CN113530538A - 一种循环掘进式煤层切割一体化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环掘进式煤层切割一体化设备，包括行走驱动机构和链板式循环掘刀；行走驱动机构包括行走平台、驱动电机或液压马达和驱动箱，驱动电机或液压马达的输出转轴与驱动箱的输入轴传动连接，驱动箱上设置有驱动轴；链板式循环掘刀包括链板、轴架、主驱动轮、从驱动轮和掘刀；轴架固定在行走平台上，其内外两端分别设置有从驱动轮和主驱动轮，主驱动轮与驱动轴传动连接，链板套装在主驱动轮和从驱动轮，其外侧设置有掘刀；本发明改变了现有瓦斯治理的工艺方式，减少了井下掘进巷道的工作量，设备结构简单，方便抽取煤层瓦斯，提高了防突效果的有效性，此外切割过程中可实现自动化控制，大大降低了可能造成的安全隐患。

Description

一种循环掘进式煤层切割一体化设备

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯治理技术领域，具体涉及一种循环掘进式煤层切割一体化设备。

背景技术

我国煤矿井下煤层瓦斯治理最常见的手段是以布置密集钻孔的方式，在封堵钻孔导入负压管道，利用负压管道对煤层内赋存的瓦斯进行抽采，从而降低煤层中的瓦斯浓度，确保在后期开采煤层过程中的生产安全。

现有的钻孔方式多采取布置密集钻孔，在煤层内形成多个与巷道连通的孔洞，并在每个孔洞内布置封孔器，各封孔器抽放孔与负压管道形成负压管道联网来进行瓦斯抽采，这种方式存在如下问题：

1、密集钻孔，单位面积，打孔数量多，每个钻孔所消耗人力物力大，附加值低；

2、钻孔孔径有限，煤层释放瓦斯有效面积小，瓦斯在煤层解吸慢，抽采周期长；

3、钻孔容易出现瓦斯突出喷孔等事故，安全系数低，容易引发事故；

4、钻孔容易出现塌孔现象，不利于瓦斯释放和抽采；

5、钻孔时还伴有水力冲洗、高压水压裂、造穴等工艺，耗费人力财力，人工工作量大；

现有的工艺也有采用水力冲孔瓦斯抽采技术对提高煤体透气率效果很小，在执行过程中，往往存在着瓦斯超限频繁、易造成人为诱导突出等问题。

因此，现有采用钻孔方式对瓦斯进行治理，存在钻孔数量多，施工工艺繁琐，劳动强度大，人力、物力和财力的投入大，维护成本高的问题，因此，急需寻找可替代的煤矿瓦斯治理成本低的新工艺新技术，及相配套的高性能的矿用机械装备，基于此，研究一种循环掘进式煤层切割一体化设备是必要的。

发明内容

针对现有设备存在的缺陷和问题，本发明提供一种循环掘进式煤层切割一体化设备，有效的解决了现有设备中存在的煤层开采难度大，投入成本高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种循环掘进式煤层切割一体化设备，包括行走驱动机构和链板式循环掘刀；所述行走驱动机构包括行走平台、驱动电机或液压马达和驱动箱，所述驱动电机或液压马达安装在行走平台上，其输出转轴与驱动箱的输入轴传动连接，所述驱动箱上设置有驱动轴；链板式循环掘刀包括链板、轴架、主驱动轮、从驱动轮和掘刀；所述轴架固定在行走平台上，其内外两端分别设置有从驱动轮和主驱动轮，主驱动轮与驱动轴传动连接，所述链板套装在主驱动轮和从驱动轮，其外侧设置有掘刀。

进一步的，所述轴架的内端设置有辅助行走机构，所述辅助行走机构包括液压驱动电机或液压马达和行走拨轮；所述液压驱动电机或液压马达安装在轴架的内端，并靠近从驱动轮，所述行走拨轮的偏心处设置转轴，所述转轴与液压驱动电机或液压马达的输出轴传动连接，所述行走拨轮随着转动能位于轴架以下位置。

进一步的，所述行走拨轮包括转轴、上偏心轮和下偏心轮，所述上偏心轮和下偏心轮交替套装在转轴上。

进一步的，所述行走平台上设置有行走履带，行走平台上安装有沿竖向设置的支撑油缸，在支撑油缸的上部设置有支撑座，所述驱动电机或液压马达和驱动箱安装在支撑座上。

进一步的，在轴架的内端向上或向下延伸设置有顶板，顶板靠近从驱动轮，并在顶板上安装有液压顶杆或者钻机钻杆。

进一步的，所述链板式循环掘刀间隔设置有多层，所述顶板连接相邻的轴架，主动顶杆的驱动端固定在顶板上。

进一步的，所述链板式循环掘刀为三角形结构，两个主驱动轮和一个从驱动轮固定在轴架三个支点上，其中两个主驱动轮与两个主驱动轴传动连接，一个从驱动轮位于行走平台的远端，链板套装在主驱动轮和从驱动轮上。

进一步的，链板式循环掘刀横跨煤层，并在其两端均设置有行走驱动机构，所述从驱动轮套装在对应侧的驱动轴上。

进一步的，在轴架的内端设置套装有调节座，调节座与轴架设置有调节杆，所述从驱动轮设置在调节座上。

进一步的，所述主驱动轮和从驱动轮为带轮或者齿轮。

本发明的有益效果：本发明在于全煤层循环链板掘刀割缝设备，采用循环链板上镶嵌的掘刀向两侧螺旋排出割缝煤粉，提高了割缝效率和割缝煤粉的排出，同时极大提高了煤层透气性，降低钻孔施工的劳动强度和瓦斯抽采周期，采用循环链板上镶嵌的掘刀的方式，向煤层割出一道缝隙，对煤层卸压增透，这种新的循环链板掘刀割缝设备及割缝时往两侧排煤，及智能化操作设备，施工过程可实现自动化进行，提高井下施工安全。

本发明利用行走驱动机构从外侧即巷道内为链板式循环掘刀提供转动和向前推进的动力，即利用驱动电机或液压马达和驱动箱提供转动动力，利用行走平台的移动功能带动链板式循环掘刀向前推进，对待切煤层进行切割在待切煤层内形成切割缝。

并在实施时，本发明可以适用于单侧巷道或者双侧巷道，对于单侧情形，本发明在处于煤层内部的从驱动轮处设置了行走拨轮，行走拨轮为偏心结构，其能够被主动驱动转动，并在内部提供辅助行走动力，与处于巷道内的行走驱动机构配合共同完成链板式循环掘刀的前进动力；又或者可以在靠近从驱动轮的位置设置有顶板，顶板上设置有主动顶杆，主动顶杆具有一定的动力，能驱动顶板向前移动，进而从驱动轮的内部形成动力，与外部的行走驱动机构配合实现链板式循环掘刀的前进动力。

对于双侧巷道，本发明可以在双侧巷道内均设置有行走驱动机构，将链板式循环掘刀横跨待切治理煤层，并与两侧同步行走和驱动的行走驱动机构连接，由两侧同步的行走驱动机构为链板式循环掘刀提供向前行走和转动的动力。

本发明改变了现有瓦斯治理的工艺方式，减少了井下掘进巷道的工作量，设备结构简单、方便抽取煤层瓦斯、提高安全性的特点。与传统增透方法相比，降低钻孔施工的劳动强度和瓦斯抽采周期，同时也消除了钻孔轨迹偏移带来的瓦斯抽采“空白带”，提高了防突效果的有效性，此外切割过程中可实现自动化控制，大大降低了可能造成的安全隐患。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为行走驱动机构的结构示意图。

图3为链板式循环掘刀的结构示意图。

图4为调节座的调节方式结构示意图。

图5为调节座的另一种实施方式。

图6为辅助行走机构的结构示意图。

图7为行走拨轮的结构示意图。

图8为主动顶杆的结构示意图。

图9为顶板的结构示意图。

图10为三角形状链板式循环掘刀的实施方式结构图。

图11为三角形状链板式循环掘刀的结构示意图。

图12为双侧行走驱动的结构示意图。

图中的标号为：1为行走平台，2为驱动电机或液压马达，3为驱动箱，4为驱动轴，5为链板式循环掘刀，51为链板，52为掘刀，6为轴架，7为主驱动轮，8为从驱动轮，9为调节座，10为导向槽，11为调节杆，12为导向轴，13为液压驱动电机或液压马达，14为行走拨轮，15为顶板，16为液压顶杆或者钻机钻杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：本实施例旨在提供一种循环掘进式煤层切割一体化设备，主要用于煤层内的瓦斯治理，改变传统工艺，对煤层进行横向切割，在煤层内部产生切割缝，使煤层分层，使切割缝上部和下部煤层内的瓦斯能够进入该切割缝中，并从该切割缝中将瓦斯排出，针对现有的煤层施工方式，存在煤层开采难度大，投入成本高的问题，基于此，本实施例提供了一种循环掘进式煤层切割一体化设备。

如图1中所示，一种循环掘进式煤层切割一体化设备，包括行走驱动机构和链板式循环掘刀5；本实施例针对单侧巷道对煤层进行切割，行走驱动机构在单侧巷道内行走，链板式循环掘刀5的外端与行走驱动机构传动连接，其主体深入煤层内，在行走驱动机构的带动下使链板式循环掘刀5向前逐步掘进并将产生的煤渣输出至巷道内。

如图2中所示，行走驱动机构包括行走平台1、驱动电机或液压马达2和驱动箱3，驱动电机或液压马达2安装在行走平台1上，其输出转轴与驱动箱3的输入轴传动连接，驱动箱3上设置有驱动轴4。

为实现行走功能，本实施例中行走平台1上设置有行走履带，行走平台1上安装有沿竖向设置的支撑油缸，在支撑油缸的上部设置有支撑座，驱动电机或液压马达2和驱动箱3安装在支撑座上。

本实施例中利用支撑油缸调整支撑座的高度，对链板式循环掘刀5的高度进行适应性的调整，使其与切割缝的高度匹配，首先在待切煤层中产生初切眼，通过支撑油缸调节高度，使驱动轴的高度与初切眼中部高度匹配，然后在将链板式循环掘刀组装在驱动轴上。

本实施例中行走平台1上设置有行走履带，行走履带具有一定的宽度，行走过程稳定，行走平台1上安装有沿竖向设置的支撑油缸，在支撑油缸的上部设置有支撑座，通过支撑油缸能够调节切割高度，使链板式循环掘刀5与初切通道的高度匹配。

在传动方面，本实施例中驱动电机或液压马达2通过减速机与驱动箱3传动连接，驱动电机或液压马达2、减速机和驱动箱3安装在支撑座上，支撑座的端部还设置有操作工作台，操作工作台上设置有智能显示屏和显示仪表。

链板式循环掘刀5包括链板51、轴架6、主驱动轮7、从驱动轮8和掘刀52；其中轴架6固定在行走平台1上，其内外两端分别设置有从驱动轮8和主驱动轮7，主驱动轮7与驱动轴4传动连接，链板51套装在主驱动轮7和从驱动轮8，其外侧设置有掘刀52；实施时在支撑座上设置有向外倾斜的加强支架，加强支架用于支撑轴架，提高轴架的稳定性。

主驱动轮7和从驱动轮8为带轮或者齿轮；其中链板式循环掘刀5中与驱动轮传动连接，两者之间可以采用摩擦传动或者齿轮传动，即带轮采用摩擦传动，齿轮采用咬合传动。

本实施例中掘刀52为直角三角形凸起结构，其长直角边固定在链板51上，其长直角边为固定部位，其短直角边为掘进和输送部位，利用链板带动掘刀持续转动，并在转动过程中利用掘刀对煤层进行挖掘，产生的煤渣暂存在掘刀的短直角边与前端掘刀的斜边之间形成的容腔内，随着链板的转动输送出切割缝。

本实施例在煤层已经掘进形成工作面，主要针对单一工作面巷道，在工作面停采线外一定距离施工工作面，利用链板式循环掘刀对煤层进行切割，锯采厚度可控制在200mm左右，锯采厚度不宜过大，以防锯采期间发生煤与瓦斯突出事故，主要利用行走履带推动向前，驱动电机或液压马达和减速机驱动驱动箱，并主驱动轮转动，带动循环链板，链板上镶嵌的掘刀，向煤层锯割开缝，保持向前掘进，使煤层形成一道为软分层之外的煤体创建了位移和膨胀变形的空间，使得煤体裂隙增多，加快了瓦斯的解吸与涌出，利用临时布置的瓦斯抽采管抽采锯采缝隙空间内高浓度瓦斯气体，从而实现开采区段煤体内瓦斯的卸压抽采，达到消突治理后煤仓瓦斯达标的目的。

实施例2：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例在轴架的内端设置了调节结构。

如图3-5中所示，轴架6的内端设置套装有调节座9，调节座9与轴架6设置有调节杆11，从驱动轮6设置在调节座9上。

链板式循环掘刀5为可调结构，具体方式为，轴架6的外端为驱动端，其设置有主驱动轮7，并与驱动轴4传动连接，在轴架6内端匹配套装有调节座9，调节座9能够相对轴架的内端滑动，并在轴架与调节座之间沿滑动方向设置有调节杆11，调节杆11能够调节长度并能在任意调节位置锁死，具体实施时可以为电动推杆或者液压推杆，能够调节调节座与轴架的距离，进一步目的为调节主驱动轮与从驱动轮之间的长度，使链板的松紧程度进行适应性的调节，避免链板式循环掘刀的工作时出现松动现象。

为了实现调节座9与轴架6之间的相对滑动，轴架6的端部设置有导向槽10，在调节座的底部设置有导向块，导向块限位在导向槽10内，两者能够相对滑动，且能限制位置；调节杆9为电动推杆或液压推杆，调节杆9能够调节长度并能在任意调节位置锁死, 使链板51的松紧程度进行适应性的调节，避免链板式循环掘刀的工作时出现松动现象。

本实施为实现相对滑动，还可以在在轴架的内端设置有导向轴12，调节座9上设置有贯穿的导向套，导向轴12匹配套装在导向套内，导向轴与导向套的连接方式，实现轴架与调节座的相对滑动，并通过调节杆调节主动轮与从驱动轮的间距，使链板与驱动轮之间实现稳定的传动，具体的传动方式中，主驱动轮7和从驱动轮8为带轮，其中链板式循环掘刀中链板作为与驱动轮传动连接的部件，两者之间可以采用摩擦传动，通过调节杆能够调节链板与驱动轮之间的摩擦大小，使链板式循环掘刀能够承受更大的切割负载。

实施例3：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例在内端设置了辅助行走机构。

如图6-7中所示，在轴架6的内端设置有辅助行走机构，其中辅助行走机构包括液压驱动电机或液压马达13和行走拨轮14；液压驱动电机或液压马达13安装在轴架6的内端，并靠近从驱动轮8，行走拨轮14的偏心处设置转轴，转轴与液压驱动电机或液压马达13的输出轴传动连接，行走拨轮随着转动能位于轴架以下位置。

为了减轻切割煤层时对链板式循环掘刀5内部的负荷，本实施例在靠近从驱动轮的位置设置有辅助行走机构，即在链板式循环掘刀5的内端设置辅助行走机构，外端设置有行走驱动机构；在转动时，行走拨轮能够交替的拨动切割缝的底部基础，从而链板式循环掘刀的内端产生辅助助力，与外部巷道内行走的驱动行走机构配合，使链板式循环掘刀更有力的对待切煤层进行切割。

具体实施时，行走拨轮14包括转轴、上偏心轮和下偏心轮，上偏心轮和下偏心轮交替套装在转轴上；本实施例中上偏心轮和下偏心轮交替套装在转轴上，此结构中两个直径相同的偏心轮共轴套装在转轴上形成上下对称的结构，每转动一周可以使偏心轮与切割缝的底部接触两次，进而产生辅助动力。

实施例4：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例在链板式循环掘刀内端设置了主动动力。

如图8-9中所示，本实施例在轴架6的内端向上或向下延伸设置有顶板15，顶板15靠近从驱动轮8，并在顶板15上安装有液压顶杆或者钻机钻杆16。

实施时，链板式循环掘刀5间隔设置有多层，顶板15连接相邻的轴架，液压顶杆或者钻机钻杆16的驱动端固定在顶板15上，利用行走平台的移动功能带动链板式循环掘刀向前推进，对煤层进行切割，链板式循环掘刀的内部为从动端，并在链板式循环掘刀的内端轴架上设置有顶板，在顶板上设置主动施力的液压顶杆或者钻机钻杆，液压顶杆或者钻机钻杆的固定端处于固定状态，其可以顶触在切割缝的缝壁上或者固定在固定座上，从而在链板式循环掘刀的内端主动施加与行走驱动机构匹配的推力，使链板式循环掘刀能够稳定在对煤层进行切割。

实施例5：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对链板式循环掘刀5的形状进一步说明。

如图10-11中所示，链板式循环掘刀为三角形结构，两个主驱动轮7和一个从驱动轮8固定在轴架6三个支点上，其中两个主驱动轮7与两个主驱动轴传动连接，一个从驱动轮8位于行走平台1的远端，链板51套装在主驱动轮7和从驱动轮8上。

行走驱动机构位于巷道内，并能在巷道内定向行走，三角链板式循环掘进切割刀的外端安装在行走驱动机构上，其内端深入待切煤层内，三角链板式循环掘进切割刀能跟随行走驱动机构行走，同时还能被驱动转动，使三角链板式循环掘进切割刀在行走时转动，对待切煤层进行切割。

进一步方案中，两个主驱动轮7和一个从驱动轮8分布在同一直角三角形的三个角上，其中两个主驱动轮7分布在短直角边上，且从驱动轮比主驱动轮小。

本实施例中两个主驱动轮同时作为动力轮与驱动箱的输出转轴传动连接，两个主驱动轮分布在短直角边上，一个从驱动轮位于行走平台的远端，利用长边向煤层内延伸，工作面为长直角边，利用斜面进行顶撑，三角形结构能够承受较大的荷载，稳定性强，工作安全。

本实施例采用三角链板式循环掘进切割刀对待切煤层进行切割的方式，向煤层割出一道缝隙，对煤层卸压增透，提高了割缝效率和割缝煤粉的排出，同时极大提高了煤层透气性，降低钻孔施工的劳动强度和瓦斯抽采周期，三角链板式循环掘进切割刀采用三角形拉力，结构稳定强，提高了井下施工安全

实施例6：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例设置了双侧同步的行走驱动机构。

如图12中所示，链板式循环掘刀横跨煤层，并在其两端均设置有行走驱动机构，从驱动轮套装在对应侧的驱动轴上。

本实施例预先开设双侧巷道，两侧巷道分别待切治理煤层中开挖贯通的初切通道，将链板式循环掘刀5放入初切通道内，然后将行走驱动机构安放在机巷和风巷内，并与链板式循环掘刀连接，实施时行走驱动机构同步运行，使链板式循环掘刀5同步向前推进并转动。

本实施例利用煤层中的工作面巷道条件，利用同步行走链板式煤层切割装置直接锯采煤层中一定厚度的软分层，形成工作面范围内全煤层内部分煤体的采出，形成空腔，使得软分层顶部煤体发生下向位移与膨胀变形、软分层底部煤体发生上向位移与膨胀变形，从而使得煤层中未锯采的煤体整体膨胀，裂隙增多，增加瓦斯释放的通道。

Claims (10)

1.一种循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：包括行走驱动机构和链板式循环掘刀；所述行走驱动机构包括行走平台、驱动电机或液压马达和驱动箱，所述驱动电机或液压马达安装在行走平台上，其输出转轴与驱动箱的输入轴传动连接，所述驱动箱上设置有驱动轴；链板式循环掘刀包括链板、轴架、主驱动轮、从驱动轮和掘刀；所述轴架固定在行走平台上，其内外两端分别设置有从驱动轮和主驱动轮，主驱动轮与驱动轴传动连接，所述链板套装在主驱动轮和从驱动轮，其外侧设置有掘刀。

2.根据权利要求1所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：所述轴架的内端设置有辅助行走机构，所述辅助行走机构包括液压驱动马达和行走拨轮；所述液压驱动马达安装在轴架的内端，并靠近从驱动轮，所述行走拨轮的偏心处设置转轴，所述转轴与液压驱动马达的输出轴传动连接，所述行走拨轮随着转动能位于轴架以下位置。

3.根据权利要求2所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：所述行走拨轮包括转轴、上偏心轮和下偏心轮，所述上偏心轮和下偏心轮交替套装在转轴上。

4.根据权利要求1所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：所述行走平台上设置有行走履带，行走平台上安装有沿竖向设置的支撑油缸，在支撑油缸的上部设置有支撑座，所述驱动电机或液压马达和驱动箱安装在支撑座上。

5.根据权利要求1所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：在轴架的内端向上或向下延伸设置有顶板，顶板靠近从驱动轮，并在顶板上安装有液压顶杆或者钻机钻杆。

6.根据权利要求5所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：所述链板式循环掘刀间隔设置有多层，所述顶板连接相邻的轴架，主动顶杆的驱动端固定在顶板上。

7.根据权利要求1所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：所述链板式循环掘刀为三角形结构，两个主驱动轮和一个从驱动轮固定在轴架三个支点上，其中两个主驱动轮与两个主驱动轴传动连接，一个从驱动轮位于行走平台的远端，链板套装在主驱动轮和从驱动轮上。

8.根据权利要求1所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：链板式循环掘刀横跨煤层，并在其两端均设置有行走驱动机构，所述从驱动轮套装在对应侧的驱动轴上。

9.根据权利要求1所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：在轴架的内端设置套装有调节座，调节座与轴架设置有调节杆，所述从驱动轮设置在调节座上。

10.根据权利要求1所述的循环掘进式煤层切割一体化设备，其特征在于：所述主驱动轮和从驱动轮为带轮或者齿轮。

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