CN1076761A - 振动锚杆钻 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤矿巷道支护使用的振动锚杆 钻，利用机械振动发生器使钻杆产生纵向振动，造成 岩石疲劳剥伤，通过钻头的旋转及轴向送进运动，使 钻头对岩石产生压入、凿碎、剪切、刮削作用，清除此 疲劳剥伤层，进入下一层钻进。

Description

本发明提供一种煤矿巷道跟迎头支护作业能在（f≥10）的硬岩顶板上打锚杆孔的方法及锚杆钻，该凿岩方法可用来构造其它浅孔凿岩机械，例如，振动岩石电钻。

目前巷道支护作业中，在顶板岩石上打锚杆孔常用的方法有两种：一种是冲击法（冲击旋转法），另一种是旋转法，气腿凿岩机是一种典型的冲击法凿岩机，它可以用来打锚杆孔。它主要由冲击机构，转钎机构及供水系统组成，冲击机构由气缸、活塞、导套及配气机构组成，压缩空气进入气缸后腔，推动活塞冲头，打击钎杆尾部，由钎杆将冲击功传递给钎头破岩;为了不重复在同一处冲击，备有转钎机构使钎杆作旋转运动。这种方法的特点是模仿人工打钎，利用活塞冲头每次冲击功破岩，故强调单次冲击功的大小，一般转速不高，常用的为260r/min，冲击次数在50HZ左右。目前国内外研制的液压凿岩机也是采用这种破岩方法。由于该方法的凿碎，压入作用较强，故能在硬岩上凿孔。但气动凿岩机需要压缩空气作动力，工作时需要专门敷设输送压缩空气的管道，对于某些巷道支护作业不方便。而液压凿岩机则体积较笨重，一般只适于在凿岩台车上使用。锚杆液压旋转钻机是另一种典型的旋转法锚杆钻，它由主机、操纵架及泵站三部分组成，在它的主机上由推进机构产生的轴推力作用于钻头的钻刃，对岩石产生局部挤压，使岩石首先发生弹性变形，然后压裂转变为压碎变形。利用液压马达带动钻杆旋转，产生剪切刮削作用，将碎裂的岩渣刮掉。由于某些岩石（一般f≥10）的抗压强度很高，静轴推力的压入作用不足以克服岩石的抗压强度，故这种钻机在某些岩石上钻不动。

本发明提出一种新的破岩方法，该方法使钻杆产生频率较高，振幅不大（目前样品的振动频率比冲击法气动凿岩机高2-5倍，振幅为1-12mm以内）的轴向振动，造成岩石表层疲劳，由适当的轴推力使钻刃压入此疲劳层，发生疲劳剥伤，通过钻刃的旋转及水的冲洗清除此疲劳剥伤层，进入下一轮钻进。

为实现该方法，本发明针对现有旋转锚杆钻不能在某些岩石（f≥10）上钻孔的缺陷，发明了钻杆自动定心夹紧器，使钻杆产生轴向振动的端面凸轮装置及便于装夹钻杆的可开合钻导装置。

本发明采用的技术方案如下：

该振动锚杆钻由主机1，操纵架2及泵站3三部分组成。

主机由机架4，支撑液动机构5，进给液动机构6，动力头7，转动开启式钻导8及隔爆电机9组成。

操纵架2由两个手动液压换向阀，单向节流阀组成。

泵站由隔爆电机、油泵、油箱及溢流阀组成。

该发明的动力头由钻杆自动定心夹紧器10，钻杆振动旋转机构11及供水装置12三部分组成。

钻杆自动定心夹紧器是一个自紧式三爪夹头，在主轴19的前端装有后紧螺帽13和滚动轴承14，后紧螺帽拧入外壳15，定心座16的圆柱面与外壳15的内圆是压配合，在定心座16上开有三条等分槽用来安装卡爪17，传动螺套18的前端也有三条等分槽与卡爪配合，传动螺套18的后端有左旋梯形螺纹，该梯形螺纹与主轴19前端内孔中的梯形螺纹相配，当用手转动外壳15，定心座16便带动卡爪17及传动螺套18转动，使卡爪17向后移动，三个卡爪分离，以便装入钻杆;当钻进作业时，由于主轴19旋转，迫使有左梯形螺纹的传动螺套18向前移动，带动卡爪17自动定心夹紧钻杆。

振动旋转装置使主轴19产生旋转及轴向往复振动，由隔爆电机上的主动齿轮20经中间齿轮21传动变位齿轮22，变位齿轮22的内花键与主轴19的可滑动花键相联接，带动主轴19旋转;为了使主轴19产生轴向振动，变位齿轮的外花键上套有动盘23，在动盘23上嵌有六个钢球24，此六个钢球24随动盘23在定盘25上旋转，在主轴19上空套一个中间盘26，当需要产生振动时，中间盘不旋转。该中间盘的六个孔内也有六个能在孔内自由运动的钢球27，在产生振动时，随动盘旋转的六个钢球24推动中间盘26孔中的六个钢球27作轴向运动，这个运动转变为滑体28在滑套29中的往复振动，滑体的往复振动通过滚珠轴承30传给主轴19，使主轴19也产生纵向振动。这种产生纵向振动的机构实质上是一个端面凸轮机构。所以不难去掉钢球改换为双凸轮装置，动盘36与滑体37相啮合;滚珠推杆装置，滚珠38与推杆39相啮合;滚柱推杆装置，滚柱40与推杆41相啮合;或上述几种形式的交叉组合也可完成同一功能，若在遇到软岩，煤层或不需要轴向振动时，在动力头上设有手柄31，用它拨出中间盘上的定位肖32，使中间盘与主轴一道转动，此时主轴的轴向振动停止。

供水装置12位于主轴19的后端，通过活动水针33及密封环34使作轴向振动和旋转的主轴与水接头相联接。

转动开启式钻导主要由钻导芯35，导盖36及导座37等三个零件组成，只要将手柄旋转120度，即可打开钻导，从侧向能取出钻杆。

该发明采用上述方法及结构，使其具备下述特点：

1、该锚杆钻在工作时具有振动特征，克服静轴推力不能压入硬岩的缺陷，能够在硬度（f≥10）的岩层上钻锚杆孔，并具有适当的钻孔速度。

2、与凿岩机及其它锚杆钻不同，该钻的钻杆能自动定心夹紧，可节省推进功率，提高钻杆转速。

3、转动开启式钻导结构简单，定心准确，并能从侧面取出钻杆、便于更换钻杆。

附图：

图1、振动锚杆钻全套系统示意图

图2、动力头结构示意图

图3、转动开启式钻导示意图

图4、振动装置的其它几种方案图

实例：钻孔深度1600mm

钻孔直径28-60mm

钻孔电机YB90L-2

钻头转速1200r/min

冲击次数120HZ

最大推进力9.5KN

最在支撑力12KN

Claims (5)

1、一种巷道支护钻锚杆孔的破岩方法，该方法的特征在于在适当的轴推力作用下，使钻杆产生频率较高，振幅不大的轴向振动，造成岩石表层疲劳，发生疲劳剥伤，通过钻刃的旋转及水的冲洗，清除此疲劳剥伤层，进入下一轮钻进；为实现该方法，该振动锚杆钻由主机，操纵架及泵站三部分组成，其特征在于主机上有一个机械传动动力头，装有钻杆自动定心夹紧器及使钻杆产生轴向振动的端面凸轮装置，在主机导轨上备有转动开启式钻导。

2、如权利要求1所述的疲劳剥伤破岩方法，其特征在于频率为100-250HZ振幅为1-12mm以内。

3、如权利要求1所述的动力头，其特征在于钻杆由自动定心夹紧器夹紧，该自动定心夹紧器只要将钻杆插入后，即能定心工作。

4、如权利要求1所述的动力头，其特征在于具有产生轴向振动的端面凸轮装置，该端面凸轮可以是滚珠、滚柱、端面凸轮盘或上述几种的组合形式。

5、如权利要求1所述的主机导轨上备有转动开启式钻导，其特征在于转动开启式钻导主要由钻导芯，导盖及导座等三个零件组成，且钻导芯能在导盖及导座组成的转动付中转动一定角度后，形成侧向开口缝，能从侧面取出钻杆。

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