CN113217089A - 一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，包括刀盘组、掘进舱、中间舱和尾部舱，刀盘组和各舱体的截面都是矩形的，各舱内包含与顶部岩层接触的支撑装置，在运行过程中提供支撑力；相邻两舱间设置推进装置，通过各舱内的顶部支撑装置和各舱间的推进装置协同作业，就可以实现多舱协同迈步式自主行走和转弯，由于整个装置是矩形的，不需要来自左右两边的支撑力，即使左右两侧煤层为开采过的空区域时，依然可以正常运转。舱内设有螺旋输送机、带式输送机、煤炭筛选室和储煤仓将开采的煤炭进行输送和后续处理；本发明可以提升煤矿开采的智能化程度，提高煤矿开采人员的安全性，为解决2000m以上深部煤炭资源开采难题提供了解决方案。

Description

一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构

技术领域

本发明涉及一种自主行走机构，具体涉及一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构。

背景技术

目前，我国井工开采大多数位于500m以浅，正以平均每年10-20m速度向下延伸。随着开采深度的增加，煤岩体的应力水平随之增大，高地应力、高地温、高岩溶水压现象显现，围岩流变使巷道难以支护，巷道修筑及维护成本急剧上升，采煤工作面易发生煤壁片帮、顶板漏冒等现象；因此，传统井工开采受到开采深度的限制明显，不适合深部资源的开采。研究表明，现有技术条件下井工开采的极限深度约为1500m，但我国近70%的固态资源分布在2000m以深，因此突破目前煤炭开采方式和开采极限深度，向深部要资源势成为必然选择和重大现实需求。

2016年以来，有学者创新提出了深部煤炭资源流态化开采的颠覆性理论与技术构想，其核心思想是将深部固体矿产资源原位转换为气态、液态或气-固混合态，在井下实现无人智能化采选充及电气热转化。在此基础上，专利CN202010156902.X提出了一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法，提出在进行深部煤炭资源开采时只需布设一个水平大巷和一个流态资源井下中转站，流态化开采设备在井下开采时的补给和输出都通过中转站，但该专利没有明确深部煤炭资源开采设备的具体结构组成，以及整套开采装备如何在地下进行自主行走。因此，设计一种可自主行走的开采装备具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，采用增阻迈步的方式逐步推进，能够适用于深部煤炭开采。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，包括刀盘组、掘进舱、中间舱和尾部舱；刀盘组设置在掘进舱前侧面，掘进舱的后侧面边缘与中间舱的前侧面边缘通过前推进装置连接，中间舱的后侧面边缘与尾部舱的前侧面边缘通过后推进装置连接； 掘进舱内部设有螺旋输送机和掘进舱液压站，掘进舱上部设置掘进舱支撑装置，掘进舱液压站与掘进舱支撑装置连通；中间舱内部设有煤炭筛选室和中间舱液压站，中间舱上部设置中间舱支撑装置，中间舱液压站与中间舱支撑装置连通；尾部舱内部设有储煤仓和尾部舱液压站，尾部舱上部设置尾部舱支撑装置，尾部舱液压站与尾部舱支撑装置连通；掘进舱带式输送机前端固定在掘进舱内且位于螺旋输送机后端下方，掘进舱带式输送机后端固定在中间舱内位于煤炭筛选室前部上方；储煤仓带式输送机前端固定在中间舱内且位于煤炭筛选室后部下方，储煤仓带式输送机后端固定在尾部舱内与储煤仓连通；掘进舱与中间舱之间的顶部和底部之间均设有摩擦增阻防尘装置，中间舱与尾部舱之间的顶部和底部之间也均设有摩擦增阻防尘装置；摩擦增阻防尘装置起到保护推进装置，防止碎石块掉落砸坏推进装置。

进一步的，所述尾部舱后侧面顶部设有尾部舱支架，尾部舱支架包括尾部支架液压缸和液压支护板，液压支护板后端与尾部舱铰接，液压支护板中部与尾部支架液压缸一端铰接，尾部支架液压缸另一端与尾部舱铰接；液压支护板通过尾部支架液压缸可以调节开合角度，起到支护作用，挡住掉落的石块。

进一步的，所述摩擦增阻防尘装置包括梯形导轨槽、防尘盖和增阻层，梯形导轨槽设置在掘进舱和中间舱顶面、底面后部，防尘盖后端与中间舱和尾部舱顶面、底面前部螺钉连接；防尘盖前端与梯形导轨槽滑动连接；防尘盖顶面设有增阻层，以增加耐磨性、增大摩擦力。

进一步的，所述掘进舱支撑装置包括支撑液压缸、上球铰底座和下球铰底座，支撑液压缸两端分别与上球铰底座和下球铰底座铰接，下球铰底座与掘进舱连接，上球铰底座表面设有摩擦增阻层，支撑液压缸缩回时，摩擦增阻层与掘进舱上表面持平。

进一步的，所述刀盘组包括水射流喷头、圆形主刀盘和四个莱洛三角形副刀盘，水射流喷头设置在圆形主刀盘上；圆形主刀盘位于掘进舱前侧面中心位置且与设置在掘进舱内的主刀盘驱动装置连接；四个莱洛三角形副刀盘位于圆形主刀盘外的左上、左下、右上和右下四个位置且与设置在掘进舱内的副刀盘驱动装置连接。

进一步的，还包括螺旋曳引装置，螺旋曳引装置设置在莱洛三角形副刀盘轴心位置。

进一步的，所述支撑液压缸与掘进舱水平方向的夹角45°<α<90°。

进一步的，所述螺旋输送机后端下方设有掘进舱导轨，掘进舱带式输送机前端固定在掘进舱导轨上，煤炭筛选室后部下方设有中间舱导轨，储煤仓带式输送机前端固定在中间舱导轨上。

与现有技术相比，本发明包括掘进舱、中间舱和尾部舱，相邻两舱间设置推进装置，通过各舱内顶部的支撑装置和各舱间的推进装置协同作业，就可以实现多舱协同迈步式自主行走和转弯，由于整个装置是矩形的，不需要来自左右两边的支撑力，即使左右两侧煤层为开采过的空区域时，依然可以正常运转；舱内设有螺旋输送机、带式输送机、煤炭筛选室和储煤仓将开采的煤炭进行输送和后续处理；本发明可以提升煤矿开采的智能化程度，提高煤矿开采人员的安全性，为解决2000m以上深部煤炭资源开采难题提供了解决方案。

附图说明

图1为本发明的总体结构主视图；

图2为图1中A-A向示图；

图3为图1中B-B向示图；

图4为本发明刀盘组结构半剖视图；

图中：1、前方待开采煤层；2、围岩；3、刀盘组；4、掘进舱；5、掘进舱支撑装置；6、前推进装置；7、摩擦增阻防尘装置；8、中间舱；9、中间舱支撑装置；10、后推进装置；11、尾部舱；12、尾部舱支撑装置；13、尾部舱支架；301、螺旋曳引装置；302、水射流喷头；303、圆形主刀盘；304、莱洛三角形副刀盘；401、螺旋输送机；402、掘进舱带式输送机；4021、掘进舱导轨，403、副刀盘驱动装置；404、主刀盘驱动装置；405、掘进舱液压站；406、掘进舱储电站；501、下球铰底座；502、支撑液压缸；503、上球铰底座；504、摩擦增阻层；505、支撑液压缸进油路；506、支撑液压缸出油路；601、推进液压缸左耳环座；602、前推进液压缸；603、推进液压缸右耳环座；604、前推进液压缸进油路；605、前推进液压缸出油路；701、梯形导轨槽；702、防尘盖；703、增阻层；704、螺钉；801、煤炭筛选室；802、储煤仓带式输送机；8021、中间舱导轨，803、中间舱液压站；804、中间舱储电站；1101、储煤仓；1102、尾部舱液压站；1103、尾部舱储电站；1301、尾部支架液压缸左耳环座；1302、尾部支架液压缸；1303、尾部支架液压缸右耳环座；1304、液压支护板；6021、顶部推进液压缸；6022、左侧推进液压缸；6023、底部推进液压缸；6024、右侧推进液压缸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供一种技术方案：如图1和图2所示，包括刀盘组3、掘进舱4、中间舱8和尾部舱11。

如图4所示，刀盘组3设置在掘进舱4前侧面，掘进舱4的后侧面边缘与中间舱8的前侧面边缘通过前推进装置6连接，中间舱8的后侧面边缘与尾部舱11的前侧面边缘通过后推进装置10连接；前推进装置6包括前推进液压缸602、推进液压缸左耳环座601和推进液压缸右耳环座603，前推进液压缸602的两端分别通过推进液压缸左耳环座601、推进液压缸右耳环座603与掘进舱4、中间舱8连接；如图3所示，前推进装置6按照掘进舱4后侧面上下左右四个边缘方位分为顶部推进液压缸6021，左侧推进液压缸6022，底部推进液压缸6023和右侧推进液压缸6024；后推进装置10的结构和布置方式与前推进装置6一样。

刀盘组3包括水射流喷头302、圆形主刀盘303和四个莱洛三角形副刀盘304，水射流喷头302设置在圆形主刀盘303上；圆形主刀盘303位于掘进舱4前侧面中心位置且与设置在掘进舱4内的主刀盘驱动装置404连接；四个莱洛三角形副刀盘304位于圆形主刀盘303外的左上、左下、右上和右下四个位置且与设置在掘进舱4内的副刀盘驱动装置403连接；螺旋曳引装置301设置在莱洛三角形副刀盘304轴心位置，与莱洛三角形副刀盘304同轴设置。

掘进舱4内部设有螺旋输送机401、掘进舱液压站405和掘进舱储电站406，掘进舱4上部设置掘进舱支撑装置5，掘进舱支撑装置5包括支撑液压缸502、上球铰底座503和下球铰底座501，支撑液压缸502两端分别与上球铰底座503和下球铰底座501铰接，下球铰底座501与掘进舱4连接，上球铰底座503表面设有摩擦增阻层504，支撑液压缸502缩回时，摩擦增阻层504与掘进舱4上表面持平，为了增加支撑的稳定性，掘进舱支撑装置5设置在掘进舱4左右两个侧边，且支撑液压缸502与掘进舱4水平方向的夹角设为45°<α<90°；掘进舱液压站405通过支撑液压缸进油路505、支撑液压缸出油路506与支撑液压缸502连通；掘进舱储电站406为掘进舱4内的用电设备提供电能。

中间舱8内部设有煤炭筛选室801、中间舱液压站803和中间舱储电站804，中间舱8上部设置中间舱支撑装置9，中间舱支撑装置9结构和布置方式与掘进舱支撑装置5一样，中间舱液压站803与中间舱支撑装置9连通的同时还通过前推进液压缸进油路604、前推进液压缸出油路605与前推进装置6连通；中间舱储电站804为中间舱8内的用电设备提供电能。

尾部舱11内部设有储煤仓1101、尾部舱液压站1102和尾部舱储电站1103，尾部舱11上部设置尾部舱支撑装置12，尾部舱支撑装置12结构和布置方式与掘进舱支撑装置5一样，尾部舱液压站1102与尾部舱支撑装置12连通的同时还与后推进装置10连通；尾部舱储电站1103为尾部舱11内的用电设备提供电能。各储电站的电能在井下中转站进行充电补给。

掘进舱带式输送机402前端安装在掘进舱4内的掘进舱导轨4021上，当舱体相对运动时可与掘进舱导轨4021相对滑动，且位于螺旋输送机401后端下方，掘进舱带式输送机402后端固定在中间舱8内的煤炭筛选室801前部上方；储煤仓带式输送机802前端安装在煤炭筛选室801后部下方的中间舱导轨8021上，当舱体相对运动时可与中间舱导轨8021相对滑动，储煤仓带式输送机802后端固定在尾部舱11内与储煤仓1101连通。

掘进舱4与中间舱8之间的顶部和底部之间均设有摩擦增阻防尘装置7，中间舱8与尾部舱11之间的顶部和底部之间也均设有摩擦增阻防尘装置7；摩擦增阻防尘装置7包括梯形导轨槽701、防尘盖702和增阻层703，梯形导轨槽701设置在掘进舱4和中间舱8顶面、底面后部，防尘盖702后端与中间舱8和尾部舱11顶面、底面前部通过螺钉704固定连接；防尘盖702前端与梯形导轨槽701滑动连接；防尘盖702顶面设有增阻层703。

运行时，中间舱支撑装置9中的支撑液压缸撑起，掘进舱支撑装置5与尾部舱支撑装置12缩回，此时前推进装置6中的前推进液压缸602伸出，推动掘进舱4前进，由于中间舱支撑装置9中的支撑液压缸与水平方向夹角为70°，此时中间舱8因为自锁不会移动；当掘进舱4达到最大行程后，掘进舱支撑装置5与尾部舱支撑装置12伸出，中间舱支撑装置9中的支撑液压缸缩回，掘进舱4此时自锁，前推进装置6缩回向前拉中间舱8，后推进装置10伸出前推中间舱8，使中间舱8也完成一个向前的迈步行程；接着中间舱支撑装置9中的支撑液压缸撑起，中间舱8固定自锁，后推进装置10缩回前拉尾部舱11，使其也完成一个向前的迈步动作，如此一来，整个机构完成一个完整的迈步动作。若前推进装置6、后推进装置10中右侧液压缸伸长量大于左侧液压缸，整个自主行走机构向左转弯，若前推进装置6、后推进装置10中左侧液压缸伸长量大于右侧液压缸，整个自主行走机构向左转弯。由于整个装置是矩形的，不需要来自左右两边的支撑力，即使左右两侧煤层为开采过的空区域时，依然可以正常运转。

前方待开采区煤层1被刀盘组3开采后首先进入掘进舱4，煤块经螺旋输送机401运输到掘进舱带式输送机402上，然后再由掘进舱带式输送机402运输到中间舱8的煤炭破碎室801进行破碎；然后将煤炭颗粒通过储煤仓带式输送机802运送到尾部舱10中的储煤仓1101，在补给时将储煤仓1101的煤炭转移到井下中转站。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，其特征在于，包括刀盘组（3）、掘进舱（4）、中间舱（8）和尾部舱（11）；

刀盘组（3）设置在掘进舱（4）前侧面，掘进舱（4）的后侧面边缘与中间舱（8）的前侧面边缘通过前推进装置（6）连接，中间舱（8）的后侧面边缘与尾部舱（11）的前侧面边缘通过后推进装置（10）连接；

掘进舱（4）内部设有螺旋输送机（401）和掘进舱液压站（405），掘进舱（4）上部设置掘进舱支撑装置（5），掘进舱液压站（405）与掘进舱支撑装置（5）连通；

中间舱（8）内部设有煤炭筛选室（801）和中间舱液压站（803），中间舱（8）上部设置中间舱支撑装置（9），中间舱液压站（803）与中间舱支撑装置（9）连通；

尾部舱（11）内部设有储煤仓（1101）和尾部舱液压站（1102），尾部舱（11）上部设置尾部舱支撑装置（12），尾部舱液压站（1102）与尾部舱支撑装置（12）连通；

掘进舱带式输送机（402）前端固定在掘进舱（4）内且位于螺旋输送机（401）后端下方，掘进舱带式输送机（402）后端固定在中间舱（8）内位于煤炭筛选室（801）前部上方；储煤仓带式输送机（802）前端固定在中间舱（8）内且位于煤炭筛选室（801）后部下方，储煤仓带式输送机（802）后端固定在尾部舱（11）内与储煤仓（1101）连通；

掘进舱（4）与中间舱（8）之间的顶部和底部之间均设有摩擦增阻防尘装置（7），中间舱（8）与尾部舱（11）之间的顶部和底部之间也均设有摩擦增阻防尘装置（7）。

2.根据权利要求1所述的一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，其特征在于：所述尾部舱（11）后侧面顶部设有尾部舱支架（13），尾部舱支架（13）包括尾部支架液压缸（1302）和液压支护板（1304），液压支护板（1304）后端与尾部舱（11）铰接，液压支护板（1304）中部与尾部支架液压缸（1302）一端铰接，尾部支架液压缸（1302）另一端与尾部舱（11）铰接。

3.根据权利要求1所述的一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，其特征在于：所述摩擦增阻防尘装置（7）包括梯形导轨槽（701）、防尘盖（702）和增阻层（703），梯形导轨槽（701）设置在掘进舱（4）和中间舱（8）顶面、底面后部，防尘盖（702）后端与中间舱（8）和尾部舱（11）顶面、底面前部螺钉连接；防尘盖（702）前端与梯形导轨槽（701）滑动连接；防尘盖（702）顶面设有增阻层（703）。

4.根据权利要求1所述的一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，其特征在于：所述掘进舱支撑装置（5）包括支撑液压缸（502）、上球铰底座（503）和下球铰底座（501），支撑液压缸（502）两端分别与上球铰底座（503）和下球铰底座（501）铰接，下球铰底座（501）与掘进舱（4）连接，上球铰底座（503）表面设有摩擦增阻层（504），支撑液压缸（502）缩回时，摩擦增阻层（504）与掘进舱（4）上表面持平。

5.根据权利要求1所述的一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，其特征在于：所述刀盘组（3）包括水射流喷头（302）、圆形主刀盘（303）和四个莱洛三角形副刀盘（304），水射流喷头（302）设置在圆形主刀盘（303）上；圆形主刀盘（303）位于掘进舱（4）前侧面中心位置且与设置在掘进舱（4）内的主刀盘驱动装置（404）连接；四个莱洛三角形副刀盘（304）位于圆形主刀盘（303）外的左上、左下、右上和右下四个位置且与设置在掘进舱（4）内的副刀盘驱动装置（403）连接。

6.根据权利要求5所述的一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，其特征在于：还包括螺旋曳引装置（301），螺旋曳引装置（301）设置在莱洛三角形副刀盘（304）轴心位置。

7.根据权利要求4所述的一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，其特征在于：所述支撑液压缸（502）与掘进舱（4）水平方向的夹角45°<α<90°。

8.根据权利要求1所述的一种深部煤炭流态化开采装备自主行走机构，其特征在于：所述螺旋输送机（401）后端下方设有掘进舱导轨（4021），掘进舱带式输送机（402）前端固定在掘进舱导轨（4021）上，煤炭筛选室（801）后部下方设有中间舱导轨（8021），储煤仓带式输送机（802）前端固定在中间舱导轨（8021）上。

Images