CN108150177A - 多功能硬岩巷道快速掘进工艺及装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能硬岩巷道快速掘进装备，使用模块化系统的设计理念，将钻、冲、挖、运、锚、喷等工艺集成在一台机器上，通过快速更换工作机构，实现硬岩巷道掘进的所有工艺，达到硬岩巷道快速掘进的目的。上述多功能硬岩巷道快速掘进装备包括履带式行走机体、机械手臂模块、钻孔模块、铲斗模块、喷浆模块、冲击锤模块、工作台模块等。本发明的机械手臂模块与其他模块的快速连接机构与方法，能够快速有效地将各个工作机构模块安装到机械手臂上，从而进行所需的作业。本快速掘进装备主要适用于硬岩巷道和隧道的掘进工程，具有所需机器少、施工灵活、工作效率高的优点，降低工人劳动强度，提高施工的安全性。

Description

多功能硬岩巷道快速掘进工艺及装备
技术领域
本发明涉及一种巷道或隧道掘进工艺及装备，具体是一种多功能硬岩巷道快速掘进工艺及装备，属于破岩机械装备，主要用于隧道或巷道的掘进工程。
背景技术
我国是煤矿的开采与消费大国，与此同时我国对公路、铁路、隧道工程、水电工程等基础设施建设要求不断增强，这些工程中都面临对隧道或巷道的掘进。近年来，随着国内煤炭易采储量的不断减少，开拓巷道深度的需求迫在眉睫，然而，随着地层深度的增加，地质条件越发复杂，岩石硬度不断提高，断层问题不断加剧，硬岩巷道施工数量不断增加。对于硬岩掘进，使用盾构机存在成本高，灵活性低的问题，使用悬臂式掘进机存在硬岩施工难、施工慢，截割头寿命短的问题，造成了炮掘工作量依然较大的现状，或者使用机械涨裂破岩方式。不论是钻爆法，还是钻涨法，都存在所需机械装备多，工艺安排不灵活，占用空间大，移动、组装复杂，施工效率低等问题，故需要一种灵活性高、效率高的多功能巷道掘进装备，保证硬岩巷道的掘进效率与质量。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种多功能硬岩巷道快速掘进工艺及装备，其能够灵活地安排各种巷道掘进工艺，施工灵活，只需一台机体通过快速换接工作机构就能够实现整个硬岩巷道的掘进。
为实现上述目的，本多功能硬岩巷道快速掘进工艺及装备，包括履带式行走机体、机械手臂模块、钻孔模块、铲斗模块、喷浆模块、冲击锤模块和工作台模块。其特征在于，所述履带式行走机体包括履带式行走机构、液压动力机构、装运机构等常规布置，用于运载工作机构并运输物料；所述机械手臂模块安装在履带式行走机体的前端，具有5个自由度，能够达到巷道掘进工艺中所需的所有位姿状态；所述钻孔模块、铲斗模块、喷浆模块、冲击锤模块和工作台模块根据工艺需要安装在机械手臂模块的前端，完成巷道掘进工程中所需的工艺过程。
所述机械手臂模块前端安装有快速换接头模块，所述钻孔模块、铲斗模块、喷浆模块、冲击锤模块和工作台模块都安装有快速换接板；其特征在于，所述快速换接头模块包括快速换接头主体、快速换接头紧固油缸和快速换接头配合杆；所述快速换接板包括快速换接板主体、快速换接板导向侧板、快速换接板配合架和快速换接板油缸配合架。所述快速换接头配合杆与快速换接板配合架配合；所述快速换接板导向侧板呈斜楔形，所述快速换接头紧固油缸活塞杆前端与快速换接板油缸配合架配合，也呈斜楔形，都能在快速换接过程中起到导向作用。控制机械手臂模块使快速换接头模块与快速换接板贴合，然后驱动快速换接头紧固油缸，便能够实现工作机构的快速连接，反之则能够实现工作机构的快速拆卸。
所述钻孔模块包括凿岩机机构、钻孔位置调整机构和快速换接板。由于钻孔模块体积与质量较大，运输不便，将其放置在履带式行走机体的一侧，并使用二级伸缩装置承载，当需要换接钻孔模块时，只需要利用二级伸缩装置将其移动到前方，并控制机械手臂模块去主动连接钻孔模块。钻孔模块在机械手臂模块的辅助作用下能够实现巷道中360°无死角钻孔，实现巷道工作面钻孔及侧帮和顶帮的钻孔、锚护工艺。
所述喷浆模块包括多级伸缩装置、喷浆位置调整机构、喷浆机构和快速换接板。当喷浆模块换接到机械手臂模块时，不移动机体，就能够实现喷浆机构一定距离的整个侧帮和顶帮的喷浆工艺。所述铲斗模块、喷浆模块、冲击锤模块和工作台模块因其体积较小，运输灵活，可使用其他运输方式单独运输。
所述硬岩巷道快速掘进工艺包括：
a、换接钻孔模块，在巷道迎头工作面钻孔；
b、换接工作台模块，工人在工作台上对所钻孔布置炸药，进行钻爆法掘进，如果该工作区不能采用钻爆法掘进，则对所钻孔插入合适的涨裂器，采用机械涨裂的方法掘进；
c、换接冲击锤模块，将由钻爆法或机械涨裂法破碎的大块硬岩进行破碎；
d、换接铲斗模块并开启履带式行走机体的装运机构，对破碎硬岩进行耙装与运输，然后使用铲斗模块对巷道进行适当的平整操作；
e、换接钻孔模块，在刚成形的巷道侧帮与顶帮上钻孔，并进行锚护操作；
f、换接喷浆模块，在锚护好的巷道侧帮与顶帮上进行喷浆工艺；
g、履带式行走机体向前移动，重复a~f，可实现硬岩巷道的连续掘进。
有益效果：本多功能硬岩巷道快速掘进工艺及装备使用模块化系统的设计理念，将钻、冲、挖、运、锚、喷等工艺集成在一台机器，通过快速更换工作机构，实现硬岩巷道掘进的所有工艺，达到硬岩巷道快速掘进机的目的。
本发明所保护的快速换接机构能够快速地、可靠的更换工作机构，灵活性、安全性较高。与传统的硬岩施工装备相比，本发明能够大大提高施工效率，降低劳动强度，提高硬岩巷道掘进工艺安排的灵活性。
附图说明
图1是本发明多功能硬岩巷道快速掘进装备的三维结构示图；
图2是本发明快速换接机构的三维结构示图；
图3是本发明钻孔模块换接状态的三维结构示图；
图4是本发明喷浆模块的三维结构示图；
图中：1、履带式行走机体，2、机械手臂模块，2-1、快速换接头模块，2-1-1、快速换接头主体，2-1-2、快速换接头紧固油缸，2-1-3、快速换接头配合杆，3、钻孔模块，3-1、凿岩机机构，3-2、钻孔位置调整机构，3-3、二级伸缩装置，4、铲斗模块，5、喷浆模块，5-1、多级伸缩装置，5-2、喷浆位置调整机构，5-3、喷浆机构，6、冲击锤模块，7、工作台模块，8、快速换接板，8-1、快速换接板主体，8-2、快速换接板导向侧板，8-3、快速换接板配合架，8-4、快速换接板油缸配合架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种多功能硬岩巷道快速掘进工艺及装备，包括履带式行走机体1、机械手臂模块2、钻孔模块3、铲斗模块4、喷浆模块5、冲击锤模块6和工作台模块7。履带式行走机体1包括履带式行走机构、液压动力机构、装运机构等常规布置，用于运载工作机构并运输物料。
机械手臂模块2安装在履带式行走机体1的前端，具有5个自由度，能够达到巷道掘进工艺中所需的所有位姿状态；钻孔模块3、铲斗模块4、喷浆模块5、冲击锤模块6和工作台模块7根据工艺需要安装在机械手臂模块2的前端，完成巷道掘进工程中所需的工艺过程。
如图2、图3所示，机械手臂模块2前端安装有快速换接头模块2-1，钻孔模块3、铲斗模块4、喷浆模块5、冲击锤模块6和工作台模块7都安装有快速换接板8；快速换接头模块2-1包括快速换接头主体2-1-1、快速换接头紧固油缸2-1-2和快速换接头配合杆2-1-3；
快速换接板8包括快速换接板主体8-1、快速换接板导向侧板8-2、快速换接板配合架8-3和快速换接板油缸配合架8-4。
快速换接头配合杆2-1-3与快速换接板配合架8-3配合；快速换接板导向侧板8-2呈斜楔形，快速换接头紧固油缸2-1-2活塞杆前端与快速换接板油缸配合架8-4配合，也呈斜楔形，都能在快速换接过程中起到导向作用。
控制机械手臂模块2使快速换接头模块2-1与快速换接板8贴合，然后驱动快速换接头紧固油缸2-1-2，便能够实现工作机构的快速连接，反之则能够实现工作机构的快速拆卸。
如图3所示，钻孔模块3包括凿岩机机构3-1、钻孔位置调整机构3-2和快速换接板8。由于钻孔模块3体积与质量较大，运输不便，将其放置在履带式行走机体1的一侧，并使用二级伸缩装置3-3承载，当需要换接钻孔模块3时，只需要利用二级伸缩装置3-3将其移动到前方，并控制机械手臂模块2去主动连接钻孔模块3。
钻孔模块3在机械手臂模块2的辅助作用下能够实现巷道中360度无死角钻孔，实现巷道工作面钻孔及侧帮和顶帮的钻孔、锚护工艺。
如图1、图4所示，喷浆模块5包括多级伸缩装置5-1、喷浆位置调整机构5-2、喷浆机构5-3和快速换接板8。当喷浆模块5换接到机械手臂模块2时，不移动机体，就能够实现喷浆机构5-3一定距离的整个侧帮和顶帮的喷浆工艺。铲斗模块4、喷浆模块5、冲击锤模块6和工作台模块7因其体积较小，运输灵活，可使用其他运输方式单独运输。
所述硬岩巷道快速掘进工艺包括：
a、换接钻孔模块3，在巷道迎头工作面钻孔；
b、换接工作台模块7，工人在工作台上对所钻孔布置炸药，进行钻爆法掘进，如果该工作区不能采用钻爆法掘进，则对所钻孔插入合适的涨裂器，采用机械涨裂的方法掘进；
c、换接冲击锤模块6，将由钻爆法或机械涨裂法破碎的大块硬岩进行破碎；
d、换接铲斗模块4并开启履带式行走机体1的装运机构，对破碎硬岩进行耙装与运输，然后使用铲斗模块4对巷道进行适当的平整操作；
e、换接钻孔模块3，在刚成形的巷道侧帮与顶帮上钻孔，并进行锚护操作；
f、换接喷浆模块5，在锚护好的巷道侧帮与顶帮上进行喷浆工艺；
g、履带式行走机体1向前移动，重复a~f，可实现硬岩巷道的连续掘进。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (5)

1.多功能硬岩巷道快速掘进装备，其特征在于：包括履带式行走机体（1）、机械手臂模块（2）、钻孔模块（3）、铲斗模块（4）、喷浆模块（5）、冲击锤模块（6）和工作台模块（7）；
所述履带式行走机体（1）包括履带式行走机构、液压动力机构和装运机构，用于运载工作机构并运输物料；所述机械手臂模块（2）安装在履带式行走机体（1）的前端，具有5个自由度，能够达到巷道掘进工艺中所需的所有位姿状态；所述钻孔模块（3）、铲斗模块（4）、喷浆模块（5）、冲击锤模块（6）和工作台模块（7）根据工艺需要安装在机械手臂模块（2）的前端，进而完成巷道掘进工程中所需的工艺过程。
2.根据权利要求1所述多功能硬岩巷道快速掘进装备，其特征在于：所述机械手臂模块（2）前端安装有快速换接头模块（2-1），所述钻孔模块（3）、铲斗模块（4）、喷浆模块（5）、冲击锤模块（6）和工作台模块（7）都安装有快速换接板（8）；
所述快速换接头模块（2-1）包括快速换接头主体（2-1-1）、快速换接头紧固油缸（2-1-2）和快速换接头配合杆（2-1-3）；所述快速换接板（8）包括快速换接板主体（8-1）、快速换接板导向侧板（8-2）、快速换接板配合架（8-3）和快速换接板油缸配合架（8-4）；所述快速换接头配合杆（2-1-3）与快速换接板配合架（8-3）配合；所述快速换接板导向侧板（8-2）呈斜楔形，所述快速换接头紧固油缸（2-1-2）活塞杆前端与快速换接板油缸配合架（8-4）配合，也呈斜楔形，都能在快速换接过程中起到导向作用；
所述控制机械手臂模块（2）通过快速换接头模块（2-1）与快速换接板（8）贴合，然后驱动快速换接头紧固油缸（2-1-2），便能够实现工作机构的快速连接，反之则能够实现工作机构的快速拆卸。
3.根据权利要求1和2所述多功能硬岩巷道快速掘进装备，其特征在于：所述钻孔模块（3）包括凿岩机机构（3-1）、钻孔位置调整机构（3-2）、二级伸缩装置（3-3）和快速换接板（8）；钻孔模块（3）设置在履带式行走机体（1）的一侧，并使用二级伸缩装置（3-3）承载，当需要换接钻孔模块（3）时，利用二级伸缩装置（3-3）将其移动到前方，并控制机械手臂模块（2）去主动连接钻孔模块（3）；
钻孔模块（3）在机械手臂模块（2）的辅助作用下能够实现巷道中360度无死角钻孔，实现巷道工作面钻孔及侧帮和顶帮的钻孔、锚护工艺。
4.根据权利要求1和2所述多功能硬岩巷道快速掘进装备，其特征在于：所述喷浆模块（5）包括多级伸缩装置（5-1）、喷浆位置调整机构（5-2）、喷浆机构（5-3）和快速换接板（8）；当喷浆模块（5）换接到机械手臂模块（2）时，不移动机体，就能够实现喷浆机构（5-3）侧帮和顶帮的喷浆工艺。
5.根据权利要求1或2或3或4所述多功能硬岩巷道快速掘进装备，其硬岩巷道快速掘进工艺包括：
a、换接钻孔模块（3），在巷道迎头工作面钻孔；
b、换接工作台模块（7），工人在工作台上对所钻孔布置炸药，进行钻爆法掘进，如果该工作区不能采用钻爆法掘进，则对所钻孔插入合适的涨裂器，采用机械涨裂的方法掘进；
c、换接冲击锤模块（6），将由钻爆法或机械涨裂法破碎的大块硬岩进行破碎；
d、换接铲斗模块（4）并开启履带式行走机体（1）的装运机构，对破碎硬岩进行耙装与运输，然后使用铲斗模块（4）对巷道进行适当的平整操作；
e、换接钻孔模块（3），在刚成形的巷道侧帮与顶帮上钻孔，并进行锚护操作；
f、换接喷浆模块（5），在锚护好的巷道侧帮与顶帮上进行喷浆工艺；
g、履带式行走机体（1）向前移动，重复a~f，可实现硬岩巷道的连续掘进。
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