CN107217988B - 一种煤矿掘进工作面高压水力割缝机 - Google Patents

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Abstract

一种煤矿掘进工作面高压水力割缝机，涉及凿岩类机械，解决现有高压水力割缝机体积庞大、移动不方便的问题。本发明的高压水泵、液压泵站、夹持‑推进机构、液压控制阀体组安装在机架上；机架前后安装四个支撑油缸；夹持‑推进机构由夹持器、夹持器轨道和推进油缸组成，高压钻杆为多根连接的钢管，连接处有密封；液压控制阀体组由主阀体、行走支撑控制阀组、割缝动作阀组组成，主控阀为三位四通阀，有三个操作位，行走支撑阀体组由行走马达控制阀体和支腿油缸的控制阀体组成，割缝动作阀体组由夹持器控制阀体、推进油缸控制阀体和夹持器轨道油缸控制阀体组成。本发明用于改造煤层透气性,消除煤层部分地应力，具有设备体积小，便于移动的优点。

Description

一种煤矿掘进工作面高压水力割缝机
技术领域
本发明涉及凿岩类机械，是一种利用高压水射流切割煤层，改造煤层透气性,从煤矿的巷道中消除煤层部分地应力的高压水力割缝设备。
背景技术
地下煤层被上覆岩层，以及内部储存的瓦斯气体的挤压，与煤层的强度处于平衡稳定状态。瓦斯以吸附和游离状态赋存在煤层中，当采矿作业破坏了地层气体压力，煤层上覆的岩层重力与煤层强度的平衡时，就会导致煤与瓦斯突出。即大量的块体煤突然迅速破坏成粉状，在瓦斯的推动作用下涌入煤矿的巷道中，埋没巷道中的设备和人员。在特定的条件下还会发生瓦斯爆炸，形成更严重的煤矿灾害。我国是世界上受煤与瓦斯突出危害严重的国家之一。全国国有大型煤矿和地方国有煤矿中共有煤与瓦斯突出矿井300多对。
目前预防煤与瓦斯突出的主要措施有：1)保护层的预先开采，即先开采与突出煤层相邻的没有突出倾向煤层，这种方法经常受到两个煤层之间的距离限制，当距离太大时不能使用；2)超前钻孔抽采，即在采矿或巷道掘进之前，向有突出倾向的煤层打瓦斯抽采钻孔，提前排出煤层中的瓦斯；3)卸压钻孔，即在采矿或巷道掘进之前，向有突出倾向的煤层施工密集的钻孔，卸除煤层受到的上覆岩层的压力；4)水力压裂，即在采矿或巷道掘进之前，向煤层注入高压水，将煤层压裂，以增加煤层的透气性，降低瓦斯压力。
高压水力割缝机是利用高压水射流对煤层进行切割，使煤层卸压，达到改造煤层透气性目的的一种设备。中国专利“切割煤层的高压水力割缝机”(专利号ZL2010 10503187.9)，提出一种适于地下坑道作业的水射流割缝设备，可以完成在煤层钻孔中连续割缝功能。从结构上看，该发明专利存在以下缺点：
1)缺乏自主移动功能：整个设备由水力割缝机、高压水泵、液压泵站组成，这些设备均没有自主移动的功能，使用时需要放置、并固定在矿用平板车上，由矿用绞车拖动，移动极不方便；
2)附属设备多，安全隐患大：在割缝作业中，水力割缝机是主要设备，但必须由高压水泵提供高压水，由液压泵站提供动力源。三者之间采用高压软管连接，存在极大的安全隐患；
3)体积庞大，不适用于空间狭小的掘进工作面：由水力割缝机、高压水泵、液压泵站组成的列车组长度达到十几米，在煤矿狭窄的巷道中使用时，显得体积过于庞大，尤其不适用于空间狭小的掘进工作面；
4)需要多个人员分别操作高压水泵、割缝机、液压泵站，在煤矿狭窄的巷道中使用时，高压水泵等设备产生的噪声严重影响操作司机之间的语言交流，存在极大的安全隐患；
基于上述缺点，大大地限制了“切割煤层的高压水力割缝机”的使用。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的缺点，提供一种煤矿掘进工作面高压水力割缝机，解决现有高压水力割缝机，体积庞大、辅助设备多、移动不方便的技术问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种煤矿掘进工作面高压水力割缝机，包括：机架，行走履带，液压泵站，高压水泵，夹持-推进机构，液压控制阀体组；所述高压水泵、液压泵站、夹持-推进机构、液压控制阀体组安装在有履带为支撑的机架上；所述机架的前后两方共安装四个垂直方向的支撑油缸，支撑油缸由行走支撑控制阀组控制；所述夹持-推进机构由夹持器、夹持器轨道和推进油缸组成，所述夹持器轨道为两根平行安装的油缸，油缸的壳体作为夹持器的轨道，油缸的活塞为割缝机的水平支撑杆，所述推进油缸为中空油缸，使高压钻杆能够穿过油缸；所述高压钻杆为多根相互连接的钢管，在连接处有密封装置；所述液压控制阀体组分为主阀体、行走支撑控制阀组、割缝动作阀组三部分，主控阀为三位四通阀，有三个操作位，行走支撑阀体组由左右行走马达控制阀体和4个支腿油缸的控制阀体组成，割缝动作阀体组由前后夹持器控制阀体、推进油缸控制阀体和夹持器轨道油缸控制阀体组成。
进一步，所述行走支撑控制阀组安装在高压水泵的电机上方，通过支架固定在机架上，行走支撑控制阀组手柄的活动方向与履带的运动方向一致；所述割缝动作控制阀组安装在高压水泵的泵头上。
进一步，所述高压钻杆为长度2～4米钢管，两根高压钻杆由螺纹连接，连接的高压钻杆可以密封100MPa的高压水，高压钻杆的前端安装割缝钻头，高压钻杆的后端安装高压水配水套。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
①将高压水泵、液压泵站及控制阀体、夹持-推进机构组装为一台设备；
②设备体积小，没有附属设备；
③行走方便，便于移动。
附图说明
图1为一种煤矿掘进工作面高压水力割缝机的结构示意图(主视图)；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明的液压控制系统原理图。
下面结合附图通过较佳实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
如图1、2所示，一种煤矿掘进工作面高压水力割缝机，包括：机架1，行走履带2，液压泵站3，高压水泵4，夹持-推进机构5，液压控制阀体组。
所述机架1的前后两方共安装四个支撑油缸10，支撑油缸10由行走支撑控制阀组8控制，油缸伸缩可以控制割缝机的高度和仰角。
所述高压水泵4、液压泵站3、夹持-推进机构5安装在机架1上。
所述矫夹持-推进机构5由夹持器5-1、夹持器轨道5-2和推进油缸5-3组成。所述夹持器轨道5-2为两根平行安装的油缸，油缸的壳体作为夹持器的轨道，油缸的活塞为割缝机的水平支撑杆。当需要拽出高压钻杆6时，两个水平支撑油缸支撑在煤壁上，可以防止水力割缝机向前移动。所述的推进油缸5-3为中空油缸，使高压钻杆6能够穿过油缸。
所述高压钻杆6为长度2～4米钢管，两根高压钻杆由螺纹连接，在连接处有密封装置，高压钻杆连接后可以承受100MPa的水压，不发生泄漏，高压钻杆6的前端安装割缝钻头11，高压钻杆6的后端安装高压水配水套12。
如图3所示，所述液压控制阀组的液压系统，由主控阀7，行走支撑控制阀组8和割缝动作控制阀组9组成。主控阀7为三位四通阀，有三个操作位，当主体阀7的手柄位于左位时，主控阀的液压油输出口P与A口相通时，割缝动作阀组9获得压力，处于工作状态，行走支撑阀体组8失效；当主体阀手柄位于右位时，主控阀的液压油输出口P与B口相通时，行走支撑阀体组8获得压力，处于工作状态，割缝动作阀体组9失效；当主体阀手柄位于中位时，主控阀的液压油输出口P与T口相通时，液压油直接液压泵站。此时，行走支撑阀体组8和割缝动作阀体组9都失效。行走支撑阀体组8由左右行走马达控制阀体和4个支腿油缸的控制阀体组成，割缝动作阀体组9由前后夹持器控制阀体、推进油缸控制阀体和夹持器轨道油缸控制阀体组成。
行走支撑控制阀组8安装在高压水泵4的电机上方，通过支架固定在机架1上，行走支撑控制阀组8手柄的活动方向与履带的运动方向一致。割缝动作控制阀组9安装在高压水泵4的泵头上，便于司机同时操作夹持-推进机构5和高压水泵4。
使用时，首先在掘进工作面的煤层中施工瓦斯抽放钻孔，然后将高压钻杆6逐根沿钻孔伸入煤层直至钻孔的底部。再一边回退收高压钻杆6，一边利用20～70MPa的高压水射流对钻孔进行切割。当一根高压钻杆完全穿过推进油缸5-3时，关闭高压水泵4，拆卸高压钻杆6。再次启动高压水泵4，一边退管，一边割缝，直至完成对钻孔切割。煤层被切割后，切割缝两侧的煤层发生变形和破裂，切割缝上下侧的煤壁发生变形恢复，瓦斯压力和地应力得到释放，从而达到消除煤与瓦斯突出的可能性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方案，并非对本发明作任何形式上的限定，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方案所作的任何简化修改，等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种煤矿掘进工作面高压水力割缝机，其特征在于：所述煤矿掘进工作面高压水力割缝机包括：机架(1)、行走履带(2)、液压泵站(3)、高压水泵(4)、夹持-推进机构(5)、液压控制阀体组；所述高压水泵(4)、液压泵站(3)、夹持-推进机构(5)、液压控制阀体组安装在有履带为支撑的机架(1)上；所述机架(1)的前后两方共安装四个垂直方向的支撑油缸(10)，支撑油缸(10)由行走支撑控制阀组(8)控制；所述夹持-推进机构(5)由夹持器(5-1)、夹持器轨道(5-2)和推进油缸(5-3)组成，所述夹持器轨道(5-2)为两根平行安装的油缸，油缸的壳体作为夹持器的轨道，油缸的活塞为割缝机的水平支撑杆，所述推进油缸(5-3)为中空油缸，使高压钻杆(6)能够穿过油缸；所述高压钻杆(6)为多根相互连接的钢管，在连接处有密封装置；所述液压控制阀体组分为主阀体(7)、行走支撑控制阀组(8)、割缝动作控制阀组(9)三部分，主控阀(7)为三位四通阀，有三个操作位，行走支撑控制阀组(8)由左右行走马达控制阀体和4个支腿油缸的控制阀体组成，割缝动作控制阀组(9)由前后夹持器控制阀体、推进油缸控制阀体和夹持器轨道油缸控制阀体组成。
2.根据权利要求1所述的煤矿掘进工作面高压水力割缝机，其特征在于：所述行走支撑控制阀组(8)安装在高压水泵(4)的电机上方，通过支架固定在机架(1)上，行走支撑控制阀组(8)手柄的活动方向与履带的运动方向一致；所述割缝动作控制阀组(9)安装在高压水泵(4)的泵头上。
3.根据权利要求1所述的煤矿掘进工作面高压水力割缝机，其特征在于：所述高压钻杆(6)为长度2～4米钢管，两根高压钻杆由螺纹连接，连接的高压钻杆可以密封100MPa的高压水，高压钻杆的前端安装割缝钻头(11)，高压钻杆的后端安装高压水配水套(12)。
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