CN104533408A - 大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机，集探、掘、装、运、支功能于一体，用于解决现有掘进装备割煤速度低、装煤效率低、输送能力低、支护速度低、探放水效率低、自动化程度低、空顶距大、适应性差和综合效率低等问题；主要包括行走部、在行走部上设置的机体平台、截割部、铲运部、钻锚装置、超前支护装置、电控系统、液压系统、钻锚操作升降平台及后支撑装置；截割部采用滚筒截割装置，铲运部采用铲斗装置；具有结构合理、性能先进、耦合度高和综合效率高等特点，能够实现一次成巷，达到同等条件下目前先进掘进装备月进尺的两倍以上。
Description
技术领域
本发明属于掘进设备技术领域，特别涉及一种大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机。
背景技术
目前，煤矿开采，掘进先行。煤巷进尺占矿井总进尺的80％以上，抓好煤巷进尺是缓解矿井采掘接替紧张，保持矿井采掘平衡，实现矿井高产高效的关键。我国经过几十年的探索与研究，在煤巷掘进工艺及装备方面发展较快，形成了“综掘机—单体锚杆钻机作业线”、“综掘机—液压锚杆钻车作业线”、“连采机—液压锚杆钻车作业线”和“掘锚机”等多种煤巷掘进工艺并存的格局，为矿井安全生产提供了保障。但是，所有这些掘进工艺及装备仍存在严重的问题，掘进效率没有充分的发挥，严重制约着矿井的安全生产和高产高效，提高单进水平势在必行。主要表现在以下几方面：
①割煤速度低：综掘机截割头体积小，在割煤过程中频繁摆动；连采机和掘锚机的截割部窄，对大断面巷道不能一次成形，造成目前掘进工艺割煤速度低。
②装煤效率低：综掘机、连采机与掘锚机都采用星轮式装载部，星轮式装载部长度长、坡度小、装煤不连续、效率低。
③输送能力低：输送部马达功率小、宽度窄，输送能力受到了限制。
④支护速度低：掘进设备与支护设备分离，造成掘、支工序之间存在调机、退机问题，由于掘进和支护设备的交替过程频繁，同时钻臂数量少，辅助时间长，造成支护速度低、空顶距大。
⑤探放水效率低：探放水设备与掘进、支护设备分离，三大工序之间都存在调机、退机问题，由于探放水设备与掘进支护设备的交替过程频繁，辅助时间长，同时传统探放水设备钻臂数量少，造成探放水效率低。
⑥自动化程度低：掘进装备电控在线监控水平还处于国外的20世纪90年代的发展阶段水平，掘进装备的电控和液压系统都需要手动操作，没有实现对机组的远程遥控。
⑦空顶距大、适应性差：连采机和掘锚机仅适用于顶板条件好的情况，最小空顶距大，不能及时支护；综掘机适应性好但效率低。很多大型综掘机不能适应小型巷道的掘进。
⑧综合效率低：综上所述问题造成目前掘进工艺综合效率低。
发明内容
本发明的目的是解决现有掘进装备装煤过程不能一次成巷煤、不连续、效率低等问题，提供一种适合一次成巷煤巷掘机，能够实现高效装煤的大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：
本发明的大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机，包括行走部、在行走部上设置的机体平台、截割部、铲运部、钻锚装置、超前支护装置、电控系统、液压系统、钻锚操作升降平台及后支撑装置；所述超前支护装置、电控系统和液压系统安装在机体平台上、钻锚操作升降平台安装在机体平台的前面，后支撑装置安装在平台的后下方；所述铲运部安装在行走部前与在行走部、机体平台中间；其特征在于:所述截割部包括滚筒截割装置、截割臂、截割摆动油缸及截割装置座；滚筒截割装置与截割臂连接，截割臂铰接在截割装置座上，割装置座固定在机体平台中间；截割摆动油缸一端铰接在截割装置座上，另一端铰接截割臂上。
所述铲运部包括铲斗装置、铲斗摆动油缸、及输送部；所述输送部安装在行走部分及在行走部上与机体平台中间；所述铲斗装置铰接在输送部的前端，铲斗摆动油缸一端铰接在输送部的前端，另一端铰接在铲斗装置上；
所述铲斗装置采用高包角设计，为对称结构，中间连接输送部；所述铲斗装置包括铲板、左侧挡板、右侧挡板、后侧挡板、刮板、链条、驱动马达、底板与后板；由刮板、链条和驱动马达组成刮板机构，由所述底板、后板、左、右侧挡板和后侧挡板构成铲斗；后侧挡板、铲板及刮板机构呈包角α装入铲斗内。
所述铲斗装置还包括左侧油缸、右侧油缸，左、右侧油缸分别铰接装在左、右侧挡板与后板上，并且左、右侧挡板分别与后板铰接，左、右侧挡板的下边各自装有插入底板的伸缩板。
所述钻锚装置包括前钻锚装置、前下钻锚装置、后钻锚装置；前钻锚装置与前下钻锚装置安装在截割臂的左右两侧的机体平台上，后钻锚部安装于机体平台上，共计六台。其中：前钻锚装置能够进行探放水作业。
所述的滚筒截割装置包括滚、两个中间滚筒、两台永磁电机3、减速机构、两个侧滚筒装置；所述滚筒架设有端部与三个支撑架构成，滚筒支架的端部与截割臂连接；
所述两个中间滚筒在滚筒架的三个支撑架中间，两台永磁电机分别装在各自的中间滚筒中，两台永磁电机的外壳的外圆分别与各自的中间滚筒内孔的内圆固定连接；两台永磁电机共用一根永磁电机定子轴，永磁电机定子轴与三个支撑架的中间支撑架固定连接；
所述侧滚筒装置包括侧滚筒、侧滚筒轴、侧滚筒轴承、侧滚筒切割头、伸缩机构；所述侧滚筒与侧滚筒轴固定连接，侧滚筒轴带侧滚筒轴承装在支撑架孔内，并经减速机构与中间滚筒连接；其中：伸缩机构包括伸缩油缸和伸缩连杆，侧滚筒切割头铰接在侧滚筒上，伸缩连杆与侧滚筒切割头、侧滚筒分别铰接，所述伸缩油缸与侧滚筒切割头、侧滚筒轴分别铰接。
所述中间滚筒的外圆、侧滚筒的外圆与切割头上固定有若干个切割刀头。
所述的滚筒截割装置还包括滚筒截割装置的伸缩油缸供油管路，包括滚筒架的中间支撑架的油孔、油管接头、内部油管、配液盘与软油管；所述内部油管装于永磁电机定子轴外与定子之间，以及侧滚筒轴中心孔内，用油管接头连接支撑架的油上及装在侧滚筒轴端的配液盘上，由软油管连接配液盘与滚筒截割装置的伸缩油缸。
本发明的突出的实质性特点和显著的有益效果是：
本发明是集探、掘、装、运、支功能于一体，解决了现有煤巷机的割煤速度低、装煤效率低、输送能力低、支护速度低、探放水效率低、自动化程度低、空顶距大、适应性差和综合效率低等问题。具备快探、快割、快装、快运、快支、高耦合度和适应性强等特性的掘进装备，能够对各种断面实现一次成巷，在同等条件下可达到现有掘进机月进尺的两倍以上。
附图说明
图1是本发明的整机的主视图。
图2是本发明的整机的俯视图。
图3是滚筒截割、铲运和钻锚装置在整机上布置的主视图。
图4是滚筒截割、铲运和钻锚装置在整机上布置的俯视图。
图5是本发明中滚筒截割装置结构的主剖视图。
图6是本发明中滚筒截割装置的润滑管路示意图。
图7是本发明中铲斗装置结构的主视图。
图8是本发明中铲斗装置结构的三维立体图。
图9是本发明中滚筒截割装置与铲斗装置结构的侧视图。
图10是本发明中滚筒截割装置与铲斗装置结构的三维立体图。
图11是钻锚装置的前上钻锚装置的主视图。
图12是钻锚装置的前上钻锚装置的俯视图。
图13是钻锚装置的前下钻锚装置的主视图。
图14是钻锚装置的前下钻锚装置的俯视图。
图15是钻锚装置的后钻锚装置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体技术方案。
图1至图4所示，大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机的整机。该煤巷综合掘锚机把探放水、截割煤壁、装煤、运煤和钻孔锚杆锚索支护五大工序集合于一身。
该综合掘锚机包括行走部1、在行走部分上设置的机体平台2、截割部3、铲运部4、钻锚装置5、超前支护装置6、电控系统7、液压系统8、钻锚操作升降平台9和后支撑装置10；其中：
所述超前支护装置6、电控系统7和液压系统8安装在机体平台2之上、钻锚操作升降平台9安装在机体平台2的前面，后支撑装置10安装在机体平台2的后下方；所述铲运部4安装在行走部1前与在行走部、机体平台2中间。超前支护装置6是实现机械托网和保护作业人员在空顶下的安全，起到临时支护的作用。
所述截割部3包括滚筒截割装置3-1、截割臂3-2、截割摆动油缸3-3及截割装置座3-4；滚筒截割装置与截割臂连接，截割臂铰接在截割装置座3-4上，割装置座固定在平台2中间。截割摆动油缸一端铰接在截割装置座上，另一端铰接截割臂上。
所述铲运部4包括铲斗装置4-1、铲斗摆动油缸4-2、及输送部4-3；所述运输装置4-3安装在行走部1前与在行走部、平台2中间；所述铲斗装置铰接在输送部的前端，铲斗摆动油缸一端铰接在平台的前端，另一端铰接在铲斗装置上。
所述钻锚装置5包括前钻锚装置5-1、前下钻锚装置5-2、后钻锚装置5-3；前钻锚装置与前下钻锚装置安装在截割臂的左右两侧的机体平台2上，后钻锚部安装于机体平台2上，完全对称，共计六台；其中：前钻锚装置能够进行探放水作业。这些钻锚装置能对巷道进行全方位、多功能、零空顶及时支护，解决支护速度慢、耦合度低和适应性差的问题，实现掘——支平行快速交替作业。
图5所示，本发明中滚筒截割装置。该滚筒截割装置采用永磁同步电机驱动截割滚筒技术。滚筒截割装置包括滚筒架3-1-1、两个中间滚筒3-1-2、两台永磁电机3-1-3、减速机构3-1-4、两个侧滚筒装置3-1-5；所述滚筒架3-1-1设有端部与三个支撑架构成，滚筒支架的端部与截割臂3-2连接；
所述两个中间滚筒3-1-2在滚筒架3-1-1的三个支撑架中间，两台永磁电机3-1-3分别装在各自的中间滚筒3-1-2中，两台永磁电机3-1-3的外壳的外圆分别与各自的中间滚筒内孔的内圆固定连接，既采用键连接；两台永磁电机3-1-3共用一根永磁电机定子轴，永磁电机定子轴与三个支撑架的中间支撑架固定连接，既也采用键连接；
所述侧滚筒装置3-1-5包括侧滚筒3-1-5-1、侧滚筒轴3-1-5-2、侧滚筒轴承3-1-5-3、侧滚筒切割头3-1-5-4、伸缩机构3-1-5-5；所述侧滚筒与侧滚筒轴固定连接，侧滚筒轴带侧滚筒轴承装在支撑架孔内，并经减速机构与中间滚筒连接；其中：伸缩机构包括伸缩油缸和伸缩连杆，侧滚筒切割头铰接在侧滚筒上，伸缩连杆与侧滚筒切割头、侧滚筒分别铰接，所述伸缩油缸与侧滚筒切割头、侧滚筒轴分别铰接。
所述中间滚筒的外圆、侧滚筒的外圆与切割头上固定有若干个切割刀头3-1-6。
所述减速机构由装在侧滚筒轴上的齿轮与装在中间滚筒内齿圈构成，为一级减速机构。
图6所示，本发明中供油管路。由于伸缩机构的伸缩油缸与侧滚筒装置一同旋转运动，所述滚筒截割装置的伸缩油缸供油管路3-5需要特殊设计，伸缩油缸供油管路包括滚筒架的中间支撑架的油孔3-5-1、油管接头3-5-2、内部油管3-5-3、配液盘3-5-4与软油管3-5-5；所述内部油管装于永磁电机定子轴外与定子之间，以及侧滚筒轴中心孔内，用油管接头连接支撑架的油上及装在侧滚筒轴端的配液盘上，由软油管连接配液盘与滚筒截割装置的伸缩油缸。
本发明采用永磁电机驱动截割滚筒形式，简化了现有掘进装备截割部传动结构、降低了事故率，电机采用变频控制，实现零速增扭，滚筒调速，大大提升截割性能，截割部采用伸缩式结构，伸缩范围3.5～5.5m，能对宽度为3.5～5.5m、高度为3～5m的巷道的一次截割成形。
图7至图10所示，是铲斗装置。铲斗装置也可以采用现行普遍掘进机上的扒爪式铲斗装置。
本具体实施方式为：所述铲斗装置采用高包角设计，为对称结构，中间连接输送部；所述铲斗装置包括铲板4-1-1、左侧挡板4-1-2、右侧挡板4-1-3、后侧挡板4-1-4、刮板4-1-5、链条4-1-6、驱动马达4-1-7、底板4-1-10与后板4-1-11；由刮板、链条和驱动马达组成刮板机构，由所述底板、后板、左、右侧挡板和后侧挡板构成铲斗；后侧挡板、铲板及刮板机构呈包角α装入铲斗内。
所述铲斗装置还包括左侧油缸4-1-8、右侧油缸4-1-9，左、右侧油缸分别铰接装在左、右侧挡板与后板上，并且左、右侧挡板分别与后板铰接，左、右侧挡板的下边各自装有插入底板的伸缩板。其中：
1)铲板坡度高，板面距离短，截割头落下基本和铲板前沿相互靠拢。这样，截割头在高速割煤的过程中，散煤基本全落在铲板上，在截割头割底过程中不仅使截割滚筒卧底方便，还可以将落煤装运至溜槽中。使物料的装载范围更宽，使得装煤效率极大提升。
2)针对大煤量，在铲板上安装左右两部中链刮板的形式。中链刮板形式能在很大程度上降低输送过程中的间断和卡滞现象，整个物料的装载与输送更顺畅与快捷，输送效率得到很大提高。
3)左、右侧挡板在左、右侧油缸的作用下可实现张合，使得铲板部的宽度可以变化，提高了它对不同宽度巷道的适应性，同时起到收集铲板两侧浮煤的作用。后侧挡板主要是防止装载过程中物料涌向机身处，同时，在后侧挡板上设计了左右钻锚操作升降平台，它可以在一定高度范围内升降，主要为前钻锚部打钻人员提供了作业空间、对侧钻锚部打钻人员起到保护作用。
4)可通过铲斗摆动油缸的伸缩来控制铲运部升降，以适应巷道底板起伏不平和巷道上下坡掘进作业。
以上所述铲斗装置可以采用现行掘进机所采用的扒爪式铲斗装置。
图11和图12所示，是前上钻锚装置5-1。上钻锚装置为伸缩臂式钻锚装置，包括推进器钻机5-1-1、伸缩油缸臂5-1-2、摆动油缸5-1-3、旋转油缸与连接座5-1-4、上伸缩臂5-1-5、下伸缩臂5-1-6、调高油缸5-1-7、水平回转油缸5-1-8、伸缩臂摆动座5-1-9、伸缩臂固定座5-1-10、水平回转油缸固定座5-1-11。其中：
所述推进器钻机与摆动油缸连接、摆动油缸与旋转油缸及连接座连接；所述上伸缩臂内装伸缩油缸臂，上伸缩臂与连接座铰接，伸缩油缸臂与伸缩臂摆动座铰接，所述下伸缩臂分别与连接座、伸缩臂摆动座铰接；
所述调高油缸分别与上伸缩臂、伸缩臂摆动座铰接；所述水平回转油缸分别铰接水平回转油缸座、伸缩臂摆动座。
所述伸缩臂摆动座与伸缩臂固定座铰接、水平回转油缸固定座；所述伸缩臂固定座、水平回转油缸固定座固定在机体平台2上。
图13和图14所示，是前下钻锚装置5-2。前下钻锚装置包括推进器钻机5-1-1、连接座5-2-2、水平摆动油缸5-2-3、垂直摆动油缸5-2-4、伸高臂5-2-5、调高油缸5-2-6、回转座5-2-7；所述推进器钻机与连接座铰接，水平摆动油缸分别与推进器钻机、连接座铰接；所述垂直摆动油缸装于伸高臂上，并与推进器钻机的连接座连接；所述伸高臂与回转座铰接，调高油缸分别与伸高臂、回转座铰接。
图15所示，是后钻锚装置5-3，后钻锚装置包括推进器钻机5-1-1、摆动油缸5-3-2、竖直伸缩油缸立柱5-3-3、水平滑轨5-3-4、水平伸缩油缸5-3-5、固定座5-3-6；所述后钻锚装置包括推进器钻机与摆动油缸连接；竖直伸缩油缸立柱的顶部装摆动油缸；所述水平伸缩油缸与水平滑轨中竖直伸缩油缸立柱、固定座铰接；固定座为钻锚操作平台，并固定在机体平台上。
所述钻锚装置5是根据巷道锚杆支护要求，分为几个不同的区域来设计和布置的，其中：前上钻锚装置和前下钻锚装置，主要负责顶部锚杆孔和中低侧帮锚杆孔的机械化施工作业，后钻锚部安装于机体平台上，主要负责1.5米以上中等高度侧帮锚杆孔和锚索的施工作业。
各钻锚装置的操控系统相互独立，互不影响。通过多钻臂的交叉和互相协调配合从根本上解决目前现有矿井支护存在的问题，提升支护效率，节省大量辅助时间。
本发明大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机的工作过程，首先使用行走部1行驶到煤巷掘进工作面，其次利用钻锚装置中的两个前钻锚装置进行全方位打钻探放水；然后利用截割部3的截割摆动油缸3-3上下升降进行截割煤壁形成巷道，并利用铲运部4把浮煤运输出去，同时利用序钻锚装置进行钻孔锚杆(锚索)支护。
在整个煤巷掘进过程中该煤巷综合掘锚机不需要退机、调机，在一台机组上实现“探—掘—装—运—支”连续作业，节省人力和时间，提高工效。
Claims (6)
1.大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机，包括行走部(1)、在行走部上设置的机体平台(2)、截割部(3)、铲运部(4)、钻锚装置(5)、超前支护装置(6)、电控系统(7)、液压系统(8)、钻锚操作升降平台(9)及后支撑装置(10)；所述超前支护装置、电控系统和液压系统安装在平台之上、钻锚操作升降平台安装在机体平台的前面，后支撑装置安装在机体平台的后下方；所述铲运部安装在行走部前与在行走部、机体平台中间；其特征在于:所述截割部包括滚筒截割装置(3-1)、截割臂(3-2)、截割摆动油缸(3-3)及截割装置座(3-4)；滚筒截割装置与截割臂连接，截割臂铰接在截割装置座上，割装置座固定在机体平台中间；截割摆动油缸一端铰接在截割装置座上，另一端铰接截割臂上。
2.根据权利要求1所述的大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机，其特征在于:包括铲斗装置(4-1)、铲斗摆动油缸(4-2)、及输送部(4-3)；所述输送部安装在行走部分(1)及在行走部上与机体平台(2)中间；所述铲斗装置(4-1)铰接在输送部的前端，铲斗摆动油缸一端铰接在输送部的前端，另一端铰接在铲斗装置上；所述铲斗装置采用高包角设计，为对称结构，中间连接输送部；所述铲斗装置包括铲板(4-1-1)、左侧挡板(4-1-2)、右侧挡板(4-1-3)、后侧挡板(4-1-4)、刮板(4-1-5)、链条(4-1-6)、驱动马达(4-1-7)、底板(4-1-10)与后板(4-1-11)；由刮板、链条和驱动马达组成刮板机构，由所述底板、后板、左、右侧挡板和后侧挡板构成铲斗；后侧挡板、铲板及刮板机构呈包角α装入铲斗内。
3.根据权利要求2所述的大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机，所述铲斗装置，其特征在于:还包括左侧油缸(4-1-8)、右侧油缸(4-1-9)，左、右侧油缸分别铰接装在左、右侧挡板与后板上，并且左、右侧挡板分别与后板铰接，左、右侧挡板的下边各自装有插入底板的伸缩板。
4.根据权利要求1所述的大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机，其特征在于:所述钻锚装置包括前钻锚装置(5-1)、前下钻锚装置(5-2)、后钻锚装置(5-3)；前钻锚装置与前下钻锚装置安装在截割臂的左右两侧的机体平台(2)上，后钻锚部安装于机体平台上，共计六台；其中：前钻锚装置能够进行探放水作业。
5.根据权利要求1所述的大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机，其特征在于:所述的滚筒截割装置包括滚筒架(3-1-1)、两个中间滚筒(3-1-2)、两台永磁电机(3-1-3)、减速机构(3-1-4)、两个侧滚筒装置(3-1-5)；所述滚筒架设有端部与三个支撑架构成，滚筒支架的端部与截割臂(3-2)连接；
所述两个中间滚筒在滚筒架的三个支撑架中间，两台永磁电机分别装在各自的中间滚筒中，两台永磁电机的外壳的外圆分别与各自的中间滚筒内孔的内圆固定连接；两台永磁电机共用一根永磁电机定子轴，永磁电机定子轴与三个支撑架的中间支撑架固定连接；
所述侧滚筒装置包括侧滚筒(3-1-5-1)、侧滚筒轴(3-1-5-2)、侧滚筒轴承(3-1-5-3)、侧滚筒切割头(3-1-5-4)、伸缩机构(3-1-5-5)；所述侧滚筒与侧滚筒轴固定连接，侧滚筒轴带侧滚筒轴承装在支撑架孔内，并经减速机构与中间滚筒连接；其中：伸缩机构包括伸缩油缸和伸缩连杆，侧滚筒切割头铰接在侧滚筒上，伸缩连杆与侧滚筒切割头、侧滚筒分别铰接，所述伸缩油缸与侧滚筒切割头、侧滚筒轴分别铰接；
所述中间滚筒的外圆、侧滚筒的外圆与切割头上固定有若干个切割刀头(3-1-6)。
6.根据权利要求5所述的大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机，其特征在于:所述的滚筒截割装置还包括滚筒截割装置的伸缩油缸供油管路，包括滚筒架的中间支撑架的油孔(3-5-1)、油管接头(3-5-2)、内部油管(3-5-3)、配液盘(3-5-4)与软油管；所述内部油管装于永磁电机定子轴外与定子之间，以及侧滚筒轴中心孔内，用油管接头连接支撑架的油上及装在侧滚筒轴端的配液盘上，由软油管连接配液盘与滚筒截割装置的伸缩油缸。
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