CN109944547B - 一种摩擦钻进式矿用巷道锚索安装设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦钻进式矿用巷道锚索安装设备，包括机架(1)、回转驱动机构(2)、轮组导向机构(3)、电磁吸合器(4)、锚形钻头(5)及锚索(6)。本发明借助回转架旋转带动装有锚索的导向筒旋转；借助橡胶导向轮旋转过程中与导向筒外壁的摩擦实现导向筒、锚索与锚形钻头的钻进。由于旋转架和橡胶导向轮的旋转由电机提供，驱动力较大，能够显著增加导向筒、锚索与锚形钻头的钻入能力，能够代替人工有效完成垮塌锚索孔下锚索工序。锚形钻头结构在钻入到锚索孔底部、抽拔导向筒时可提供较大轴向阻力，结构简单、操作方便，降低工人劳动强度，提高底臌治理效率。

Description

一种摩擦钻进式矿用巷道锚索安装设备

技术领域

本发明涉及煤矿机械技术领域，具体涉及一种摩擦钻进式矿用巷道锚索安装设备。

背景技术

随着煤层开采深度的增加，巷道围岩高地应力与其低强度之间的矛盾逐渐凸显，其表现形式之一为巷道底臌发生。底臌引起的巷道破坏是煤矿深部巷道最常见的支护难题之一。严重的底臌变形不仅造成巷道底板破坏，而且会引起巷道两帮围岩的变形破坏，底臌破坏变形的表现形式主要为底板应力集中区的剪切型破坏，进而使巷道产生整体变形和失稳破坏。因此，治理煤矿巷道的底臌问题对于煤矿的安全高效生产具有重要意义。治理底臌问题的最有效的措施是直接控底方法，通过在底板上钻孔，然后在孔内安装底板锚索，对底板实施直接控制，最大限度的提高了底板岩体的径向应力。由于锚索主体为钢丝绳结构，具有较大柔性，当底板为易碎岩石结构时，所钻锚索孔易被孔侧壁垮塌碎石填充，阻碍锚索进入。因此，在这种工况下，无法实现传统人工手动安装锚索工作。

发明内容

发明目的：现有巷道底臌治理过程中，易破碎底板容易出现锚索孔侧边岩体垮塌现象，严重阻碍下锚索工序的实施。基于此，本发明设计了一种摩擦钻进式矿用巷道锚索安装设备。

技术方案：

一种摩擦钻进式矿用巷道锚索安装设备，包括机架、回转驱动机构、轮组导向机构、电磁吸合器、锚形钻头及锚索；

所述导向机构包括若干导向轮装置、导向筒及回转架；所述回转架为圆筒状，并安装在所述机架上；所述导向筒为圆筒状，其高度小于所述锚索的长度，其内径大于所述锚索的直径；

所述导向轮装置包括导向轮、转轴、滑块及导向驱动电机；所述导向轮外圆周上设置有弧形槽，所述弧形槽的半径小于所述导向筒的半径；所述导向轮成对布置在回转架下部，将所述导向筒夹住；所述导向轮连接有转轴；两个所述滑块相对安装在所述回转架上；在所述滑块上设有左右两个槽口，所述滑块的槽口的直径和所述转轴的直径相等；所述转轴安装在所述滑块的槽口内；每对所述导向轮包括一个驱动轮和一个支撑轮，所述驱动轮连接的转轴连接有导向驱动电机；所述导向驱动电机固定安装在所述回转架上；本发明采用轮组导向机构，通过橡胶导向轮和导向筒之间的摩擦力作为驱动力进行传动，橡胶导向轮能够起到降噪吸振的作用，且配合导向驱动电机驱动橡胶导向轮使钻头以及导向筒向下垂直推进的过程更加平稳；采用驱动回转架带动整体旋转的方法，有利于减小设备整体的尺寸并使整机结构更加简单，适应井下狭小工作环境；采用滑、弹簧和转轴配合工作的方式，根据滑块两个槽口之间距离大小的不同以及弹簧的压缩程度不同，可以适应不同导向筒尺寸的工况；采用导向筒辅助锚索安装，刚性的导向筒可以克服柔性锚索不利于向下移动安装的问题；

所述回转驱动机构包括回转驱动电机、主动锥齿轮及从动锥齿轮；所述回转驱动电机水平固定在机架的顶部，所述回转驱动电机的输出轴与所述主动锥齿轮连接，所述从动锥齿轮水平放置，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮相啮合，所述从动锥齿轮与所述回转架上端的连接轴相连接；本发明采用回转驱动机构采用电机驱动、锥形齿轮传动的方式，采用电机驱动有利于减小设备工作时发出的噪声以及振动，且进行调速时更加方便；采用锥形齿轮传动的方式，使传动过程更加平稳，起到减震和提高负载能力的作用；

所述锚形钻头为锚形结构，底部为尖端，其上端为连接杆；所述锚形钻头上端的连接杆顶部与所述锚索的下端通过焊接的方式连成一体；

所述电磁吸合器中间开有直径大于所述锚形钻头的连接杆直径的通孔，所述锚形钻头上端的连接杆伸入所述电磁吸合器中间开设的通孔，所述电磁吸合器通过电磁铁的磁力作用与所述锚形钻头连接，所述电磁吸合器的上端与所述导向筒的底部固定连接。

所述机架包括机架本体、支撑机构和移动轮，其中支撑机构对称布置安装在所述机架本体的两侧下部；所述支撑机构包括连接架和伸缩杆，所述连接架转动地安装在所述机架本体上，所述伸缩杆可伸缩地安装在所述连接架内；所述移动轮共四个，对称安装在所述机架本体底端的四个角上；所述连接架的长度小于所述移动轮的高度，所述伸缩杆伸出所述连接架后所述支撑机构的长度大于所述移动轮的高度。本发明采用移动、工作两种不同状态下不同支撑形式的方式，既保证了井下复杂底板环境下设备的移动方便，又保证了设备工作状态下保持较好的稳定性，采用支撑机构与移动轮组合的支撑方式，在移动状态下通过移动轮工作，利于矿用巷道锚索钻机安装设备克服底板不平的问题，在井下方便的移动，在工作时通过支撑机构中的连接架、伸缩杆的配合，能够使设备在工作时保持较好的稳定性。

所述伸缩杆的底部设置有防滑垫，材质为有机橡胶材料。该设计增加了设备工作状态下伸缩杆与底板接触的摩擦力，有效地提高了设备的工作稳定性。

所述支撑机构对称布置安装在机架本体的两侧距离机架本体底端三分之一处。

所述滑块上的两个所述槽口之间的距离大于一对所述导向轮配合安装时两个转轴中心距之间的距离；所述弹簧的直径等于所述滑块的槽口直径，其压缩安装在所述滑块的槽口内外侧位置，通过其弹力将与所述导向轮的支撑轮配合连接的转轴向内顶紧。

所述导向筒为圆筒状，其高度为6-8米；其内径为所述锚索直径的1.2倍，其外径为内径的1.1倍。

所述导向轮装置为四个，四对所述导向轮中的驱动轮和支撑轮的布置方式为连续交叉布置。

所述回转驱动机构还包括减速箱；所述减速箱的输入轴与所述回转驱动电机的输出轴连接，输出轴通过与所述主动锥齿轮连接。

所述回转驱动机构的减速箱的减速比为9到11。

还包括与所述电磁吸合器电连接的电磁吸合器电源，所述电磁吸合器电源固定安装在所述回转架的上部距顶部三分之一处，为所述电磁吸合器供电。本发明采用电磁吸合装置，可以保证在钻头安装到指定位置后断电，钻头能够和电磁吸合器分离，完成钻头及锚索的安装；

有益效果：

1.本发明采用电机驱动旋转、垂直平移运动，设备使用成本低、噪声小，能够通过调速实现不同工况下对钻进和旋转速度的要求；旋转运动采用锥齿轮传动的方式能够使传动过程更加平稳；垂直推进运动采用橡胶摩擦轮与导向筒之间的摩擦力推动的方式，能够显著提高钻头的钻进能力；

2.本发明制造成本低，结构简单，能够降低锚索安装的施工成本，同时能够显著提高锚索安装效率，降低工人劳动强度；

3.本发明采用锚形钻头，使钻头结构简单，成本较低且在安装完成后能够提供较大的抽拔阻力。

附图说明

图1为本发明的矿用巷道锚索钻机安装设备主视图。

图2为本发明的导向机构俯视图。

图3为本发明的支撑机构工作及移动状态图。

图4为本发明的橡胶导向轮与转轴连接示意图。

其中，机架1、支撑机构1-1、连接架1-1-1、伸缩杆1-1-2、移动轮1-2；回转驱动机构2、回转驱动电机2-1、减速箱2-2、主动锥齿轮2-3、从动锥齿轮2-4；轮组导向机构3、导向轮3-1、转轴3-2、滑块3-3、导向驱动电机3-4、导向筒3-5、回转架3-6、弹簧3-7；电磁吸合器4、电磁吸合器电源4-1；锚形钻头5；锚索6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

图1为本发明的矿用巷道锚索钻机安装设备主视图。如图1所示，本发明的摩擦钻进式矿用巷道锚索安装设备包括机架1、回转驱动机构2、轮组导向机构3、电磁吸合器4、锚形钻头5及锚索6。

所述机架1包括机架本体、支撑机构1-1和移动轮1-2，其中支撑机构1-1对称布置安装在所述机架本体的两侧距离所述机架本体底端三分之一处，所述支撑机构1-1为可扩张伸缩结构，包括连接架1-1-1和伸缩杆1-1-2，所述连接架1-1-1转动地安装在所述机架本体上，所述伸缩杆1-1-2可伸缩地安装在所述连接架1-1-1内，如图3所示；所述移动轮1-2共四个，对称安装在所述机架本体底端的四个角上；在工作状态时将所述连接架1-1-1张开，所述伸缩杆1-1-2从所述连接架1-1-1内伸出，其长度大于所述移动轮1-2的高度，将所述机架本体抬起，所述移动轮1-2悬空，钻机进行工作；在移动状态时，将所述伸缩杆1-1-2缩回所述连接架1-1-1内，所述连接架1-1-1并拢，所述移动轮1-2接触地面，钻机进行移动。

所述导向机构3包括若干导向轮装置、导向筒3-5及回转架3-6；所述回转架3-6为圆筒状，上端和下端各有一段连接轴，通过连接轴和回转轴承的配合连接并用轴承端盖和螺栓连接将其固定在所述机架1上；所述导向筒3-5为圆筒状，其高度为6-8米，小于所述锚索6的长度；内径为所述锚索6直径的1.2倍，为30mm，其外径为内径的1.1倍；

所述导向轮装置包括导向轮3-1、转轴3-2、滑块3-3、导向驱动电机3-4及弹簧3-7；如图2所示，所述导向轮3-1为橡胶材料，其外圆周面上设置有弧形槽，所述弧形槽的半径小于所述导向筒3-5的半径；所述导向轮3-1成对布置在所述回转架3-6下部，配对使用将所述导向筒3-5夹住；所述导向轮3-1通过键连接的方式连接有转轴3-2，如图4所示；两个所述滑块3-3通过焊接的方式相对安装在所述回转架3-6上；在所述滑块3-3上设有左右两个槽口，所述滑块3-3的槽口的直径和所述转轴3-2的直径相等，两个所述槽口之间的距离大于一对所述导向轮3-1配合安装时两个转轴3-2中心距之间的距离；所述转轴3-2安装在所述滑块3-3的槽口内；在本发明中，所述导向轮装置为四个，其中每一对导向轮3-1中有一个导向轮3-1作为驱动轮，另一个与之配对的作为支撑轮起支撑作用，四对所述导向轮3-1中的驱动轮和支撑轮的布置方式为连续交叉布置；所述转轴3-2与所述导向轮3-1的驱动轮配合安装时，所述转轴3-2的一端与所述导向驱动电机3-4通过花键配合连接，另一端与所述滑块3-3的槽口配合连接；所述转轴3-2与所述导向轮3-1的支撑轮配合安装时，所述转轴3-2的两端分别与对称安装的两个所述滑块3-3的槽口配合连接；所述弹簧3-7的直径等于所述滑块3-3的槽口直径，其压缩安装在所述滑块3-3的槽口内外侧位置，通过其弹力将与所述导向轮3-1的支撑轮配合连接的转轴3-2向内顶紧，从而保证所述每一对导向轮3-1的驱动轮和支撑轮将所述导向筒3-5夹紧；所述导向驱动电机3-4通过螺栓连接固定在回转架3-6上；

所述回转驱动机构2包括回转驱动电机2-1、减速箱2-2、主动锥齿轮2-3及从动锥齿轮2-4，所述回转驱动电机2-1通过螺栓水平固定在机架1的顶部，所述减速箱2-2的减速比为9到11，其输入轴通过花键与所述回转驱动电机2-1的输出轴连接，所述减速箱2-2的输出轴通过键连接与所述主动锥齿轮2-3连接，所述从动锥齿轮2-4水平放置，所述主动锥齿轮2-3与所述从动锥齿轮2-4相啮合，所述从动锥齿轮2-4通过键连接的方式与所述回转架3-6上端的连接轴相连接，并通过所述回转架3-6上端的连接轴上的轴肩及轴承端盖固定；

所述锚形钻头5为锚形结构，底部为尖端，左右结构对称，其最大直径大于所述导向筒3-5的直径，上端为连接杆；所述锚形钻头5上端的连接杆顶部与所述锚索6的下端通过焊接的方式连成一体。

所述电磁吸合器4外部呈六棱柱状，中间开有直径大于所述锚形钻头5的连接杆直径的通孔，且所述电磁吸合器4与所述锚形钻头5的配合为间隙配合，靠电磁铁的磁力作用与所述锚形钻头5连接，所述电磁吸合器4的上端与所述导向筒3-5的底部采用螺栓连接连为一体；电磁吸合器电源4-1固定安装在所述回转架3-6的上部距顶部三分之一处，为所述电磁吸合器4供电。

本发明采用所述导向轮3-1输送所述导向筒3-5，利用所述橡胶导向轮3-1和所述导向筒3-5之间的摩擦作用，使所述导向筒3-5及所述锚形钻头5获得一个向下的钻力，同时所述回转驱动电机2-1通过齿轮的传动驱动所述回转架3-6，使整个导向筒3-5及所述锚形钻头5获得一个沿竖直轴的旋转力，所述电磁吸合器4通过通电后产生的磁力将所述锚形钻头5和所述电磁吸合器4连接成一体，在所述锚索6安装完成后，所述电磁吸合器4断电，使其与所述锚形钻头5的连接断开，同时所述导向驱动电机3-4反转，所述导向轮3-1反向转动将所述导向筒3-5拔出，所述锚形钻头5及所述锚索6留在孔内，所述锚索安6装工作完成。

本发明借助回转架旋转带动装有锚索的导向筒旋转；借助橡胶导向轮(摩擦轮)旋转过程中与导向筒外壁的摩擦实现导向筒、锚索与锚形钻头的钻进。由于旋转架和橡胶导向轮(摩擦轮)的旋转由电机提供，驱动力较大，能够显著增加导向筒、锚索与锚形钻头的钻入能力，能够代替人工有效完成垮塌锚索孔下锚索工序。同时，锚形钻头结构在钻入到锚索孔底部、抽拔导向筒时可提供较大轴向阻力，将其自身及锚索留于锚索孔中。所设计的锚形钻头制造过程简单、成本低廉；所设计的摩擦轮式矿用巷道锚索安装设备结构简单、操作方便，能够代替人工有效完成垮塌锚索孔下锚索工序，降低工人劳动强度，提高底臌治理效率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (10)

1.一种摩擦钻进式矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：包括机架（1）、回转驱动机构（2）、轮组导向机构（3）、电磁吸合器（4）、锚形钻头（5）及锚索（6）；

所述导向机构（3）包括若干导向轮装置、导向筒（3-5）及回转架（3-6）；所述回转架（3-6）为圆筒状，并安装在所述机架（1）上；所述导向筒（3-5）为圆筒状，其高度小于所述锚索（6）的长度，其内径大于所述锚索（6）的直径；

所述导向轮装置包括导向轮（3-1）、转轴（3-2）、滑块（3-3）及导向驱动电机（3-4）；所述导向轮（3-1）外圆周上设置有弧形槽，所述弧形槽的半径小于所述导向筒（3-5）的半径；所述导向轮（3-1）成对布置在回转架（3-6）下部，将所述导向筒（3-5）夹住；所述导向轮（3-1）连接有转轴（3-2）；两个所述滑块（3-3）相对安装在所述回转架（3-6）上；在所述滑块（3-3）上设有左右两个槽口，所述滑块（3-3）的槽口的直径和所述转轴（3-2）的直径相等；所述转轴（3-2）安装在所述滑块（3-3）的槽口内；每对所述导向轮（3-1）包括一个驱动轮和一个支撑轮，所述驱动轮连接的转轴（3-2）连接有导向驱动电机（3-4）；所述导向驱动电机（3-4）固定安装在所述回转架（3-6）上；

所述回转驱动机构（2）包括回转驱动电机（2-1）、主动锥齿轮（2-3）及从动锥齿轮（2-4）；所述回转驱动电机（2-1）水平固定在机架（1）的顶部，所述回转驱动电机（2-1）的输出轴与所述主动锥齿轮（2-3）连接，所述从动锥齿轮（2-4）水平放置，所述主动锥齿轮（2-3）与所述从动锥齿轮（2-4）相啮合，所述从动锥齿轮（2-4）与所述回转架（3-6）上端的连接轴相连接；

所述锚形钻头（5）为锚形结构，底部为尖端，其上端为连接杆；所述锚形钻头（5）上端的连接杆顶部与所述锚索（6）的下端通过焊接的方式连成一体；

所述电磁吸合器（4）中间开有直径大于所述锚形钻头（5）的连接杆直径的通孔，所述锚形钻头（5）上端的连接杆伸入所述电磁吸合器（4）中间开设的通孔，所述电磁吸合器（4）通过电磁铁的磁力作用与所述锚形钻头（5）连接，所述电磁吸合器（4）的上端与所述导向筒（3-5）的底部固定连接。

2.根据权利要求1所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：所述机架（1）包括机架本体、支撑机构（1-1）和移动轮（1-2），其中支撑机构（1-1）对称布置安装在所述机架本体的两侧下部；所述支撑机构（1-1）包括连接架（1-1-1）和伸缩杆（1-1-2），所述连接架（1-1-1）转动地安装在所述机架本体上，所述伸缩杆（1-1-2）可伸缩地安装在所述连接架（1-1-1）内；所述移动轮（1-2）共四个，对称安装在所述机架本体底端的四个角上；所述连接架（1-1-1）的长度小于所述移动轮（1-2）的高度，所述伸缩杆（1-1-2）伸出所述连接架（1-1-1）后所述支撑机构（1-1）的长度大于所述移动轮（1-2）的高度。

3.根据权利要求2所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：所述伸缩杆（1-1-2）的底部设置有防滑垫，所述防滑垫材质为有机橡胶材料。

4.根据权利要求2所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：所述支撑机构（1-1）对称布置安装在机架本体的两侧距离机架本体底端三分之一处。

5.根据权利要求1所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：所述滑块（3-3）上的两个所述槽口之间的距离大于一对所述导向轮（3-1）配合安装时两个转轴（3-2）中心距之间的距离；弹簧（3-7）压缩安装在所述滑块（3-3）的槽口内外侧位置，其直径等于所述滑块（3-3）的槽口直径，通过其弹力将与所述导向轮（3-1）的支撑轮配合连接的转轴（3-2）向内顶紧。

6.根据权利要求1所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：所述导向筒（3-5）为圆筒状，其高度为 6-8米；其内径为所述锚索（6）直径的 1.2倍，其外径为内径的 1.1倍。

7.根据权利要求1所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：所述导向轮装置为四个，四对所述导向轮（3-1）中的驱动轮和支撑轮的布置方式为连续交叉布置。

8.根据权利要求1所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：所述回转驱动机构（2）还包括减速箱（2-2）；所述减速箱（2-2）的输入轴与所述回转驱动电机（2-1）的输出轴连接，输出轴通过与所述主动锥齿轮（2-3）连接。

9.根据权利要求8所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：所述回转驱动机构（2）的减速箱（2-2）的减速比为 9到 11。

10.根据权利要求1所述的矿用巷道锚索安装设备，其特征在于：还包括与所述电磁吸合器（4）电连接的电磁吸合器电源（4-1），所述电磁吸合器电源（4-1）固定安装在所述回转架（3-6）的上部距顶部三分之一处，为所述电磁吸合器（4）供电。

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