CN113202547B - 一种井下自动化可调节安全防护车及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种井下自动化可调节安全防护车及其使用方法，所述结构包括可调节高度撑杆、减震器、柔性防护顶棚、动力装置、车轮、后轮缓冲器、动力连接杆、U型钢架、方向转换器、可调节长度横杆、U型钢架固定杆、液压车架、螺纹旋钮、导线、控制器和动力装置固定体。本发明采用节点连接式的结构，不占用大量工作空间，大大节省矿山的安全防护成本，并且结合大功率电机与齿轮传动结构，为整个装置赋予了能够自由移动的动力，同时，本安全防护车配备了全地形液压车架，能够通过调节杆件上的螺纹旋钮来进行防护车大小的调节，同时液压支撑杆能够进行自由伸缩活动，保证了此防护装置能够更好的适应井下的复杂路况的工作环境。
Description
技术领域
本发明属于矿山井下钻采安全防护技术领域，具体涉及一种井下自动化可调节安全防护车及其使用方法。
背景技术
在矿山资源开采过程中，冒顶片帮事故是井下高发性安全事故之一，特别是在逐步迈向深部采矿以后，高地应力的环境让顶部岩石更加破碎，在井下掘进过程中，钻孔爆破作业产生的振动，极易导致岩体内部的裂隙进一步延伸发展，岩石发生离层现象，在持续振动的作用下，与上部岩体发生脱离，从而演变成冒顶片帮事故。这一施工技术大大增加了井下发生冒顶片帮事故的风险，严重威胁着井下施工技术人员的生命健康安全，因而需要对这一情形进行针对性的研究和防范，避免意外的发生，给矿山造成不可挽回的人员和财产损失。经过多年的研究发展，目前在防范钻爆施工过程中发生冒顶片帮事故的方法主要包括：专利CN208010373U防冒顶安全棚；专利CN104060028A一种安全棚；专利CN211060759一种矿石爆破用安全棚；专利CN109026087A一种简易型煤矿防冒顶装置。上述研究成果虽然可以对矿山井下技术人员进行一定的防护，但仍普遍存在以下问题：(1)上述防护装置均需要采用大量金属材料进行组装完成，整个装置耗费成本高且占据大量工作空间；(2)上述装置无法实现自由移动，若需更换工作地点，则需重新进行拆装组合，耗时费力；(3)上述装置并没有对矿山凿岩爆破这一技术工作进行针对性的防护，需要对此类现象进行针对性的研究。鉴于此，非常有必要设计一种能够进行自由移动，适应环境能力强、组装简单、成本低且能够对矿山凿岩爆破工作进行针对性防护的防冒顶装置。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种井下自动化可调节安全防护车及其使用方法，旨在解决以下问题：
克服现有的矿山井下安全棚等防护装置无法进行自由移动，适应环境能力差、装置耗费成本高且占据大量工作空间以及拆装耗时费力等弊端。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，包括可调节高度撑杆、可调节长度横杆、减震器、柔性防护顶棚、动力装置、车轮、后轮缓冲器、动力连接杆、U型钢架、U型钢架固定杆、液压车架、螺纹旋钮、导线、控制器和动力装置固定体，其中，相向设置的可调节长度横杆和相向设置的U型钢架固定杆构成防护车的底盘骨架结构，可调节高度撑杆安设于底盘骨架结构上，柔性防护顶棚固定于可调节高度撑杆上端部，U型钢架固定于U型钢架固定杆上，所述后轮缓冲器通过螺母固定于一侧U型钢架的下端，所述动力装置主要包括大功率电机、齿轮和壳体，壳体一端与动力连接杆活动连接，动力连接杆可在壳体中自由转动，另一端通过动力装置固定体固定于上部U型钢架上，所述动力连接杆通过轴承与后轮缓冲器相连，并在动力连接杆两端安装后车轮，所述动力连接杆在中部设置有固定齿轮，与大功率电机端部的齿轮相配合，当电机转动时，带动动力连接杆转动，所述液压车架固定于动力装置相对侧的U型钢架上，所述液压车架包括方向转换器、液压支撑杆和车轮固定架，在两侧的方向转换器上安装前车轮。
进一步地，其中大功率电机通过导线与外部控制器相连，控制器与外部电源相连，控制器设置有前进、关闭和后退档位，技术人员可以通过控制器来控制安全防护车的移动状态。
进一步地，所述可调节高度撑杆有四根，每根撑杆可分为三节，从上往下分别为第一节、第二节和第三节，其中在第一节和第二节之间安装有减震器，用于在上部有冒顶片帮现象发生时，可以对落下的石块进行一定程度的缓冲作用，降低石块的冲击对装置的损害，第二节和第三节直径不同，其中第二节直径比第三节直径略大，可以将第三节撑杆收入第二节撑杆中，在第二节撑杆的下端部设有螺纹旋钮，用于控制第三节撑杆裸露出第二节撑杆的长度。
进一步地，所述柔性防护顶棚采用柔性网做顶棚材料，柔性网具有一定弹性，能够在外力的作用下发生一定程度的拉伸，且其抗冲击作用比较好，能够承载较大体积落石的冲击。
进一步地，所述可调节长度横杆包括相向设置的两根，每根分为两节，可以根据实际需要，进行拉伸和收缩。
进一步地，所述U型钢架固定杆包括相向设置的两根，每根分为三节，U型钢架固定在中间一节，可以根据实际需要，进行拉伸和收缩，用于控制此装置的宽度大小。
进一步地，所述车轮固定架固定于U型钢架上，包括两根固定横杆六、以及安设于固定横杆六两端上的固定横杆五和四个U形连杆，U形连杆以上下分布的形式分别安设于U型钢架两侧，下部的U形连杆通过中间开有圆孔的模块分别固定于U形钢架上，上部的U形连杆也通过中间开有圆孔的模块分别固定于固定横杆六上，液压支撑杆一端固定于下部的U形连杆上，一端通过两个中间开有圆孔的模块固定于固定横杆五上，其中U形连杆和液压支撑杆与模块相连的端部固定有圆杆，圆杆直径与圆孔直径相同，圆杆两端分别穿过两个模块，与下部U形连杆连接的模块固定在U形钢架上，与上部U形连杆连接的模块固定在固定横杆六，与液压支撑杆连接的模块固定在固定横杆五上，圆杆可以在圆孔中自由转动，在U形连杆中部连接方向转换器，车轮固定架可以绕圆杆为轴上下转动，保证了整个安全防护车能够在不平整的路面上保持平衡，液压支撑杆可以根据复杂地形的需要，进行拉伸与压缩，保证整个装置能在保持平衡的状态下在不平整的道路上持续运动。
进一步地，所述方向转换器由轮盘、固定横杆一、固定横杆二、固定横杆三、固定横杆四、螺栓和螺母构成，固定横杆一一端固定在轮盘上，另一端与固定横杆三连接，固定横杆三固定在车轮固定架上的上部U形连杆上，固定横杆二一端固定在轮盘上，另一端与固定横杆四连接，固定横杆四固定在车轮固定架上的下部U形连杆上，其中，固定横杆一、三连接处以及固定横杆二、四的连接处均开有直径相同的圆孔，用于放置螺栓，并通过螺母固定，使得固定于方向转换器上的车轮可以以螺栓为中心轴小范围前后摆动，用于控制装置的移动方向。
一种井下自动化可调节安全防护车的使用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：在井下需要进行钻孔掘进的巷道选择合适的位置，将防护装置的杆件材料准备好，准备进行组装；
步骤2：将动力连接杆安装到动力装置上，然后将两个后轮缓冲器穿过轴承装进动力连接杆上，并将后轮缓冲器通过螺母固定于U型钢架上，将车轮安装于动力连接杆的两端；
步骤3：将两根可调节长度横杆依次安装到两根U型钢架固定杆的两端，使其作为连接杆连接位于前轮的液压车架以及后轮的动力装置结构，至此完成了防护装置底盘骨架结构的组装；
步骤4：将柔性顶棚四角分别固定在可调节高度撑杆的上端部，并进行调试，保证使其能够自由展开与收拢，将可调节高度撑杆的下端部安装进位于四个角上的杆件连接器中固定；
步骤5：根据巷道的高度、宽度和钻孔施工技术的实际需求，调节装置上的螺纹旋钮，确定适合施工技术人员的工作高度和宽度；
步骤6：在一个钻孔施工工序完成之后，技术人员可以通过控制器来操控防护装置的前进和后退等移动状态，使防护装置能够持续的进行工作。
有益效果
与现有研究成果相比，本发明具有如下有益效果：
(1)采用节点连接式的结构，整个装置可以通过单独的杆件组装而成，不占用大量工作空间，另外有利于施工技术人员对组装材料的搬运，大大减轻了工人的工作负担。
(2)整个防护装置采用非常少量的杆件组装而成，相较于已有的防护装置需要大量的金属材料，此装置大大降低了矿山的安全防护成本。
(3)采用自动化的设计理念，结合大功率电机与齿轮传动结构，为整个装置赋予了源源不断的动力，并可以通过控制器来操控装置的自由移动方向，使其能够随时跟上施工技术人员的工作进度，大大节省了时间成本和人工成本。
(4)采用了多段联结式的杆件结构，每个杆件分为二到三段，并设置有一个或两个螺纹旋钮，可以通过螺纹旋钮来控制杆件的长度，从而控制整个防护装置的高度与宽度等尺寸，整个防护装置可以灵活调节尺寸大小，使其能够适应不同的工作空间，应用范围更广。
(5)装置采用了液压车架的结构设计，使其能够在不平整的道路环境中运动时，通过车架上的液压结构伸缩状态的改变，仍然能够保持整个防护装置的平衡，增强了整个装置对于井下复杂工作环境的适应性。
附图说明
图1为本发明提供的一种井下自动化可调节安全防护车整体结构示意图；
图2为本发明提供的柔性顶棚结构示意图；
图3为本发明提供的可调节撑杆与减震器组合结构示意图；
图4为本发明提供的可调节撑杆第二节与第三节连接结构图；
图5为本发明提供的动力部分局部结构示意图；
图6为本发明提供的前轮液压车架局部结构示意图；
图7为本发明提供的方向转换器结构示意图；
图8为本发明提供的工作效果示意图。
其中：1-柔性顶棚；2-可调节高度撑杆；3-减震器；4-螺纹旋钮；5-动力装置；6-后轮缓冲器；7-U型钢架；8-动力连接杆；9-车轮；10-轴承；11-U型钢架固定杆；12-可调节长度横杆；13-液压支撑杆；14-轮盘；15-固定横杆一；16-固定横杆二；17-固定横杆三；18-固定横杆四；19-螺栓；20-螺母；21-U形连杆；22-固定横杆五；23-模块；24-圆杆；25-固定横杆六；26-导线；27-控制器；28-动力装置固定体。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
参见图1-7，本实例提供的一种井下自动化可调节安全防护车，包括可调节高度撑杆2、可调节长度横杆12、减震器3、柔性防护顶棚1、动力装置5、车轮9、后轮缓冲器6、动力连接杆8、U型钢架7、U型钢架固定杆11、液压车架、螺纹旋钮4、导线26、控制器27和动力装置固定体28，其中，相向设置的可调节长度横杆12和相向设置的U型钢架固定杆11构成防护车的底盘骨架结构，可调节高度撑杆2安设于底盘骨架结构上，柔性防护顶棚1固定于可调节高度撑杆2上端部，U型钢架7固定于U型钢架固定杆11上，所述后轮缓冲器6通过螺母固定于一侧U型钢架7的下端，用于后轮在复杂地形中运动时加以简单缓冲，所述动力装置5主要包括大功率电机、齿轮和壳体，壳体一端与动力连接杆8活动连接，动力连接杆8可在壳体中自由转动，另一端通过动力装置固定体28固定于上部U型钢架7上，所述动力连接杆8通过轴承10与后轮缓冲器6相连，并在动力连接杆8两端安装后车轮9，所述动力连接杆8在中部设置有固定齿轮，与大功率电机端部的齿轮相配合，当电机转动时，带动动力连接杆8转动，从而给整个安全防护车自由移动的动力，其中大功率电机通过导线26与外部控制器27相连，控制器27与外部电源相连，控制器27设置有前进、关闭和后退档位，技术人员可以通过控制器27来控制安全防护车的移动状态，所述液压车架固定于动力装置5相对侧的U型钢架7上，所述液压车架包括方向转换器、液压支撑杆13和车轮固定架，在两侧的方向转换器上安装前车轮9。
进一步地，所述可调节高度撑杆2有四根，每根撑杆可分为三节，从上往下分别为第一节、第二节和第三节，其中在第一节和第二节之间安装有减震器3，用于在上部有冒顶片帮现象发生时，可以对落下的石块进行一定程度的缓冲作用，降低石块的冲击对装置的损害，第二节和第三节直径不同，其中第二节直径比第三节直径略大，可以将第三节撑杆收入第二节撑杆中，在第二节撑杆的下端部设有螺纹旋钮4，用于控制第三节撑杆裸露出第二节撑杆的长度。
进一步地，所述柔性防护顶棚1采用柔性网做顶棚材料，柔性网具有一定弹性，能够在外力的作用下发生一定程度的拉伸，且其抗冲击作用比较好，能够承载较大体积落石的冲击。
进一步地，所述可调节长度横杆12包括相向设置的两根，每根分为两节，可以根据实际需要，进行拉伸和收缩。
进一步地，所述U型钢架固定杆11包括相向设置的两根，每根分为三节，U型钢架7固定在中间一节，可以根据实际需要，进行拉伸和收缩，用于控制此装置的宽度大小。
进一步的，车轮固定架固定于U型钢架7上，包括两根固定横杆六25、以及安设于固定横杆六两端上的固定横杆五22和四个U形连杆21，U形连杆21以上下分布的形式分别安设于U型钢架7两侧，下部的U形连杆21通过中间开有圆孔的模块23分别固定于U形钢架7上，上部的U形连杆21也通过中间开有圆孔的模块23分别固定于固定横杆六上，液压支撑杆13一端固定于下部的U形连杆21上，一端通过两个中间开有圆孔的模块23固定于固定横杆五上，其中U形连杆21和液压支撑杆13与模块23相连的端部固定有圆杆24，圆杆直径与圆孔直径相同，圆杆两端分别穿过两个模块，与下部U形连杆21连接的模块23固定在U形钢架7上，与上部U形连杆21连接的模块23固定在固定横杆六25，与液压支撑杆13连接的模块23固定在固定横杆五22上，圆杆可以在圆孔中自由转动，在U形连杆中部连接方向转换器，车轮固定架可以绕圆杆为轴上下转动，保证了整个安全防护车能够在不平整的路面上保持平衡。而液压支撑杆可以根据复杂地形的需要，进行拉伸与压缩，保证整个装置能在保持平衡的状态下在不平整的道路上持续运动。
其中，方向转换器由轮盘14、固定横杆一15、固定横杆二16、固定横杆三17、固定横杆四18、螺栓19和螺母20构成，固定横杆一15一端固定在轮盘14上，另一端与固定横杆三17连接，固定横杆三固定在车轮固定架上的上部U形连杆21上，固定横杆二16一端固定在轮盘14上，另一端与固定横杆四18连接，固定横杆四固定在车轮固定架上的下部U形连杆21上，其中，固定横杆一、三连接处以及固定横杆二、四的连接处均开有直径相同的圆孔，用于放置螺栓19，并通过螺母20固定，使得固定于方向转换器上的车轮可以以螺栓19为中心轴小范围前后摆动，用于控制装置的移动方向。
实施例2
本实施例提供了一种实施例1中的一种井下自动化可调节安全防护车的使用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：在井下需要进行钻孔掘进的巷道选择合适的位置，将防护装置的杆件材料准备好，准备进行组装；
步骤2：将动力连接杆8安装到动力装置5上，然后将两个后轮缓冲器6通过轴承10装进动力连接杆上，并将后轮缓冲器通过螺母固定于U型钢架上，将车轮安装于动力连接杆的两端；
步骤3：将两根可调节长度横杆依次安装到两根U型钢架固定杆的两端，使其作为连接杆连接位于前轮的液压车架以及后轮的动力装置结构，至此完成了防护装置底盘骨架结构的组装；
步骤4：将柔性顶棚四角分别固定在可调节高度撑杆的上端部，并进行调试，保证使其能够自由展开与收拢，将可调节高度撑杆的下端部安装进位于四个角上的杆件连接器中固定；
步骤5：根据巷道的高度、宽度和钻孔施工技术的实际需求，调节装置上的螺纹旋钮，确定适合施工技术人员的工作高度和宽度；
步骤6：在一个钻孔施工工序完成之后，技术人员可以通过控制器来操控防护装置的前进和后退等移动状态，使防护装置能够持续的进行工作。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而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。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申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 (9)
1.一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，包括可调节高度撑杆、可调节长度横杆、减震器、柔性防护顶棚、动力装置、车轮、后轮缓冲器、动力连接杆、U型钢架、U型钢架固定杆、液压车架、螺纹旋钮、导线、控制器和动力装置固定体，其中，相向设置的可调节长度横杆和相向设置的U型钢架固定杆构成防护车的底盘骨架结构，可调节高度撑杆安设于底盘骨架结构上，柔性防护顶棚固定于可调节高度撑杆上端部，U型钢架固定于U型钢架固定杆上，所述后轮缓冲器通过螺母固定于一侧U型钢架的下端，所述动力装置主要包括大功率电机、齿轮和壳体，壳体一端与动力连接杆活动连接，动力连接杆可在壳体中自由转动，另一端通过动力装置固定体固定于上部U型钢架上，所述动力连接杆通过轴承与后轮缓冲器相连，并在动力连接杆两端安装后车轮，所述动力连接杆在中部设置有固定齿轮，与大功率电机端部的齿轮相配合，当电机转动时，带动动力连接杆转动，所述液压车架固定于动力装置相对侧的U型钢架上，所述液压车架包括方向转换器、液压支撑杆和车轮固定架，在两侧的方向转换器上安装前车轮。
2.根据权利要求1所述的一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，其中大功率电机通过导线与外部控制器相连，控制器与外部电源相连，控制器设置有前进、关闭和后退档位，技术人员可以通过控制器来控制安全防护车的移动状态。
3.根据权利要求1所述的一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，所述可调节高度撑杆有四根，每根撑杆可分为三节，从上往下分别为第一节、第二节和第三节，其中在第一节和第二节之间安装有减震器，用于在上部有冒顶片帮现象发生时，可以对落下的石块进行一定程度的缓冲作用，降低石块的冲击对装置的损害，第二节和第三节直径不同，其中第二节直径比第三节直径略大，可以将第三节撑杆收入第二节撑杆中，在第二节撑杆的下端部设有螺纹旋钮，用于控制第三节撑杆裸露出第二节撑杆的长度。
4.根据权利要求1所述的一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，所述柔性防护顶棚采用柔性网做顶棚材料，柔性网具有一定弹性，能够在外力的作用下发生一定程度的拉伸，且其抗冲击作用比较好，能够承载较大体积落石的冲击。
5.根据权利要求1所述的一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，所述可调节长度横杆包括相向设置的两根，每根分为两节，可以根据实际需要，进行拉伸和收缩。
6.根据权利要求1所述的一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，所述U型钢架固定杆包括相向设置的两根，每根分为三节，U型钢架固定在中间一节，可以根据实际需要，进行拉伸和收缩，用于控制此装置的宽度大小。
7.根据权利要求1所述的一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，所述方向转换器由轮盘、固定横杆一、固定横杆二、固定横杆三、固定横杆四、螺栓和螺母构成，固定横杆一一端固定在轮盘上，另一端与固定横杆三连接，固定横杆三固定在车轮固定架上的上部U形连杆上，固定横杆二一端固定在轮盘上，另一端与固定横杆四连接，固定横杆四固定在车轮固定架上的下部U形连杆上，其中，固定横杆一、固定横杆三连接处以及固定横杆二、固定横杆四的连接处均开有直径相同的圆孔，用于放置螺栓，并通过螺母固定，使得固定于方向转换器上的车轮可以以螺栓为中心轴小范围前后摆动，用于控制装置的移动方向。
8.根据权利要求1所述的一种井下自动化可调节安全防护车，其特征在于，所述车轮固定架固定于U型钢架上，包括两根固定横杆六、以及安设于固定横杆六两端上的固定横杆五和四个U形连杆，U形连杆以上下分布的形式分别安设于U型钢架两侧，下部的U形连杆通过中间开有圆孔的模块分别固定于U形钢架上，上部的U形连杆也通过中间开有圆孔的模块分别固定于固定横杆六上，液压支撑杆一端固定于下部的U形连杆上，一端通过两个中间开有圆孔的模块固定于固定横杆五上，其中U形连杆和液压支撑杆与模块相连的端部固定有圆杆，圆杆直径与圆孔直径相同，圆杆两端分别穿过两个模块，与下部U形连杆连接的模块固定在U形钢架上，与上部U形连杆连接的模块固定在固定横杆六，与液压支撑杆连接的模块固定在固定横杆五上，圆杆可以在圆孔中自由转动，在U形连杆中部连接方向转换器，车轮固定架可以绕圆杆为轴上下转动，保证了整个安全防护车能够在不平整的路面上保持平衡，液压支撑杆可以根据复杂地形的需要，进行拉伸与压缩，保证整个装置能在保持平衡的状态下在不平整的道路上持续运动。
9.根据权利要求1-8任一种井下自动化可调节安全防护车的使用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：在井下需要进行钻孔掘进的巷道选择合适的位置，将防护装置的杆件材料准备好，准备进行组装；
步骤2：将动力连接杆安装到动力装置上，然后将两个后轮缓冲器穿过轴承装进动力连接杆上，并将后轮缓冲器通过螺母固定于U型钢架上，将车轮安装于动力连接杆的两端；
步骤3：将两根可调节长度横杆依次安装到两根U型钢架固定杆的两端，使其作为连接杆连接位于前轮的液压车架以及后轮的动力装置结构，至此完成了防护装置底盘骨架结构的组装；
步骤4：将柔性顶棚四角分别固定在可调节高度撑杆的上端部，并进行调试，保证使其能够自由展开与收拢，将可调节高度撑杆的下端部安装进位于四个角上的杆件连接器中固定；
步骤5：根据巷道的高度、宽度和钻孔施工技术的实际需求，调节装置上的螺纹旋钮，确定适合施工技术人员的工作高度和宽度；
步骤6：在一个钻孔施工工序完成之后，技术人员可以通过控制器来操控防护装置的前进和后退，使防护装置能够持续的进行工作。
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