CN112761634B - 一种深部煤层的煤炭自动化开采装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，涉及煤炭开采技术领域。所述开采装置包括集料箱、截割装置、注水装置以及输送装置；所述集料箱下部敞口；所述截割装置包括螺旋钻头、减速箱以及与减速箱连接的直流电机；所述注水装置包括注水管、流量控制阀、注水泵以及控制器；所述注水管一端与螺旋钻头连接，另一端连接注水泵；所述输送装置包括进气管、输煤管以及气压泵，所述进气管一端与集料箱连通，另一端与气压泵排气口连通，获得负压。本发明通过设置注水系统，将固态煤与水混合，以实现煤炭的流态化开采，减少粉尘的产生的同时，更有利于深部煤层的开采；同时通过设置气压泵，采用负压将煤水混合物吹出，提高了煤炭的运输效率。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种深部煤层的煤炭自动化开采装置。
背景技术
煤炭在未来相当长时期内仍将是我国的主体能源和基础能源，而我国近70％的煤炭资源分布在2000m以深，因此，深部煤炭资源开采势在必行。然而，按照现有开采方式、开采技术发展水平，固体矿物的开采深度不可能无限向深部延伸，传统的开采方式与目前的技术水平已经不足以支撑深部固体资源开采，而是存在一个极限开采深度。
因此，要使我国在深地煤炭资源绿色安全开发领域成为国际上的“领跑者”，就必须颠覆现有的煤炭开采装备与技术，实现煤炭资源从固态开发向流态开发的根本转变。为此，有必要发明一种新的煤炭开采装置，以适应深部煤炭资源的流态化开采。
发明内容
根据本发明的目的提出的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，包括集料箱、截割装置、注水装置以及输送装置；所述集料箱下部敞口；所述截割装置包括螺旋钻头、减速箱以及与减速箱连接的直流电机；所述螺旋钻头安装于集料箱内，端部与设置于集料箱上的减速箱输出轴传动连接。
所述注水装置包括注水管、流量控制阀、注水泵以及控制器；所述注水管一端与螺旋钻头连接，另一端连接注水泵；所述流量控制阀设置于注水管上，与安装于注水泵上的控制器电连接，调节注水量。
所述输送装置包括进气管、输煤管以及气压泵，所述进气管一端与集料箱连通，另一端与气压泵排气口连通，获得负压；所述输煤管一端与集料箱连通，另一端通向地面。
优选的，所述螺旋钻头为三个，三个螺旋钻头上端轴上安装着齿数不等的齿轮，分别与减速箱输出轴上的齿轮相互啮合，并在减速箱的带动下差速转动。
优选的，所述注水装置还包括安装于螺旋钻头上、用于获取螺旋钻头转速的转速计，所述转速计与控制器电连接。
优选的，所述开采装置还包括用于清洁输煤管的清洁组件；所述清洁组件包括设置于输煤管管壁上的通孔以及套设于输煤管外的清洁水管；所述清洁水管与注水泵通过管道连通，其内部设置有注水通道；所述清洁水管内壁设置有与注水通道连通、数量与输煤管管壁上通孔数量一致的多个注水孔；导通注水孔与通孔，即可将高压水注入输煤管中，清洁输煤管。
优选的，所述注水管上设置有电磁换向阀，所述清洁水管上连接管道通过电磁换向阀与注水管连接。
优选的，所述注水通道为沿清洁水管纵向设置的多条，所述注水孔为对应注水通道设置的多组。
优选的，所述清洁组件还包括曲柄摇杆机构，所述曲柄摇杆机构包括曲柄和连杆；曲柄与减速箱输出轴连接，并在减速箱输出轴的带动下转动；连杆两端分别铰连接曲柄与清洁水管，在曲柄的转动下间接驱动清洁水管摆动；清洁水管位于初始位置时，注水孔与通孔错位，闭合注水通道；清洁输煤管时，减速箱驱动曲柄摇杆机构，带动清洁水管摆动，注水孔与通孔间歇性重合，导通注水通道。
优选的，所述清洁水管外轴向上均布多个超声波振荡器。
优选的，所述集料箱上部铰接爪形机械臂。
与现有技术相比，本发明公开的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置的优点是：
(1)本发明利用三个螺旋钻头之间的差速运动进行煤炭开采，煤炭粉碎程度更高。
(2)本发明通过设置注水系统，将固态煤与水混合，以实现煤炭的流态化开采，减少粉尘的产生的同时，更有利于深部煤层的开采。
(3)本发明通过设置气压泵，采用负压将煤水混合物吹出，提高了煤炭的运输效率。
(4)本发明采用井下全自动化开采的方式，无需人员下井操作，增强了生产安全性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明公开的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置的立体图。
图2为本发明公开的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置的主视图。
图3为本发明公开的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置的左视图。
图4为截割装置结构图。
图5为注水装置结构图。
图6为输送装置结构图。
图7为清洁组件立体图。
图8为清洁组件俯视图。
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
1-集料箱；2-螺旋钻头；3-减速箱；4-直流电机；5-注水装置；51-注水管；52-流量控制阀；53-注水泵；54-控制器；55-电磁换向阀；6-进气管；7-输煤管；71-通孔；8-气压泵；9-清洁组件；91-清洁水管；92-超声波振荡器；93-注水通道；94-注水孔；95-曲柄摇杆机构；951-曲柄；952-连杆；10-机械臂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图8示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其结构进行了详细的剖析。
如图1-3所示的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，包括下部敞口的集料箱1、截割装置、注水装置5、输送装置、清洁组件9、爪形机械臂10以及用于控制截割装置、注水装置5、输送装置以及清洁组件9进行相应操作的控制系统。
如图4所示，截割装置包括螺旋钻头2、减速箱3以及与减速箱2连接的直流电机4。螺旋钻头2安装于集料箱1内，端部与设置于集料箱1上的减速箱3输出轴传动连接。具体的，螺旋钻头2为三个，三个螺旋钻头2上端轴上安装着齿数不等的齿轮，分别与减速箱3输出轴上的齿轮相互啮合，并在减速箱3的带动下差速，进行煤炭开采。煤层除受到单个螺旋钻头2的截割作用外，还受到螺旋钻头2之间的剪切运动，煤炭粉碎得更彻底。
如图5所示，注水装置5包括注水管51、流量控制阀52、注水泵53、控制器54以及转速计。注水管51一端通过设置于减速箱3上的过孔71与螺旋钻头2连接，另一端连接注水泵53。因螺旋钻头2为三个，所以注水管51连接螺旋钻头2的一端分成三个支管，分别连接三个螺旋钻头2。流量控制阀52设置于注水管51上，与安装于注水泵53上的控制器54电连接，以根据需要调节注水量。转速计安装于螺旋钻头2上，用于获取螺旋钻头2的转速并传输至控制器54，以便于控制器54将转速换算为相应注水流量并加以控制。三个螺旋钻头2虽然是差速转动，但是他们的速度呈现一定比例，因此，具体实施中可选择将转速计安装于其中一个螺旋钻头2或者三个螺旋钻头2，效果相同。注水装置5的设置，将固态煤与水混合，以实现煤炭的流态化开采，减少粉尘的产生的同时，更有利于深部煤层的开采。
如图6所示，输送装置包括进气管6、输煤管7以及气压泵8，进气管6一端与集料箱1连通，另一端与气压泵8排气口连通，获得负压。输煤管7一端与集料箱1连通，另一端通向地面。利用空间的密闭性，气压泵8通过进气管6向集料箱1内通入高压气体，在集料箱1内遇到煤-水混合物的阻挡后，连同煤-水混合物一同从输煤管7中压出，实现煤-水混合物的运输。
如图7、8所示，清洁组件9用于清洗输煤管7，包括设置于输煤管7管壁上的通孔71、套设于输煤管7外的清洁水管91、用于连接清洁水管91与减速箱3的曲柄摇杆机构95以及超声波振荡器92。
清洁水管91管壁上沿其纵向延伸方向设置有十四条注水通道93，其内壁设置有与注水通道93连通且位置对应、用于导出注水通道93内水的十四组注水孔94。输煤管7管壁上设置的通孔71与注水孔94设置的数量与位置相对应，且为保证注水顺利，注水孔94稍大于通孔71。注水通道93一端通过管道与设置于注水管51上的电磁换向阀55连接，从而实现与注水泵53的连接，以获得高压水，另一端封闭。
曲柄摇杆机构95包括曲柄951和连杆952，曲柄951与减速箱3输出轴连接，并在减速箱3输出轴的带动下转动；连杆952两端分别铰连接曲柄951与清洁水管91，在曲柄951的转动下间接驱动清洁水管91摆动，使其上设置的注水孔94与输煤管7上的通孔71交错配合，来控制注水通道93的开闭，实现输煤管7的注水清洁。清洁水管91位于初始位置时，注水孔94与通孔71错位，闭合注水通道93。清洁输煤管7时，减速箱3驱动曲柄摇杆机构95，带动清洁水管91摆动，注水孔94与通孔71间歇性重合，导通注水通道93。
超声波振荡器92为沿清洁水管91轴向均布的多个，用于发出声波，并在管内水流的传播下，将附着在输煤管7内壁上的附着物震落，并在负压作用下从输煤管7流出，从而达到清洁输煤管7内壁，不使其发生堵塞的作用。
爪型机械臂10铰接于集料箱1上部，用于控制整个装置的移动和位姿调整，同时镇压集料箱1，使得集料箱1不至于在高载荷负压的作用下弹起，从而达到保持集料箱1内相对密封的目的。
本发明工作过程如下：
工作模式：接通电源后，直流电机4启动，通过减速箱3齿轮减速后带动三个螺旋钻头2开始转动。同时注水泵53开始工作，控制器54接收到安装于螺旋钻头2上的转速计的信号后，将电磁换向阀55调到工作档，同时利用流量控制阀52，调节水流流量到相应大小，经调节后的水经注水管51流入螺旋钻头2内，从螺旋钻头2内部的喷水通道喷出，使得煤炭粉末与水充分融合形成了煤-水混合物，充斥着集料箱1。然后，气压泵8催发的负压经过进气管6进入集料箱1内，受机械臂10的镇压作用，整个系统不会被气压所扰动，强大的负压将煤-水混合物压入输煤管7从另一端排出。
清洁模式：煤-水混合物长时间运输，会在螺旋钻头2、集料箱1内侧、输煤管7内壁上形成附着物，因此需要定时清洁。清洁模式下，保持气压泵8持续工作，控制器54将电磁换向阀55调至清洁档，水流通过管道进入清洁水管91的注水通道93内。此时，曲柄951在减速箱3的带动下开始旋转，并牵动连杆952摆动，带动清洁水管91转动，使清洁水管91内壁注水孔94与输煤管7上的通孔71从初始的交错状态转至相对贯通状态，高压水从注水通道93经注水孔94和通孔71涌进输煤管7内。安置在清洁水管91上的超声波振荡器92，发出声波，在管内水流的传播下，将附着在输煤管7内壁上的附着物震落，并随着负压流出，从而达到清洁输煤管7内壁，不使其发生堵塞的作用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，其特征在于，包括集料箱(1)、截割装置、注水装置(5)以及输送装置；所述集料箱(1)下部敞口；所述截割装置包括螺旋钻头(2)、减速箱(3)以及与减速箱(3)连接的直流电机(4)；所述螺旋钻头(2)安装于集料箱(1)内，端部与设置于集料箱(1)上的减速箱(3)输出轴传动连接；
所述注水装置(5)包括注水管(51)、流量控制阀(52)、注水泵(53)以及控制器(54)；所述注水管(51)一端与螺旋钻头(2)连接，另一端连接注水泵(53)；所述流量控制阀(52)设置于注水管(51)上，与安装于注水泵(53)上的控制器(54)电连接，调节注水量；
所述输送装置包括进气管(6)、输煤管(7)以及气压泵(8)，所述进气管(6)一端与集料箱(1)连通，另一端与气压泵(8)排气口连通，获得负压；所述输煤管(7)一端与集料箱(1)连通，另一端通向地面；
该开采装置还包括用于清洁输煤管(7)的清洁组件(9)；所述清洁组件(9)包括设置于输煤管(7)管壁上的通孔(71)以及套设于输煤管(7)外的清洁水管(91)；所述清洁水管(91)与注水泵(53)通过管道连通，其内部设置有注水通道(93)；所述清洁水管(91)内壁设置有与注水通道(93)连通、数量与输煤管(7)管壁上通孔数量一致的多个注水孔(94)；导通注水孔(94)与通孔(71)，即可将高压水注入输煤管(7)中，清洁输煤管(7)。
2.根据权利要求1所述的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，其特征在于，所述螺旋钻头(2)为三个，三个螺旋钻头(2)上端轴上安装着齿数不等的齿轮，分别与减速箱(3)输出轴上的齿轮相互啮合，并在减速箱(3)的带动下差速转动。
3.根据权利要求1所述的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，其特征在于，所述注水装置(5)还包括安装于螺旋钻头(2)上、用于获取螺旋钻头(2)转速的转速计，所述转速计与控制器(54)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，其特征在于，所述注水管(51)上设置有电磁换向阀(55)，所述清洁水管(91)上连接管道通过电磁换向阀(55)与注水管(51)连接。
5.根据权利要求4所述的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，其特征在于，所述注水通道(93)为沿清洁水管(91)纵向设置的多条，所述注水孔(94)为对应注水通道(93)设置的多组。
6.根据权利要求5所述的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，其特征在于，所述清洁组件(9)还包括曲柄摇杆机构(95)，所述曲柄摇杆机构(95)包括曲柄(951)和连杆(952)；曲柄(951)与减速箱(3)输出轴连接，并在减速箱(3)输出轴的带动下转动；连杆(952)两端分别铰连接曲柄(951)与清洁水管(91)，在曲柄(951)的转动下间接驱动清洁水管(91)摆动；
清洁水管(91)位于初始位置时，注水孔(94)与通孔(71)错位，闭合注水通道(93)；清洁输煤管(7)时，减速箱(3)驱动曲柄摇杆机构(95)，带动清洁水管(91)摆动，注水孔(94)与通孔(71)间歇性重合，导通注水通道(93)。
7.根据权利要求1或6所述的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，其特征在于，所述清洁水管(91)外轴向上均布多个超声波振荡器(92)。
8.根据权利要求1所述的一种深部煤层的煤炭自动化开采装置，其特征在于，所述集料箱(1)上部铰接爪形机械臂(10)。
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2020
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