CN114086978B - 一种新型煤矿用修形机以及拱形断面成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矿井下巷道掘进技术领域，具体涉及一种新型煤矿用修形机以及拱形断面成形方法。包括截割机构、机架、锚杆钻机、驾驶室、行走机构、锚杆仓和螺旋液压摆动油缸，截割机构安装于机架的最前方；螺旋液压摆动油缸一端与锚杆钻机连接，螺旋液压摆动油缸另一端与机架连接，通过螺旋液压油缸的旋转带动锚杆钻机进行旋转，机架安装有2台以上的锚杆钻机；左右两侧两个驾驶室与机架连接，机架底部设置有行走机构；锚杆仓安装于机架上方。相对比传统的先开挖成圆形断面、后续再进行巷道回填的传统方式，新型拱形断面成形方法即提高了成巷效率，又降低了巷道施工成本。

Description

一种新型煤矿用修形机以及拱形断面成形方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下巷道掘进技术领域，具体涉及一种新型煤矿用修形机以及拱形断面成形方法。
背景技术
目前掘进工作面的掘进设备主要包括悬臂式掘进机、连采机与掘锚机。悬臂式掘进机采用纵轴或横轴式截割头，截割能力强，单截割头作业加之频繁调整设备装料，截割效率低；连采机与掘锚机均采用与截割巷道等宽的截割滚筒进行截割，全宽一次截割，截割效率高，但只适用于煤巷，在截割半煤岩巷道时，存在效率低与故障率高等问题，适应性差。
随着掘进巷道岩石硬度提高以及“采掘失调”的加剧，目前的悬臂式掘进机、连采机与掘锚机已不能满足巷道施工要求，因此国内一些大中型煤矿开始采用全断面掘进机进行巷道掘进，进尺效率得到提升，但也存在着一些缺点，如全断面掘进机成型巷道断面均为圆形，而一般煤矿井下所需巷道断面为拱形，因此全断面掘进系统施工完成的巷道均需回填成拱形才能满足煤矿的使用要求，后续回填工作增加了工程工期，使得综合进尺效率提升有限，同时也降低了巷道施工的经济性。
发明内容
本发明为了解决现有的全断面截割装置只能掘进圆形断面问题，提供一种新型煤矿用修形机以及拱形断面成形方法。
本发明采取以下技术方案：一种新型煤矿用修形机，截割机构、机架、锚杆钻机、驾驶室、行走机构、锚杆仓和螺旋液压摆动油缸，截割机构安装于机架的最前方；螺旋液压摆动油缸一端与锚杆钻机连接，螺旋液压摆动油缸另一端与机架连接，通过螺旋液压油缸的旋转带动锚杆钻机进行旋转，机架安装有2台以上的锚杆钻机；左右两侧两个驾驶室与机架连接，机架底部设置有行走机构；锚杆仓安装于机架上方；所述的截割机构包括纵轴式截割头、齿轮箱、回转机构、滑移架以及截割电机，齿轮箱的两端分别安装有纵轴式截割头，纵轴式截割头与齿轮箱内的行星减速器连接，齿轮箱中部与回转机构一侧连接，回转机构另一侧固定在支撑架上，支撑架安装在滑移架的导轨体上，并可以沿导轨体滑动，支撑架与伸缩油缸的一端铰接连接，伸缩油缸的另一端与滑移架端部铰接连接，截割电机外筒与支撑架连接，截割电机输出轴通过联轴器、传动轴与齿轮箱连接，实现截割电机驱动两个纵轴式截割头旋转。
进一步的，回转机构内部传动机构采用齿轮齿条形式或蜗轮蜗杆形式，动力单元采用液压马达或油缸。
进一步的，两个纵轴式截割头工作时旋转方向相反。
一种新型煤矿用修形机的拱形断面成形方法，包括以下步骤：
S100～将新型煤矿用快速掘进修形机设置在全断面掘进机后方随全断面掘进机前进。
S200～截割电机开始工作，通过回转机构的动作驱动齿轮箱转动，使得其中一个纵轴式截割头在圆形断面的投影圆心与圆形断面的圆心高度相等，同时通过两根伸缩油缸的伸缩动作驱动左侧或右侧纵轴式截割头紧贴圆形断面最左侧或最右侧。
S300～保持截割电机工作，通过回转机构的动作驱动齿轮箱逆时针或顺时针缓慢转动，同时伴随着伸缩油缸的往复动作，使得原先最上端的纵轴式截割头向下截割，当纵轴式截割头到达理想拱形断面的底板时，接下来纵轴式截割头沿着理想拱形断面的底板向右或向左截割，将A区或B区的所有物料截割下来，同时截割下来的物料会随着截割头的旋转方向抛洒至C区，A区为圆形断面与拱形断面组成的左侧封闭图形，B区为圆形断面与拱形断面组成的右侧封闭图形，C区为圆形断面与拱形断面组成的底部封闭图形。
S400～保持截割电机工作，两根伸缩油缸推动支撑架沿导轨体向右或向左移动，同时回转机构驱动齿轮箱转动，使得位于巷道上端的纵轴式截割头在圆形断面的投影圆心与圆形断面的圆心高度相等，同时紧贴圆形断面的最右侧或最左侧。
S500～保持截割电机工作，通过回转机构的动作驱动齿轮箱逆时针或顺时针缓慢转动，同时伴随着伸缩油缸的往复动作，使得原先最上端的纵轴式截割头向下截割，当纵轴式截割头到达理想拱形断面的底板时，接下来纵轴式截割头沿着理想拱形断面的底板向左或向右截割，将B区或A区的所有物料截割下来，同时截割下来的物料会随着截割头的旋转方向抛洒至C区，一个截割循环完成后，设备向前移动一定距离。
S600～重复S200～S500，完成圆形断面截割修改成拱形断面。
采用本发明修形机及其拱形断面成形方法，将原本的圆形巷道截割修改成为拱形巷道，为全断面掘进机在煤矿应用提供了一种可行性方案，同样使得全断面掘进机系统可以一次开挖成为拱形断面，相对比传统的先开挖成圆形断面、后续再进行巷道回填的传统方式，新型拱形断面成形方法即提高了成巷效率，又降低了巷道施工成本。
附图说明
图1为本发明新型截割机构的轴侧视图；
图2为本发明滑移架的轴侧视图；
图3为圆形断面修成拱形断面示意图；
图4为拱形断面成形方法第2步示意图；
图5为拱形断面成形方法第3步示意图；
图6为拱形断面成形方法第4步示意图；
图7为拱形断面成形方法第5步示意图；
图8为配置新型截割机构的修形机；
图9为一种拱形巷道全断面掘进成套系统示意图。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
图9展示了一种拱形巷道全断面成套掘进系统，由全断面掘进机9、修形机10、动力单元11和后配套运输系统12组成。其中，全断面掘进机9负责圆形巷道的开挖，修形机10用于将圆形巷道截割修成拱形巷道，动力单元11负责为所有设备提供动力，后配套运输系统12负责将全断面掘进机9截割下来的物料转运至后方。
图8展示了一种配置本发明新型截割机构的修形机，该修形机由截割机构13、机架14、锚杆钻机15、驾驶室16、行走机构17、锚杆仓18、螺旋液压摆动油缸19等组成，截割机构13用于将圆形断面截割修成拱形断面，截割机构13安装于修形机的最前方，并通过螺栓和键等与机架14连接；螺旋液压摆动油缸19一端通过螺栓与锚杆钻机15连接，螺旋液压摆动油缸19另一端通过螺栓与机架14连接，通过螺旋液压油缸19的旋转带动锚杆钻机15进行旋转，使得锚杆钻机15可以调整一定角度用于帮锚杆、帮锚索的支护，修形机安装有2台以上的锚杆钻机15；左右两侧两个驾驶室16通过螺栓与减震垫等与机架14连接，用于操控新型截割机构13、锚杆钻机15、行走机构17等各执行机构动作；行走机构17通过螺栓与平键与机架14连接，用于驱动修行机前进与后退，行走机构17采用液压马达和行星减速器进行驱动；锚杆仓18安装于机架上方，用于锚杆、钻杆等物料的储存；修形机所需的动力由单独的动力单元提供，修形机紧跟全断面掘进机后方，用于将全断面掘进机截割的圆形断面截割修成拱形断面，同时也用于巷道锚杆的支护。
采用全断面掘进机成形巷道均为圆形，往往需要在撤离全断面掘进机后再采用回填的方式将圆形巷道修改成拱形巷道，为了能实现一次成形拱形断面，紧跟全断面掘进机后方配套装配有本发明一种新型煤矿用修形机，前方全断面掘进机用于截割圆形断面，后方的新型煤矿用修形机用于将圆形断面截割成为拱形断面。
如图3所示，实线圆形代表全断面掘进机截割断面，截割半径为R，下部虚线部分为跟在全断面掘进机后方、采用新型截割机构截割修成的拱形断面，其中拱形断面宽度为L，L=2R，拱形断面的壁高为H，拱形断面全高为H+R，A区为圆形断面与拱形断面组成的左侧封闭图形，面积为S1；B区为圆形断面与拱形断面组成的右侧封闭图形，面积与A区相等，也等于S1；A区和B区代表后方新型截割机构需要截割的部位，C区为圆形断面与拱形断面组成的底部封闭图形，面积为S2，代表需要填充的部位，当S2=2S1时，表示后方新型截割机构在截割一定距离的前提下左右两侧截割下来的物料体积等于圆形巷道底部需要填充的体积，即不需要多余物料的运输，也不需要后续的充填，使得原先的圆形巷道改变为拱形巷道。
如图1、2所示，新型截割机构主要包括：两个纵轴式截割头1、齿轮箱2、回转机构3、滑移架4、两根伸缩油缸5及截割电机6等。其中所述的滑移架4主要由支撑架7、导轨体8等组成。
两个纵轴式截割头1分别安装于齿轮箱2的两端，齿轮箱2两端布置两组行星减速器；回转机构3一侧与齿轮箱2连接，另一侧与滑移架4的支撑架7连接，使得回转机构3实现绕支撑架7回转中心旋转，回转机构3内部传动机构采用齿轮齿条形式或蜗轮蜗杆形式，动力单元采用液压马达或油缸；两根伸缩油缸5的一端与支撑架7铰接，另一端与导轨体8铰接，通过两根伸缩油缸5的伸缩动作驱动支撑架7在导轨体8上的左右滑移；截割电机6外筒与支撑架7连接，截割电机6输出轴通过联轴器、传动轴与齿轮箱2连接，最终实现截割电机6驱动两个纵轴式截割头1旋转，且两个纵轴式截割头1工作时旋转方向相反。
截割作业时，通过回转机构3的动作调整齿轮箱2的摆动角度，通过伸缩油缸5的伸缩调整齿轮箱2的横向位置，最终通过齿轮箱2位姿的变换实时调整两个纵轴式截割头1的位置，通过截割电机6驱动齿轮箱2进而驱动两个纵轴式截割头1旋转截割煤岩。
如图4-7所示，一种新型煤矿用修形机的拱形断面成形方法，用于将圆形断面截割成拱形断面，具体的截割工艺为：
S100～将新型煤矿用快速掘进修形机设置在全断面掘进机后方随全断面掘进机前进。
S200～截割电机6开始工作，通过回转机构3的动作驱动齿轮箱2转动，使得其中一个纵轴式截割头1在圆形断面的投影圆心与圆形断面的圆心高度相等，同时通过两根伸缩油缸5的伸缩动作驱动左侧或右侧纵轴式截割头1紧贴圆形断面最左侧或最右侧。
S300～保持截割电机6工作，通过回转机构3的动作驱动齿轮箱2逆时针或顺时针缓慢转动，同时伴随着伸缩油缸5的往复动作，使得原先最上端的纵轴式截割头1向下截割，当纵轴式截割头1到达理想拱形断面的底板时，接下来纵轴式截割头1沿着理想拱形断面的底板向右或向左截割，将A区或B区的所有物料截割下来，同时截割下来的物料会随着截割头的旋转方向抛洒至C区，A区为圆形断面与拱形断面组成的左侧封闭图形，B区为圆形断面与拱形断面组成的右侧封闭图形，C区为圆形断面与拱形断面组成的底部封闭图形。
S400～保持截割电机6工作，两根伸缩油缸5推动支撑架7沿导轨体8向右或向左移动，同时回转机构2.3驱动齿轮箱2转动，使得位于巷道上端的纵轴式截割头2.1在圆形断面的投影圆心与圆形断面的圆心高度相等，同时紧贴圆形断面的最右侧或最左侧。
S500～保持截割电机6工作，通过回转机构3的动作驱动齿轮箱2逆时针或顺时针缓慢转动，同时伴随着伸缩油缸5的往复动作，使得原先最上端的纵轴式截割头1向下截割，当纵轴式截割头1到达理想拱形断面的底板时，接下来纵轴式截割头1沿着理想拱形断面的底板向左或向右截割，将B区或A区的所有物料截割下来，同时截割下来的物料会随着截割头的旋转方向抛洒至C区，一个截割循环完成后，设备向前移动一定距离。
S600～重复S200～S500，完成圆形断面截割修改成拱形断面。
采用本发明修形机及其拱形断面成形方法，将原本的圆形巷道截割修改成为拱形巷道，为全断面掘进机在煤矿应用提供了一种可行性方案，采用新型截割机构及其拱形断面成形方法，使得全断面掘进机系统可以一次开挖成为拱形断面，相对比先开挖成圆形断面、后续再进行巷道回填的传统方式，新型拱形断面成形方法即提高了成巷效率，又降低了巷道施工成本。

Claims (3)

1.一种拱形断面成形方法，其特征在于：采用新型煤矿用修形机，包括截割机构（13）、机架（14）、锚杆钻机（15）、驾驶室（16）、行走机构（17）、锚杆仓（18）和螺旋液压摆动油缸（19），截割机构（13）安装于机架（14）的最前方；螺旋液压摆动油缸（19）一端与锚杆钻机（15）连接，螺旋液压摆动油缸（19）另一端与机架（14）连接，通过螺旋液压油缸（19）的旋转带动锚杆钻机（15）进行旋转，机架（14）安装有2台以上的锚杆钻机（15）；左右两侧两个驾驶室（16）与机架（14）连接，机架（14）底部设置有行走机构（17）；锚杆仓（18）安装于机架上方；所述的截割机构包括纵轴式截割头（1）、齿轮箱（2）、回转机构（3）、滑移架（4）以及截割电机（6），齿轮箱（2）的两端分别安装有纵轴式截割头（1），纵轴式截割头（1）与齿轮箱（2）内的行星减速器连接，齿轮箱（2）中部与回转机构（3）一侧连接，回转机构（3）另一侧固定在支撑架（7）上，支撑架（7）安装在滑移架（4）的导轨体（8）上，并沿导轨体（8）滑动，支撑架（7）与伸缩油缸（5）的一端铰接连接，伸缩油缸（5）的另一端与滑移架（4）端部铰接连接，截割电机（6）外筒与支撑架（7）连接，截割电机（6）输出轴通过联轴器、传动轴与齿轮箱（2）连接，实现截割电机（6）驱动两个纵轴式截割头（1）旋转；
拱形断面成形方法包括以下步骤，
S100～将新型煤矿用快速掘进修形机设置在全断面掘进机后方随全断面掘进机前进；
S200～截割电机（6）开始工作，通过回转机构（3）的动作驱动齿轮箱（2）转动，使得其中一个纵轴式截割头（1）在圆形断面的投影圆心与圆形断面的圆心高度相等，同时通过两根伸缩油缸（5）的伸缩动作驱动左侧或右侧纵轴式截割头（1）紧贴圆形断面最左侧或最右侧；
S300～保持截割电机（6）工作，通过回转机构（3）的动作驱动齿轮箱（2）逆时针或顺时针缓慢转动，同时伴随着伸缩油缸（5）的往复动作，使得原先最上端的纵轴式截割头（1）向下截割，当纵轴式截割头（1）到达理想拱形断面的底板时，接下来纵轴式截割头（1）沿着理想拱形断面的底板向右或向左截割，将A区或B区的所有物料截割下来，同时截割下来的物料会随着截割头的旋转方向抛洒至C区，A区为圆形断面与拱形断面组成的左侧封闭图形，B区为圆形断面与拱形断面组成的右侧封闭图形，C区为圆形断面与拱形断面组成的底部封闭图形；
S400～保持截割电机（6）工作，两根伸缩油缸（5）推动支撑架（7）沿导轨体（8）向右或向左移动，同时回转机构（3）驱动齿轮箱（2）转动，使得位于巷道上端的纵轴式截割头（1）在圆形断面的投影圆心与圆形断面的圆心高度相等，同时紧贴圆形断面的最右侧或最左侧；
S500～保持截割电机（6）工作，通过回转机构（3）的动作驱动齿轮箱（2）逆时针或顺时针缓慢转动，同时伴随着伸缩油缸（5）的往复动作，使得原先最上端的纵轴式截割头（1）向下截割，当纵轴式截割头（1）到达理想拱形断面的底板时，接下来纵轴式截割头（1）沿着理想拱形断面的底板向左或向右截割，将B区或A区的所有物料截割下来，同时截割下来的物料会随着截割头的旋转方向抛洒至C区，一个截割循环完成后，设备向前移动一定距离；
S600～重复S200～S500，完成圆形断面截割修改成拱形断面。
2.根据权利要求1所述的拱形断面成形方法，其特征在于：所述的回转机构（3）内部传动机构采用齿轮齿条形式或蜗轮蜗杆形式，动力单元采用液压马达或油缸。
3.根据权利要求1所述的拱形断面成形方法，其特征在于：两个纵轴式截割头（1）工作时旋转方向相反。
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