调节、控制钻具的纵向位置。在大直径筒状钻杆的每一侧通过附属装置各安装两台普通动力钻，用作钻爆破眼。

在该技术方案中，其特征在于大直径环形钻头在其一端每隔一定距离有矩形凸棱做为齿座，在齿座上有柱状截齿沿钻头的切线方向倾斜地镶嵌在齿座上，在齿座的径向两侧镶嵌着片状护齿，在钻头的齿座间有与其母线平行的进水孔，在钻头的另一端外表面有螺纹且在螺纹的外侧有环形水槽与进水孔相通，钻头环壁的厚度大于钻杆筒壁的厚度。

在该技术方案中，其特征还在于大直径筒状钻杆杆壁的内部有与钻杆母线平行的进水孔，进水孔的一端与钻杆端部平面上的环形水槽相连，钻杆在有环形槽的一端，在环形槽的内侧的外表面上有螺纹，另一端在内表面上有螺纹，钻杆的端面上带环形水槽的一端在其螺纹区域内的筒壁上有长通孔，在钻杆的另一端筒壁的螺纹区域内有螺孔并使相邻两节钻杆连接后，螺孔与通孔相对重合，在分解钻杆时以螺栓配合，其作用是有选择的限制相邻钻杆发生相对的转动。

在该技术方案中，其特征还在于大直径筒状钻杆与传动轴轴头的连接装置是圆形平面板，在圆形平面板的中心位置有螺孔，此螺孔与表面上带有切向环形水槽并且带有螺纹的传动轴轴头配合。圆形平面板的外部边缘表面也有螺纹，且在螺纹内有切向环形水槽，在圆形平面板内有径向进水孔与其两端的环形水槽相通，圆形平面板以其外部边缘的外表面与钻杆端部的内表面以螺纹形式配合，且使钻杆末端筒壁内的进水孔向内通透钻杆壁，与圆形平面板外表面上的环形水槽相通。在钻杆的端部附近外表面的位置上有径向螺孔穿透钻杆壁到圆形平面板内，此螺孔与螺栓配合。

在上述技术方案中，其特征还在于在大直径筒状钻杆的每一侧、机架前端的上平面位置固接着托轮架，在托轮架上安装着托轮，托轮的轴与大直径筒状钻杆的延伸方向平行，并使托轮在钻杆的两侧斜下方的位置托住钻杆，对钻杆起定位作用。

在上述技术方案中，其特征还在于抬高千斤顶的外缸端部与链轨车上平面垂直固接，另一端与千斤顶平行的拉杆的一端连接且使拉杆的另一端与机架铰接，实现机架的升降作用，在机架的升降过程中，并通过固定在机架上的夹具与一端垂直地固接在链轨车上平面上的纵向圆柱形导轨配合，在调节和控制机架位置时使机架能够沿纵向导轨上下滑动，当用夹具夹紧纵向圆形导轨时，便可起到定位作用。

在上述技术方案中，其特征还在于在大直径筒状钻杆的每一侧安装两台普通动力钻，用作钻爆破眼，其安装方式为：使一根与大直径筒状钻杆平行的圆形长轴——半转轴的一端和轴套配合，轴套固接在半转轴固定柱的顶部，其半转轴固定柱的下端与链轨车前端的上平面垂直固接，在圆形长轴的另一端与一个齿轮的中心通孔配合并固接，该齿轮装在齿轮箱内与齿轮箱内的减速齿轮配合，齿轮箱内的减速齿轮由马达驱动，齿轮箱的下部固定在另一个半转轴固定柱的上端部，半转轴固定柱的另一端垂直的固接在链轨车的上平面上，在过圆形长轴——半转轴轴心的两个不同的平面内分别在圆形长轴——半转轴的两端垂直的固接着不同行程的油缸，在每个平面内，油缸的活柱端部分别与一根工形导轨的一个平面铰接，在每根导轨上安装一台可以在导轨上往复滑动的普通动力钻，每台普通动力钻通过其两侧下部的四个U形卡爪卡住工形导轨的上平面边缘，每台普通动力钻的尾部安装一个给进油缸，每个给进油缸的外表面与工形导轨的上平面铰接，且每一个给进油缸底部外表面与一个套在固定柱外表面上的套管的外表面铰接，该固定柱的下端垂直地固接在半转轴上。

本发明还可以这样实现：

在上述技术方案的基础上，其特征是：大直径钻具的动力头的给进装置为牵引链，牵引链在两根导轨之间与导轨平行布置，在导轨的前端的两根导轨之间有导向齿轮与牵引链配合，导向齿轮通过齿轮架被固定在导轨下面的机架上，在导轨后端的两根导轨之间有主动齿轮与牵引链配合，该齿轮在齿轮箱的侧面偏下的位置上与齿轮箱内的齿轮共轴被装配在齿轮箱的外侧，齿轮箱内的齿轮通过齿轮组合起减速作用，并由其外部的马达提供动力，动力头的下表面与牵引链铰接，实现给进作用。

在上述技术方案的工作状态，大直径钻具可以与普通动力钻平行作业，大直径钻具钻完一个环形槽后，可以由抬高千斤顶调整钻具的纵向位置再钻第二个环形槽，大直径钻具在钻进和拉出钻具的过程中，可以根据需要分节接或分节折卸钻杆。普通动力钻的定位作用由半转轴的旋转和油缸的伸缩来实现，其钻杆在钻进和拉出过程中也可以分节接或分节拆卸。

本发明的主要特点：

1、在掘进工作面岩体上钻出大直径环形槽，爆破时会在岩体内产生拉应力，使岩体更易于破坏。

2、在掘进工作面岩体上首先切断一部分岩体与周围岩体力的联系，使掏槽更容易实现，因此掏槽掏的深，可以为中深孔爆破创造重要条件。

3、采用大直径环形槽爆破实现中深孔掏槽，由于掏槽量大，不但对大断面中深孔爆破提供了必要的岩石碎胀空间，还为大断面爆破提供了必不可少的岩石破碎时所需要的空间量，这就为实现中深孔爆破提供了必要的条件。

4、实现中深孔爆破可以提高掘进速度，降低火药和雷管的用量，减少掘进成本。

5、本发明结构简单，制作容易，投资费用少。

附图说明：

图1-1是本发明的钻具及其附属装置具体实施方式结构示意图

图1-2是图1-1的A-A剖面图

图2-1是本发明大直径环形钻头的主视图

图2-2是本发明大直径环形钻头的俯视图

图3-1是本发明大直径筒状钻杆的主视图

图3-2是本发明大直径筒状钻杆的侧视图

图4-1是本发明末端钻杆与传动轴轴头连接的结构主视图

图4-2是本发明末端钻杆与传动轴轴头连接的结构侧视图

图5-1是本发明钻具的给进装置为牵引链的具体实施方式结构示意图

1、大直径环形钻头 2、大直径筒状钻杆 3、环形水槽 4、进水孔 5、螺孔 6、通孔 7、圆柱状中齿 8、圆柱状外齿 9、圆柱状内齿 10、外片状护齿 11、内片状护齿12、钻杆与传动轴轴头连接装置-圆形平面板 13、喷水管 14、传动轴 15、传动轴轴头16、托轮 17、夹持器 18、动力头 19、马达 20、梯形导轨 21、机架 22、夹具 23、抬高千斤顶 24、螺栓 25、给进油缸 26、纵向圆柱形导轨 27、链轨车 28、外螺纹 29、内螺纹 30、长通孔 31、齿座 32、套管 33、轴套 34、固定柱 35、半转轴 36、齿轮箱 37、油缸 38、普通动力钻 39、拉杆 40、链轨车上平面 41、普通动力钻钻杆 42、半转轴固定柱 43、U形卡爪 44、托轮架 45、导向齿轮 46、牵引链 47、梯形凹槽 48、主动齿轮49、工形导轨

下面结合附图对本发明做进一步描述：

具体实施方式：

1、本发明主要包括大直径环形钻头、大直径筒状钻杆、托轮、传动轴轴头与大直径筒状钻杆的连接装置、动力头、导轨、动力源、操纵台、机架、锁紧装置、给进装置、链轨车和普通动力钻及其附属装置。

参见图1-1、图1-2和图5-1 ，钻机的钻具由大直径环形钻头(1)与大直径筒状钻杆(2)以螺纹形式连接，每两节相邻的钻杆也以螺纹形式连接，最后一节钻杆(2)与传动轴轴头(15)通过圆形平面板(12)以螺纹形式连接，且钻杆(2)通过其下部固定在机架上的托轮(16)实现定位作用。动力头(18) 以其内部的齿轮与传动轴(14)以齿轮配合并以其下部的两个梯形凹槽(42)与两根固定在机架上的梯形导轨(20)配合。马达(19)安装在动力头(18)的后侧，在动力头的后侧下部和上部都与给进油缸的活柱端部铰接着给进油缸(25)，油缸的另一端与套在固定柱(34)上的套管(32)固接，固定柱的下端与链轨车后部机架的上平面(40)垂直固接。机架(21)通过与其固接的夹具(22)分别与钻机两侧前后分布的四根圆柱形纵向导轨(26)配合，在机架升降时起横向定位作用。在钻机的两侧前后各有两根抬高千斤顶(23)通过与其平行且在其上端部相连的拉杆(39)与机架铰接，在工作状态调节、控制钻具的纵向位置。在大直径筒状钻杆(2)的每一侧通过附属装置各安装两台普通动力钻(38)，用作钻爆破眼。

参见图2-1和图2-2，钻头(1)在其一端每相隔一定距离有矩形凸棱做为齿座(31)，在齿座上有柱状截齿(7)、(8)、(9)沿钻头的切线方向倾斜地镶嵌在齿座上，齿座的径向两侧镶嵌着片状护齿(10)、(11)，在钻头的齿座间有与其母线平行的进水孔(4)，在钻头的另一端外表面有螺纹(28)且在螺纹的外侧有环形水槽(3)与进水孔(4)相通，钻头环壁的厚度大于钻杆筒壁的厚度。

参见图3-1和图3-2，大直径筒状钻杆(2)为筒状构件，在钻杆壁的内部有与钻杆母线平行的进水孔(4)，进水孔的一端与钻杆端部平面上的环形水槽(3)相连，钻杆在有环形槽的一端，在环形槽的内侧的外表面上有螺纹(28)，另一端在内表面上有螺纹(29)，钻杆的端面上带环形水槽的一端在其螺纹区域内的筒壁上有长通孔(30)，在钻杆的另一端筒壁的螺纹区域内有螺孔(5)并使相邻两节钻杆连接后，螺孔与长通孔相对重合，在分解钻杆时以螺栓配合，其作用是有选择的限制相邻钻杆发生相对的转动。

参见图4-1和图4-2，大直径筒状钻杆(2)与传动轴轴头(15)的连接装置是圆形平面板(12)，在圆形平面板的中心位置有螺孔(5)，此螺孔与表面上带有切向环形水槽(3)并且带有螺纹的传动轴轴头(15)配合，圆形平面板的外部边缘表面也有螺纹(29)，且在其螺纹内有切向环形水槽(3)，在圆形平面板内有径向进水孔(4)与其两端的环形水槽(3)相通，圆形平面板以其外部边缘的外表面与钻杆端部的内表面以螺纹形式配合，且使钻杆末端筒壁内的进水孔向内通透钻杆壁，与圆形平面板外表面上的环形水槽(3)相通。在钻杆的端部附近外表面的位置上有径向螺孔(5)穿透钻杆壁到圆形平面板内，此螺孔与螺栓配合。

参见图1-1和图1-2，在大直径筒状钻杆的每一侧机架(21)前端的上平面(40)的位置固接着托轮架(44)，在托轮架上安装着托轮(16)，托轮的轴与大直径筒状钻杆的延伸方向平行，并使托轮在钻杆(2)的两侧斜下方的位置托住钻杆，对钻杆起定位作用。

抬高千斤顶(23)的外缸端部与链轨车上平面(40)垂直固接，另一端与抬高千斤顶平行的拉杆(39)的一端连接且使拉杆的另一端与机架(21)铰接，实现抬高作用，在机架(21)的升降过程中，并通过固定在机架上的夹具(22)与一端垂直地固接在链轨车上平面上的纵向圆柱形导轨(26)配合，在调节和控制机架位置时使机架能够沿纵向柱形导轨(26)上下滑动，当用夹具夹紧纵向圆形导轨时，便可起到定位作用。

在大直径筒状钻杆的每一侧安装两台普通动力钻(38)，用作钻爆破眼，其安装方式为：使一根与大直径筒状钻杆(2)平行的圆形长轴(35)一半转轴的一端和轴套(33)配合，轴套固接在半轴轴固定柱(34)的顶部，半转轴固定柱的下端与链轨车前端的上平面(40)垂直固接，在圆形长轴(35)的另一端与一个齿轮的中心通孔配合并固接，该齿轮装在齿轮箱(18)内与齿轮箱内的减速齿轮配合，齿轮箱内的减速齿轮由马达驱动，齿轮箱的下部固定在另一个半转轴固定柱(34)的上端部，半转轴固定柱的另一端垂直的固接在链轨车的上平面(40)上，在过圆形长轴——半转轴轴心的两个不同的平面内分别在圆形长轴——半转轴的两端垂直的固接着不同行程的油缸(37)，在每个平面内，油缸的活柱端部分别与一根工形导轨(49)的一个平面铰接，在每根导轨上安装一台可以在导轨的上往复滑动的普通动力钻(38)，每台普通动力钻通过其两侧下部的四个U形卡爪(43)，卡住工形导轨的上平面边缘，每台普通动力钻的尾部安装一个给进油缸(25)，且每一个给进油缸底部外表面与一个套在半轴固定柱(42)外表面上的套管(32)的外表面铰接，该固定柱(42)的下端垂直地固接在半转轴(35)上。

2、参见图5-1，大直径钻具的动力头的给进装置为牵引链(46)，牵引链在两根导轨(20)之间与导轨平行布置，在导轨的前端的两根导轨之间有导向齿轮(45)与牵引链配合，导向齿轮通过齿轮架被固定在导轨下面的机架(21)上，在导轨后端的两根导轨之间有主动齿轮(48)与牵引链配合，该齿轮在齿轮箱(36)的侧面偏下的位置上与齿轮箱内的一个齿轮共轴被装配在齿轮箱的外侧。齿轮箱(36)内的齿轮通过齿轮组合起减速作用，并由其外部的马达(19)提供动力，动力头(18)的下表面与牵引链铰接，实现给进作用。

Claims (8)

1.一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，它主要包括大直径环形钻头、大直径筒状钻杆、动力头、导轨、动力源、操纵台、机架、托轮、给进装置、普通动力钻及其附属装置和链轨车，钻机的钻具由大直径环形钻头与大直径筒状钻杆以螺纹形式连接，每两节相邻的钻杆也以螺纹形式连接，最后一节钻杆与传动轴轴头通过圆形平面板以螺纹形式连接，且钻杆通过其下部固定在机架上的托轮实现定位作用，动力头以其内部的齿轮与传动轴以齿轮配合并以其下部的两个梯形凹槽与两根固定在机架上的梯形导轨配合，马达安装在动力头后侧，在动力头的后侧下部和上部都与给进油缸的活柱端部铰接，油缸的另一端与套在固定柱上的套管固接，固定柱的下端与链轨车后部机架的上平面垂直固接，机架通过与其固接的夹具分别与钻机两侧前后分布的四根圆柱形纵向导轨配合，在机架升降时起横向定位作用，在钻机的两侧前后各有两根抬高千斤顶通过与其平行且在其上端部相连的拉杆与机架铰接，在工作状态通过抬高千斤顶的升降动作可以调节、控制钻具的纵向位置，在大直径筒状钻杆的每一侧通过附属装置安装两台普通动力钻用作打爆破眼。

2.根据权利要求1所述的一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，其特征在于所述的大直径环形钻头在其一端每隔一定距离有矩形凸棱做为齿座，在齿座上有柱状截齿沿钻头的切线方向倾斜地镶嵌在齿座上，在齿座的径向两侧镶嵌着片状护齿，在钻头的齿座间有与其母线平行的进水孔，在钻头的另一端外表面有螺纹且在螺纹的外侧有环形水槽与进水孔相通，钻头环壁的厚度大于钻杆筒壁的厚度。

3.根据权利要求1所述的一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，其特征在于所述的大直径筒状钻杆杆壁的内部有与钻杆母线平行的进水孔，进水孔的一端与钻杆端部平面上的环形水槽相连，钻杆在有环形槽的一端，在环形槽的内侧的外表面上有螺纹，另一端在内表面上有螺纹，钻杆的端面上带环形水槽的一端在其螺纹区域内的筒壁上有长通孔，在钻杆的另一端筒壁的螺纹区域内有螺孔并使相邻两节钻杆连接后，螺孔与通孔相对重合，在分解钻杆时以螺栓配合，其作用是有选择的限制相邻钻杆发生相对的转动。

4.根据权利要求1所述的一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，其特征在于所述的大直径筒状钻杆与传动轴轴头的连接装置是圆形平面板，在圆形平面板的中心位置有螺孔，此螺孔与表面上带有切向环形水槽并且带有螺纹的传动轴轴头配合，圆形平面板的外部边缘表面也有螺纹，且在螺纹内有切向环形水槽，在圆形平面板内有径向进水孔与其两端的环形水槽相通，圆形平面板以其外部边缘的外表面与钻杆端部的内表面以螺纹形式配合，且使钻杆末端筒壁内的进水孔向内通透钻杆壁，与圆形平面板外表面上的环形水槽相通，在钻杆的端部附近外表面的位置上有径向螺孔穿透钻杆壁到圆形平面板内，此螺孔与螺栓配合。

5.根据权利要求1所述的一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，其特征还在于在大直径筒状钻杆的每一侧、机架前端的上平面位置固接着托轮架，在托轮架上安装着托轮，托轮的轴与大直径筒状钻杆的延伸方向平行，并使托轮在钻杆的两侧斜下方的位置托住钻杆，对钻杆起定位作用。

6.根据权利要求1所述的一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，其特征在于抬高千斤顶的外缸端部与链轨车上平面垂直固接，另一端与千斤顶平行的拉杆的一端连接且使拉杆的另一端与机架铰接，实现机架的升降作用，在机架的升降过程中，并通过固定在机架上的夹具与一端垂直地固接在链轨车上平面上的纵向圆柱形导轨配合，在调节和控制机架位置时使机架能够沿纵向圆柱形导轨上下滑动，当用夹具夹紧纵向圆柱形导轨时，便可起到定位作用。

7.根据权利要求1所述的一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，其特征在于在大直径筒状钻杆的每一侧安装两台普通动力钻，用作钻爆破眼，其安装方式为：使一根与大直径筒状钻杆平行的圆形长轴——半转轴的一端和轴套配合，轴套固接在半转轴固定柱的顶部，其半转轴固定柱的下端与链轨车前端的上平面垂直固接，在圆形长轴的另一端与一个齿轮的中心通孔配合并固接，该齿轮装在齿轮箱内与齿轮箱内的减速齿轮配合，减速箱内的减速齿轮由马达驱动，齿轮箱的下部固定在另一个半转轴固定柱的上端部，半转轴固定柱的另一端垂直的固接在链轨车的上平面上，在过圆形长轴——半转轴轴心的两个不同的平面内分别在圆形长轴——半转轴的两端垂直的固接着不同行程的油缸，在每个平面内，油缸的活柱端部分别与一根工字形导轨的一个平面铰接，在每根工字形导轨上安装一台可以在工字形导轨上往复滑动的普通动力钻，每台普通动力钻通过其两侧下部的四个U形卡爪卡住工字形导轨的上平面边缘，每台普通动力钻的尾部安装一个给进油缸，且每一个给进油缸底部外表面与一个套在固定柱外表面上的套管的外表面铰接，该固定柱的下端垂直地固接在半转轴上。

8.根据权利要求1所述的一种可以在掘进工作面岩体上切削环形槽的凿岩台车，其特征是：大直径钻具的动力头的给进装置为牵引链，牵引链在两根梯形导轨之间与梯形导轨平行布置，在梯形导轨的前端的两根梯形导轨之间有导向齿轮与牵引链配合，导向齿轮通过齿轮架被固定在梯形导轨下面的机架上，在导轨后端的两根导轨之间有主动齿轮与牵引链配合，该齿轮在齿轮箱的侧面偏下的位置上与齿轮箱内的齿轮共轴被装配在齿轮箱的外侧，齿轮箱内的齿轮通过齿轮组合起减速作用，并由其外部的马达提供动力，动力头的下表面与牵引链铰接，实现给进作用。