CN113006785B - 一种高压水射流采煤机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压水射流采煤机及其控制方法，属于采煤技术领域。该采煤机包括：采煤机身，所述采煤机身在牵引部的驱动下移动；安装于所述采煤机身上的至少一个截割部，所述截割部包括：第一射流喷头与第二射流喷头，所述第一射流喷头与所述第二射流喷头的朝向垂直于采煤面；所述第一射流喷头在第一驱动装置的带动下沿第一方向移动，所述第二射流喷头在第二驱动装置的带动下沿第二方向移动，所述第一方向与所述第二方向相交设置；第三射流喷头，所述第三射流喷头的朝向与所述采煤面平行，所述第三射流喷头在第三驱动装置的带动下沿竖直方向移动。本发明解决了现有水切割采煤机结构复杂、可靠性较低的技术问题。

Description

一种高压水射流采煤机及其控制方法

技术领域

本发明涉及采煤领域，特别涉及一种高压水射流采煤机及其控制方法。

背景技术

综采工作面上割煤、落煤、装煤都是使用采煤机或刨煤机来实现。传统采煤机截割滚筒或刨煤机刨头通过电机驱动，滚筒或刨头上安装的截齿作用于煤体上，将煤从煤壁上破碎，并通过截割滚筒上的螺旋叶片将煤装到刮板输送机上。在截割过程中，截割阻力大，工作面会产生大量的粉尘，且割下的煤中块煤率不高，影响煤质。割煤过程中，滚筒截齿经常出现磨损情况，需更换，影响工作效率，增加了生产成本，带来了安全风险。高压水切割技术是近年来迅速发展的一种物料切割技术，随着技术的发展，物料切割的速度和切割能力不断提高。高压水切割具有高效、环保的特点，将高压水切割技术应用到综采工作面实现无尘采煤成为本领域的技术方向。

传统的水切割采煤机中，通常采用水力切割部与其他刚性切割机构配合实现煤块切割采煤，其导致机构复杂，可靠性降低。

发明内容

为此，本发明提出了一种完全通过高压射流实现煤块截割的高压水射流采煤机及其控制方法。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种高压水射流采煤机，其包括：采煤机身，所述采煤机身在牵引部的驱动下移动；安装于所述采煤机身上的至少一个截割部，所述截割部包括：第一射流喷头与第二射流喷头，所述第一射流喷头与所述第二射流喷头的朝向垂直于采煤面；所述第一射流喷头在第一驱动装置的带动下沿第一方向移动，所述第二射流喷头在第二驱动装置的带动下沿第二方向移动，所述第一方向与所述第二方向相交设置；第三射流喷头，所述第三射流喷头的朝向与所述采煤面平行，所述第三射流喷头在第三驱动装置的带动下沿竖直方向移动。

本发明的部分实施方式中，所述截割部还包括：固定于所述采煤机身的固定座；安装于所述固定座上的第一伸缩装置，所述第一伸缩装置的伸缩方向与所述采煤面垂直；安装于所述第一伸缩装置上导轨部，所述导轨部用于安装所述第一射流喷头、第二射流喷头以及所述第三射流喷头。

本发明的部分实施方式中，所述导轨部包括第一导轨，所述第一导轨沿竖直方向延伸，所述第一射流喷头安装于所述第一导轨上。

本发明的部分实施方式中，所述导轨部包括第二导轨与第三导轨，所述第二导轨与所述第一导轨平行设置，所述第三导轨安装于所述第二导轨上并沿平行于采集面的水平方向延伸，所述第二射流喷头安装于所述第三导轨上。

本发明的部分实施方式中，所述导轨部包括第四导轨与第五导轨，所述第四导轨与所述第一导轨平行设置，所述第五导轨安装于所述第四导轨上并沿垂直于采集面的水平方向延伸，所述第三射流喷头安装于所述第五导轨上。

本发明的部分实施方式中，所述第一导轨和/或第三导轨上设置第一测距传感器，所述第五导轨上设置第二测距传感器。

本发明的部分实施方式中，还包括收集部，所述收集部包括：固定于所述采煤机身上的支撑座；以及连接于所述支撑座上并间隔设置的两个耙爪，两个耙爪分别通过耙爪驱动装置驱动，所述耙爪驱动装置驱动所述耙爪转动将位于两者之间的煤块转移至运输槽内。

本发明同时公开一种采用上述高压水射流采煤机的控制方法，其包括：控制牵引部使所述采煤机身沿第一行进方向进行步进式移动，在所述采煤机身沿第一行进方向进行过程中，在所述采煤机身停止的状态下控制所述第一驱动装置启动使第一射流喷头沿第一方向移动；控制所述第二驱动装置启动使第二射流喷头沿第二方向移动；控制牵引部使所述采煤机身沿第一行进方向或第二行进方向进行连续移动，所述第二行进方向与所述第一行进方向相反；在所述采煤机身沿第一行进方向或第二行进方向进行过程中，控制所述第三驱动装置启动使第三射流喷头沿竖直方向移动。

本发明的部分实施方式中，在所述牵引部驱动所述采煤机身行进前，控制第一伸缩装置移动使所述第一射流喷头与采煤面的距离小于第一设定值；所述第二射流喷头与采煤面的距离小于第二设定值。

本发明的部分实施方式中，控制所述第三驱动装置与耙爪驱动装置同时启动。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

本发明提供的高压水射流采煤机中，包括三个射流喷头，其中，第一射流喷头与第二射流喷头的朝向垂直于采煤面，两个射流喷头沿第一方向与第二方向移动，实现了采煤面两个方向的截割，还包括一个朝向平行于采煤面的第三射流喷头，第三射流喷头沿竖直方向移动以将通过第一射流喷头和第二射流喷头切开的煤壁最终从煤体上切割下来。整个切割过程全部采用高压射流实现水切割，实现了无尘切割采煤，结构简单，可靠性较高。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:

图1为本发明高压水射流采煤机的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明高压水射流采煤机中截割部的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明高压水射流采煤机中收集部的一种具体实施方式的结构示意图；

图4为本发明高压水射流采煤机中截割部的另一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示为本发明的高压水射流采煤机的一种具体实施方式，其包括：采煤机身10，用于牵引所述采煤机身10沿采煤工作面行走的牵引部20以及安装于所述采煤机身10上的至少一个截割部30，所述截割部30用于截割采煤面以实现采煤。具体地，为了提高截割效率，所述采煤机身10上设置两个或更多所述截割部30。

其中，如图2所示，所述截割部30包括：第一射流喷头301、第二射流喷头302以及第三射流喷头303，所述第一射流喷头301与所述第二射流喷头302的朝向垂直于采煤面；所述第一射流喷头301在第一驱动装置的带动下沿第一方向移动，所述第二射流喷头302在第二驱动装置的带动下沿第二方向移动，所述第一方向与所述第二方向相交设置；所述第三射流喷头303的朝向与所述采煤面平行，所述第三射流喷头303在第三驱动装置的带动下沿竖直方向移动。

本发明中所述的采煤面是指位于综采工作面内竖向设置的煤壁，所述采煤机在行进过程中通过截割部30对煤壁上的煤块进行截割，以实现采煤。

上述采煤机中，包括三个射流喷头，其中，第一射流喷头301与第二射流喷头302的朝向垂直于采煤面，两个射流喷头沿第一方向与第二方向移动，实现了采煤面两个方向的截割，所述第三射流喷头303的朝向平行于采煤面，第三射流喷头303沿竖直方向移动以将通过第一射流喷头301和第二射流喷头302切开的煤壁最终从煤体上切割下来。整个切割过程均采用高压射流实现水切割，实现了无尘采煤。

具体地，一种实施方式中，如图2所示，所述截割部30还包括固定于所述采煤机身10的固定座304以及安装于所述固定座304上的第一伸缩装置305，所述第一伸缩装置305的伸缩方向与所述采煤面垂直；所述第一伸缩装置305上设置有导轨部，所述导轨部用于安装所述第一射流喷头301、第二射流喷头302以及所述第三射流喷头303。更具体地，所述第一伸缩装置305在液压驱动机构的作用下向接近所述采煤面的方向或远离所述采煤面的方向运动以使所述第一射流喷头301、第二射流喷头302与所述采煤面的间距达到水切割的设定间距内，以提高所述第一射流喷头301、第二射流喷头302的切割效果。

具体地，一种实施方式中，所述导轨部包括第一导轨306，所述第一导轨306沿竖直方向延伸，所述第一射流喷头301可滑动地安装于所述第一导轨306上，所述第一驱动装置为直线电机，其驱动所述第一射流喷头301沿所述第一导轨306滑动，实现采煤面的纵向切割。

具体地，一种实施方式中，所述导轨部包括第二导轨307与第三导轨308，所述第二导轨307与所述第一导轨306平行设置，所述第三导轨308可滑动地安装于所述第二导轨307上并沿平行于采集面的水平方向延伸，所述第二射流喷头302可滑动地安装于所述第三导轨308上。其中，所述第二驱动装置为直线电机，所述第二射流喷头302在第二驱动装置的驱动下可沿所述第三导轨308滑动，实现了采煤面的横向切割；并且，由于第三导轨308可滑动地安装于所述第二导轨307上，第三导轨308沿所述第二导轨307移动，使第二射流喷头302切割采煤面的不同位置的横断面，最终使采煤面形成若干条横向切割槽。

具体地，一种实施方式中，所述导轨部包括第四导轨309与第五导轨310，所述第四导轨309与所述第一导轨306平行设置，所述第五导轨310滑动安装于所述第四导轨309上并沿垂直于采集面的水平方向延伸，所述第三射流喷头303安装于所述第五导轨310上。所述第三驱动装置为直线电机，所述第三射流喷头303在所述第三驱动装置的驱动下沿所述第五导轨310滑动，以使第三射流喷头303移动至设定煤壁厚度处，所述第五导轨310沿所述第四导轨309滑动，带动所述第三射流喷头303沿竖直方向移动以从采煤面的侧壁处将煤块切割下来。

由于通过高压射流喷头切割的方式需要使喷头与其切割面保持合适的距离，因此，一种实施方式中，所述第一导轨306上设置第一测距传感器，由于所述第一射流喷头301与所述第二射流喷头302相对采煤面的距离相等或较为接近，因此，根据所述第一测距传感器的检测可以获得所述第一射流喷头301或第二射流喷头302的最佳位置，保证其切割效果。同样地，所述第五导轨310上设置第二测距传感器，第二测距传感器用于检测第三射流喷头303与煤壁的距离，保证其切割效果。

所述第一测距传感器、第二测距传感器采用激光传感器实现测距。

具体地，如图3所示，所述采煤机还包括用于将切割后的煤体收集至运输槽的收集部40，所述收集部40包括：固定于所述采煤机身10上的支撑座401以及连接于所述支撑座401上并间隔设置的两个耙爪402，两个耙爪402分别通过耙爪驱动装置驱动，所述耙爪驱动装置驱动所述耙爪402反向转动将位于两者之间的煤块转移至所述运输槽内，最终通过刮板链将煤块移动至刮板输送机上。更具体地，所述支撑座401包括支撑底座401a以及与支撑底座401a垂直设置的支撑侧壁401b，所述支撑侧壁401b安装于所述采煤机身10上，所述耙爪402安装于所述支撑底座401a上，两个所述耙爪402的转动方向相反，位于两者之间的煤块在耙爪402的带动下移动至运输槽内。

具体地，所述牵引部20用于牵引采煤机身10沿着工作面往复运动，进而带动截割部30沿着第一行进方向或第二行进方向运动。牵引行走部通过牵引链轮与中部槽上的销轨啮合，驱动采煤机在刮板输送机中部槽上运动。

所述采煤机还包括高压供水系统，所述高压供水系统用于为截割部30提供超高压液体，主要包括进水调节箱、进水过滤器、超高压泵、超高压管路等部分组成。工作面使用的矿井水经过进水过滤器后进入进水调节箱，进水调节箱中具有水位保护功能，根据水位情况自动开启、关闭进水阀。进水调节箱中的液体经过管路进入超高压泵，通过泵输出压力大于等于40MPa的超高压液体，然后通过超高压管路和喷射头，对煤壁进行切割。具体地，所述高压供水系统安装于所述采煤机身10内部。

所述采煤机还包括电控系统，电控系统是整个设备的控制核心，主要用于控制牵引部20的行走电机、耙爪驱动装置、泵电机及截割部30的各个射流喷头的行走电机的运行，具备过载、短路、缺项等各类保护功能，可与液压支架实现联动，可设置牵引速度、截割速度、煤块大小等参数，同时具有自诊断功能，设备故障后可快速知道故障点及故障原因，并能给出故障排除方法。

实施例2

采用上述实施例1的高压水射流采煤机的控制方法，其包括：

控制牵引部20使所述采煤机身10沿第一行进方向进行步进式移动；在所述采煤机身10沿第一行进方向进行过程中，在所述采煤机身10停止的状态下控制所述第一驱动装置启动使第一射流喷头301沿第一方向移动；控制所述第二驱动装置启动使第二射流喷头302沿第二方向移动；

控制牵引部20使所述采煤机身10沿第一行进方向或第二行进方向进行连续移动，所述第二行进方向与所述第一行进方向相反；在所述采煤机身10沿第一行进方向或第二行进方向进行过程中，控制所述第三驱动装置启动使第三射流喷头303沿竖直移动。

通过采煤机身10的步进式移动，使采煤机身10在停止与移动之间转换，采煤机身10停止状态时使第一射流喷头301沿第一方向移动，例如，第一射流喷头301沿竖直方向移动以使其对采煤面的竖直方向切割，同时，所述第二射流喷头302沿第二方向移动，例如，第二射流喷头302沿水平移动以使其对采煤面进行横向切割；通过多次步进式移动，将采煤面截割成若干煤块。此时，控制牵引部20使所述采煤机身10沿第一行进方向或第二行进方向行进，并在行进过程中，控制第三射流喷头303沿竖直方向移动以从采煤面的侧面将煤块完全切割下来。

为了使第一射流喷头301和第二射流喷头302的割煤效果更好，在所述牵引部20驱动采煤机身10行进前，控制第一伸缩装置305移动使所述第一射流喷头301与采煤面的距离小于第一设定值；所述第二射流喷头302与采煤面的距离小于第二设定值。其中，所述第一设定值与所述第二设定值根据第一射流喷头301与第二射流喷头302的喷射压力可以相等或不相等。

为了使采煤面上沿第二方向形成若干道切割槽以使第三射流喷头303更容易将煤块切割下来；控制所述牵引部20使采煤机身10沿第一行进方向从采煤起始端到采煤终止端进行步进式移动后，控制所述第三导轨308沿所述第二导轨307移动设定距离后，继续控制牵引部20使采煤机身10沿第二行进方向从采煤终止端到采煤起始端进行步进式移动；再次控制所述第三导轨308沿所述第二导轨307移动设定距离后，控制所述牵引部20使采煤机身10沿第一行进方向从采煤起始端到采煤终止端进行步进式移动，以此往复，将采煤面切割成矩阵状；这样，当第三射流喷头303喷射高压水进行切割时，划分为若干小块的采煤面较容易地被切割下来。

具体地，一种实施方式中，控制所述第三驱动装置与耙爪驱动装置同时启动，使被切割下来的煤块直接通过耙爪402输送至运输槽中，最终通过刮板链将煤块输送至刮板输送机上。

实施例3

如图4所示为本发明的采煤机的另一种具体实施方式，其中，采煤机的结构与实施例1的结构基本相同，区别在于：本实施方式中，所述第二射流喷头302沿所述采煤面的纵向设置多个。即，所述第二导轨307上设置多组平行设置的所述第三导轨308，每个所述第三导轨308上安装有第二射流喷头302。工作时，若干第二射流喷头302同时工作，加快煤块切割效率，同时，通过控制各个所述第三导轨309的位置可以控制切割煤块大小。

实施例4

采用上述实施例3的高压水射流采煤机的控制方法，其包括：

控制牵引部20使所述采煤机身10沿第一行进方向进行步进式移动；在所述采煤机身10沿第一行进方向进行过程中，在所述采煤机身10停止的状态下控制所述第一驱动装置启动使第一射流喷头301沿第一方向移动；控制所述第二驱动装置启动使第二射流喷头302沿第二方向移动；

控制牵引部20使所述采煤机身10沿第二行进方向进行连续移动，所述第二行进方向与所述第一行进方向相反；在所述采煤机身10沿第二行进方向进行过程中，控制所述第三驱动装置启动使第三射流喷头303沿竖直移动。

本实施例通过采煤机身10的步进式移动，使采煤机身10在停止与移动之间转换，采煤机身10停止状态时使第一射流喷头301沿第一方向移动，例如，第一射流喷头301沿竖直方向移动以使其对采煤面的竖直方向切割，同时，多个所述第二射流喷头302沿第二方向移动，例如，第二射流喷头302沿水平移动以使其对采煤面进行横向切割；通过多次步进式移动，使截割部从从采煤起始端到采煤终止端将采煤面截割成若干煤块。控制牵引部20使所述采煤机身10沿第二行进方向从采煤终止端到采煤起始端行进，并在行进过程中，控制第三射流喷头303沿竖直方向移动以从采煤面的侧面将煤块完全切割下来。

为了使第一射流喷头301和第二射流喷头302的割煤效果更好，在所述牵引部20驱动采煤机身10行进前，控制第一伸缩装置305移动使所述第一射流喷头301与采煤面的距离小于第一设定值；所述第二射流喷头302与采煤面的距离小于第二设定值。其中，所述第一设定值与所述第二设定值根据第一射流喷头301与第二射流喷头302的喷射压力可以相等或不相等。

在所述牵引部20驱动采煤机身10行进前，调节若干所述第三导轨308的位置使相邻第三导轨308之间的距离大致相等；这样，使煤块的大小基本保持一致。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种高压水射流采煤机，其特征在于，其包括：

采煤机身，所述采煤机身在牵引部的驱动下移动；

安装于所述采煤机身上的至少一个截割部，所述截割部包括：

第一射流喷头与第二射流喷头，所述第一射流喷头与所述第二射流喷头的朝向垂直于采煤面；所述第一射流喷头在第一驱动装置的带动下沿第一方向移动，所述第二射流喷头在第二驱动装置的带动下沿第二方向移动，所述第一方向与所述第二方向相交设置；

第三射流喷头，所述第三射流喷头的朝向与所述采煤面平行，所述第三射流喷头在第三驱动装置的带动下沿竖直方向移动；所述截割部还包括：

固定于所述采煤机身的固定座；

安装于所述固定座上的第一伸缩装置，所述第一伸缩装置的伸缩方向与所述采煤面垂直；

安装于所述第一伸缩装置上导轨部，所述导轨部用于安装所述第一射流喷头、第二射流喷头以及所述第三射流喷头；

所述导轨部包括第一导轨，所述第一导轨沿竖直方向延伸，所述第一射流喷头安装于所述第一导轨上；

所述导轨部包括第二导轨与第三导轨，所述第二导轨与所述第一导轨平行设置，所述第三导轨安装于所述第二导轨上并沿平行于采集面的水平方向延伸，所述第二射流喷头安装于所述第三导轨上；

所述导轨部包括第四导轨与第五导轨，所述第四导轨与所述第一导轨平行设置，所述第五导轨安装于所述第四导轨上并沿垂直于采集面的水平方向延伸，所述第三射流喷头安装于所述第五导轨上；

所述第一导轨和/或第三导轨上设置第一测距传感器，所述第五导轨上设置第二测距传感器；根据第一测距传感器及第二测距传感器的检测信号控制第一伸缩装置移动使所述第一射流喷头与采煤面的距离小于第一设定值；所述第二射流喷头与采煤面的距离小于第二设定值。

2.根据权利要求1所述的一种高压水射流采煤机，其特征在于，还包括收集部，所述收集部包括：

固定于所述采煤机身上的支撑座；

以及连接于所述支撑座上并间隔设置的两个耙爪，两个耙爪分别通过耙爪驱动装置驱动，所述耙爪驱动装置驱动所述耙爪转动将位于两者之间的煤块转移至运输槽内。

3.一种采用权利要求1或2所述高压水射流采煤机的控制方法，其特征在于，其包括：

控制牵引部使采煤机身沿第一行进方向进行步进式移动，在所述采煤机身沿第一行进方向进行过程中，在所述采煤机身停止的状态下控制所述第一驱动装置启动使第一射流喷头沿第一方向移动；控制所述第二驱动装置启动使第二射流喷头沿第二方向移动；

控制牵引部使所述采煤机身沿第一行进方向或第二行进方向进行连续移动，所述第二行进方向与所述第一行进方向相反；在所述采煤机身沿第一行进方向或第二行进方向进行过程中，控制所述第三驱动装置启动使第三射流喷头沿竖直方向移动；

在所述牵引部驱动所述采煤机身行进前，控制第一伸缩装置移动使所述第一射流喷头与采煤面的距离小于第一设定值；所述第二射流喷头与采煤面的距离小于第二设定值。

4.根据权利要求3所述高压水射流采煤机的控制方法，其特征在于，控制所述第三驱动装置与耙爪驱动装置同时启动。