CN112696217A - 小断面锚护凿岩一体机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小断面锚护凿岩一体机，其包括挂网机械手、钻锚滑架装置、液压控制装置，其中挂网机械手包括分别用于旋转、升降、伸出和轴向旋转大臂B的旋转机构、大臂升降机构、大臂伸缩机构和大臂旋转机构以及角度调整机构和挂网机构；所述钻锚滑架装置包括钻锚滑架调整机构、平行设置于钻锚滑架上的凿岩机构和锚杆机构以及定位机构。本发明应用于矿山小断面巷道并集凿岩掘进、锚网锚杆锚护多项机械化作业功能于一体，其能够实现360°任意调整工位，全方位进行凿岩、掘进、锚固一体化作业，钻锚切换速度快、精准度高，并且工人工作强度低，机械化作业效率和安全系数高，支护质量和锚固效果好，有利于机械化水平的推广。

Description

小断面锚护凿岩一体机

技术领域

本发明涉及矿山巷道凿岩掘进、锚护工程机械技术领域，尤其涉及一种小断面锚护凿岩一体机。

背景技术

锚网锚杆支护是当代金矿、煤矿当中巷道支护的重要组成部分，它将巷道的易脱落矿体锚护在一起，使矿体形成一个完整不易脱落的整体。现在锚网锚杆不仅用于矿山、煤矿，而且也用于工程技术中对边坡、隧道、坝体进行主动加固。锚网支护是将金属网与锚杆组成的支护形式。金属网用来维护锚杆间的岩体，防止岩石掉落。锚杆支护是全断面掘进机施工中常用的岩体支护方式，锚网锚杆主要用于松软岩体或松散岩体的加固，在锚网锚杆支护的过程中需要经过以下步骤：在需要锚护的位置安装锚网，然后钻凿锚杆孔、敲入锚杆进行锚固。存在不足是：

矿山小断面巷道是指2.5米*2.5米，矿山小断面巷道大机器进不去，目前还没有应用于矿山小断面巷道实现挂网、凿岩掘进与锚杆锚网锚固的机械，只能多人配合人工托举安装锚网，再人工钻孔和安装锚杆锚固；此种人工操作方式存在操作繁琐，费时费力，高处作业工作强度大、安全系数低、作业效率低、支护质量低等技术问题，锚网锚杆固定牢靠性不够，大大降低了锚固效果。

目前矿山小断面巷道只能采用人工凿岩掘进方式，通过人工打炮眼、装药放炮，如此操作不仅安全性低，降低了工作效率，增加了生产成本和工人的劳动强度；而且还无法实现快速掘进，若要达到较大的掘进深度，必须反复多次才能实现，这样会导致工序复杂繁琐，工时周期较长，降低了工作效率，提高了生产成本，限制了应用范围。

矿山小断面巷道内温度高达40℃的工作环境，由于没有配备相应的降温设施，也导致工人无法连续正常工作，因而降低了工人操作安全性，提高了工作强度，降低了工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够应用于小断面巷道并集凿岩掘进、锚网锚杆锚护多项机械化作业功能于一体的小断面锚护凿岩一体机，其能够实现360°任意调整工位，全方位进行凿岩、掘进、锚固一体化作业，钻锚切换速度快、精准度高，并且工人工作强度极大降低，机械化作业效率和安全系数大幅度提高，支护质量和锚固效果更好，有利于机械化水平的推广。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

小断面锚护凿岩一体机，其包括挂网机械手、钻锚滑架装置、液压控制装置，其中：

所述挂网机械手安装在驾驶室前端车架一侧，其包括用于旋转大臂B的旋转机构、用于升降大臂B并与旋转机构连接的大臂升降机构、由伸缩臂油缸驱动大臂B内的多节伸缩臂伸出的大臂伸缩机构、用于轴向旋转大臂B并设置在伸缩臂外端的大臂旋转机构、分别与大臂旋转机构和托网旋转机构连接的角度调整机构以及与托网旋转机构连接的挂网机构；

所述钻锚滑架装置设置在驾驶室前端车架上，其包括相邻设置在挂网机械手一侧的钻锚滑架调整机构、平行设置于钻锚滑架上的凿岩机构和锚杆机构以及定位机构。

所述旋转机构为与大臂B通过转轴铰接的旋转工作台，所述旋转工作台的中心轴线呈垂直设置，在旋转工作台上安装有挂网机械手旋转马达；所述大臂升降机构包括分别与旋转工作台和大臂B连接的升降油缸。

所述大臂伸缩机构包括大臂B、设置于大臂B内的多节伸缩臂以及设置于大臂B上的伸缩臂油缸；所述大臂B通过伸缩臂油缸与多节伸缩臂中最里层的一节外端连接，所述伸缩臂为可伸缩的多节套管式结构，由外径逐渐缩小的多节套管组装而成；所述大臂旋转机构包括分别与伸缩臂外端、角度调整机构中的侧板连接的大臂旋转油缸。

所述角度调整机构呈三角形结构设置，其包括通过转轴铰接的上板和侧板、分别与上板和侧板连接的角度调整油缸；所述托网旋转机构包括连接在托网座与上板之间的托网旋转油缸。

所述挂网机构包括设置在托网座上且与锚网面相接触的挂网支架、对称设置在托网支座上的一对挂网夹以及驱动挂网夹伸出挂网与回缩卸网的一对挂网油缸。

所述挂网支架的中间呈平面状，其两端呈向内折弯的弧形结构；所述挂网夹的最外端呈羊角状，在其最外端的外侧面带有弧形槽。

所述钻锚滑架调整机构包括设置于驾驶室前端车架上的回转工作台、与回转工作台通过转轴铰接的大臂A、分别与回转工作台和大臂A连接的大臂举升油缸、设置于大臂A内腔中并分别与大臂A和最里层的一节外端连接的伸缩臂油缸、呈一体结构的轴向旋转油缸和径向旋转油缸以及与旋转支架和钻锚滑架连接的角度油缸；所述回转工作台的中心轴线呈水平设置。

所述定位机构包括通过一对定位轴支架A、B安装在钻锚滑架中心并由滑架油缸推动能钻入岩体进行中心定位的中心定位轴。

所述凿岩机构包括能沿凿岩机头滑轨移动的凿岩机头以及夹紧设置于凿岩机头与钻杆夹持器之间的长钻杆；所述凿岩机构还包括钻杆装卸机械手，所述钻杆装卸机械手设置于钻锚滑架的前侧，其包括与长钻杆平行设置的短钻杆、用于夹持短钻杆的一对短钻杆装卸夹具和安装在短钻杆装卸夹具上的短钻杆夹具油缸、通过短钻杆翻转架安装在翻转轴上并能将短钻杆翻转于长钻杆上方以实现长、短钻杆换接的短钻杆翻转油缸以及套设于翻转轴一端的缓冲弹簧。

所述锚杆机构包括能沿锚杆锤滑轨移动的锚杆锤、夹紧设置于一对锚杆夹上的锚杆、位于锚杆上方的锚杆仓及其内设锚杆支架上沿圆周均布的多个锚杆、能驱动锚杆仓翻转一定角度并将一锚杆卸下落入一对锚杆夹上的锚杆仓翻转马达以及设置在锚杆仓与钻锚滑架之间连接处并能驱动钻锚滑架翻转一定角度使钻杆与锚杆切换的钻锚滑架翻转油缸；所述锚杆仓由锚杆仓A、B与位于二者之间的锚杆支架由中心轴连接而成，锚杆支架呈圆盘形结构且其圆周均布有多个用于穿过安装锚杆的弧形拨槽。

所述锚杆锤滑轨与凿岩机头滑轨之间以及位于一对锚杆夹上的锚杆与长钻杆之间，分别以钻锚滑架中心轴线为中心所形成的圆弧角度，与安装在锚杆支架上的相邻两个锚杆之间的圆弧角度相同，且互为平行设置。

本发明与已有技术相比，具有以下优点和积极效果：

本机是矿山小断面凿岩和锚固兼容的一体机，其可以任意调整钻锚滑架角度，可用于矿山小断面巷道掘进凿岩打孔，俗称打炮眼，装炸药。调整钻锚滑架角度，可在任意工位灵活打垂直孔、平孔和斜孔，打完锚杆孔后可由本机自带的锚杆仓和锚杆翻转油缸，将锚杆翻转至锚杆锤的工位，由锚杆锤将锚杆顶进钻好的孔内。本机可灵活调整钻锚加工角度，可以实现对岩体全方位多角度加工面进行钻孔锚护。

本机应用于矿山小断面巷道时，可采用独立的多节伸缩臂挂网机械手，替代以往多个工人配合的繁琐操作方式，具有灵活可靠、精准度高、360°任意调整工位、提高工作效率及安全性、减少工人工作强度等特点。本机极大地提升了钻锚切换速率，并且还可确保切换过程中的角度精准以及定位精准，同时还可有效降低整个设备成本，有利于井下支护机械化的进一步推广，实现了一机多用，提高了设备利用率。

本机可应用于矿山小断面的挂网机械手是通过大臂的旋转和伸缩以及角度调整机构的作用来达到不同角度和高度之间的快速精确转换的目的，相较于原有的通过人工挂网转换调整，进一步提升了转换速率，保证了锚网所要安装位置的准确性，并且在锚网旋转到位后，由锚杆锚固的锚网固定牢靠，所挂的锚网顶端始终顶靠在需要锚固的巷道顶板上，避免了人工挂网转换调整无法快速准确对准安装位置，操作难度大、不安全，费力费时，工作效率低的问题，进而使得挂网、凿岩、锚固过程更连续，生产效率高，经济效益更好。

本机应用于矿山小断面巷道时，为了快速达到所要求的钻孔深度，增加了与凿岩机构配合使用的钻杆装卸机械手，钻杆换接机械手可将长短两节钻杆换接加长使用，这样就加快了凿岩机构的掘进工作进度，提高了钻孔效率，也扩大了设备的使用范围。

本机是集多功能机电一体化的矿山开采专用设备，具有油电两用功能，在利用锚网锚杆对小断面巷道岩体进行加固时，通常采用液压系统和电力系统同时作为动力装置，还采用特殊的油电路转换装置，油电转换过程无需其他操作。当发生没油或者没电情况时，由油电两用转换装置进行转换，实现两种动力装置交替使用，因而可使本机避免了停机空工期，不会拖延工期，提高了工作效率，提高了设备利用率。

本机增加了打炮眼钻杆调整装置，以满足小断面巷道内多角度多工位的打炮眼作业要求，实现矿山巷道的快速凿岩掘进。在打炮眼之前，需要先通过旋转支架和角度调整油缸以及与径向旋转油缸为一体的轴向旋转油缸的配合调整，快速调整好钻杆前方钻孔作业的具体位置，然后再利用凿岩机构钻孔，装炸药，从而加快矿山巷道掘进速度，提高工作效率，缩短工时周期，降低作业成本。

针对矿山小断面巷道内高达40℃的工作环境温度，导致工人无法连续正常工作，工人操作安全性和工作效率降低的情况，本机设置有温控装置，采用封闭驾驶室，内置空调，使整机设置更加人性化，通过温控装置将高温工作环境调整为温度适宜的连续正常工作环境，增加了工作人员的操作安全性，降低工作强度，提高了工作效率。

本机还设置有钻头冷却清渣装置，其在钻孔时通过对钻头喷水，实现钻头冷却降温和对钻孔内的岩渣清理，从而可以加速钻头散热，保持钻头硬度，降低钻头磨损，延长钻头的使用寿命，提高钻孔效率。

本机利用液压控制装置控制整机的正常工作例如托举锚网、定位、钻孔、换接钻杆、打锚杆，通过控制不同工作的油缸，实现不同工位的作业要求，例如挂网锚网、锚杆锚固、凿岩掘进、打炮眼。

附图说明

图1为小断面锚护凿岩一体机的结构示意图；

图2为挂网机械手的结构示意图；

图3为钻锚滑架装置的结构示意图；

图4为钻杆装卸机械手的结构示意图。

图1-图4中标记说明：

图1中：

1、挂网机械手；2、钻锚滑架装置；3、旋转支架；4、径向旋转油缸；5、轴向旋转油缸；6、大臂A；7、大臂举升油缸；8、回转工作台；9、驾驶室；10、液压油泵；11、空压机；12、水泵；

图2中：

1-1、旋转工作台；1-2、升降油缸；1-3、伸缩臂油缸；1-4、伸缩臂；1-5、大臂旋转油缸；1-6、大臂B；1-7、挂网油缸；1-8、挂网支架；1-9、挂网夹；1-10、托网支座；1-11、油缸体支座；1-12、托网旋转油缸；1-13、角度调整油缸；1-14、挂网机械手旋转马达；

图3中：

2-1、凿岩机头；2-2、长钻杆；2-3、凿岩机头滑轨；2-4、角度油缸；2-5、定位轴支架A；2-6、滑架油缸；2-7、定位轴支架B；2-8、钻杆夹持器；2-9、中心固定轴；2-10、锚杆；2-11、锚杆夹；2-12、锚杆仓A；2-13、锚杆支架；2-14、锚杆翻转马达；2-15、锚杆仓B；2-16、锚杆锤；2-17、钻锚滑架；2-18、锚杆锤滑轨；2-19、钻锚滑架翻转油缸；3、旋转支架；

图4中：

2-1、凿岩机头；2-2、长钻杆；2-3、凿岩机头滑轨；2-8、钻杆夹持器；2-17、钻锚滑架；2-20、短钻杆夹具油缸；2-21、短钻杆翻转架；2-22、短钻杆翻转油缸；2-23、翻转轴；2-24、缓冲弹簧；2-25、短钻杆；2-26、短钻杆装卸夹具。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细说明。

参照图1-图4，本发明小断面锚护凿岩一体机包括挂网机械手1、钻锚滑架装置2、钻杆装卸机械手、打炮眼钻杆调整装置、液压控制装置，还包括温控装置、油电两用转换装置、钻头冷却清渣装置，其中：

挂网机械手：参照图1、图2

挂网机械手用于实现机械挂网，并由大臂举升到锚网安装位置，配合钻锚滑架装置，实现锚网锚杆锚护。

如图1-图2所示，挂网机械手安装在驾驶室9前端车架一侧，其包括旋转机构、大臂伸缩机构、大臂升降机构、大臂旋转机构、角度调整机构、托网旋转机构和挂网机构，其中：

旋转机构，其包括用于旋转大臂的旋转工作台1-1。该旋转工作台1-1的旋转中心线呈垂直设置，其能沿旋转中心线作360°范围内的正反旋转。在旋转工作台1-1的上面安装有挂网机械手旋转马达1-14，旋转工作台1-1通过转轴铰接有大臂B1-6，大臂B1-6通过伸缩臂1-4与大臂旋转油缸1-5连接。

大臂伸缩机构，其用于伸缩大臂B并实现长度调整，其包括大臂B1-6和伸缩臂1-4以及外置于大臂B上面或者内置于大臂B内腔中的伸缩臂油缸1-3。所述大臂B为可伸缩的多节套管式结构，由外径逐渐缩小的多节套管组装而成。多节套管式伸缩臂结构可以实现不同高度的锚网安装需要，本实施例为三节伸缩臂，当然根据具体工作情况也可以灵活选择伸缩臂节数。

大臂升降机构，其用于升降大臂B并实现高度调整；其包括大臂B1-6以及安装在大臂B1-6下面的升降油缸1-2，该升降油缸1-2分别与旋转工作台1-1和大臂B1-6连接。大臂升降机构可与大臂伸缩机构、旋转机构配合，实现不同高度和不同方向位置的锚网锚杆锚固作业要求。

大臂旋转机构，其用于轴向旋转大臂并实现挂网支架1-8及其上锚网的轴向角度调整；大臂旋转机构设置在伸缩臂1-4的外端，其包括分别与伸缩臂外端、角度调整机构中的侧板连接的大臂旋转油缸1-5。

角度调整机构，其用于实现挂网支架1-8及其上锚网的角度调整，其包括呈三角形结构设置的上板、侧板和角度调整油缸1-13，其中上板与侧板通过转轴铰接，并分别与角度调整油缸1-13的活塞杆伸缩端、油缸体连接；通过角度调整油缸1-13的伸缩运动，实现挂网支架1-8及其上锚网的角度调整。角度调整机构中的侧板通过大臂旋转油缸1-5与大臂的最里层即伸缩臂1-4的最外端连接；角度调整机构中的上板通过托网旋转油缸1-12与托网座连接。

通过大臂旋转油缸1-5可以实现整体托网座以大臂和多节伸缩臂为中心轴线形成的360°范围内的旋转，通过托网旋转油缸1-12可以实现整体托网座及其上锚网的360°水平旋转，通过角度调整油缸1-13可以实现锚网与水平面之间的夹角调整，从而实现锚网360°全方位多工位的灵活旋转调整，最终保证锚网与巷道岩体锚护表面之间的贴合度。

挂网机构，其用于实现机械挂网与卸网，其包括挂网油缸1-7、挂网支架1-8、挂网夹1-9、托网支座1-10、油缸体支座1-11；其中：

在托网座中间固定设置有一对油缸体支座1-11，在上述油缸体支座1-11的两侧对称固定设置有一对托网支座1-10。一对挂网油缸1-7的油缸体通过转轴铰接于上述一对油缸体支座1-11上，一对挂网油缸1-7的活塞杆伸缩端与对称设置在其外侧的一对挂网夹内端通过转轴铰接。一对挂网夹1-9的外端呈羊角状，其外侧面带有挂网时能牢靠钩住锚网且卸网时能与锚网快速脱离的弧形槽。

挂网支架1-8固定连接在整体托网座上且伸出了挂网油缸1-7的外侧；挂网支架1-8的中间呈平面状，其两端呈向内折弯的弧形结构。挂网支架1-8用于安装锚网时，可将锚网内侧面贴紧安装在挂网支架1-8的外侧平面上。

锚网，其为呈网格状的金属网，可以呈矩形、正方形或者其它几何形状，这要根据所要加固部位的具体形状进行灵活选择。一张锚网在对岩体进行锚杆锚护时，至少需要打四个锚杆才能固定牢靠。

托网旋转机构，其可使整体托网座及其上锚网实现水平360°范围内的旋转调整。托网旋转机构包括托网旋转油缸1-12，整体托网座的底部中间通过上述托网旋转油缸1-12与角度调整机构中的上板连接。

在液压控制装置的操控作用下，挂网油缸1-7驱动挂网夹1-9的羊角端外旋伸出挂网支架1-8之外并将锚网钩住，实现挂网；反之，可通过挂网夹1-9的羊角端内旋回缩挂网支架1-8内并与锚网脱离，实现卸网。

挂网机械手的工作原理是：参照图1、图2

（1）工作时将锚网平放在挂网支架1-8上，操控挂网机械手控制阀夹紧锚网；

（2）操控伸缩臂油缸1-3将多节伸缩臂伸出，并通过升降油缸1-2将大臂举升到一定高度；

（3）操控旋转工作台，将大臂旋转到需要打锚孔的方向位置；

（4）依次操控大臂旋转油缸1-5、角度调整油缸1-13、托网旋转油缸1-12，对锚网进行不同工位的位置调整，确保锚网面与所需锚护的岩体面具有更好的贴合度，从而保证锚护效果。

钻锚滑架装置：参照图1、图3

钻锚滑架装置用于实现钻孔和锚杆锚固，通过钻锚切换，实现对小断面巷道内岩体的锚护、凿岩掘进作业。

如图1、图3所示，钻锚滑架装置，其设置于驾驶室前端车架上，其包括钻锚滑架调整机构、定位机构、凿岩机构、锚杆机构，其中：

钻锚滑架调整机构由回转工作台8、大臂A6、大臂伸缩油缸、轴向旋转油缸5、径向旋转油缸4、旋转支架3、大臂举升油缸7组成；其连接关系是：在大臂A6的前端设置有回转工作台8，回转工作台8的回转中心轴线呈水平设置，其能绕中心轴线作360︒范围内的正反旋转。在回转工作台8的一侧连接大臂A6的一端，在大臂A6的另一端连接有轴向旋转油缸5和径向旋转油缸4，轴向旋转油缸5和径向旋转油缸4为一体结构；在大臂A6的下方设置有大臂举升油缸7。在径向旋转油缸4的上面设置有旋转支架3，旋转支架3的中间铰接有转轴。大臂A6为多节套管组装而成，在大臂内腔中设置有多节伸缩臂和大臂伸缩油缸，大臂伸缩油缸能驱动多节伸缩臂伸出，以增加大臂的实际工作长度。

钻锚滑架调整机构的作用是：实现对大臂的旋转、伸出和举升调整，实现对钻锚滑架的轴向和径向旋转以及角度调整，最终使钻锚滑架上的钻杆、锚杆等达到锚固作业位置的具体要求，保证多方向多角度钻孔、锚杆锚固的准确性和高效性，进一步提高工作效率，确保巷道内岩体锚护效果。

如图3所示，定位机构，其安装在钻锚滑架2-17的前侧，其由定位轴支架A2-5、滑架油缸2-6、定位轴支架B2-7、中心定位轴2-9组成；其连接关系是：

在钻锚滑架2-17的内腔中心沿轴向设置有中心定位轴2-9，该中心定位轴2-9穿过安装在间隔设置的定位轴支架A2-5、定位轴支架B2-7上，在中心定位轴2-9的中间安装有滑架油缸2-6。

滑架油缸2-6能够推动钻锚滑架2-17上的中心定位轴2-9向前运动并钻进需要锚固的岩体中，实现钻孔前的中心定位。

定位机构的作用是：在钻孔前需要先确定打孔位置，确定好后，将中心定位轴2-9打入岩体中进行中心定位，然后再进行钻孔、锚杆锚固等工序。

如图3所示，凿岩机构，其由凿岩机头2-1、长钻杆2-2、凿岩机头滑轨2-3、钻杆夹持器2-8组成；其连接关系是：

在旋转支架3的上面连接有钻锚滑架2-17，在沿长度方向的钻锚滑架2-17上设置有凿岩机头滑轨2-3，在凿岩机头滑轨2-3的后端、前端分别沿长钻杆钻孔工作时的移动方向对应设置有凿岩机头2-1、钻杆夹持器2-8，长钻杆2-2与凿岩机头滑轨2-3平行设置并夹紧安装于凿岩机头2-1与钻杆夹持器2-8之间，钻杆夹持器2-8用于夹持长钻杆2-2。

凿岩机构用于岩体凿岩钻孔。凿岩机头2-1可沿凿岩机头滑轨2-3移动并推动长钻杆钻孔。长钻杆2-2的尾端带有螺纹孔，其在钻孔工作过程中可与短钻杆带有外螺纹的头端形成螺纹连接。钻孔完毕后，在旋转退出长、短钻杆的同时，短钻杆可与长钻杆实现螺纹分离。

如图3所示，锚杆机构，其由锚杆锤2-16、锚杆锤滑轨2-18、锚杆2-10、钻锚滑架2-17、锚杆夹2-11、锚杆仓A2-12、锚杆支架2-13、锚杆翻转马达2-14、锚杆仓B2-15组成的；其连接关系是：

在钻锚滑架2-17的一侧沿其长度方向安装有锚杆锤滑轨2-18，在锚杆锤滑轨2-18的后端安装有锚杆锤2-16，一对锚杆夹2-11沿锚杆锤的移动方向间隔设置在钻锚滑架2-17上，锚杆2-10穿过安装在一对锚杆夹2-11上。

在一对锚杆夹2-11的上方设置有锚杆仓，锚杆仓是由中心轴将间隔设置的锚杆仓A2-12、锚杆仓B2-15和设置在二者之间的锚杆支架2-13连接成一体而形成的。在锚杆仓内的中心轴上安装有锚杆翻转马达2-14。锚杆支架2-13呈圆形结构，其上沿圆周均布有多个弧形拨槽，在锚杆仓内平行设置有多个锚杆。锚杆为开口锚杆，具体是在锚杆上沿长度方向设置有开口。

本实施例中10个弧形拨槽中安装有10个锚杆，相邻的两个锚杆之间夹角即圆弧角度为36︒。锚杆翻转马达2-14通过翻转一定角度例如36︒，即可由锚杆支架上卸下一个锚杆并且直接下落于一对锚杆夹2-11中夹住。

锚杆锤2-16、凿岩机头2-1分别可沿平行设置的锚杆锤滑轨2-18、凿岩机头滑轨2-3移动；锚杆锤滑轨2-18与凿岩机头滑轨2-3均安装在沿长度方向的钻锚滑架2-17上，二者之间间隔36︒的圆弧角度。

钻锚滑架翻转油缸2-19安装在锚杆仓与钻锚滑架2-17之间的连接处，并能够驱动钻锚滑架2-17正反旋转一定角度，本实施例中上述角度为36︒。钻锚滑架翻转油缸2-19向外翻转36︒，将锚杆夹2-11上的锚杆2-10卸下并由锚杆锤2-16打入锚杆孔中，然后钻锚滑架翻转油缸2-19向内翻转回位。

锚杆锤滑轨2-18与凿岩机头滑轨2-3之间以及位于一对锚杆夹2-11上的锚杆2-10与长钻杆2-2之间，分别以钻锚滑架中心轴线为中心所形成的圆弧角度，与安装在锚杆支架2-13上的相邻两个锚杆之间的圆弧角度相同，且互为平行设置。

锚杆机构的工作原理是：将多个锚杆依次安装在锚杆支架2-13与锚杆仓A2-12、锚杆仓B2-15中，当锚杆夹2-11上的一锚杆被打入锚杆孔中，锚杆夹2-11上出现锚杆空缺后，锚杆翻转马达2-14就会驱动中心轴转动并带动锚杆支架2-13翻转一定角度本实施例中上述角度为36︒，将另一锚杆从锚杆仓A2-12和锚杆仓B2-15中拨离，并直接下落到一对锚杆夹2-11上夹住待用。

钻锚滑架装置的工作原理如下：参照图1、图3

（1）根据矿山巷道内岩体锚护的具体方向位置，通过用于钻锚滑架2-17的调整机构来调整钻锚滑架2-17及其上长钻杆2-2的具体作业位置；

（2）调好后，凿岩机头2-1沿凿岩机头滑轨2-3移动并推动长钻杆2-2实现钻孔；

（3）钻好孔后，钻锚滑架2-17在钻锚滑架翻转油缸2-19驱动作用下向前翻转一定角度例如36︒，将一对锚杆夹2-11上的锚杆2-10转动到钻孔时的相应工位位置，并由可沿锚杆锤滑轨2-18移动的锚杆锤2-16将上述锚杆顶进上述钻孔中；

（4）然后钻锚滑架翻转油缸2-19驱动钻锚滑架2-17向后翻转回位，并带动锚杆锤2-16与凿岩机头2-1分别回位，到此本次钻孔和打锚杆工序完成；

（5）依次循环往复，进行下一个钻孔和打锚杆的工序。

钻杆装卸机械手：参照图4

钻杆装卸机械手的作用是：本机在应用于小断面巷道时，由于空间限制导致本机凿岩机构的滑架短，无法安装长钻头，必须长短两节钻头换接打眼，凿岩机构配合钻杆装卸机械手使用，才能达到要求的钻孔深度。

如图4所示，钻杆装卸机械手安装在钻锚滑架2-17的前侧，其包括凿岩机头2-1、长钻杆2-2、凿岩机头滑轨2-3、钻杆夹持器2-8、短钻杆夹具油缸2-20、短钻杆翻转架2-21、短钻杆翻转油缸2-22、翻转轴2-23、缓冲弹簧2-24、短钻杆2-25、短钻杆装卸夹具2-26；其连接关系如下：

在凿岩机头滑轨2-3下方中间沿其长度方向平行设置有长钻杆2-2，在长钻杆2-2的后端对应设置有凿岩机头2-1，长钻杆2-2的另一端穿过夹紧于钻杆夹持器2-8中。钻杆夹持器2-8为一对，其呈半圆形结构。

在凿岩机头滑轨2-3上面设置有位于翻转轴2-23上的短钻杆装卸夹具2-26，在短钻杆装卸夹具2-26上平行于长钻杆2-2设置有短钻杆2-25。在翻转轴2-23的外端套设有缓冲弹簧2-24。在翻转轴2-23上安装有短钻杆翻转架2-21，短钻杆翻转架2-21上设置有短钻杆翻转油缸2-22。

在短钻杆装卸夹具2-26上设置有短钻杆夹具油缸2-20。短钻杆夹具油缸2-20用于控制短钻杆装卸夹具2-26的闭合或者打开，实现短钻杆2-25的装卸。

钻杆装卸机械手的工作原理是：参照图4

当长钻杆2-2的钻孔深度不够时，需要通过钻杆装卸机械手外接短钻杆2-25，从而加长钻杆的实际工作长度。

当凿岩机头2-1将长钻杆2-2打入锚杆孔中后，短钻杆翻转油缸2-22驱动短钻杆翻转架2-21进行向后翻转动作，将短钻杆2-25送入凿岩机头滑轨上面的凿岩机头2-3与钻杆夹持器2-8之间，并且短钻杆2-25的一端与凿岩机头2-1相对应配合，另一端由钻杆夹持器2-8夹持住；然后再由凿岩机头2-1将短钻杆2-25旋转进入长钻杆2-2尾部的螺纹孔中并通过螺纹连接在一起，然后继续将短、长钻杆向钻孔内推进，直到完成所要求的钻孔深度为止。

在钻孔同时可实现长、短钻杆的螺纹连接，另外凿岩机头旋转退回时可以实现长、短钻杆的分离。

打炮眼钻杆调整装置：参照图1、图3

小断面是指2.5米*2.5米，打炮眼要求钻头在前方打孔。打炮眼钻杆调整装置是在打炮眼之前需要调整钻杆处于朝向前方打孔的作业位置，然后再利用凿岩机构钻孔，装炸药，从而实现矿山巷道快速掘进。

打炮眼钻杆调整装置，其是在钻锚滑架2-17的下面支撑连接有旋转支架3，旋转支架3是由转轴铰接的两部分呈三棱柱结构组成。在旋转支架3的下面连接有径向旋转油缸4和与径向旋转油缸4为一体的轴向旋转油缸5以及连接于旋转支架3与钻锚滑架2-17之间的角度油缸2-4。

打炮眼钻杆调整装置的工作原理是：通过旋转调整径向旋转油缸4，可以将处于左右上下任一方向的钻杆旋转朝向前方钻孔的方向位置；然后通过与径向旋转油缸为一体的轴向旋转油缸5以及角度油缸2-4和旋转支架3的配合，可以快速实现钻杆前方钻孔多角度多工位的位置调整。

本机还具有油电两用功能，采用液压系统和电力系统两套动力装置，通过油电两用转换装置进行油电转换，实现没电时用油以及没油时用电的目的，从而消除停机空工期，提高设备利用率，提高工作效率，降低了作业成本。

本机还设置有温控装置，以改善矿下巷道内的高温工作环境，在封闭驾驶室内安置有空调，使整机设置更加人性化，通过温控装置调整高温环境成为温度适宜的连续正常工作环境，提高工人的工作安全性，降低工作强度，提高工作效率。

本机还设置有钻头冷却清渣装置，钻头冷却清渣装置包括设置在车体后部的空压机11和水泵12，钻孔时通过对钻头喷水，实现钻头冷却降温和对钻孔内的岩渣清理，从而可以加速钻头散热，保持钻头硬度，降低钻头磨损，延长钻头的使用寿命，降低工作强度，提高钻孔效率。

液压控制装置：参照图1-图4

液压控制装置的结构主要包括液压油泵10、油路、多个液压油缸、并排设置的多路换向控制阀、多个液压操作手柄、电磁阀，其中：液压油泵10设置于车体后部；多个液压操作手柄并排设置于驾驶室内；多个液压油缸是指挂网机械手使用的升降油缸1-2、伸缩臂油缸1-3、大臂旋转油缸1-5、角度调整油缸1-13、托网旋转油缸1-12、一对挂网油缸1-7，钻锚滑架装置使用的大臂举升油缸7、轴向旋转油缸5、径向旋转油缸4、角度油缸2-4、滑架油缸2-6、钻锚滑架翻转油缸2-19，钻杆装缸机械手使用的一对短钻杆夹具油缸2-20、短钻杆翻转油缸2-22。

液压控制装置的作用是用于控制整机的正常工作例如托举锚网、定位、钻孔、换接钻杆、打锚杆，通过控制不同工作的油缸，实现不同工位的作业要求，例如挂网锚网、锚杆锚固、凿岩掘进、打炮眼。

本发明小断面锚护凿岩一体机的工作原理是：参照图1-图4

第一步，挂网机械手挂网：

先把锚网悬挂于挂网支架1-8上，打开一对挂网油缸1-7，然后由羊角状的一对挂网夹1-9夹紧锚网；

第二步，调整大臂B：

根据大臂B工作方向位置要求，通过伸缩臂油缸1-3驱动多节伸缩臂1-4伸出，通过升降油缸1-2升起大臂B1-6和多节伸缩臂1-4到达所要求的高度；

第三步，调整锚网：

根据锚网具体安装位置，通过大臂旋转油缸1-5、角度调整油缸1-13、托网旋转油缸1-12分别从轴向、径向和角度方面调整锚网面所处的合适角度，举网到打锚杆眼位置，保证锚网面与锚固岩体面的贴合度；

第四步，钻孔与锚杆锚固：

安装长钻杆2-2于凿岩机头2-1上，开始打眼；钻杆夹持器2-8夹持住第一个打入的长钻杆2-2，凿岩机头2-1退回；钻杆装卸机械手换接第二个短钻杆2-25；凿岩机头2-1继续向前推进，与第二个短钻杆2-25连接成一体，继续向前推进打眼；打孔到一定深度，凿岩机头2-1退回；钻杆装卸机械手动作，夹住第二个短钻杆2-25；凿岩机头2-1退回，钻杆装卸机械手回位；凿岩机头2-1推进顶住第一个长钻杆2-2的尾部，旋转拧紧，松开钻杆夹持器2-8，第一根长钻杆2-2退回原位；

第五步，凿岩掘进：

打炮眼钻杆调整：通过旋转支架3、轴向旋转油缸5、径向旋转油缸4和角度油缸2-4的配合调整，实现旋转调整凿岩机头2-1及钻杆的钻孔方向位置，从而实现对前方岩体打炮眼，装炸药，实现岩体的快速掘进；

第六步，钻头冷却清渣：钻孔时，由空压机对钻头进行润滑，由水泵产生的高压水对钻头注水冷却，并清洗钻孔中的岩渣；

第七步，锚网锚杆锚固：

由钻锚滑架翻转油缸2-19驱动钻锚滑架2-17旋转，使锚杆锤2-16和锚杆2-10到达凿岩机头2-1和长钻杆2-2钻孔时的工位位置；然后锚杆锤2-16推进顶紧锚杆2-10，油缸推进，启动锚杆锤2-16将锚杆2-10锤击打进锚杆孔中；钻锚滑架2-17回位，锚杆仓A2-12、锚杆仓B2-15转动，一对锚杆夹2-11夹紧锚杆2-10。通过锚杆装置至少需要打出四个锚杆眼，并用四个锚杆将一张锚网锚固牢固；

第八步，液压控制：整个工作过程例如托举锚网、定位、钻孔、换接钻杆、打锚杆均由液压控制装置实现控制，各个油缸完成各自相应工作；

第九步，重复上述步骤，依次循环往复。

Claims (11)

1.小断面锚护凿岩一体机，其特征是，

其包括挂网机械手、钻锚滑架装置、液压控制装置，其中：

所述挂网机械手安装在驾驶室前端车架一侧，其包括用于旋转大臂B的旋转机构、用于升降大臂B并与旋转机构连接的大臂升降机构、由伸缩臂油缸驱动大臂B内的多节伸缩臂伸出的大臂伸缩机构、用于轴向旋转大臂B并设置在伸缩臂外端的大臂旋转机构、分别与大臂旋转机构和托网旋转机构连接的角度调整机构以及与托网旋转机构连接的挂网机构；

所述钻锚滑架装置设置在驾驶室前端车架上，其包括相邻设置在挂网机械手一侧的钻锚滑架调整机构、平行设置于钻锚滑架上的凿岩机构和锚杆机构以及定位机构。

2.根据权利要求1所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述旋转机构为与大臂B通过转轴铰接的旋转工作台，所述旋转工作台的中心轴线呈垂直设置，在旋转工作台上安装有挂网机械手旋转马达；所述大臂升降机构包括分别与旋转工作台和大臂B连接的升降油缸。

3.根据权利要求2所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述大臂伸缩机构包括大臂B、设置于大臂B内的多节伸缩臂以及设置于大臂B上的伸缩臂油缸；所述大臂B通过伸缩臂油缸与多节伸缩臂中最里层的一节外端连接，所述伸缩臂为可伸缩的多节套管式结构，由外径逐渐缩小的多节套管组装而成；所述大臂旋转机构包括分别与伸缩臂外端、角度调整机构中的侧板连接的大臂旋转油缸。

4.根据权利要求3所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述角度调整机构呈三角形结构设置，其包括通过转轴铰接的上板和侧板、分别与上板和侧板连接的角度调整油缸；所述托网旋转机构包括连接在托网座与上板之间的托网旋转油缸。

5.根据权利要求4所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述挂网机构包括设置在托网座上且与锚网面相接触的挂网支架、对称设置在托网支座上的一对挂网夹以及驱动挂网夹伸出挂网与回缩卸网的一对挂网油缸。

6.根据权利要求5所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述挂网支架的中间呈平面状，其两端呈向内折弯的弧形结构；所述挂网夹的最外端呈羊角状，在其最外端的外侧面带有弧形槽。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述钻锚滑架调整机构包括设置于驾驶室前端车架上的回转工作台、与回转工作台通过转轴铰接的大臂A、分别与回转工作台和大臂A连接的大臂举升油缸、设置于大臂A内腔中并分别与大臂A和最里层的一节外端连接的伸缩臂油缸、呈一体结构的轴向旋转油缸和径向旋转油缸以及与旋转支架和钻锚滑架连接的角度油缸；所述回转工作台的中心轴线呈水平设置。

8.根据权利要求7所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述定位机构包括通过一对定位轴支架A、B安装在钻锚滑架中心并由滑架油缸推动能钻入岩体进行中心定位的中心定位轴。

9.根据权利要求8所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述凿岩机构包括能沿凿岩机头滑轨移动的凿岩机头以及夹紧设置于凿岩机头与钻杆夹持器之间的长钻杆；所述凿岩机构还包括钻杆装卸机械手，所述钻杆装卸机械手设置于钻锚滑架的前侧，其包括与长钻杆平行设置的短钻杆、用于夹持短钻杆的一对短钻杆装卸夹具和安装在短钻杆装卸夹具上的短钻杆夹具油缸、通过短钻杆翻转架安装在翻转轴上并能将短钻杆翻转于长钻杆上方以实现长、短钻杆换接的短钻杆翻转油缸以及套设于翻转轴一端的缓冲弹簧。

10.根据权利要求9所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述锚杆机构包括能沿锚杆锤滑轨移动的锚杆锤、夹紧设置于一对锚杆夹上的锚杆、位于锚杆上方的锚杆仓及其内设锚杆支架上沿圆周均布的多个锚杆、能驱动锚杆仓翻转一定角度并将一锚杆卸下落入一对锚杆夹上的锚杆仓翻转马达以及设置在锚杆仓与钻锚滑架之间连接处并能驱动钻锚滑架翻转一定角度使钻杆与锚杆切换的钻锚滑架翻转油缸；所述锚杆仓由锚杆仓A、B与位于二者之间的锚杆支架由中心轴连接而成，锚杆支架呈圆盘形结构且其圆周均布有多个用于穿过安装锚杆的弧形拨槽。

11.根据权利要求10所述的小断面锚护凿岩一体机，其特征是，所述锚杆锤滑轨与凿岩机头滑轨之间以及位于一对锚杆夹上的锚杆与长钻杆之间，分别以钻锚滑架中心轴线为中心所形成的圆弧角度，与安装在锚杆支架上的相邻两个锚杆之间的圆弧角度相同，且互为平行设置。

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