CN104405384B - 一种深孔高效掘进方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开一种深孔高效掘进方法及系统，涉及掘进系统技术领域。能够提高掘进速度。深孔掘进系统，包括：钻装设备、转载设备和运输设备；其中所述钻装设备包括：台车，在所述台车上布置的中心大孔形成装置、打炮眼装置、打锚杆眼装置及装载装置。本发明适用于巷道的爆破法掘进。
Description
技术领域
本发明涉及掘进的系统，尤其涉及一种深孔高效掘进方法及系统。
背景技术
目前在我国煤矿岩石巷道掘进主要有2种作业方式：一种为钻爆法施工，另一种为机械掘进施工。我国岩石巷道机械化掘进程度很低，钻爆法施工由于具有良好的适用性是我国目前主要的一种岩石巷道掘进方式。
但是，由于煤矿巷道深孔掘进爆破作业仅有一个自由面，岩石夹制作用大，爆破作业条件差，再加上传统的小循环斜眼掏槽方式，造成我国煤矿岩石巷道施工存在进尺慢、施工效率低等问题，根据相关资料，我国煤矿岩石巷道多采用浅眼多循环钻爆掘进方式，这种掘进方式一次爆破石方量小，因而每月爆破次数较多，同时爆破作业时爆破噪声和震动也比较大对周围环境和居民产生了影响，从长期来看，不利于降低投资者的开采成本，提高经济效益。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种深孔高效掘进方法及系统，能够实现高效掘进。
一方面，本发明实施例提供一种深孔掘进系统，包括：钻装设备、转载设备和运输设备；其中
所述钻装设备包括：台车，在所述台车上布置打中心大孔形成装置、打炮眼装置、打锚杆眼装置及装载装置；其中，所述中心大孔直径大于200mm。
可选地，所述中心大孔形成装置包括：
钻具，驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构和驱动所述钻具往返运动的推送机构；其中
所述钻具用于钻入作业面进行钻进作业的一端具有端口，并且所述钻具内具有用于容纳钻取物的空心结构，所述空心结构与所述端口相连通。
可选地，所述钻具呈一端具有所述端口的圆筒形；在所述端口的周边间隔布置有切削齿；
在所述钻具呈圆筒形的内壁上设置有用于破碎或切断钻取物的破碎齿；
在所述钻具呈圆筒形的内壁上设置有内螺纹，所述破碎齿间隔设置在所述内螺纹上。
可选地，所述台车包括：行走机构，在所述行走机构上设有钻床；
所述钻具，以及驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构和驱动所述钻具往返运动的推送机构布置在所述钻床上；其中所述钻具与所述钻床平行设置；
所述行走机构包括履带和履带驱动装置。
可选地，所述驱动所述钻具往返运动的推送机构包括：与所述钻具平行设置的第一齿条和第二齿条；所述第一齿条和第二齿条相互平行地布置在所述钻床上，并且所述第一齿条和第二齿条设置在所述钻具的两侧；与所述第一齿条相啮合有第一齿轮，所述第一齿轮与第一齿轮驱动装置相连；与所述第二齿条相啮合有第二齿轮，所述第二齿轮与第二齿轮驱动装置相连；
所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构包括：驱动所述钻具旋转的电机；所述第一齿轮驱动装置包括驱动所述第一齿轮转动的第一电机；所述第二齿轮驱动装置包括驱动所述第二齿轮转动的第二电机；驱动所述第一齿轮转动的第一电机和驱动所述第二齿轮转动的第二电机为同一电机；
所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构还包括：与驱动所述钻具旋转的电机相连的动力输入轴，所述动力输入轴与主动齿轮键连接，所述主动齿轮与至少两个从动齿轮啮合连接传递动力，所述从动齿轮带动所述钻具旋转；
所述中心大孔形成装置还包括：设置在所述钻具内部的钻取物推出的可伸缩的推杆。
可选地，在所述钻床的一端设置有钻具的稳定装置，在所述稳定装置上设有第一通孔，所述第一通孔的内径与所述钻具的外径滑动配合，所述钻具能够通过所述第一通孔进行推进或后退。
在所述稳定装置上还设有第二通孔，所述第二通孔开口于所述第一通孔的内壁上，并且所述第二通孔与用于降尘的输液管相连；
在所述钻具的外周设有沟槽。
可选地，所述打炮眼装置包括：至少一可伸缩及可摇摆的第一摇臂，在所述可伸缩及可摇摆的第一摇臂上设置有用于在作业面进行炮眼钻设的第一钻具；
所述打锚杆眼装置包括：至少一可伸缩及可摇摆的第二摇臂，在所述第二摇臂上设置有用于在巷道顶部或侧部钻设支护用的锚杆孔的第二钻具；
所述第一摇臂和第二摇臂与第一控制系统相连，所述第一钻具和第二钻具与第二控制系统相连；
所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构、和驱动所述钻具往返运动的推送机构与所述第二控制系统相连；其中所述第一摇臂、第二摇臂、第一控制系统与第二控制系统设置在所述钻床上；
所述装载装置包括：设在所述台车上的绞车、进料槽、中间槽和卸料槽；主绳和尾绳通过导向轮与所述绞车和耙斗相连：耙斗在主绳和尾绳的牵引下作往复运动扒取岩石一次通过进料槽、中间槽和卸料槽，自卸料槽的卸料口卸出；其中所述进料槽为可伸缩式进料槽，在所述钻具工作时，所述进料槽处于缩起状态，在所述钻具工作完毕退回后，所述进料槽能够伸出，用于承接所述耙斗所扒取的岩石。
可选地，所述转载设备为胶带式转载输送机；所述运输设备为矿车。
另一方面，本发明实施例提供一种深孔掘进方法，包括；
利用前述任一项所述的钻装设备在巷道断面的中心处钻一中心大孔，所述中心大孔直径大于200mm；在所述中心大孔周围钻至少两个掏槽孔，所述中心大孔的直径大小至少为所述掏槽孔直径大小的两倍；在所述至少两个掏槽孔外围，以所述中心大孔为中心向外依次布置辅助孔、周边孔；
在所述中心大孔中不装药，仅在所述掏槽孔以及所述辅助孔和周边孔中装药；按照从掏槽孔-辅助孔-周边孔的起爆顺序进行起爆，实现一次爆破掘进；
对爆破后形成的破碎岩石进行装载和转运；
对爆破后的巷道进行锚杆支护。
本发明一种深孔高效掘进方法及系统实施方式，采用集中心大孔形成装置、打炮眼装置、打锚杆眼装置及装载装置为一体的钻装设备来进行中心大孔形成，打炮眼、打锚杆及进行破碎后的岩石的装载，不需要单独采用多台设备分别完成上述作业，减少了不同作业设备之间进行进出更换的时间，由此能够减少掘进作业时间，提高掘进速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明深孔掘进方法及系统一实施例的结构示意图；
图2为图1中钻具的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例一种深孔高效掘进方法及系统进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种深孔掘进系统实施方式，包括：钻装设备、转载设备和运输设备；其中所述钻装设备包括：台车，在所述台车上布置的中心大孔形成装置、打炮眼装置、打锚杆眼装置及装载装置；其中，所述中心大孔直径大于200mm。
本发明一种深孔掘进系统实施方式，采用集中心大孔形成装置、打炮眼装置、打锚杆眼装置及装载装置为一体的钻装设备来进行中心大孔形成，打炮眼、打锚杆及进行破碎后的岩石的装载，不需要单独采用多台设备分别完成上述作业，减少了不同作业设备之间进行进出更换的时间，由此能够减少掘进作业时间，提高掘进速度。
本发明深孔(3.5m以上)掘进系统实施方式中，所述转载设备可为胶带式转载输送机；所述运输设备可为矿车。胶带式转载输送机和矿车均为现有技术，对此本发明不做过多的赘述。下面仅对本发明深孔掘进系统实施方式中的钻装设备进行详细说明。
所述钻装设备包括：台车，在所述台车上布置的中心大孔(直径大于200mm)形成装置、打炮眼装置、打锚杆眼装置及装载装置。
为简便起见，在本发明下述实施方式中所给出的视图中，在台车上仅示出了中心大孔(直径大于200mm)形成装置的结构示意图。
参看图1及图2，可选地，所述台车包括：行走机构4，在所述行走机构4上设有钻床5；所述行走机构4包括履带41和履带驱动装置42。
参看图1及图2，可选地，所述中心大孔(直径大于200mm)形成装置包括：钻具1，驱动所述钻具1旋转的旋转驱动机构2和驱动所述钻具往返运动的推送机构。所述钻具1，以及驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构2和驱动所述钻具往返运动的推送机构布置在所述钻床5上；其中所述钻具1与所述钻床5平行设置。
可选地，所述钻具1用于钻入作业面进行钻进作业的一端具有端口11，并且所述钻具1内具有用于容纳钻取物的空心结构12，所述空心结构12与所述端口11相连通。所述钻具1呈一端具有所述端口的圆筒形；在所述端口11的周边间隔布置有切削齿(图中未示出)。由于所述钻具用于钻入作业面进行钻进作业的一端具有端口，并且所述钻具内具有用于容纳钻取物的空心结构，所述空心结构与所述端口相连通，这样在进行掘进作业时，只通过所述端口与作业面直接接触进行破碎作业，而钻取物如岩石等能够直接进入到钻具的空心结构中，由此使得所述钻具与作业面直接接触进行破碎作业的面积较小，因此消耗的功率较小，并且能够加快掘进速度，提高掘进效率。
为了方便钻进作业后，进入到钻具1内部空心结构12的钻取物如岩芯的顺利取出，可选地，在所述钻具1呈圆筒形的内壁上设置有用于破碎或切断钻取物的破碎齿13。在钻进作业的过程中，所述破碎齿13能够对进入到钻具内部空心结构12的钻取物如岩芯同时进行破碎或切断，便于后续取出。可选地，在所述钻具1的另一端设有用于与旋转驱动机构2连接的法兰盘14。
进一步地，为了提高钻进作业速度，在所述钻具1呈圆筒形的内壁上设置有内螺纹(图中未示出)，所述破碎齿13间隔设置在所述内螺纹上。在钻进作业过程中，通过所述内螺纹的作用，一方面便于将钻取物如岩芯推入或排入到钻具内部空心结构中，同时利用所述内螺纹获得的反作用力，又有利于推动钻具快速进行钻进作业。
可选地，所述驱动所述钻具往返运动的推送机构包括：与所述钻具平行设置的第一齿条6和第二齿条(图中未示出)；所述第一齿条1和第二齿条相互平行地布置在所述钻床5上，并且所述第一齿条6和第二齿条设置在所述钻具的两侧；与所述第一齿条6相啮合有第一齿轮(图中未示出)，所述第一齿轮与第一齿轮驱动装置8相连；与所述第二齿条相啮合有第二齿轮(图中未示出)，所述第二齿轮与第二齿轮驱动装置(图中未示出)相连。
通过所述第一齿轮驱动装置8和第二齿轮驱动装置的协同作用，使得第一齿轮沿第一齿条6啮合滚动，第二齿轮沿第二齿条啮合滚动，由此可推动钻具前进进行对作业面的钻进作业，钻进作业完毕后，通过所述第一齿轮驱动装置8和第二齿轮驱动装置的协同作用，借助于所述第一齿轮与沿第一齿条6的反向啮合滚动，第二齿轮与第二齿条的反向啮合滚动，即可使钻具回退到初始作业状态。
本实施例中，第一齿条和第二齿条对称布置在所述钻具1的两侧；第一齿轮与第二齿轮对称布置在所述钻具1的两侧；第一齿轮驱动装置8和第二齿轮驱动装置对称布置在所述钻具1的两侧。
所述驱动所述钻具往返运动的推送机构不限于上述结构，也可以采用液压系统实现对钻具的推送。
可选地，所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构包括：驱动所述钻具旋转的电机(图中未示出)；所述第一齿轮驱动装置包括驱动所述第一齿轮转动的第一电机；所述第二齿轮驱动装置包括驱动所述第二齿轮转动的第二电机；驱动所述第一齿轮转动的第一电机和驱动所述第二齿轮转动的第二电机为同一电机。
可选地，所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构还包括：与驱动所述钻具旋转的电机相连的动力输入轴，所述动力输入轴与主动齿轮键连接，所述主动齿轮与至少两个从动齿轮啮合连接传递动力，所述从动齿轮带动所述钻具旋转；
为便于进入所述钻具内部空心结构的钻取物的自动排出，可选地，可选地，所述中心大孔(直径大于200mm)形成装置还包括：设置在所述钻具内部的钻取物推出的可伸缩的推杆(图中未示出)。
为了便于钻具顺利进入作业面进行钻进作业以及确保钻具在作业过程中运行的平稳性，可选地，在所述钻床的一端设置有钻具的稳定装置9，在所述稳定装置上设有第一通孔91，所述第一通孔91的内径与所述钻具1的外径滑动配合，所述钻具1能够通过所述第一通孔91进行推进或后退。
在钻进作业时，为了避免粉尘飞扬，可选地，在所述稳定装置上设有第二通孔(图中未示出)，所述第二通孔开口于所述第一通孔91的内壁上，并且所述第二通孔与用于降尘的输液管10相连，通过所述输液管10可将降尘用的液体如水或添加有润滑剂的切削液输送到稳定装置处，既能降尘又能对钻进作业起到润滑作用；优选地，在所述钻具的外周设有沟槽，便于所述切削液对钻具进行润滑和降温。
可选地，本发明深孔掘进系统实施方式中，所述打炮眼装置包括：至少一可伸缩及可摇摆的第一摇臂(图中未示出)，在所述可伸缩及可摇摆的第一摇臂上设置有用于在作业面进行炮眼钻设的第一钻具(图中未示出)。
可选地，所述打锚杆眼装置包括：至少一可伸缩及可摇摆的第二摇臂(图中未示出)，在所述第二摇臂上设置有用于在巷道顶部或侧部钻设支护用的锚杆孔的第二钻具(图中未示出)。
所述第一摇臂和第二摇臂与第一控制系统相连，所述第一钻具和第二钻具与第二控制系统相连；所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构、和驱动所述钻具往返运动的推送机构与所述第二控制系统相连；其中所述第一摇臂、第二摇臂、第一控制系统与第二控制系统设置在所述钻床上。
所述装载装置包括：设在所述台车上的绞车、进料槽、中间槽和卸料槽；主绳和尾绳通过导向轮与所述绞车和耙斗相连：耙斗在主绳和尾绳的牵引下作往复运动扒取岩石一次通过进料槽、中间槽和卸料槽，自卸料槽的卸料口卸出；其中所述进料槽为可伸缩式进料槽，在所述钻具工作时，所述进料槽处于缩起状态，在所述钻具工作完毕退回后，所述进料槽能够伸出，用于承接所述耙斗所扒取的岩石。需要说明的是，本发明实施方式中的所述装载装置的结构和原理与现有技术中的耙斗装岩机的结构和原理基本相同，不同之处在于本发明中的所述耙斗装岩机设置在所述台车上，同时所述进料槽为可伸缩式进料槽。
本发明实施例还提供一种深孔掘进方法，包括；利用前述任一实施方式所述的钻装设备在巷道断面的中心处钻一中心大孔(直径大于200mm)；在所述中心大孔(直径大于200mm)周围钻至少两个掏槽孔，所述中心大孔(直径大于200mm)的直径大小至少为所述掏槽孔直径大小的两倍；在所述至少两个掏槽孔外围，以所述中心大孔(直径大于200mm)为中心向外依次布置辅助孔、周边孔；
在所述中心大孔(直径大于200mm)中不装药，仅在所述掏槽孔以及所述辅助孔和周边孔中装药；按照从掏槽孔-辅助孔-周边孔的起爆顺序进行起爆，实现一次爆破掘进；
对爆破后形成的破碎岩石进行装载和转运；
对爆破后的巷道进行锚杆支护。
本发明一种深孔掘进方法，采用集中心大孔(直径大于200mm)形成装置、打炮眼装置、打锚杆眼装置及装载装置为一体的钻装设备来进行中心大孔(直径大于200mm)形成，打炮眼、打锚杆及进行破碎后的岩石的装载，不需要单独采用多台设备分别完成上述作业，减少了不同作业设备之间进行进出更换的时间，由此能够减少掘进作业时间，提高掘进速度。
本发明实施例，所述深孔掘进方法及系统适用于炮孔深度在3.5米以上的爆破法巷道掘进。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种深孔掘进系统，其特征在于，包括：钻装设备、转载设备和运输设备；其中
所述钻装设备包括：台车，在所述台车上布置的中心大孔形成装置、打炮眼装置、打锚杆眼装置及装载装置；其中，所述中心大孔直径大于200mm；
所述中心大孔形成装置包括：钻具，驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构和驱动所述钻具往返运动的推送机构；其中，所述钻具用于钻入作业面进行钻进作业的一端具有端口，并且所述钻具内具有用于容纳钻取物的空心结构，所述空心结构与所述端口相连通；
所述钻具呈一端具有所述端口的圆筒形；在所述端口的周边间隔布置有切削齿；
在所述钻具呈圆筒形的内壁上设置有用于破碎或切断钻取物的破碎齿；
在所述钻具呈圆筒形的内壁上设置有内螺纹，所述破碎齿间隔设置在所述内螺纹上。
2.根据权利要求1所述的深孔掘进系统，其特征在于，所述台车包括：行走机构，在所述行走机构上设有钻床；
所述钻具，以及驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构和驱动所述钻具往返运动的推送机构布置在所述钻床上；其中所述钻具与所述钻床平行设置；
所述行走机构包括履带和履带驱动装置。
3.根据权利要求2所述的深孔掘进系统，其特征在于，
所述驱动所述钻具往返运动的推送机构包括：与所述钻具平行设置的第一齿条和第二齿条；所述第一齿条和第二齿条相互平行地布置在所述钻床上，并且所述第一齿条和第二齿条设置在所述钻具的两侧；与所述第一齿条相啮合有第一齿轮，所述第一齿轮与第一齿轮驱动装置相连；与所述第二齿条相啮合有第二齿轮，所述第二齿轮与第二齿轮驱动装置相连；
所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构包括：驱动所述钻具旋转的电机；所述第一齿轮驱动装置包括驱动所述第一齿轮转动的第一电机；所述第二齿轮驱动装置包括驱动所述第二齿轮转动的第二电机；驱动所述第一齿轮转动的第一电机和驱动所述第二齿轮转动的第二电机为同一电机；
所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构还包括：与驱动所述钻具旋转的电机相连的动力输入轴，所述动力输入轴与主动齿轮键连接，所述主动齿轮与至少两个从动齿轮啮合连接传递动力，所述从动齿轮带动所述钻具旋转；
所述中心大孔形成装置还包括：设置在所述钻具内部的钻取物推出的可伸缩的推杆。
4.根据权利要求2所述的深孔掘进系统，其特征在于，在所述钻床的一端设置有钻具的稳定装置，在所述稳定装置上设有第一通孔，所述第一通孔的内径与所述钻具的外径滑动配合，所述钻具能够通过所述第一通孔进行推进或后退；
在所述稳定装置上还设有第二通孔，所述第二通孔开口于所述第一通孔的内壁上，并且所述第二通孔与用于降尘的输液管相连；
在所述钻具的外周设有沟槽。
5.根据权利要求2所述的深孔掘进系统，其特征在于，
所述打炮眼装置包括：至少一可伸缩及可摇摆的第一摇臂，在所述可伸缩及可摇摆的第一摇臂上设置有用于在作业面进行炮眼钻设的第一钻具；
所述打锚杆眼装置包括：至少一可伸缩及可摇摆的第二摇臂，在所述第二摇臂上设置有用于在巷道顶部或侧部钻设支护用的锚杆孔的第二钻具；
所述第一摇臂和第二摇臂与第一控制系统相连，所述第一钻具和第二钻具与第二控制系统相连；
所述驱动所述钻具旋转的旋转驱动机构、和驱动所述钻具往返运动的推送机构与所述第二控制系统相连；其中所述第一摇臂、第二摇臂、第一控制系统与第二控制系统设置在所述钻床上；
所述装载装置包括：设在所述台车上的绞车、进料槽、中间槽和卸料槽；主绳和尾绳通过导向轮与所述绞车和耙斗相连：耙斗在主绳和尾绳的牵引下作往复运动扒取岩石一次通过进料槽、中间槽和卸料槽，自卸料槽的卸料口卸出；其中所述进料槽为可伸缩式进料槽，在所述钻具工作时，所述进料槽处于缩起状态，在所述钻具工作完毕退回后，所述进料槽能够伸出，用于承接所述耙斗所扒取的岩石。
6.根据权利要求1所述的深孔掘进系统，其特征在于，所述转载设备为胶带式转载输送机；所述运输设备为矿车或皮带。
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