CN113294155B - 一种金属矿脉辅助开采装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属矿脉辅助开采装置，包括行走机构、旋转支撑机构和工作机构，工作机构包括与旋转支撑机构的旋转座固定连接的工作台，工作台上设有滑轨以及沿滑轨作往复运动的安装座，安装座上固定连接有钻孔机构和切割机构，钻孔机构包括钻机以及与钻机固定连接的钻杆，钻杆自由端与钻头固定连接；切割机构包括套设有衬套的切割管，当进行切割工作时，从钻机上取下钻杆，将切割管通过衬套固定于底座和压紧件合围形成的安装孔内，切割管轴线与钻杆钻孔时的轴线重合。其集钻孔、割缝于一体，实现不同作业高度、宽度、角度方向的钻孔、割缝作业，保证成孔质量和切缝质量，使得基于水射流的矿体开采的钻孔‑割缝工艺能够顺利实施。

Description

一种金属矿脉辅助开采装置

技术领域

本发明涉及矿产资源开采，具体涉及金属矿脉辅助开采装置。

背景技术

高海拔高寒地区地质条件复杂，1.0~2.0米厚度的薄矿脉较多，金属含矿带较为破碎，品位大多处于3~5g/t水平。当前，金属矿山钻孔-爆破技术工艺较为成熟，先采用气动凿岩机实现钻孔，成孔直径为40~45mm，成孔深度为1800~2000mm；然后使用直径为38mm、长度为200mm药卷装药，电子导爆管一次性起爆。此传统爆破法存在大采切、高损伤、开采效益低等问题。

利用高压水射流技术，实现钻孔-割缝-爆破工艺，可增大炮孔间距，减少炮孔数量，同时改善爆破效果，实现精准开采，达到提高矿石开采质量的目的。然而，现有由人工凿岩钻孔面临以下问题：首先成孔圆度、直线度难以保证，由于矿石较为破损，钻孔后往往会出现成孔弯曲、不规则等异常。其次成孔直径较小，且难以增大，当前行业领域采用的药卷外径为38mm，为保障炸药爆破效果，考虑药卷与成孔直径的耦合性，成孔直径40~45mm最优。

另一方面，高压水射流切割技术也存在以下特点：为保证高压水射流割缝效果，割缝器两侧距孔壁4~10mm最优，这要求割缝器与成孔壁间的作业间距较小。已有研究表明，高压水射流切割最优靶距为2~5倍切割喷嘴直径，为提高切割效率及深度，采用双侧割缝，碰嘴直径≥2mm最优，这就要求割缝器两侧距孔壁4~10mm最优。

从双流道割缝器结构设计考虑，双侧割缝器外径尺寸≥32mm，难以进一步减小，这造成割缝器与成孔壁间的作业间距难以增大。以最大成孔45mm、双侧最小靶距4mm计算，割缝器最大外径：45-4×2=37mm。从双流道割缝器结构设计考虑，为保证承受射流压力及流量，接头螺纹连接强度等，割缝器的外径尺寸也不能低于32mm。

综上：在金属薄矿脉钻孔-割缝辅助爆破的实施过程中，高压水射流割缝面临割缝器与成孔间的作业空间小的难题；加之人工钻孔成孔存在成孔外径不规则、长度弯曲等异常；施工巷道环境复杂苛刻，这都对高压水射流割缝装备提出了更高的要求，现有成熟装备难以保证钻孔-割缝-爆破工艺的顺利实施。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属矿脉辅助开采装置，其集钻孔、割缝于一体，实现不同作业高度、宽度、角度方向的钻孔、割缝作业，保证成孔质量和切缝质量，使得基于水射流的矿体开采的钻孔-割缝工艺能够顺利实施。

本发明所述的金属矿脉辅助开采装置，包括行走机构、旋转支撑机构和工作机构，所述工作机构通过旋转支撑机构与行走机构固定连接，所述工作机构包括与旋转支撑机构的旋转座固定连接的工作台，所述工作台上设有滑轨以及沿滑轨作往复运动的安装座，所述安装座上固定连接有钻孔机构和切割机构，所述钻孔机构包括钻机以及与钻机固定连接的钻杆，所述钻杆自由端与钻头固定连接；所述切割机构包括套设有衬套的切割管，该切割管一端与高压水源连通，另一端与切割喷嘴固定连接，所述安装座上设有底座以及与底座可拆卸连接的压紧件，所述底座和压紧件合围形成与衬套外壁对应配合的安装孔，该安装孔与钻杆钻孔时的轴线同轴；当进行钻孔工作时，将钻杆固定于钻机上，沿滑轨移动安装座使得钻杆到达指定位置，对矿体进行钻孔；当进行切割工作时，从钻机上取下钻杆，将切割管通过衬套固定于底座和压紧件合围形成的安装孔内，切割管轴线与钻杆钻孔时的轴线重合，沿滑轨移动安装座使得切割喷嘴到达指定位置，利用高压水射流对矿体进行切割。

进一步，所述工作台靠近钻头或切割喷嘴的端部上表面固定有立板，该立板上设有与钻头或切割喷嘴对应配合的导向孔。

进一步，所述立板远离安装座的一侧与防水罩固定连接，所述防水罩中部设有与导向孔位置相对应的通孔。

进一步，所述工作台靠近钻头或切割喷嘴的端部固定有定位顶针。

进一步，所述定位顶针通过弹簧组件与工作台固定连接。

进一步，：所述工作台边沿设有多个用于放置钻杆或切割管的第一支架。

进一步，所述行走机构包括履带式行走组件，所述履带式行走组件上固定连接有升降臂以及用于驱动升降臂作升降运动的第一油缸；所述旋转支撑机构包括第二支架和旋转座，所述第二支架与升降臂固定连接，通过第二油缸驱动第二支架绕第二支架与升降臂的连接点转动。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

1、本发明将钻孔、割缝集成于一体，切割管通过衬套固定于底座和压紧件合围形成的安装孔内，切割管轴线与钻杆钻孔时的轴线重合，保证了钻孔和割缝同心同轴，提高了切割质量，解决了成孔后、割缝前，狭窄空间切割管与孔对中的难题，从而保障了狭窄空间中水射流割缝的顺利实施。

2、本发明通过钻机上固定的钻杆实现自动化钻孔，相较于人工钻孔，提高了成孔质量。所述切割管一端与高压水源连通，另一端与切割喷嘴固定连接，利用高压水射流对矿体进行切割，降低了割缝施工难度，降低了施工人员的工作强度。

3、本发明所述装置操作简单，自动化程度高，适应性强。通过履带式行走组件的升降机构以及旋转支撑机构上的旋转座实现工作台位置的多向调节，进而保证了钻杆的钻头或切割管的切割喷嘴能够在不同作业高度、宽度、角度方向进行钻孔、割缝作业，具备灵活的自由度，能够适应复杂的巷道环境。

附图说明

图1是本发明的结构示意图之一；

图2是本发明的结构示意图之二；

图3是本发明所述行走机构的结构示意图。

图中，1—行走机构，2—旋转支撑机构，21—第二支架，22—旋转座，23—连接孔，24—动力源连接孔，3—工作机构，4—工作台，5—滑轨，6—安装座，7—钻孔机构，71—钻机，72—钻杆，73—钻头，74—第三支架，8—切割机构，81—切割管，82—切割喷嘴，83—衬套，84—底座，85—压紧件，9—驱动组件，91—链条，10—立板，11—导向孔，12—防水罩，13—定位顶针，14—第一支架，15—升降臂，16—第一油缸，17—第二油缸，18—连接部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

参见图1至图3，所示的金属矿脉辅助开采装置，包括行走机构1、旋转支撑机构2和工作机构3，所述工作机构3通过旋转支撑机构2与行走机构1固定连接。所述工作机构3包括与旋转支撑机构2的旋转座22固定连接的工作台4，所述工作台4上设有滑轨5以及沿滑轨5作往复运动的安装座6，所述安装座6上固定连接有钻孔机构7和切割机构8。

所述行走机构1包括履带式行走组件，所述履带式行走组件上固定连接有升降臂15以及用于驱动升降臂15作升降运动的第一油缸16。所述旋转支撑机构2包括第二支架21和旋转座22，所述第二支架21通过连接孔23与升降臂15上的连接部18固定，实现旋转支撑机构2与行走机构的装配固定。通过第二油缸17驱动第二支架21绕第二支架21与升降臂15的连接点转动。通过履带式行走组件的升降机构以及旋转支撑机构2上的旋转座22实现工作机构3位置的多向调节，进而保证了工作机构3能够在不同作业高度、宽度、角度方向进行钻孔、割缝作业，具备灵活的自由度，能够适应复杂的巷道环境。

所述钻孔机构7包括钻机71，所述钻机71上固定连接有第三支架74，钻杆72与第三支架74固定连接，所述钻杆72自由端与钻头73固定连接，当进行钻孔工作时，将钻杆72固定于钻机71上，沿滑轨5移动安装座6使得钻杆72到达指定位置，对矿体进行钻孔。

所述切割机构8包括套设有衬套83的切割管81，该切割管81一端与高压水源连通，另一端与切割喷嘴82固定连接，所述安装座6上设有底座84以及与底座84可拆卸连接的压紧件85，所述底座84和压紧件85合围形成与衬套83外壁对应配合的安装孔，该安装孔与钻杆72钻孔时的轴线同轴。

当进行切割工作时，从钻机71上取下钻杆72，将切割管81通过衬套83固定于底座84和压紧件85合围形成的安装孔内，切割管81轴线与钻杆72钻孔时的轴线重合，沿滑轨5移动安装座6使得切割喷嘴82到达指定位置，向切割管81中通入高压水射流对矿体进行切割。通过在安装座6上设置底座84和压紧件85，一方面通过底座84与压紧件85配合作用为切割管81的装配提供了固定点，并且能够根据切割管81的外径选择对应尺寸的衬套83，采用同一套底座84和压紧件85即可满足不同外径的切割管81的装配固定，通用性好。另一方面底座84和压紧件85合围形成的安装孔能够避让钻杆72，保证了钻孔工序的正常进行，同时由于底座84和压紧件85为可拆卸连接，便于安装和拆卸，灵活性好，利于后期更换。

在钻孔完成后进行割缝时，切割管81轴线与钻杆72钻孔时的轴线重合，进而提高了切割质量，解决了成孔后、割缝前，狭窄空间切割管81与孔对中的难题，从而保障了狭窄空间中水射流割缝的顺利实施。通过钻机71上固定的钻杆72实现自动化钻孔，相较于人工钻孔，提高了成孔质量，利用高压水射流对矿体进行切割，降低了割缝施工难度，降低了施工人员的工作强度。

所述工作台4靠近钻头73或切割喷嘴82的端部上表面固定有立板10，该立板10上设有与钻头73或切割喷嘴82对应配合的导向孔11，用于钻孔和割缝导向，提高钻孔和割缝的尺寸精度。

所述立板10远离安装座6的一侧与防水罩12固定连接，所述防水罩12中部设有与导向孔11位置相对应的通孔。防水罩12的设置用于割缝时挡住防水，以提高该装置的安全性。

所述工作台4靠近钻头73或切割喷嘴82的端部固定有定位顶针13，用于钻孔或割缝时的定位，另一端固定有驱动组件9，该驱动组件9为液压马达，其输出轴与链条91传动连接，所述链条91与安装座6固定连接，通过液压马达的输出轴正转或反转带动安装座6沿滑轨5作往复运动，结构简单，移动距离精确易控。优选地，所述定位顶针13通过弹簧组件与工作台4固定连接，以解决矿体支撑表面凹凸不平的问题，提高了定位顶针13的适应性。

为了便于放置取下待用的钻杆72或切割管81，在所述工作台4边沿设有多个用于放置钻杆72或切割管81的第一支架14，第一支架14的数量和间距根据实际情况进行合理限定。

采用本发明所述金属矿脉辅助开采装置对矿体进行开采时，具体包括如下步骤。

1）履带式行走组件行驶到达指定金属矿脉的指定工作面。

2）启动第一油缸16，使得升降臂15处于最高位置。

3）根据作业需要，通过转动旋转支撑机构2，使得工作台4处于向前/向后/向左/向右工作模式。

4）启动第二油缸17，驱动旋转支撑机构2绕连接孔23转动，保证工作台4处于水平状态。

5）启动第一油缸16，使工作台4移动到指定作业点，并使工作台4端部的定位顶针13与金属矿体的工作面接触，实现定位支撑。

6）将钻杆72固定于钻机71上，启动钻孔机构7后，启动驱动组件9，通过链条91驱动安装座6沿滑轨5向金属矿体的工作面钻孔推进。

7）钻孔完成后，停止钻孔机构7，安装座6后退至原位，从钻机71上拆除钻杆72。

8）双流道式切割喷嘴82安装于切割管81的端部，然后将切割管81通过衬套83固定于底座84和压紧件85合围形成的安装孔内，切割管81轴线与钻杆72钻孔时的轴线重合，即切割管81割缝时的轴线与钻杆72钻孔时的轴线同心同轴。

9）切割管81通过端部的高压水源连接头连接切割动力源。

10）启动驱动组件9，通过链条91驱动安装座6沿滑轨5向金属矿体的工作面推进，使切缝管81到达到指定深度。

11）启动切割动力源，实现高压水射流切割，切割完成后通过驱动组件9驱动安装座6沿滑轨5向后退出。

12）到达指定位置，停止切割动力源。

13）由此交替往复，完成钻孔及割缝作业。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属矿脉辅助开采装置，包括行走机构（1）、旋转支撑机构（2）和工作机构（3），所述工作机构（3）通过旋转支撑机构（2）与行走机构（1）固定连接，其特征在于：所述工作机构（3）包括与旋转支撑机构（2）的旋转座（22）固定连接的工作台（4），所述工作台（4）上设有滑轨（5）以及沿滑轨（5）作往复运动的安装座（6），所述安装座（6）上固定连接有钻孔机构（7）和切割机构（8），

所述钻孔机构（7）包括钻机（71）以及与钻机（71）固定连接的钻杆（72），所述钻杆（72）自由端与钻头（73）固定连接；

所述切割机构（8）包括套设有衬套（83）的切割管（81），该切割管（81）一端与高压水源连通，另一端与切割喷嘴（82）固定连接，所述安装座（6）上设有底座（84）以及与底座（84）可拆卸连接的压紧件（85），所述底座（84）和压紧件（85）合围形成与衬套（83）外壁对应配合的安装孔，该安装孔与钻杆（72）钻孔时的轴线同轴；

当进行钻孔工作时，将钻杆（72）固定于钻机（71）上，沿滑轨（5）移动安装座（6）使得钻杆（72）到达指定位置，对矿体进行钻孔；

当进行切割工作时，从钻机（71）上取下钻杆（72），将切割管（81）通过衬套（83）固定于底座（84）和压紧件（85）合围形成的安装孔内，切割管（81）轴线与钻杆（72）钻孔时的轴线重合，沿滑轨（5）移动安装座（6）使得切割喷嘴（82）到达指定位置，利用高压水射流对矿体进行切割。

2.根据权利要求1所述的金属矿脉辅助开采装置，其特征在于：所述工作台（4）靠近钻头（73）或切割喷嘴（82）的端部上表面固定有立板（10），该立板（10）上设有与钻头（73）或切割喷嘴（82）对应配合的导向孔（11）。

3.根据权利要求2所述的金属矿脉辅助开采装置，其特征在于：所述立板（10）远离安装座（6）的一侧与防水罩（12）固定连接，所述防水罩（12）中部设有与导向孔（11）位置相对应的通孔。

4.根据权利要求1或2所述的金属矿脉辅助开采装置，其特征在于：所述工作台（4）靠近钻头（73）或切割喷嘴（82）的端部固定有定位顶针（13）。

5.根据权利要求4所述的金属矿脉辅助开采装置，其特征在于：所述定位顶针（13）通过弹簧组件与工作台（4）固定连接。

6.根据权利要求1或2所述的金属矿脉辅助开采装置，其特征在于：所述工作台（4）边沿设有多个用于放置钻杆（72）或切割管（81）的第一支架（14）。

7.根据权利要求1或2所述的金属矿脉辅助开采装置，其特征在于：所述行走机构（1）包括履带式行走组件，所述履带式行走组件上固定连接有升降臂（15）以及用于驱动升降臂（15）作升降运动的第一油缸（16）；

所述旋转支撑机构（2）包括第二支架（21）和旋转座（22），所述第二支架（21）与升降臂（15）固定连接，通过行走机构（1）上的第二油缸（17）驱动第二支架（21）绕第二支架（21）与升降臂（15）的连接点转动。