CN114151078A - 一种水射流夹矸层掏槽装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水射流夹矸层掏槽装置，包括主机和执行机构；主机包括主机本体以及设置在主机本体上的水箱、第一动力源以及第二动力源；执行机构包括行走部件以及钻切总成；钻切总成包括钻进主体架、伸缩件、钻箱、钻杆以及两组传动组件；本发明的执行机构可以进行前探式施工，施工时将执行机构派出，自由行走于煤巷的狭窄空间内，完成施工，其能适应复杂的施工工况；本发明的钻切总成集成钻进和水射流一体的功能，通过伸缩件带动钻杆钻进和后退，提供动力大且易于控制的钻进机构，在钻杆上开射流孔，第二动力源提供超高压水源，从而实现水射流功能。

Description

一种水射流夹矸层掏槽装置
技术领域
本发明涉及水射流切割领域，具体涉及一种水射流夹矸层掏槽装置。
背景技术
高压水射流是煤矿开采中率先应用的新型破岩技术，从早期的水力采煤，到水射流割缝增透促进瓦斯释放，再到坚硬顶板水力切割致弱促进放顶，水射流技术已经证明是开采破岩的有效途径。
现有用于切割煤层的水射流设备存在的问题是：1、集成度差，缺乏适应煤矿巷道作业的集钻进和射流于一体的水射流钻进设备；2、灵活性差，煤巷掘进工作面工况复杂，空间狭小，不利于设备进出；3、现有钻进结构与水射流设备配合性差。
综上所述，急需一种水射流夹矸层掏槽装置以解决现有技术中集成度差以及适应性差的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种水射流夹矸层掏槽装置，以解决现有技术中集成度差以及适应性差的问题，具体技术方案如下：
一种水射流夹矸层掏槽装置，包括主机和执行机构；所述主机包括主机本体以及设置在主机本体上的水箱、第一动力源以及第二动力源；所述第一动力源分别连接主机本体以及执行机构，用于为主机本体以及执行机构提供工作动力；所述第二动力源分别与水箱和执行机构连接，用于为执行机构提供水源；
所述执行机构包括行走部件以及钻切总成；
所述钻切总成包括钻进主体架、钻杆、钻箱、伸缩件以及两组传动组件；钻进主体架设置在行走部件上；所述钻杆与钻箱连接，所述钻箱滑动设置在钻进主体架上，钻箱用于带动钻杆转动；所述伸缩件设置在钻进主体架上；两组传动组件的一端均固定在钻进主体架上，另一端连接在钻箱上，通过伸缩件带动传动组件动作从而带动钻杆钻进或回退；
所述钻杆内部设有水流通道，水流通道与第二动力源连通；钻杆上开设有连通水流通道的射流孔，射流孔用于实现射流。
以上技术方案优选的，所述第一动力源为液压泵站；所述第二动力源为超高压水泵站。
以上技术方案优选的，所述传动组件包括动滑轮以及钢丝绳；所述动滑轮设置在伸缩件上，钢丝绳一端固定在钻进主体架上，另一端连接在钻箱上。
以上技术方案优选的，，所述钻箱包括减速箱、液压马达以及卡盘；所述减速箱滑动设置在钻进主体架上；所述液压马达连接在减速箱的输入端上，所述卡盘固定连接在减速箱的输出端上，卡盘用于卡持钻杆。
以上技术方案优选的，所述钻进主体架上设有夹持器，夹持器用于钻杆的夹持和松开。
以上技术方案优选的，所述钻进主体架上还设有防护罩，防护罩用于钻杆的防护；所述钻进主体架靠近掌子面的端部设有橡胶座，橡胶座用于钻进主体架的稳定。
以上技术方案优选的，所述行走部件上还设有升降机构，钻进主体架通过升降机构实现升降。
以上技术方案优选的，还包括设置在水流通道内的压力转换阀；压力转换阀沿钻杆长度方向将水流通道分为射流段和润滑段；射流孔与射流段连通；钻杆的钻头上开设有连通润滑段的润滑孔；射流段与第二动力源连通。
以上技术方案优选的，还包括设置在行走部件上的多组伸缩支撑结构，伸缩支撑结构用于行走部件的支撑。
以上技术方案优选的，所述执行机构还包括多路阀、进油管、回油管以及溢流管；所述进油管、回油管以及溢流管的两端分别连接多路阀和第一动力源；所述多路阀设置在行走部件上，多路阀分别与行走部件的动力系统、伸缩件以及钻箱连接，用于提供动力液。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明的水射流夹矸层掏槽装置包括主机和执行机构；主机包括主机本体以及设置在主机本体上的水箱、第一动力源以及第二动力源；所述执行机构包括行走部件以及钻切总成；所述钻切总成包括钻进主体架、伸缩件、钻箱、钻杆以及两组传动组件；本发明的执行机构可以进行前探式施工，施工时将执行机构派出，自由行走于煤巷的狭窄空间内，完成施工，其能适应复杂的施工工况；本发明的钻切总成集成钻进和水射流一体的功能，通过伸缩件带动钻杆钻进和后退，提供动力大且易于控制的钻进机构，在钻杆上开射流孔，第二动力源提供超高压水源，从而实现水射流功能。
(2)本发明的第一动力源为液压泵站，本发明通过液压泵站同时为主机以及执行机构提供动力液，减少了电缆输入，施工维护方便，同时降低系统复杂性，从而降低故障率；本发明的第二动力源为超高压水泵站，通过超高压水泵站向钻杆内部的水流通道提供超高压水源，便于实现钻进后切缝。
(3)本发明的传动组件包括动滑轮以及钢丝绳；通过伸缩件、动滑轮以及钢丝绳的配合，从而带动钻杆钻进或回退，能为钻杆提供强大的动力，且灵活性高。
(4)本发明的钻箱包括减速箱、液压马达以及卡盘；液压马达通过液压油驱动，其扭矩经减速箱输出至卡盘上，设置在减速箱输出端上的卡盘通过液压油驱动能夹紧钻杆，从而实现液压马达的扭矩传输至钻杆上，减速箱、液压马达以及卡盘配合能减少扭矩的损失，且结构稳定。
(5)本发明的钻进主体架上设有夹持器、防护罩以及橡胶座；夹持器通过液压油驱动，钻进时，输入液压油使得夹持器松开钻杆，在钻杆不工作时，夹持器夹紧钻杆，保证安全性；防护罩防护暴露在空顶区域下的钻杆，防止落石砸中钻杆造成高压水泄露；橡胶座用于顶紧掌子面，稳定钻杆钻进时带来的震动。
(6)本发明的行走部件上还设有升降机构，钻进主体架通过升降机构实现升降，便于对整个掌子面进行钻进以及水射流切割。
(7)本发明还包括设置在水流通道内的压力转换阀；压力转换阀沿钻杆长度方向将水流通道分为射流段和润滑段；通过设置压力转换阀，使得本发明的装置能进行低压水钻进(润滑)以及高压水射流割缝两种模式的切换，正常钻头钻进时，压力转换阀连通射流段和润滑段，低压水进入润滑段并从润滑孔溢出，对钻头起冷却润滑作用，以及冲刷钻进过程中的矸石碎屑；水射流割缝时，通过调高超高压水泵站的水压至预设压力，压力转换阀处于关闭状态，射流孔开始射流，进行高压水力切缝。通过沿钻杆径向设置多组射流孔，平衡射流反力，多组射流孔同时工作，合理分配压力流量，更高效利用超高压水泵站功率。
(8)本发明还包括设置在行走部件上的多组伸缩支撑结构，在行走部件行走至工作位置后，伸缩支撑结构向下伸缩支撑在地面上，起到稳固的作用。
(9)本发明的执行机构还包括多路阀、进油管、回油管以及溢流管；液压泵站的油液经进油管进入多路阀后，通过多路阀再进一步分配至各动作元件，各动作元件的回油经多路阀汇总后由回油管返回主机的液压泵站，并且多路阀收集所有的溢流液压油，并通过溢流管返回主机的液压泵站，油路简单，易于控制。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本实施例的水射流夹矸层掏槽装置结构示意图(主机仅示意简图)；
图2是图1中的钢丝滑轮机构、钻箱以及伸缩件的示意图；图2中仅示意了钻箱的简图，且未示意钻杆；
图3是图1中钻箱的示意图；
图4是图1中钻杆的示意图；
其中，1、主机；1.1、主机本体；1.2、水箱；1.3、第一动力源；1.4、第二动力源；1.5、履带行走机构；1.6、高压水管卷筒；1.7、高压水管；2、执行机构；2.1、行走部件；2.2、钻进主体架；2.3、钻杆；2.31、水流通道；2.31a、射流段；2.31b、润滑段；2.32、钻头；2.33、射流孔；2.34、润滑孔；2.4、钻箱；2.41、液压马达；2.42、减速箱；2.43、卡盘；2.5、伸缩件；2.5a、伸缩端；2.6、动滑轮；2.7、钢丝绳；2.7a、固定端；2.8、夹持器；2.9、防护罩；2.10、橡胶座；2.11、升降机构；2.12、伸缩支撑结构；2.13、旋转水尾。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例：
一种水射流夹矸层掏槽装置，包括主机1和执行机构2；本实施例的掏槽装置在需要钻进和水射流切缝工作时，通过执行机构2行走穿过狭窄的作业空间到达掌子面进行钻进和水射流切缝工作，如图1-4所示，具体如下：
如图1所示，所述主机1包括主机本体1.1、水箱1.2、第一动力源1.3以及第二动力源1.4；主机本体1.1的底部设有履带行走机构1.5，水箱1.2设置在主机本体1.1上，通过水箱1.2提供水射流切缝以及钻进润滑时所需的液体；所述第一动力源1.3优选为液压泵站，通过液压泵站为主机1(具体是主机1的履带行走机构1.5)以及执行机构2提供液压油，即为主机1和执行机构2提供工作动力；所述第二动力源1.4优选为超高压水泵站，高压水管1.7通过超高压水泵站与水箱1.2连通，高压水管1.7将水箱1.2内的水输送至执行机构2，便于进行水射流切缝或润滑。
优选的，如图1所示，在主机本体1.1上设有高压水管卷筒1.6，高压水管卷筒1.6便于高压水管1.7的收放。
所述执行机构2包括行走部件2.1以及钻切总成，具体如下：
如图1所示，行走部件2.1优选为履带行走机构；所述钻切总成设置在行走部件2.1上。所述钻切总成包括钻进主体架2.2、钻杆2.3、钻箱2.4、伸缩件2.5以及两组传动组件(传动组件优选为钢丝滑轮组件)；
如图1-2所示，所述钻进主体架2.2优选为燕尾导轨；钻进主体架2.2通过升降机构2.11设置在行走部件2.1的上端。
钻杆2.3与钻箱2.4连接，通过钻箱2.4带动钻杆2.3转动，钻箱2.4滑动设置在燕尾导轨上，燕尾导轨能保证钻箱2.4的稳定滑动，通过伸缩件2.5和两组传动组件带动钻箱2.4在燕尾导轨上前后滑动，从而实现钻杆2.3钻进或回退。
如图3所示，所述钻箱2.4包括减速箱2.42、液压马达2.41以及卡盘2.43(液压卡盘)；所述减速箱2.42滑动设置在钻进主体架2.2上，液压马达2.41与减速箱2.42的输入端固定连接，通过液压马达2.41提供钻杆2.3钻进所需的扭矩，卡盘2.43固定设置在减速箱2.42的输出端上，钻进时，液压马达2.41带动减速箱2.42输入端转动，减速箱2.42输出端上的卡盘2.43卡紧钻杆2.3，从而使得钻杆2.3转动，并且通过伸缩件2.5和两组传动组件带动钻箱2.4的整体结构向前钻进或回退。
如图2所示，所述伸缩件2.5优选为伸缩油缸，伸缩油缸的伸缩端2.5a固定在钻进主体架2.2(燕尾导轨)上，并且伸缩油缸的伸缩方向与钻杆钻进或回退方向一致。
如图1-2所示，两组传动组件与伸缩件2.5配合，能分别带动钻箱2.4钻进和回退，具体是：
如图2所示，第一组传动组件(用于钻杆钻进)包括第一组动滑轮2.6以及推进钢丝绳2.7，第一组动滑轮2.6固定设置在伸缩件2.5靠近掌子面的端部，推进钢丝绳2.7的固定端2.7a固定在钻进主体架2.2上，另一端连接在钻箱2.4(具体是减速箱2.42)前侧壁上，且推进钢丝绳2.7与第一组动滑轮2.6滑动配合，在钻进时，伸缩件2.5朝向掌子面伸出，从而带动减速箱2.42和钻杆2.3钻进；
如图2所示，第二组传动组件(用于钻杆回退)包括第二组动滑轮2.6以及回退钢丝绳2.7，所述第二组动滑轮2.6固定设置在伸缩件2.5远离掌子面的一端上，回退钢丝绳2.7的固定端2.7a固定在钻进主体架2.2上，另一端连接在钻箱2.4(具体是减速箱2.42)后侧壁上，且回退钢丝绳2.7与第二组动滑轮2.6滑动配合，回退时，伸缩件2.5回缩，从而带动第二组动滑轮2.6回退，进而带动减速箱2.42和钻杆2.3回退。
优选的，如图1所示，所述钻进主体架2.2的前端上设有夹持器2.8(常闭夹持器)，夹持器2.8通过液压油驱动，在无液压油输入时，夹持器2.8内部弹簧将卡瓦压紧夹住钻杆2.3，防止停机时钻杆2.3意外滑落，属于安全防护措施；钻进时，输入液压油可将夹持器2.8松开，从而进行正常钻进。夹持器2.8参考现有的液压夹持器。
优选的，如图1所示，所述钻进主体架2.2上设有防护罩2.9，防护罩2.9位于夹持器2.8的后方，用于钻杆2.3的防护，避免落石损伤钻杆2.3或其他元件。
优选的，如图1所示，所述钻进主体架2.2靠近掌子面的端部设有橡胶座2.10，钻进时，橡胶垫顶在掌子面上，避免钻进主体架2.2震动。
优选的，如图1所示，所述行走部件2.1上还设有升降机构2.11，钻进主体架2.2设置在升降机构2.11上，通过升降机构2.11实现钻进主体架2.2的上下升降，进而实现对整个掌子面的钻孔和水射流切割工作。升降机构2.11参考现有的升降台。
优选的，如图1所示，所述行走部件2.1上还设有多组伸缩支撑结构2.12(数量优选为四组)，伸缩支撑结构2.12可以在执行机构2工作时，向下伸缩从而将行走部件2.1整体向上顶起，从而保证稳定性，具体是，伸缩支撑结构2.12包括支撑油缸和外框架；支撑油缸的两端分别连接行走部件2.1和外框架，支撑油缸的伸缩方向为竖向，支撑油缸伸出带动外框架支撑在地面上实现稳固。
优选的，所述执行机构2还包括多路阀、进油管、回油管以及溢流管；进油管、回油管以及溢流管的一端均与第一动力源1.3(液压泵站)连通，进油管、回油管以及溢流管的另一端与多路阀连通；附图中未标示多路阀、进油管、回油管以及溢流管。
进油管：第一动力源1.3的油液经进油管进入多路阀后，多路阀再进一步分配至各动作元件，具体是：多路阀通过管路分别连通液压马达2.41、卡盘2.43、夹持器2.8、伸缩件2.5、升降机构2.11、支撑油缸以及行走部件2.1的动力系统，从而为各动作元件提供液压动力；
回油管：各动作元件的回油经多路阀汇总后由回油管返回第一动力源1.3(液压泵站)；
溢流管：多路阀收集所有的溢流液压油，并通过溢流管返回第一动力源1.3(液压泵站)。
如图4所示，所述钻杆2.3内部设有水流通道2.31，钻杆2.3远离掌子面的端部设有旋转水尾2.13(旋转接头)，旋转水尾2.13与钻杆2.3内部的水流通道2.31连通，高压水管1.7的一端连通第二动力源1.4(超高压水泵站)，另一端通过旋转水尾2.13与钻杆2.3内部的水流通道2.31连通，旋转水尾2.13作用是避免高压水管1.7与钻杆2.3发生干涉，从而影响钻杆2.3转动。
如图4所示，本实施例通过在水流通道2.31内设置压力转换阀进行压力转换，从而使得本实施例的掏槽装置能进行低压水钻进(润滑)以及高压水射流割缝两种模式的切换，具体是：压力转换阀设置在水流通道2.31内，沿钻杆2.3长度方向将水流通道2.31分别为射流段2.31a和润滑段2.31b，射流段2.31a的一端通过旋转水尾2.13与第二动力源1.4(超高压水泵站)连通，钻杆2.3上设有连通射流段2.31a的射流孔2.33以及连通润滑段2.31b的润滑孔2.34；射流孔2.33优选设有多组，多组射流孔2.33沿钻杆2.3径向对应设置，润滑孔2.34优选设置在钻头2.32上。
如图4所示，低压水钻进(润滑)时，第二动力源1.4(超高压水泵站)提供的水源为低压水(如水压为5-7MPa)，此时压力转换阀为打开状态，低压水由射流段2.31a进入润滑段2.31b，并从润滑段2.31b的润滑孔2.34溢出，从而为钻杆2.3钻进时提供润滑介质。
如图4所示，水射流切缝时，第二动力源1.4(超高压水泵站)提供的水源为超高压水(如水压为100-150MPa)，此时压力转换阀为闭合状态，射流段2.31a和润滑段2.31b不连通，超高压水进入射流段2.31a，并从射流孔2.33向外射出，实现水射流切缝，需要说明的是，为了实现水源的射流，射流孔2.33的孔径为射流段2.31a孔径规格的0.05-0.3倍。
优选的，本实施例还包括接收件(参考现有的接收器结构)，接收件与多路阀连接，通过外部设备发送信号至接收件，接收件控制多路阀向各动作元件输送液压油，从而控制各动作元件的动作，能实现远程操控作业。
本实施例的水射流夹矸层掏槽装置工作流程如下：
第一步，执行机构2穿过狭窄的过道，到达掌子面前面；
第二步，伸缩支撑结构2.12向下将执行机构2的行走部件2.1撑起(即将整个执行机构2撑起)，从而保证工作时的稳定性；
第三步，第一动力源1.3(液压泵站)向多路阀传输液压油，多路阀向卡盘2.43输入液压油，使得卡盘2.43卡紧钻杆2.3，同时多路阀向夹持器2.8输入液压油，使得夹持器2.8松开钻杆2.3；
第四步，多路阀向液压马达2.41输入液压油，液压马达2.41转动，从而带动钻杆2.3转动；多路阀向伸缩件2.5输入液压油，伸缩件2.5伸出，从而带动钻杆2.3向前钻进；钻进的同时，第二动力源1.4(超高压水泵站)向钻杆2.3内部的水流通道2.31提供低压水，从而在钻杆2.3钻进时进行润滑；
第五步，钻孔完成后，进行水射流切缝，具体是：通过调高第二动力源1.4(超高压水泵站)水压至预设压力，此时压力转换阀处于闭合状态，高压水进入钻杆2.3内的射流段2.31a，并从射流孔2.33内向外射出，进行高压水力切缝。优选钻杆2.3多次同一位置退出或进给，从而实现对一个位置的重复切割，提高切割效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，包括主机(1)和执行机构(2)；
所述主机(1)包括主机本体(1.1)以及设置在主机本体(1.1)上的水箱(1.2)、第一动力源(1.3)以及第二动力源(1.4)；
所述第一动力源(1.3)分别连接主机本体(1.1)以及执行机构(2)，用于为主机本体(1.1)以及执行机构(2)提供工作动力；所述第二动力源(1.4)分别与水箱(1.2)和执行机构(2)连接，用于为执行机构(2)提供水源；
所述执行机构(2)包括行走部件(2.1)以及钻切总成；
所述钻切总成包括钻进主体架(2.2)、钻杆(2.3)、钻箱(2.4)、伸缩件(2.5)以及两组传动组件；钻进主体架(2.2)设置在行走部件(2.1)上；所述钻杆(2.3)与钻箱(2.4)连接，所述钻箱(2.4)滑动设置在钻进主体架(2.2)上，钻箱(2.4)用于带动钻杆(2.3)转动；所述伸缩件(2.5)设置在钻进主体架(2.2)上；两组传动组件的一端均固定在钻进主体架(2.2)上，另一端连接在钻箱(2.4)上，通过伸缩件(2.5)带动传动组件动作从而带动钻杆(2.3)钻进或回退；
所述钻杆(2.3)内部设有水流通道(2.31)，水流通道(2.31)与第二动力源(1.4)连通；钻杆(2.3)上开设有连通水流通道(2.31)的射流孔(2.33)，射流孔(2.33)用于实现射流。
2.根据权利要求1所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，所述第一动力源(1.3)为液压泵站；所述第二动力源(1.4)为超高压水泵站。
3.根据权利要求1所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，所述传动组件包括动滑轮(2.6)以及钢丝绳(2.7)；所述动滑轮(2.6)设置在伸缩件(2.5)上，钢丝绳(2.7)一端固定在钻进主体架(2.2)上，另一端连接在钻箱(2.4)上。
4.根据权利要求3所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，所述钻箱(2.4)包括减速箱(2.42)、液压马达(2.41)以及卡盘(2.43)；所述减速箱(2.42)滑动设置在钻进主体架(2.2)上；所述液压马达(2.41)连接在减速箱(2.42)的输入端上，所述卡盘(2.43)固定连接在减速箱(2.42)的输出端上，卡盘(2.43)用于卡持钻杆(2.3)。
5.根据权利要求4所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，所述钻进主体架(2.2)上设有夹持器(2.8)，夹持器(2.8)用于钻杆(2.3)的夹持和松开。
6.根据权利要求4所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，所述钻进主体架(2.2)上还设有防护罩(2.9)，防护罩(2.9)用于钻杆(2.3)的防护；所述钻进主体架(2.2)靠近掌子面的端部设有橡胶座(2.10)，橡胶座(2.10)用于钻进主体架(2.2)的稳定。
7.根据权利要求1所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，所述行走部件(2.1)上还设有升降机构(2.11)，钻进主体架(2.2)通过升降机构(2.11)实现升降。
8.根据权利要求1所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，还包括设置在水流通道(2.31)内的压力转换阀；压力转换阀沿钻杆(2.3)长度方向将水流通道(2.31)分为射流段(2.31a)和润滑段(2.31b)；射流孔(2.33)与射流段(2.31a)连通；钻杆(2.3)的钻头(2.32)上开设有连通润滑段(2.31b)的润滑孔(2.34)；射流段(2.31a)与第二动力源(1.4)连通。
9.根据权利要求1所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，还包括设置在行走部件(2.1)上的多组伸缩支撑结构(2.12)，伸缩支撑结构(2.12)用于行走部件(2.1)的支撑。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的水射流夹矸层掏槽装置，其特征在于，所述执行机构(2)还包括多路阀、进油管、回油管以及溢流管；所述进油管、回油管以及溢流管的两端分别连接多路阀和第一动力源(1.3)；所述多路阀设置在行走部件(2.1)上，多路阀分别与行走部件(2.1)的动力系统、伸缩件(2.5)以及钻箱(2.4)连接，用于提供动力液。
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