CN115030717A - 超声波诱发顶板撬毛装置及其使用方法 - Google Patents

超声波诱发顶板撬毛装置及其使用方法 Download PDF

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李晓辉
朱青凌
李向东
李强
王亚军
盛佳
李伟明
李士超
刘东锐
张海云
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Abstract

本发明提供了一种超声波诱发顶板撬毛装置及其使用方法,包括超声波转换系统、分别与超声波转换系统信号输入端、信号输出端连接的超声波发生系统及撬毛系统;撬毛系统包括角度可调的变幅杆和设置于变幅杆前端的可伸缩撬毛器。超声波转换系统将超声波发生系统产生的高频交流电的电能转换为超声振动的机械能,从而通过变幅杆将超声振动的振幅放大,进而通过变幅杆前端的可伸缩撬毛器的高频振动对不同位点进行顶板撬毛工作。本发明装置的振动频率较高,撬毛作业的效率高;能同时对顶板不同角度及高度的破碎岩体处进行撬毛作业,装置灵活度高,适用范围广;撬毛作业中工人的劳动强度低,且安全性好。

Description

超声波诱发顶板撬毛装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及地下矿山开采技术领域,尤其涉及一种超声波诱发顶板撬毛装置及其使用方法。
背景技术
在地下矿山巷道掘进和隧道开挖过程中,需要进行爆破开采,在矿山岩石爆破后会形成不稳固的浮石,顶板撬毛是巷道支护前必不可少的工序。
起初地下矿山巷道掘进过程中采用的撬毛方法主要是人工撬毛,该过程工人劳动强度大,且作业人员需站在暴露的顶板下面作业,存在很大的安全隐患。撬毛车的诱发频率低,工作效率低。
目前地下矿山巷道掘进过程中采用的撬毛机,能减少工人劳动强度大,确保工人的人身安全。申请号为CN201510313523.6的专利公开了一种井下手动安全撬毛机,包括设置于车架工的前半部分下端的车轮、设置于车架的后半部分下端的支腿、设置于车架后端的把手、铰接于车架上的倾斜的导向连接架、铰接于车架与导向连接架之间的连杆机构、活动设置于导向连接架上的风镐座、安装于风镐座上的风镐、铰接于车架上的倾斜的气缸、设置于气缸的活塞杆与风镐之间的缓冲机构、设置于车架上的气源罐及用于打开风镐开关的风镐开关操作机构。该装置主要是通过气缸推动风镐移动,从而对顶板进行撬毛。该装置风镐的振动频率低,且主要依靠工人的控制,撬毛效率低。
有鉴于此,有必要设计一种改进的超声波诱发顶板撬毛装置及其使用方法,以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波诱发顶板撬毛装置及其使用方法,解决现有矿山开采撬毛过程,撬毛效率低,工作人员劳动强度大,且存在安全隐患的问题。
为实现上述发明目的,本发明提供一种超声波诱发顶板撬毛装置,包括超声波转换系统、分别与所述超声波转换系统信号输入端、信号输出端连接的超声波发生系统及撬毛系统;所述撬毛系统包括角度可调的变幅杆和设置于所述变幅杆前端的可伸缩撬毛器,用于对不同位点进行顶板撬毛工作。
作为本发明的进一步改进,所述可伸缩撬毛器包括可伸缩空心撬毛钢管、可伸缩撬毛锤和可伸缩撬毛风镐中的一种,优选为可伸缩空心撬毛钢管;所述可伸缩空心撬毛钢管与所述变幅杆可拆卸连接。
作为本发明的进一步改进,所述超声波发生系统包括导线和超声波发生器;所述超声波发生器一端通过所述导线与电源连接,用于控制所述超声波发生器的开关,另一端通过所述导线与所述超声波转换系统连接,用于将所述超声波发生器的电信号传递给所述超声波转换系统。
作为本发明的进一步改进,所述超声波转换系统包括超声波换能器;所述超声波换能器与所述变幅杆的后端固定连接。
作为本发明的进一步改进,所述超声波换能器为压电陶瓷式超声波换能器。
作为本发明的进一步改进,所述超声波转换系统还包括支座,所述支座与所述超声波换能器铰链连接。
作为本发明的进一步改进,还包括支撑系统;所述支撑系统包括用于支撑所述超声波发生系统、所述超声波转换系统及所述撬毛系统的底座。
作为本发明的进一步改进,所述底座下方设有滚轮,用于供顶板撬毛装置自由移动。
作为本发明的进一步改进,所述底座下方还设有固定支柱,用于将顶板撬毛装置固定需要进行撬毛作业的位点。
本发明还提供了一种顶板撬毛方法,采用上述所述的超声波诱发顶板撬毛装置进行顶板撬毛作业,具体包括如下步骤:
S1.在巷道掘进爆破通风完成后,将所述超声波诱发顶板撬毛装置推至需要撬毛的位点,通过所述固定支柱将所述底座固定好;
S2.根据需要撬毛的位点调整好所述变幅杆的角度和所述可伸缩空心撬毛钢管的高度;
S3.开启电源,所述超声波发生器开始工作,所述导线将所述超声波发生器的电信号传递给所述超声波换能器;所述超声波换能器将接收到的电信号转换为超声振动的机械能,传递给所述变幅杆;所述变幅杆带动所述可伸缩空心撬毛钢管进行高频振动,对顶板进行撬毛作业。
本发明的有益效果是:
(1)本发明提供了一种超声波诱发顶板撬毛装置,通过设置超声波发生器、超声波换能器及撬毛系统,将市电转换为高频交流电,进而转化为超声振动的机械能,通过变幅杆将超声振幅放大,最终通过高频振动应用于顶板撬毛作业。装置的振动频率较高,撬毛作业的效率高。
(2)本发明提供了一种超声波诱发顶板撬毛装置,通过设置角度可调的变幅杆及可伸缩撬毛器,可以同时对顶板不同角度及高度的破碎岩体处进行撬毛作业,装置灵活度高,适用范围广。
(3)本发明提供了一种超声波诱发顶板撬毛装置,通过在底座上设置滚轮及固定支柱,使该装置可以自由移动,且能够根据需要固定在需要撬毛的位点,进一步提高装置的灵活度。
(4)本发明提供了一种顶板撬毛方法,撬毛作业中不需要太多的人力,降低工人的劳动强度,还能保证作业人员始终在支护体下作业,减小了安全隐患。
附图说明
图1为本发明超声波诱发顶板撬毛装置的结构示意图。
图2为图1中超声波转换系统和撬毛系统的结构示意图。
附图标记
100-超声波诱发顶板撬毛装置;1-超声波发生系统;2-超声波转换系统;3-撬毛系统;4-支撑系统;11-导线;12-超声波发生器;21-支座;22-超声波换能器;31-变幅杆;32-可伸缩空心撬毛钢管;41-底座;42-滚轮;43-固定支柱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
请参阅图1所示,本发明提供了一种超声波诱发顶板撬毛装置100,包括超声波转换系统2、分别与超声波转换系统2信号输入端、信号输出端连接的超声波发生系统1及撬毛系统3;撬毛系统3包括角度可调的变幅杆31和设置于变幅杆31前端的可伸缩撬毛器。如此设置,超声波转换系统2将超声波发生系统1产生的高频交流电的电能转换为超声振动的机械能,从而通过变幅杆31将超声振动的振幅放大,进而通过变幅杆31前端的可伸缩撬毛器的高频振动对不同位点进行顶板撬毛工作。
超声波发生系统1包括导线11和与导线11连接的超声波发生器12。超声波发生器12的一端通过导线11与电源连接,用于控制超声波发生器12的开关;超声波发生器12的另一端通过导线11与超声波转换系统2连接,用于将超声波发生器12的电信号传递给超声波转换系统2。启动电源,超声波发生器12开始工作,将市电(220V、380V)转换成与超声波转换系统2相匹配的高频交流电信号,该高频交流电信号通过导线11传递给超声波转换系统2。
超声波转换系统2包括与导线11连接的超声波换能器22,超声波换能器22一端与变幅杆31的后端固定连接。超声波换能器22将从超声波发生器12输入的高频交流电信号转换成超声振动的而机械能(将电能转换为机械能过程中,超声波换能器22自身损耗很少的一部分电能),传递给变幅杆31。
其中,超声波换能器22为压电陶瓷式超声波换能器。
请参阅图1和图2所示,超声波转换系统2还包括支座21,支座21与超声波换能器22铰链连接(超声波换能器22的另一端与变幅杆31固定连接),超声波换能器22可通过控制器实现在支座21上下180°自由转动(当超声波换能器22需要固定在某个角度时,可以通过设置于超声波换能器22上的支架和设置于支座21相应的卡槽固定,图中未显示),进而带动固定连接在超声波换能器22另一端的变幅杆31一起上下180°自由转动。如此设置,灵活度高,且机械能在超声波换能器22向变幅杆31传递过程中,几乎无损失。
撬毛系统3包括角度可调的变幅杆31和设置于变幅杆31前端的可伸缩撬毛器。其中,可伸缩撬毛器优选为可伸缩空心撬毛钢管32。变幅杆31前端与可伸缩空心撬毛钢管32可拆卸连接(便于更换和维修可伸缩空心撬毛钢管32),后端与超声波换能器22固定连接。
变幅杆31作为超声波振动系统中一个重要的组成部分,可以将机械振动的质点位移或速度放大,并将机械能集中在较小的面积上达到聚能效果。当超声波换能器22将超声振动的机械能传递给变幅杆31,变幅杆31将超声波的振幅放大,并带动前端的可伸缩空心撬毛钢管32进行高频振动,对顶板进行撬毛作业。
变幅杆31通过超声波换能器22在一定范围内转动,进而使可伸缩空心撬毛钢管32(可伸缩空心撬毛钢管32可通过控制器实现伸缩)对该范围内的顶板进行撬毛,如此设置,灵活度较高。将撬毛器设置为可伸缩型,可以对顶板处不同高度的顶板破碎岩体处进行撬毛,且钢管自身的硬度较高,使用寿命较长。
在另一些实施例中,也可以用可伸缩撬毛锤和可伸缩撬毛风镐中的一种进行顶板撬毛工作。
该超声波诱发顶板撬毛装置100还包括支撑系统4。支撑系统4包括用于支撑超声波发生系统1、超声波转换系统2及撬毛系统3的底座41。超声波发生器11和支座21均固定于底座41上。底座41下方设有滚轮42,用于顶板撬毛装置在矿山巷道里自由移动(可以通过控制器控制滚轮42滚动,也可以通过安装扶手推动超声波诱发顶板撬毛装置100移动)。
在一些实施例中,底座41下方还设有用于固定底座41的固定支柱43。在进行矿山顶板撬毛工作时(也可以用于隧道开挖过程),通过固定支柱43将超声波诱发顶板撬毛装置100固定于需要进行撬毛作业的位置。
本发明还提供了一种超声波诱发顶板撬毛装置100的使用方法,具体包括如下步骤:
S1.在巷道掘进爆破通风完成后,将所述超声波诱发顶板撬毛装置推至需要撬毛的位点,通过固定支柱43将底座41固定好;
S2.根据需要撬毛的位点调整好变幅杆31的角度和可伸缩空心撬毛钢管32的高度;
S3.开启电源,超声波发生器12开始工作,导线11将超声波发生器12的电信号传递给超声波换能器22;超声波换能器22将接收到的电信号转换为超声振动的机械能,传递给变幅杆31;变幅杆31带动可伸缩空心撬毛钢管32进行高频振动,对顶板进行撬毛作业。
在本实施例中,以某巷道掘进过程中顶板撬毛作业为例,具体包括如下步骤:
S1.在巷道掘进爆破通风完成后,将超声波诱发顶板撬毛装置100推至巷道内,根据需要撬毛的位点,通过固定支柱43将其固定好。
S2.根据需要撬毛的位点调整好变幅杆31的角度和可伸缩空心撬毛钢管32的高度;
S3.开启电源,超声波发生器12将市电转换成与超声波换能器22相匹配的高频交流电,该高频交流电信号通过导线11传递给超声波换能器22;超声波换能器22将接收到的高频交流电信号转换为超声振动的机械能,并传递给变幅杆31;变幅杆31将该超声振动的机械能的振幅放大,并带动可伸缩空心撬毛钢管32进行高频振动,对顶板进行撬毛作业。
该过程中,可以通过控制器自由调整变幅杆31的角度(通过控制器自由调整支座21与超声波换能器22的角度,进而调整固定于超声波换能器22另一端的变幅杆31的角度)和可伸缩空心撬毛钢管32的伸缩程度,从而可以实现在不移动超声波诱发顶板撬毛装置100的情况下,一次性完成一个进尺巷道掘进的撬毛作业。
综上所述,本发明提供了一种超声波诱发顶板撬毛装置及其使用方法,通过设置超声波发生器、超声波换能器及撬毛系统,将市电转换为高频交流电,进而转化为超声振动的机械能,通过变幅杆将超声振幅放大,最终通过高频振动应用于顶板撬毛作业。装置的振动频率较高,撬毛作业的效率高;通过设置角度可调的变幅杆及可伸缩空心撬毛钢管,可以同时对顶板不同角度及高度的破碎岩体处进行撬毛作业,装置灵活度高,适用范围广;通过在底座上设置滚轮及固定支柱,使该装置可以自由移动,且能够根据需要固定在需要撬毛的位点,进一步提高装置的灵活度;撬毛作业中不需要太多的人力,降低工人的劳动强度,还能保证作业人员始终在支护体下作业,减小了安全隐患。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:包括超声波转换系统(2)、分别与所述超声波转换系统(2)信号输入端、信号输出端连接的超声波发生系统(1)及撬毛系统(3);所述撬毛系统(3)包括角度可调的变幅杆(31)和设置于所述变幅杆(31)前端的可伸缩撬毛器,用于对不同位点进行顶板撬毛工作。
2.根据权利要求1所述的超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:所述可伸缩撬毛器包括可伸缩空心撬毛钢管(32)、可伸缩撬毛锤和可伸缩撬毛风镐中的一种,优选为可伸缩空心撬毛钢管(32);所述可伸缩空心撬毛钢管(32)与所述变幅杆(31)可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:所述超声波发生系统(1)包括导线(11)和超声波发生器(12);所述超声波发生器(12)一端通过所述导线(11)与电源连接,用于控制所述超声波发生器(12)的开关,另一端通过所述导线(11)与所述超声波转换系统(2)连接,用于将所述超声波发生器(12)的电信号传递给所述超声波转换系统(2)。
4.根据权利要求3所述的超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:所述超声波转换系统(2)包括与所述变幅杆(31)的后端固定连接的超声波换能器(22)。
5.根据权利要求4所述的超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:所述超声波换能器(22)为压电陶瓷式超声波换能器。
6.根据权利要求4所述的超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:所述超声波转换系统(2)还包括支座(21),所述支座(21)与所述超声波换能器(22)铰链连接。
7.根据权利要求4所述的超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:还包括支撑系统(4);所述支撑系统(4)包括用于支撑所述超声波发生系统(1)、所述超声波转换系统(2)及所述撬毛系统(3)的底座(41)。
8.根据权利要求7所述的超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:所述底座(41)下方设有滚轮(42),用于供顶板撬毛装置自由移动。
9.根据权利要求8所述的超声波诱发顶板撬毛装置,其特征在于:所述底座(41)下方还设有固定支柱(43),用于将顶板撬毛装置固定需要进行撬毛作业的位点。
10.一种顶板撬毛方法,其特征在于:采用权利要求9所述的超声波诱发顶板撬毛装置进行顶板撬毛作业,具体包括如下步骤:
S1.在巷道掘进爆破通风完成后,将所述超声波诱发顶板撬毛装置推至需要撬毛的位点,通过所述固定支柱(43)将所述底座(41)固定好;
S2.根据需要撬毛的位点调整好所述变幅杆(31)的角度和所述可伸缩空心撬毛钢管(32)的高度;
S3.开启电源,所述超声波发生器(12)开始工作,所述导线(11)将所述超声波发生器(12)的电信号传递给所述超声波换能器(22);所述超声波换能器(22)将接收到的电信号转换为超声振动的机械能,传递给所述变幅杆(31);所述变幅杆(31)带动所述可伸缩空心撬毛钢管(32)进行高频振动,对顶板进行撬毛作业。
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