CN104775813A - 一种可开合孔内纵向切槽装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿用机具领域，公开了一种可开合孔内纵向切槽装置，其包括锯套、锯架、锯片、固定块、连杆、刀架、滑套和活塞，所述锯架套设于所述锯套内，所述锯架沿轴向设有贯穿其侧壁的矩形开孔，所述固定块固定设于所述矩形开孔的顶部，所述固定块的下端设有安装凸起，所述连杆与固定块铰接，连杆与刀架铰接；所述锯片通过锯片齿轮轴设于所述刀架的外表面，所述锯片齿轮轴的轴线垂直于所述刀架的外表面设置，所述滑套设于所述锯架的下端，所述活塞与所述滑套连接，用于驱动所述滑套上下移动；所述锯套上设有与所述开孔相对的细长孔，供锯片纵向切割。本发明通过纵向切割，便于破坏坚硬难垮顶板的结构完整性。

Description

一种可开合孔内纵向切槽装置

技术领域

本发明涉及矿用机具技术领域，特别是涉及一种可开合孔内纵向切槽装置。

背景技术

在煤系地层中，开采煤层的上方经常赋存有厚而坚硬的砂岩、砾岩或石灰岩等岩层。此类岩层岩石强度高、节理裂隙不发育、厚度大、整体性强、自承能力强，煤层开采后大面积悬露在采空区，短期内不垮落；一旦垮落，一次垮落的面积大、高度大，形成强烈的周期性来压，且来压时有明显的动力现象，常造成支护设备损坏，危及人身安全等恶性事故。此类厚层顶板被称为坚硬难垮顶板，过去常用煤柱支撑法控制坚硬难垮顶板，但煤炭损失大，仍有大面积来压威胁，现在已基本不采用。采空区充填法由于成本太高亦很少使用。目前我国坚硬难垮顶板的控制基本是以爆破为主，注水软化为辅的方法，但此类方法的缺点是：工程量和炸药消耗量大、安全性差、成本高、污染井下空气；干扰回采工序，影响回采进度；放顶效果难以人为控制，易引起工作面控顶管理困难；当胶结物为碳酸盐类矿物岩层或煤层上有一定厚度的松软直接顶和伪顶时，注水软化效果不明显；在高瓦斯矿井或煤层中应用爆破法控顶时，需采取防止瓦斯或煤尘爆炸的措施；对于浅埋深情形，爆破控顶易对地面及周边环境的安全构成一定威胁。

对于坚煤矿硬难垮顶板的控制问题，采用了水力压裂技术。目前坚硬难垮顶板水力压裂主要是在坚硬难垮顶板中打设钻孔，利用专门的径向开槽钻头，在一定层位切割环形弱面槽，对环形弱面槽两端密封后注入高压水，使坚硬顶板在高压水作用下沿弱面槽边缘方向开裂。利用径向切槽钻头在钻孔中切槽后，水力裂缝在顶板岩层中扩展，使坚硬顶板沿水力裂缝被切割成不连续薄层，厚度减小，削弱了顶板岩层的整体性和稳定性，能够促进顶板的垮落。但是，径向切槽水压致裂后，不能彻底切断坚硬顶板，该水力裂缝扩展的方向和角度不利于顶板岩石的垮落，水力裂缝将顶板岩层切割后，工作面后方应垮落岩块位于水力裂缝的上方，由于水力裂缝下方岩块的支承作用，上方的岩块并不能顺利及时的垮落，并且上方岩块的滑落旋转会对下方岩块产生强烈的动载冲击作用，同时对工作面支架产生一定的冲击。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种可开合孔内纵向切槽装置，通过设置纵向切割的切槽锯，在孔壁上切割出一定深度的弱面槽，形成应力集中区，利用水压使坚硬顶板沿切割弱面槽的延伸方向劈裂，破坏坚硬难垮顶板的结构完整性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可开合孔内纵向切槽装置，其包括锯套、锯架、锯片、固定块、连杆、刀架、滑套和活塞，所述锯架套设于所述锯套内，所述锯架沿轴向设有贯穿其侧壁的矩形开孔，所述固定块固定设于所述矩形开孔的顶部，所述固定块的下端设有安装凸起，所述连杆的上端与所述固定块的安装凸起通过铰接轴铰接，所述连杆的下端与所述刀架的上端通过铰接轴铰接，所述连杆和刀架的运动方向朝向所述矩形开孔的开口；所述锯片通过锯片齿轮轴设于所述刀架的外表面，所述锯片齿轮轴的轴线垂直于所述刀架的外表面设置，所述滑套设于所述锯架的下端，所述活塞与所述滑套连接，用于驱动所述滑套上下移动，从而带动所述锯架在所述活塞的行程范围内上下移动；所述锯套上设有与所述开孔相对的细长孔，供所述锯片露出锯套进行纵向切割。

其中，还包括中心齿轮轴，所述中心齿轮轴设于所述刀架的中心，所述中心齿轮轴的外齿轮与所述锯片齿轮轴的外齿轮相啮合。

其中，所述锯片的数量为两个，均设于所述刀架的同一侧的外表面上，且位于所述中心齿轮轴的两侧。

其中，所述锯片呈圆盘状，所述锯片为金刚石锯片。

其中，所述锯套呈圆筒状，所述锯架呈与所述锯套配合的圆柱状，所述锯架与锯套滑动配合连接。

其中，设置当活塞向上运动到最大行程处时，所述连杆处于水平位置并自锁。

其中，还包括传动装置，所述传动装置与所述中心齿轮轴相连，用于带动所述中心齿轮轴旋转，从而带动所述锯片旋转。

其中，所述传动装置包括传动轴和齿轮组，所述传动轴设于所述滑套中，且所述传动轴的上端延伸到所述锯架中，所述传动轴通过所述齿轮组与所述中心齿轮轴连接。

其中，所述传动轴设有轴向通孔，用于通入冷却液冷却所述锯片。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种可开合孔内纵向切槽装置，包括锯套、锯架、锯片、固定块、连杆、刀架、滑套和活塞，利用固定块、连杆、刀架、滑套与锯架之间的连接形成偏心曲柄滑块机构，利用活塞驱动带动锯片沿预设孔的纵向进行切割，解决了径向切槽水力压裂技术不能彻底切断坚硬顶板，水力裂缝扩展的方向和角度不利于顶板岩石的垮落的缺陷，由垂直于钻孔轴线的径向切槽变为平行于钻孔轴线的纵向切槽，并按规定方向和长度在预设孔的孔壁上切割出一定深度的弱面槽，形成应力集中区，利用水压使坚硬顶板沿切割弱面槽的延伸方向劈裂，能够准确有效地破坏坚硬难垮顶板的结构完整性。

附图说明

图1为本发明一种可开合孔内纵向切槽装置的主视图；

图2为本发明一种可开合孔内纵向切槽装置的左视图；

图3为图1中的A-A剖视图；

图4为图2中的B-B剖视图；

图5为图3中的D-D剖视图；

图6为本发明锯片开启状态示意图；

图7为本发明锯片闭合状态示意图。

图中：1：锯套；2：锯架；3：锯片；4：固定块；5：连杆；6：刀架；7：滑套；8：活塞；9：导向头；10：矩形开孔；11：铰接轴；12：细长孔；13：中心齿轮轴；14：锯片齿轮轴；15：传动轴；16：中间传动齿轮轴；17：交叉传动齿轮轴；18：过渡齿轮；19：轴向通孔；20：预设孔；21：岩层；22：纵向切槽；23：连接套筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-5所示，为本发明提供的一种可开合孔内纵向切槽装置，其包括锯套1、锯架2、锯片3、固定块4、连杆5、刀架6、滑套7和活塞8，所述锯套1呈圆筒状，内壁光滑，所述锯架2呈与所述锯套1配合的圆柱状，所述锯架2套设于所述锯套1内，所述锯架2与锯套1滑动配合连接，所述锯套1的上端设有导向头9；所述锯架2沿其轴向设有贯穿其侧壁的矩形开孔10，所述矩形开孔10贯穿所述锯架2的径向两侧的圆柱面；所述固定块4固定设于所述矩形开孔10的顶部，所述固定块4的下端设有安装凸起，所述连杆5的上端与所述固定块4的安装凸起通过铰接轴11铰接，所述固定块4和锯套1共同构成机构的机架，所述连杆5的下端与所述刀架6的上端通过铰接轴11铰接，所述连杆5作为机构的曲柄，所述刀架6作为机构的连杆5，所述连杆5和刀架6的运动方向朝向所述矩形开孔10的开口处；所述锯片3通过锯片齿轮轴14设于所述刀架6的外表面，所述锯片齿轮轴14的轴线垂直于所述刀架6的外表面设置，所述锯片3与所述锯片齿轮轴14同轴设置，从而保证所述锯片3的运动方向为沿锯套1的纵向；所述滑套7设于所述锯架2的下端，所述滑套7与所述锯架2对接，所述活塞8与所述滑套7连接，用于驱动所述滑套7上下移动，带动所述锯架2在所述活塞8的行程范围内上下移动，所述锯架2和滑套7共同构成机构的滑块，由此形成偏心曲柄滑块机构，从而当活塞8上下移动时，由于固定块4固定不动，滑套7将驱动刀架6绕固定块4顺时针或逆时针转动，从而锯片3将延伸出矩形开孔10，所述锯套1上设有与所述开孔相对的细长孔12，锯片3将从此细长孔12中露出锯套1进行纵向切割。

其中，还包括中心齿轮轴13，所述中心齿轮轴13设于所述刀架6的中心，所述中心齿轮轴13的外齿轮与所述锯片齿轮轴14的外齿轮相啮合，用于带动所述锯片3旋转。所述锯片3的数量优选为两个，均设于所述刀架6的同一侧的外表面上，且位于所述中心齿轮轴13的两侧。优选地，所述锯片3呈圆盘状，为了保证足够的切割强度，所述锯片3为金刚石锯片。

所述固定块4优选为一圆柱的切割体，其宽度略小于锯架2所设矩形开孔10的宽度，所述锯套1的筒壁上设有固定固定块4的螺钉孔，固定块4穿过锯架2中的矩形开孔10，用沉头螺钉与锯套1固定连接。

活塞8的位置决定锯片3的开合，设置当活塞8向上运动到最大行程处时，所述连杆5处于水平位置并自锁，从而锯片3不会因受径向力而退回锯套1内，所述活塞8用压缩气体或压力液体驱动。

为了驱动中心齿轮轴13转动，本发明还包括传动装置，所述传动装置与所述中心齿轮轴13相连，用于带动所述中心齿轮轴13旋转，从而带动所述锯片3旋转。进一步地，所述传动装置包括传动轴15、中间传动齿轮轴16、交叉传动齿轮轴17和齿轮组，所述传动轴15接受外部传来的转矩，所述传动轴15设于所述滑套7中，且所述传动轴15的上端延伸到所述锯架2中，所述中间传动齿轮轴16穿设在所述传动轴15中，且外露一段光轴，所述交叉传动齿轮轴17与所述中心齿轮轴13对接，所述齿轮组包括过渡齿轮18，所述传动轴15通过所述齿轮组与所述中心齿轮轴13连接。所述中间传动齿轮轴16是一个中间传动件，其一端头部是一段光轴，外圆与含油轴承和骨架油封配合，光轴的下端是正齿轮，它将获得的转矩传递给过渡齿轮18，再传递给交叉传动齿轮轴17，最终传递给锯片3。

其中，所述传动轴15和中间传动齿轮轴16设有轴向通孔19，用于通入冷却液冷却所述锯片3。

在岩层21中挖设预设孔20，本发明的装置竖直设置在所述预设孔20中，本发明的工作原理：当传动轴15接受到外部传递进来的扭矩后，通过中间传动齿轮轴16→过渡齿轮18→交叉传动齿轮轴17→中心齿轮轴13→锯片齿轮轴14→锯片3，驱动锯片3旋转并可以改变旋转方向；本发明能够使锯片3实现开合功能，是采用了偏心曲柄滑块机构的原理，此机构由锯套1和固定块4组成机构的机架，连杆5为机构的曲柄，刀架6为机构的连杆，锯架2和滑套7组成机构的滑块，滑块的移动靠活塞8驱动，本发明设置了活塞8，动力介质通过活塞8内部的连接套筒23端面的通孔进入活塞8大腔推动活塞8上移，活塞8再通过中间构件推动锯架2和滑套7组成机构的滑块向上移动，由于固定块4相对不动，连杆5构成的曲柄与作为连杆的刀架6的回转中心存在偏移，活塞8的上移势必造成刀架6顺时针旋转，锯片3将会露出锯套1对锯套1外的孔壁进行切割，切割出纵向切槽22，如图6所示；当活塞8移动至上止点时曲柄将处于水平状态进入自锁状态，锯片3不会因受径向力而退回锯套1内，当动力介质通过连接套筒23的另一个孔进入，会通过导管穿过活塞8进入小腔使活塞8向下移动，通过中间构件向下拉动锯架2和滑套7组成机构的滑块，刀架6将逆时针旋转，活塞8到达下止点时锯片3归位，如图7所示。

由以上实施例可以看出，本发明通过设置纵向切割的切槽锯，在孔壁上切割出一定深度的弱面槽，形成应力集中区，利用水压使坚硬顶板沿切割弱面槽的延伸方向劈裂，破坏坚硬难垮顶板的结构完整性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，包括锯套、锯架、锯片、固定块、连杆、刀架、滑套和活塞，所述锯架套设于所述锯套内，所述锯架沿轴向设有贯穿其侧壁的矩形开孔，所述固定块固定设于所述矩形开孔的顶部，所述固定块的下端设有安装凸起，所述连杆的上端与所述固定块的安装凸起通过铰接轴铰接，所述连杆的下端与所述刀架的上端通过铰接轴铰接，所述连杆和刀架的运动方向朝向所述矩形开孔的开口；所述锯片通过锯片齿轮轴设于所述刀架的外表面，所述锯片齿轮轴的轴线垂直于所述刀架的外表面设置，所述滑套设于所述锯架的下端，所述活塞与所述滑套连接，用于驱动所述滑套上下移动，从而带动所述锯架在所述活塞的行程范围内上下移动；所述锯套上设有与所述开孔相对的细长孔，供所述锯片露出锯套进行纵向切割。

2.如权利要求1所述的可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，还包括中心齿轮轴，所述中心齿轮轴设于所述刀架的中心，所述中心齿轮轴的外齿轮与所述锯片齿轮轴的外齿轮相啮合。

3.如权利要求2所述的可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，所述锯片的数量为两个，均设于所述刀架的同一侧的外表面上，且位于所述中心齿轮轴的两侧。

4.如权利要求3所述的可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，所述锯片呈圆盘状，所述锯片为金刚石锯片。

5.如权利要求1所述的可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，所述锯套呈圆筒状，所述锯架呈与所述锯套配合的圆柱状，所述锯架与锯套滑动配合连接。

6.如权利要求1所述的可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，设置当活塞向上运动到最大行程处时，所述连杆处于水平位置并自锁。

7.如权利要求2所述的可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，还包括传动装置，所述传动装置与所述中心齿轮轴相连，用于带动所述中心齿轮轴旋转，从而带动所述锯片旋转。

8.如权利要求7所述的可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，所述传动装置包括传动轴和齿轮组，所述传动轴设于所述滑套中，且所述传动轴的上端延伸到所述锯架中，所述传动轴通过所述齿轮组与所述中心齿轮轴连接。

9.如权利要求8所述的可开合孔内纵向切槽装置，其特征在于，所述传动轴设有轴向通孔，用于通入冷却液冷却所述锯片。