CN103742135B - 矿用全断面矩形快速掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用全断面矩形快速掘进机，包括矩形掘进机机头、支架推进机构、水平支撑机构、导向主梁、刮板运输机、鞍架调向机构、超前支护锚杆机组、电气控制系统、液压系统，以及测量导向系统、通风、冷却和除尘等系统，本发明为一个大截割刀盘配四个复合式小截割刀盘的结构，达到掘进断面为一次全断面矩形的目的。整机采用分体式的结构，实现了掘进与锚杆支护的平行作业，使打锚杆不再成为掘进制约因素。机头与支架平台分开为两段，以及采用主梁及鞍架调向方式，使比较小的转弯半径成为可能。掘进时支架平台的震动比较小，利于提高整机系统的稳定性。顶底板比压比较小，以及超前锚杆临时支护，可以应对顶底板情况相对不太好的掘进情况。

Description

矿用全断面矩形快速掘进机

技术领域

本发明属于隧道巷道施工技术领域，具体涉及设计一个大截割刀盘配四个复合式小截割刀盘的结构，达到掘进断面为一次全断面矩形的目的矿用全断面矩形快速掘进机。

背景技术

目前，我国已经成为世界第一大煤炭生产和消费国，由于受能源结构的制约以及国民经济高速发展的需求，在今后相当一段时间内对煤炭的需求量还会进一步加大。也就是说，我国煤炭生产量还需要提升。然而，在影响我国煤炭生产的采煤、掘进和运输三大环节中，采煤和运输的功效已经达到了世界一流水平，但掘进功效却始终成为制约煤炭产量进一步提高的重要瓶颈。

现阶段煤矿煤巷掘进主要采用悬臂式掘进机、联采机、掘锚机等装备。由于这几类掘进装备存在先天结构性不足：均为配备小断面截割头，不能一次完成全断面；掘进与锚杆支护不能同时工作；形成的巷道顶、底板高低起伏明显，需要修形；掘进过程中会产生大量的浮煤，需要及时清理；等等。因此，普遍存在掘进工效低、掘进队伍多、巷道质量不好等现象，严重制约了煤炭产量的提高。所以，急需寻求进的掘进装备，改革现有掘进工艺，提高巷道掘进速度和质量，减少矿井掘进队伍数量，实现减员增效，从而彻底解除影响煤炭生产的瓶颈。

针对现有掘进装备存在的问题，考虑研发一种新设备保证比较好的巷道质量的情况下一次成巷、掘进与支护同时作业，彻底解决现有掘进速度慢、巷道质量差、需要工作人员多的问题。因此，亟待开发一种全新的矿用全断面矩形快速掘进装备。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一个大截割刀盘配四个复合式小截割刀盘的结构，达到掘进断面为一次全断面矩形的目的矿用全断面矩形快速掘进机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种矿用全断面矩形快速掘进机，所述矿用全断面矩形快速掘进机包括如下机构：

掘进机机头：所述掘进机机头位于整个矿用全断面矩形快速掘进机的最前端，掘进机机头采用复合层次组合式刀盘，复合层次组合式刀盘包括一个中心大刀盘和周围四个小刀盘，一个中心大刀盘突前并居中，四个小刀盘布置在中心大刀盘的后方，并分布在中心大刀盘的四个角上，其中大刀盘采用镐形齿、小刀盘采用扁形齿，复合层次组合式刀盘组合截割形成矩形断面，掘进机机头完成全断面割煤；

后伸缩掩护梁：所述后伸缩掩护梁可伸缩地安装在所述掘进机机头的远离割煤的断面一侧，在所述掘进机机头掘进时所述后伸缩掩护梁随动伸出，保证机头与矿用全断面矩形快速掘进机的后平台之间的间距随时控制在安全范围之内、保证下面工作人员的安全工作；

支架推进机构：所述支架推进机构安装在后伸缩掩护梁的远离掘进机机头的一侧，所述支架推进机构包括四连杆机构、底座、顶梁、掩护梁；所述四连杆机构通过销轴上部与掩护梁连接，下部与底座上面的反力座连接，所述掩护梁通过销子上面与顶梁连接，顶梁起掩护支撑作用，下底座平台起支撑传递力与力矩的作用，四连杆机构保证支架顶梁上下移动时前后错位量保证在一定范围内；

支撑推进机构：所述支撑推进机构包括大梁、鞍架和撑靴，大梁与鞍架通过大梁两侧导轨连接导向、鞍架通过水平浮动油缸的球头式活塞杆与撑靴通过球窝连接，撑靴与后整个矿用全断面矩形快速掘进机后部的支架平台通过前导向限位块和后部燕尾槽导向限位块连接；

刮板运输机：所述刮板运输机位于整个矿用全断面矩形快速掘进机的内部大梁内，刮板运输机与所述大梁设计为一体，以保证了粉尘不容易落在机器内部；

导向主梁：包括主梁结构件、两条可更换耐磨导向导轨，导向主梁将掘进机机头和支架平台中的鞍架连杆机构进行柔性连接，以降低支架平台的震动；

鞍架调向机构：所述鞍架调向机构和所述大梁通过耐磨导轨连接导向，鞍架调向机构通过一水平缸球头活塞杆与一水平支撑机构连接；

超前支护锚杆机组：所述超前支护锚杆机组安装在后支架平台与所述掘进机机头之间；超前支护锚杆机组包括四台锚杆机、锚杆机固定架、锚杆机固定架与后平台的底座通过法兰连接；

前撑靴：所述前撑靴安装在掘进机机头的侧面，撑靴撑开顶住侧帮产生摩擦力提供拉动后平台所需的动力；

除尘系统：所述除尘系统安装在整个掘进机内部所述支撑推进机构的大梁上部，延伸至后平台前部锚杆机组工作位置。

在本发明的一个优选实施例子中，所述大刀盘上布置有复数个大刀盘刀柄，大刀盘刀柄上布置有复数只大刀盘镐形齿，大刀盘刀柄包括三个，每个上布置的大刀盘镐形齿为相互交错排列的两排；四个小刀盘的结构一样，四个小刀盘包括前刀盘和后刀盘，所述前刀盘包括中心盖板和前刀盘刀柄板，在前刀盘刀柄板上设置有复数只前刀盘刀片，复数只前刀盘刀片分布在中心盖板周围，中心盖板上设置有中心刀，前刀盘刀柄上设置有复数个前刀片扁形齿。

在本发明的一个优选实施例子中，所述前刀盘刀柄包括三个，分布在以中心盖板为中心的360度的圆周上，相邻两个前刀盘刀柄相互之间的夹角为120度，中心盖板为一个圆加一个矩形连在一起的结构，中心刀包括三块小刀片，相邻两个小刀片相互之间的夹角为120度，中心刀中的三块小刀片的其中一个小刀片分布的一部分分布在矩形上，另一部分分布在圆上，另外两个小刀片分布在圆上。

在本发明的一个优选实施例子中，所述中心盖板和中心刀一体成型。

在本发明的一个优选实施例子中，所述中心盖板通过螺钉连接在前刀盘刀柄板上。

在本发明的一个优选实施例子中，所述后刀盘包括转轴穿过的后刀盘中心圈和分布在后刀盘中心圈周围的复数只后刀盘刀刀柄，后刀盘刀柄上设置有复数个后刀片刮刀齿，后刀盘刀柄包括三个，分布在以刀盘中心圈为中心的360度的圆周上，相邻两个后刀盘刀柄相互之间的夹角为120度。

在本发明的一个优选实施例子中，所述后刀片刮刀齿包括两种刮刀齿，一种为具有截割和装载效果的边缘刮刀齿，另一种为具有截割效果的竖直刮刀齿，边缘刮刀齿和竖直刮刀齿均通过螺栓固定在固定板上，固定板通过螺栓固定在后刀柄上。

在本发明的一个优选实施例子中，所述掘进机机头的截面为矩形。

在本发明的一个优选实施例子中，所述除尘系统采用抽除式风筒除尘。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的矿用全断面矩形快速掘进机具有以下优点：

1).设计一个大截割刀盘配四个复合式小截割刀盘的结构，达到掘进断面为一次全断面矩形的目的。

2).整机采用分体式的结构，实现了掘进与锚杆支护的平行作业，使打锚杆不再成为掘进制约因素，提高了掘进功效。

3).机头与支架平台分开为两段，以及采用主梁及鞍架调向方式，使比较小的转弯半径成为可能。

4).掘进时支架平台的震动比较小，利于提高整机系统的稳定性。

5).顶底板比压比较小，以及超前锚杆临时支护，可以应对顶底板情况相对不太好的掘进情况，大大增加适用范围。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为中心大刀盘的结构示意图。

图3-1为小刀盘中前刀盘的结构示意图。

图3-2为小刀盘中后刀盘的结构示意图。

图3-3为前刀盘和后刀盘组装后的小刀盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

图1为本发明的整体结构示意图。整个矿用全断面矩形快速掘进机包括如下机构：掘进机机头5、后伸缩掩护梁6、支架推进机构8、支撑推进机构9、刮板运输机10、导向主梁11、鞍架调向机构12、超前支护锚杆机组13、前撑靴14和除尘系统15等。

掘进机机头5位于整个矿用全断面矩形快速掘进机的最前端，掘进机机头采用复合层次组合式刀盘，复合层次组合式刀盘包括一个中心大刀盘3和周围四个小刀盘4，一个中心大刀盘3突前并居中，四个小刀盘4布置在中心大刀盘3的后方，并分布在中心大刀盘3的四个角上，复合层次组合式刀盘组合截割形成矩形断面，掘进机机头完成全断面割煤。

后伸缩掩护梁6可伸缩地安装在掘进机机头5的远离割煤的断面一侧，在掘进机机头5掘进时后伸缩掩护梁6随动伸出，保证机头与矿用全断面矩形快速掘进机的后平台7之间的间距随时控制在安全范围之内、保证下面工作人员的安全工作。

支架推进机构8安装在后伸缩掩护梁6的远离掘进机机头5的一侧，支架推进机构8包括四连杆机构、底座、顶梁、掩护梁；四连杆机构通过销轴上部与掩护梁连接，下部与底座上面的反力座连接，掩护梁通过销子上面与顶梁连接，顶梁起掩护支撑作用，下底座平台起支撑传递力与力矩的作用，四连杆机构保证支架顶梁上下移动时前后错位量保证在一定范围内。

支撑推进机构9包括大梁、鞍架和撑靴，大梁与鞍架通过大梁两侧导轨连接导向、鞍架通过水平浮动油缸的球头式活塞杆与撑靴通过球窝连接，撑靴与后整个矿用全断面矩形快速掘进机后部的支架平台通过前导向限位块和后部燕尾槽导向限位块连接。

刮板运输机10位于整个矿用全断面矩形快速掘进机的内部大梁内，刮板运输机与大梁设计为一体，以保证了粉尘不容易落在机器内部。

导向主梁11包括主梁结构件、两条可更换耐磨导向导轨，导向主梁将掘进机机头和支架平台中的鞍架连杆机构进行柔性连接，以降低支架平台的震动；

鞍架调向机构12和大梁通过耐磨导轨连接导向，鞍架调向机构通过一水平缸球头活塞杆与一水平支撑机构连接。

超前支护锚杆机组13安装在后支架平台与掘进机机头之间，超前支护锚杆机组13包括四台锚杆机、锚杆机固定架、锚杆机固定架与后平台的底座通过法兰连接。

前撑靴14安装在掘进机机头的侧面，前撑靴14撑开顶住侧帮产生摩擦力提供拉动后平台所需的动力。

除尘系统15安装在整个掘进机内部所述支撑推进机构的大梁上部，延伸至后平台前部锚杆机组工作位置。

图2为中心大刀盘的结构示意图。矩形掘进机机头包括：一个中心大刀盘3和周围四个小刀盘4，大刀盘3上布置有复数个大刀盘刀刀柄板301，大刀盘刀片上布置有复数只大刀盘镐形齿302，在具体的制作矩形掘进机机头的实施过程中，大刀盘刀刀柄板301一般可以包括三个，每个大刀盘刀刀柄板301上布置的大刀盘镐形齿302为相互交错排列的两排，大刀盘3中心的中心齿303向外突出时朝向不同的方向，方便断面割煤顺利的进展。

图3-1为小刀盘中前刀盘的结构示意图，图3-2为小刀盘中后刀盘的结构示意图，图3-3为前刀盘和后刀盘组装后的小刀盘的结构示意图。

四个小刀盘的结构一样，四个小刀盘4包括前刀盘1和后刀盘2，前刀盘1包括中心盖板101和前刀盘刀柄板105，在前刀盘刀柄板105上设置有复数只前刀盘刀片102，复数只前刀盘刀片102分布在中心盖板周围，中心盖板101上设置有中心刀103，前刀盘刀片102上设置有复数个前刀片扁形齿104。

一般在具体的实施中，前刀盘刀片102包括三个，分布在以中心盖板为中心的360度的圆周上，相邻两个前刀盘刀片102相互之间的夹角为120度。中心盖板101为一个圆加一个矩形连在一起的结构，中心刀103包括三块小刀片，相邻两个小刀片相互之间的夹角为120度。中心刀103中的三块小刀片的其中一个小刀片分布的一部分分布在矩形上，另一部分分布在圆上，另外两个小刀片分布在圆上。

在本发明的具体的实施过程中，中心盖板101和中心刀103一体成型。

在本发明的具体的实施过程中，中心盖板101通过螺钉连接在前刀盘刀柄板105上。

后刀盘2包括转轴穿过的后刀盘中心圈201和分布在后刀盘中心圈201周围的复数只后刀盘刀柄202，后刀盘刀柄202上设置有复数个后刀片刮刀齿204。

一般在具体的实施中，后刀盘刀柄202包括三个，分布在以刀盘中心圈201为中心的360度的圆周上，相邻两个后刀盘刀柄202相互之间的夹角为120度。

后刀片刮刀齿204包括两种刮刀齿，一种为具有截割和装载效果的边缘刮刀齿205，另一种为具有截割效果的竖直刮刀齿206，边缘刮刀齿205和竖直刮刀齿206均通过螺栓固定在固定板203上，固定板203通过螺栓固定在后刀片上。

在本发明的具体的实施过程中，整机在机头前端布置5个刀盘，采用1大4小的布局，中间大刀盘在前可以截割出一个φ3.85m的圆形截面，4个复合式小刀盘在后面截割出4个φ1.9m的近似矩形截面，组合之后形成一个大矩形截面。小刀盘采用的是特殊设计复合式刀盘。针对刀盘组合截割的死角，采用在机头壳体对应位置布置破碎齿以及铲齿的方法解决，实现一次全断面截割出受力状况比较好的巷道断面。

在本发明的具体的实施过程中，主梁与机头通过法兰刚性连接，鞍架通过主梁长导轨带动大梁以机头前端为支点上下左右进行纠偏，鞍架竖直方向的移动自由度、旋转自由度、水平方向的移动自由度、旋转自由度、前后方向的移动自由度都得以释放，实现了整机机头与后部平台两大部分之间的柔性连接，有效降低机头截割震动对后平台的影响，使后平台超前临时支护锚杆机组在机头掘进时能够同时锚杆支护工作。鞍架带动主梁以机头前端与地板接触处为支点进行纠偏和方向控制。

在本发明的具体的实施过程中，机头的推进反力由支架平台顶梁、水平撑靴撑住顶底板、侧帮提供足够的摩擦力来提供，为增加摩擦系数，在支架顶板、水平撑靴外部合理布置聚氨酯耐磨橡胶。水平撑靴通过嵌入支架底座的导向板以及燕尾槽结构与支架反力座有效连接导向并且传递力与力矩，使支架平台与撑靴有效的形成统一整体。机头两侧设计拉架撑靴机构增大机头拉支架平台的拉力。支架底部布置2个撑地机构，进一步增加拉力保证顺利拉动后平台，类似在支架底座上设计4个撑地机构，保证后平台提供对机头足够的推动力。

在本发明的具体的实施过程中，为满足煤矿空顶距安全规范的要求，又适应顶板不稳定，设计的支架顶梁在提供摩擦力的同时对整机后平台内的工作人员、电液系统进行掩护。支架顶梁前端在临时锚杆机组工作人员上方设计超前掩护梁，水平撑靴机构同时对人员设备进行临时掩护。机头在推进过程中，在机头后侧顶端设置随动掩护梁、以及可伸缩掩护铁链，实时有效保证机头与后平台之间的控顶距问题。在机头前端设计可伸缩前掩护梁，保证维修时工人的安全。

在本发明的具体的实施过程中，刮板机与主梁设计为一体，机尾位于刀盘的后下方，小刀盘的三角刀盘在截割修形的同时对落下的煤刮扫至刮板机尾，以便将煤及时运出。刮板机穿过机头与主梁，在机头处卸料于皮带转载机。刮板机尾设计能够摆动，保证主梁调向纠偏时卸料口始终位于皮带装载机上方。

在本发明的具体的实施过程中，电气控制系统包括整机配电系统、现场总线控制系统、人机界面监控系统、实时数据采集、视频监控系统、远控和本地两套遥控控制系统。

在本发明的具体的实施过程中，液压系统采用压力、流量双比例调节的泵控系统，并且配合负载敏感多路阀组合使用。冷却系统采用两路供水，一路正常进水压力经过液压泵站冷却系统、截割部冷却系统、润滑冷却系统后直接外喷雾喷出，另外一路经过增压泵增压后直接内喷雾喷出。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述矿用全断面矩形快速掘进机包括如下机构：

掘进机机头：所述掘进机机头位于整个矿用全断面矩形快速掘进机的最前端，掘进机机头采用复合层次组合式刀盘，复合层次组合式刀盘包括一个中心大刀盘和周围四个小刀盘，一个中心大刀盘突前并居中，四个小刀盘布置在中心大刀盘的后方，并分布在中心大刀盘的四个角上，其中中心大刀盘采用镐形齿、小刀盘采用扁形齿，复合层次组合式刀盘组合截割形成矩形断面，掘进机机头完成全断面割煤；

后伸缩掩护梁：所述后伸缩掩护梁可伸缩地安装在所述掘进机机头的远离割煤的断面一侧，在所述掘进机机头掘进时所述后伸缩掩护梁随动伸出，保证机头与矿用全断面矩形快速掘进机的后平台之间的间距随时控制在安全范围之内、保证下面工作人员的安全工作；

支架推进机构：所述支架推进机构安装在后伸缩掩护梁的远离掘进机机头的一侧，所述支架推进机构包括四连杆机构、底座、顶梁、掩护梁；所述四连杆机构通过销轴上部与掩护梁连接，下部与底座上面的反力座连接，所述掩护梁通过销子上面与顶梁连接，顶梁起掩护支撑作用，下底座平台起支撑传递力与力矩的作用，四连杆机构保证支架顶梁上下移动时前后错位量保证在一定范围内；

支撑推进机构：所述支撑推进机构包括大梁、鞍架和撑靴，大梁与鞍架通过大梁两侧导轨连接导向、鞍架通过水平浮动油缸的球头式活塞杆与撑靴通过球窝连接，撑靴与后整个矿用全断面矩形快速掘进机后部的支架平台通过前导向限位块和后部燕尾槽导向限位块连接；

刮板运输机：所述刮板运输机位于整个矿用全断面矩形快速掘进机的内部大梁内，刮板运输机与所述大梁设计为一体，以保证了粉尘不容易落在机器内部；

导向主梁：包括主梁结构件、两条可更换耐磨导向导轨，导向主梁将掘进机机头和支架平台中的鞍架连杆机构进行柔性连接，以降低支架平台的震动；

鞍架调向机构：所述鞍架调向机构和所述大梁通过耐磨导轨连接导向，鞍架调向机构通过一水平缸球头活塞杆与一水平支撑机构连接；

超前支护锚杆机组：所述超前支护锚杆机组安装在后支架平台与所述掘进机机头之间；超前支护锚杆机组包括四台锚杆机、锚杆机固定架、锚杆机固定架与后平台的底座通过法兰连接；

前撑靴：所述前撑靴安装在掘进机机头的侧面，撑靴撑开顶住侧帮产生摩擦力提供拉动后平台所需的动力；

除尘系统：所述除尘系统安装在整个掘进机内部所述支撑推进机构的大梁上部，延伸至后平台前部锚杆机组工作位置。

2.根据权利要求1所述的矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述中心大刀盘上布置有复数个大刀盘刀柄，大刀盘刀柄上布置有复数只大刀盘镐形齿，大刀盘刀柄包括三个，每个上布置的大刀盘镐形齿为相互交错排列的两排；四个小刀盘的结构一样，四个小刀盘包括前刀盘和后刀盘，所述前刀盘包括中心盖板和前刀盘刀柄板，在前刀盘刀柄板上设置有复数只前刀盘刀片，复数只前刀盘刀片分布在中心盖板周围，中心盖板上设置有中心刀，前刀盘刀片上设置有复数个前刀片扁形齿。

3.根据权利要求2所述的矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述前刀盘刀片包括三个，分布在以中心盖板为中心的360度的圆周上，相邻两个前刀盘刀片相互之间的夹角为120度，中心盖板为一个圆加一个矩形连在一起的结构，中心刀包括三块小刀片，相邻两个小刀片相互之间的夹角为120度，中心刀中的三块小刀片的其中一个小刀片分布的一部分分布在矩形上，另一部分分布在圆上，另外两个小刀片分布在圆上。

4.根据权利要求3所述的矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述中心盖板和中心刀一体成型。

5.根据权利要求3所述的矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述中心盖板通过螺钉连接在前刀盘刀柄板上。

6.根据权利要求3所述的矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述后刀盘包括转轴穿过的后刀盘中心圈和分布在后刀盘中心圈周围的复数只后刀盘刀刀柄，后刀盘刀柄上设置有复数个后刀片刮刀齿，后刀盘刀柄包括三个，分布在以刀盘中心圈为中心的360度的圆周上，相邻两个后刀盘刀柄相互之间的夹角为120度。

7.根据权利要求6所述的矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述后刀片刮刀齿包括两种刮刀齿，一种为具有截割和装载效果的边缘刮刀齿，另一种为具有截割效果的竖直刮刀齿，边缘刮刀齿和竖直刮刀齿均通过螺栓固定在固定板上，固定板通过螺栓固定在后刀柄上。

8.根据权利要求1所述的矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述掘进机机头的截面为矩形。

9.根据权利要求1所述的矿用全断面矩形快速掘进机，其特征在于：所述除尘系统采用抽除式风筒除尘。