CN114109430A - 一种硬岩切割截割两用掘进机 - Google Patents

一种硬岩切割截割两用掘进机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硬岩切割截割两用掘进机，包括切割装置、角度控制装置、前后伸缩装置和悬臂式掘进机；切割装置通过角度控制装置安装在前后伸缩装置的前后移动部件上，前后伸缩装置安装在悬臂式掘进机上；本发明结构紧凑，能够实现对岩层硬度f≥10的坚硬岩层进行快速切割和截割，从而进一步提高掘进效率、降低安全隐患。

Description

一种硬岩切割截割两用掘进机
技术领域
本发明涉及一种掘进机装置，具体涉及一种硬岩切割截割两用掘进机。
背景技术
掘进机是用于开凿平直地下巷道的机器，通常由行走机构、工作机构、装运机构和转载机构组成。行走机构是使掘进机行走调动的执行机构；工作机构直接在工作面上破碎岩石，形成所需端面的形状；装运机构将工作机构破碎下来的岩石通过耙爪或刮板的运动集装，并运输到转载机构上；转载机构主要接收工作面卸下的岩石，并转运到输送机上。随着行走机构向前推进，工作机构中的切割头不断破碎岩石，并将碎岩运走，具有安全、高效和成巷质量好等优点。
掘进和回采是煤矿生产的重要生产环节，国家的方针是：采掘并重，掘进先行。煤矿巷道的快速掘进是煤矿保证矿井高产稳产的关键技术措施。采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。高效机械化掘进与支护技术是实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。
目前，国内的岩巷施工仍以钻爆法为主，钻爆破岩在全硬岩巷道的掘进中仍将占据很大比重。重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在我国处于试验阶段，且全岩巷重型悬臂式掘进机具有切割功率大、截割效率高、工作稳定且有很好的除尘系统，因此将是岩巷掘进技术今后的发展方向；在岩层硬度f<10的硬度较低的全岩巷道和半煤岩巷道，悬臂式掘进机得到大力发展，悬臂式掘进机是集截割、装运、行走、操作等功能于一体，主要用于截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道。我国煤巷高效掘进方式中悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线(也称煤巷综合机械化掘进)已逐步成为我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式，但通常岩层的硬度是一个非确定值，即不同区域内的岩层硬度不一定相同，且工作条件十分恶劣，当岩层硬度f≥10时，悬臂式掘进机不但效率极低、能耗增大，而且截齿掉落严重、甚至无法掘进，通常需将掘进机后撤至安全距离后采用钻爆破岩后再进行掘进，不仅掘进效率较低、而且爆破操作安全隐患较大，高硬度岩巷掘进已成我国掘进机械化发展的瓶颈。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种硬岩切割截割两用掘进机，结构紧凑，能够实现对岩层硬度f≥10的坚硬岩层快速切割截割，进而实现提高掘进效率、降低安全隐患的目的。
为实现上述目的，本发明提供一种硬岩切割截割两用掘进机，包括悬臂式掘进机(2)、切割装置(1)、角度控制装置和前后伸缩装置，切割装置(1)通过角度控制装置安装在前后伸缩装置的前后移动部件上，前后伸缩装置安装在悬臂式掘进机(2)上；所述悬臂式掘进机(2)用于对巷道工作面进行掘进、开采；所述前后伸缩装置用于将切割装置(1)推出到悬臂式掘进机(2)前部或是将切割装置(1)收回到悬臂式掘进机(2)后部；所述角度控制装置用于调整切割装置(1)的切割位姿；所述切割装置(1)用于在悬臂式掘进机(2)掘进前对岩层硬度f≥10的巷道工作面进行切缝破坏。
优选地，所述切割装置(1)包括固定架(1-12)、液压马达(1-13)、传动轴(1-14)、切割刀盘(1-15)；所述液压马达(1-13)固定安装在固定架(1-12)上；所述传动轴(1-14)通过调速装置与液压马达(1-13)的输出端连接；所述切割刀盘(1-15)安装在传动轴(1-14)上，所述固定架(1-12)与角度控制装置固定。
优选地，所述角度控制装置包括回转液压马达(1-6)、固定底座(1-7)、升降液压缸(1-8)、支撑臂(1-9)、调平液压缸(1-10)、连接装置(1-11)；所述固定底座(1-7)的底端与回转液压马达(1-6)连接，所述固定底座(1-7)的顶端与支撑臂(1-9)的底端铰接，所述固定底座(1-7)的两侧板与升降液压缸(1-8)的底端铰接；所述升降液压缸(1-8)的顶端与支撑臂(1-9)侧面铰接；所述支撑臂(1-9)的顶端与连接装置(1-11)后部铰接，所述支撑臂(1-9)的上部设置有用于驱动连接装置(1-11)调平的调平液压缸(1-10)；所述连接装置(1-11)前部与切割装置(1)的固定架(1-12)连接。
优选地，所述前后伸缩装置包括支撑轨道(1-1)、导向齿条(1-2)、前后移动部件(1-3)、液压驱动马达(1-4)和驱动齿轮(1-5)；所述支撑轨道(1-1)沿悬臂式掘进机(2)的前后方向固定安装在悬臂式掘进机(2)的支撑板(2-1)上，所述支撑轨道(1-1)的两端均设置有限位机构，所述导向齿条(1-2)沿悬臂式掘进机(2)的前后方向固定安装在支撑轨道(1-1)上，所述驱动齿轮(1-5)设置在前后移动部件(1-3)内并与安装在前后移动部件(1-3)上的液压驱动马达(1-4)的输出轴同轴连接，所述前后移动部件(1-3)滑动连接在支撑轨道(1-1)上，所述驱动齿轮(1-5)与导向齿条(1-2)啮合设置。
优选地，所述前后移动部件(1-3)移动到与支撑轨道(1-1)前侧的限位机构接触时，所述切割装置(1)的切割刀盘(1-15)能够伸出到悬臂式掘进机(2)的截割部的前部，所述前后移动部件(1-3)移动到与支撑轨道(1-1)后侧的限位机构接触时，所述切割装置(1)的切割刀盘(1-15)能够伸出到悬臂式掘进机(2)的截割部的后部。
优选地，所述切割装置(1)分两组对称布置在所述悬臂式掘进机(2)前进方向的两侧。
本发明还提供一种上述装置的使用方法，具体包括以下步骤：
(a)未遇到坚硬岩层时，控制前后伸缩装置使切割装置(1)和角度控制装置整体位于悬臂式掘进机(2)的截割部的后方，便于悬臂式掘进机(2)的截割部进行截割岩层；
(b)当遇到坚硬岩层时，此时岩层硬度f≥10，先控制悬臂式掘进机2的截割部落下，然后通过控制前后伸缩装置的前后移动部件(1-3)移动到与支撑轨道(1-1)前侧的限位机构接触，使切割装置(1)的切割刀盘(1-15)贴近工作面，通过角度控制装置调整切割装置(1)的角度、位置和切割姿态，使切割刀盘(1-15)对准要切割的工作面，利用切割刀盘(1-15)在工作面断面上切割一条缝隙以降低岩石的破坏强度；
(c)完成对工作面的切割工作后，控制前后伸缩装置使前后移动部件(1-3)移动到与支撑轨道(1-1)后侧的限位机构接触，使切割装置(1)、角度控制装置整体位于悬臂式掘进机(2)截割部的后方，然后由悬臂式掘进机2截割部对工作面进行开拓掘进。
有益效果：
(1)与现有技术相比，本发明的切割装置可以在遇到坚硬岩层时在巷道断面上先由切割刀盘在工作面上切割一条缝隙以降低岩石的破坏强度，进而由掘进机截割部对巷道工作面进行开拓掘进，能够实现坚硬岩层的机械化作业，避免了掘进机在开采坚硬岩石时出现采不动、效率低、截齿损毁严重的问题；
(2)本发明设有角度控制装置，因此切割装置能够实现多角度、位置、姿态的切割需要；在同一悬臂式掘进机上对称设置两套切割装置时可实现两套切割装置同时工作，大大提高了作业范围和掘进效率，相当于两台切割机和一台悬臂式掘进机的功能，能够大大降低巷道开拓成本；
(3)本发明结构紧凑，掘进能力高，掘进效率高，减少了零件的损耗，切割装置姿势调整灵活，可最大限度地满足硬岩掘进时对切割的需求，特别适用于岩层硬度f≥10的岩石巷道进行开拓掘进。
附图说明
图1是本发明切割装置完全缩入状态时的三维结构示图；
图2是本发明切割装置完全展开状态时的三维结构示图；
图3是本发明切割装置、角度控制装置和前后伸缩装置的三维结构示图；
图中：1、钻涨装置，1-1、支撑轨道，1-2、导向齿条，1-3、前后移动部件，1-4、液压驱动马达，1-5、驱动齿轮，1-6、回转液压马达，1-7、固定底座，1-8、升降液压缸，1-9、支撑臂，1-10、调平液压缸，1-11、连接装置，1-12、固定架，1-13、液压马达，1-14、传动轴，1-15、切割刀盘，2、悬臂式掘进机，2-1、支撑板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明(以下以悬臂式掘进机的掘进方向为前方描述)。
如图1和图2所示，本实施例提供一种硬岩切割截割两用掘进机，包括悬臂式掘进机2、切割装置1、角度控制装置和前后伸缩装置，切割装置1通过角度控制装置安装在前后伸缩装置的前后移动部件上，前后伸缩装置安装在悬臂式掘进机2上；
本实例的悬臂式掘进机2为本领域技术人员所熟知的现有悬臂式掘进机在此不再作具体描述。
所述支撑轨道1-1沿悬臂式掘进机2的前后方向固定安装在悬臂式掘进机2的支撑板2-1上，所述支撑轨道1-1的两端均设置有限位机构，所述导向齿条1-2沿悬臂式掘进机2的前后方向固定安装在支撑轨道1-1上，所述驱动齿轮1-5设置在前后移动部件1-3内并与安装在前后移动部件1-3上的液压驱动马达1-4的输出轴同轴连接，所述前后移动部件1-3滑动连接在支撑轨道1-1上，所述驱动齿轮1-5与导向齿条1-2啮合设置；
本实例的前后移动部件1-3、导向齿条1-2、驱动齿轮1-5、液压驱动马达1-4、支撑轨道1-1、支撑板2-1、限位机构采用本领域技术人员所熟知的现有产品或结构，其相关之间的连接方式也采用本领域技术人员所熟知的现有连接方式，在此不作详细描述。
所述前后移动部件1-3移动到与支撑轨道1-1前侧的限位机构接触时，所述切割装置1的切割刀盘1-15能够伸出到悬臂式掘进机2的截割部的前部，所述前后移动部件1-3移动到与支撑轨道1-1后侧的限位机构接触时，所述切割装置1的切割刀盘1-15能够伸出到悬臂式掘进机2的截割部的后部，用以保证在切割刀盘1-15工作时，悬臂式掘进机2的截割部不接触工作面，悬臂式掘进机2的截割部工作时，切割刀盘1-15不接触工作面。
本实施例的切割刀盘1-15采用如图1-2所示的现有结构，材质选用能够切割岩层硬度f≥10的现有材质。
如图3所示，所述切割装置1包括固定架1-12、液压马达1-13、传动轴1-14、切割刀盘1-15；所述液压马达1-13固定安装在固定架1-12上；所述传动轴1-14通过调速装置与液压马达1-13的输出端连接；所述切割刀盘1-15安装在传动轴1-14上，所述固定架1-12与角度控制装置固定。所述角度控制装置包括回转液压马达1-6、固定底座1-7、升降液压缸1-8、支撑臂1-9、调平液压缸1-10、连接装置1-11；所述固定底座1-7的底端与回转液压马达1-6连接，所述固定底座1-7的顶端与支撑臂1-9的底端铰接，所述固定底座1-7的两侧板与升降液压缸1-8的底端铰接；所述升降液压缸1-8的顶端与支撑臂1-9侧面铰接；所述支撑臂1-9的顶端与连接装置1-11后部铰接，所述支撑臂1-9的上部设置有用于驱动连接装置1-11调平的调平液压缸1-10；所述连接装置1-11前部与切割装置1的固定架1-12连接。
本实施例的固定架1-12、液压马达1-13、传动轴1-14、切割刀盘1-15、回转液压马达1-6、固定底座1-7、升降液压缸1-8、支撑臂1-9、调平液压缸1-10、连接装置1-11采用本领域技术人员所熟知的现有产品或结构，在此不再作具体描述。
本实例的切割装置1分两组对称布置在所述悬臂式掘进机2前进方向的两侧，本实施例的切割装置1可以匹配不同型号的悬臂式掘进机2。
本实例的具体使用方法包括以下步骤：
A、未遇到坚硬岩层时，此时岩层硬度f＜10，控制前后伸缩装置使切割装置1和角度控制装置整体位于悬臂式掘进机2的截割部的后方，便于悬臂式掘进机2的截割部进行截割岩层，此时只需要采用悬臂式掘进机2的截割部截割岩层；
B、当遇到坚硬岩层时，悬臂式掘进机2的截割部的截割深度推进缓慢或是完全不能推进无法对岩层进行截割时，此时岩层硬度f≥10，先控制悬臂式掘进机2的截割部落下，然后通过控制前后伸缩装置的前后移动部件1-3移动到与支撑轨道1-1前侧的限位机构接触，使切割装置1的切割刀盘1-15贴近工作面，通过角度控制装置调整切割装置1的角度、位置和切割姿态，使切割刀盘1-15对准要切割的工作面，利用切割刀盘1-15在工作面断面上切割一条缝隙以降低岩石的破坏强度；
C、完成对工作面的切割工作后，控制前后伸缩装置使前后移动部件1-3移动到与支撑轨道1-1后侧的限位机构接触，使切割装置1、角度控制装置整体位于悬臂式掘进机2截割部的后方，然后由悬臂式掘进机2截割部对工作面进行开拓掘进。
本实例的方法在使用时，因为悬臂式掘进机2的截割部在遇到坚硬岩层时(此时岩层硬度f≥10)和未遇到坚硬岩层时(此时岩层硬度f＜10)的截割状态有明显的不同，由本领域技术人员采用现有方法根据本领域技术人员所熟知的悬臂式掘进机2的现有参数变化来判断是否遇到坚硬岩层，在此不再作具体描述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种硬岩切割截割两用掘进机，其特征在于，包括悬臂式掘进机(2)、切割装置(1)、角度控制装置和前后伸缩装置，切割装置(1)通过角度控制装置安装在前后伸缩装置的前后移动部件上，前后伸缩装置安装在悬臂式掘进机(2)上；所述悬臂式掘进机(2)用于对巷道工作面进行掘进、开采；所述前后伸缩装置用于将切割装置(1)推出到悬臂式掘进机(2)前部或是将切割装置(1)收回到悬臂式掘进机(2)后部；所述角度控制装置用于调整切割装置(1)的切割位姿；所述切割装置(1)用于在悬臂式掘进机(2)掘进前对岩层硬度f≥10的巷道工作面进行切缝破坏。
2.根据权利要求1所述的一种硬岩切割截割两用掘进机，其特征在于，所述切割装置(1)包括固定架(1-12)、液压马达(1-13)、传动轴(1-14)、切割刀盘(1-15)；所述液压马达(1-13)固定安装在固定架(1-12)上；所述传动轴(1-14)通过调速装置与液压马达(1-13)的输出端连接；所述切割刀盘(1-15)安装在传动轴(1-14)上，所述固定架(1-12)与角度控制装置固定。
3.根据权利要求1所述的一种硬岩切割截割两用掘进机，其特征在于，所述角度控制装置包括回转液压马达(1-6)、固定底座(1-7)、升降液压缸(1-8)、支撑臂(1-9)、调平液压缸(1-10)、连接装置(1-11)；所述固定底座(1-7)的底端与回转液压马达(1-6)连接，所述固定底座(1-7)的顶端与支撑臂(1-9)的底端铰接，所述固定底座(1-7)的两侧板与升降液压缸(1-8)的底端铰接；所述升降液压缸(1-8)的顶端与支撑臂(1-9)侧面铰接；所述支撑臂(1-9)的顶端与连接装置(1-11)后部铰接，所述支撑臂(1-9)的上部设置有用于驱动连接装置(1-11)调平的调平液压缸(1-10)；所述连接装置(1-11)前部与切割装置(1)的固定架(1-12)连接。
4.根据权利要求1所述的一种硬岩切割截割两用掘进机，其特征在于，所述前后伸缩装置包括支撑轨道(1-1)、导向齿条(1-2)、前后移动部件(1-3)、液压驱动马达(1-4)和驱动齿轮(1-5)；所述支撑轨道(1-1)沿悬臂式掘进机(2)的前后方向固定安装在悬臂式掘进机(2)的支撑板(2-1)上，所述支撑轨道(1-1)的两端均设置有限位机构，所述导向齿条(1-2)沿悬臂式掘进机(2)的前后方向固定安装在支撑轨道(1-1)上，所述驱动齿轮(1-5)设置在前后移动部件(1-3)内并与安装在前后移动部件(1-3)上的液压驱动马达(1-4)的输出轴同轴连接，所述前后移动部件(1-3)滑动连接在支撑轨道(1-1)上，所述驱动齿轮(1-5)与导向齿条(1-2)啮合设置。
5.根据权利要求4所述的一种硬岩切割截割两用掘进机，其特征在于，所述前后移动部件(1-3)移动到与支撑轨道(1-1)前侧的限位机构接触时，所述切割装置(1)的切割刀盘(1-15)能够伸出到悬臂式掘进机(2)的截割部的前部，所述前后移动部件(1-3)移动到与支撑轨道(1-1)后侧的限位机构接触时，所述切割装置(1)的切割刀盘(1-15)能够伸出到悬臂式掘进机(2)的截割部的后部。
6.根据权利要求1所述的一种硬岩切割截割两用掘进机，其特征在于，所述切割装置(1)分两组对称布置在所述悬臂式掘进机(2)前进方向的两侧。
7.一种硬岩切割截割两用掘进机的使用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(a)未遇到坚硬岩层时，控制前后伸缩装置使切割装置(1)和角度控制装置整体位于悬臂式掘进机(2)的截割部的后方，便于悬臂式掘进机(2)的截割部进行截割岩层；
(b)当遇到坚硬岩层时，此时岩层硬度f≥10，先控制悬臂式掘进机2的截割部落下，然后通过控制前后伸缩装置的前后移动部件(1-3)移动到与支撑轨道(1-1)前侧的限位机构接触，使切割装置(1)的切割刀盘(1-15)贴近工作面，通过角度控制装置调整切割装置(1)的角度、位置和切割姿态，使切割刀盘(1-15)对准要切割的工作面，利用切割刀盘(1-15)在工作面断面上切割一条缝隙以降低岩石的破坏强度；
(c)完成对工作面的切割工作后，控制前后伸缩装置使前后移动部件(1-3)移动到与支撑轨道(1-1)后侧的限位机构接触，使切割装置(1)、角度控制装置整体位于悬臂式掘进机(2)截割部的后方，然后由悬臂式掘进机2截割部对工作面进行开拓掘进。
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