CN116696420A - 钻孔与锚杆装置 - Google Patents

Abstract

一种钻孔装置，包括：基架；馈送框架，所述馈送框架被支撑用于相对于所述基架移动；以及馈送装置，所述馈送装置用于将钻孔元件插入岩石表面中。所述基架包括一对液压缸。所述馈送框架沿馈送轴线延伸并包括平行于所述馈送轴线对齐的多个引导杆。所述馈送装置被支撑用于相对于所述馈送框架沿平行于所述馈送轴线的方向移动。所述馈送装置包括第一引导构件和第二引导构件。所述第一引导构件接合至少一个所述引导杆的一个表面，所述第二引导构件接合至少一个所述引导杆的另一表面。

Description

钻孔与锚杆装置

本申请是2019年6月5日提交的、申请号为201910486119.7、发明名称为“钻孔与锚杆装置”的发明专利申请的分案申请。

本申请要求2018年6月5日提交的美国临时申请第62/680,696号的优先权，该美国临时申请通过引用整体并入本申请。

技术领域

本申请涉及钻孔装置，具体地，涉及用于形成开孔或将锚杆(bolt)插入到岩石表面中的开孔的钻孔与锚杆装置。

背景技术

传统的锚杆钻机可包括可延伸的支撑框架和可沿框架移动的驱动单元。驱动单元将钻头或锚杆驱动到岩石表面中。可以使用流体动力(例如，液压动力)实现锚杆钻机的致动。

发明内容

在一个独立方面，钻孔装置包括：基架；馈送框架，所述馈送框架被支撑用于相对于所述基架移动；以及馈送装置，所述馈送装置用于将钻孔元件插入岩石表面中。所述基架包括一对液压缸。所述馈送框架沿馈送轴线延伸并包括平行于所述馈送轴线对齐的多个引导杆。所述馈送装置被支撑用于相对于所述馈送框架沿平行于所述馈送轴线的方向移动。所述馈送装置包括第一引导构件和第二引导构件。所述第一引导构件接合至少一个所述引导杆的一个表面，所述第二引导构件接合至少一个所述引导杆的另一表面。

在一些方面，所述馈送装置包括可相对于所述馈送框架移动的轭和可相对于所述轭移动并支撑旋转单元的滑架，其中所述引导杆接合并引导所述轭和所述滑架。

在一些方面，所述馈送框架包括上馈送块和下馈送块，所述多个引导杆在所述上馈送块和所述下馈送块之间延伸。

在一些方面，所述多个引导杆包括第一对引导杆和第二对引导杆，所述第一对引导杆布置在所述馈送框架的一侧，所述第二对引导杆布置在所述馈送框架的另一侧。

在一些方面，所述轭包括上板和轭致动器，所述轭致动器耦接在所述上板和所述下馈送块之间。

在一些方面，每个所述引导杆都具有多边形横截面轮廓。

在一些方面，每个所述引导杆都具有六边形横截面轮廓。

在一些方面，所述第一引导构件是内引导构件，所述内引导构件具有凸形形状并包括顶端，所述顶端被布置在由至少一个所述引导杆形成的根部中，并且所述第二引导构件是外引导构件，所述外引导构件具有凹形形状并包括根部，所述外引导构件的根部接纳至少一个所述引导杆的边缘。

在一些方面，所述第一引导构件和所述第二引导构件相对于彼此被布置在所述馈送轴线的相对侧，所述第一引导构件具有凸形形状并包括第一顶端，所述第一顶端被布置在由至少一个所述引导杆形成的第一根部中，所述第二引导构件具有凸形形状并包括第二顶端，所述第二顶端被布置在由至少一个所述引导杆形成的第二根部中。

在一些方面，所述第一引导构件和所述第二引导构件相对于彼此被布置在所述馈送轴线的相对侧，所述第一引导构件具有凹形形状并包括第一根部，所述第一根部接纳至少一个所述引导杆的第一边缘，所述第二引导构件具有凹形形状并包括第二根部，所述第二根部接纳至少一个所述引导杆的第二边缘。

在一些方面，所述第一引导构件包括一对内引导构件，所述一对内引导构件相对于彼此被布置在所述馈送轴线的相对侧，每个所述内引导构件都具有凸形形状并包括顶端，所述顶端被布置在由至少一个所述引导杆形成的根部中。所述第二引导构件包括一对外引导构件，所述外引导构件相对于彼此被布置在所述馈送轴线的相对侧，每个所述外引导构件都具有凹形形状并包括根部，所述外引导构件的根部接纳至少一个相关联的所述引导杆的边缘。所述内引导构件的顶端被布置在第一平面中，所述外引导构件的根部被布置在第二平面中，所述第二平面与所述第一平面相偏移。

在另一个独立方面，钻孔装置包括：基架，所述基架包括一对液压缸；馈送框架，所述馈送框架被支撑用于相对于所述基架移动；以及馈送装置，所述馈送装置被支撑在所述馈送框架上，并包括轭、被支撑在所述轭上的主轴以及与所述主轴接合的柔性传动构件，所述主轴可释放地耦接至所述轭以允许至少一个垫片布置在所述主轴和所述轭之间，从而调节所述柔性传动构件的张力。

在一些方面，所述馈送装置还包括滑架，其中所述柔性传动构件的第一端被耦接到与所述馈送框架连接的块，所述柔性传动构件的相对端被耦接到所述滑架。

在一些方面，所述轭包括支撑驱动构件的主体，所述主轴包括非旋转部分，所述非旋转部分耦接到所述轭的主体。

在又一个独立方面，钻孔装置包括：基架，所述基架包括一对液压缸；馈送框架，所述馈送框架被支撑用于相对于所述基架移动；以及馈送致动器，所述馈送致动器包括耦接到所述基架的第一端和耦接到所述馈送框架的第二端，所述馈送致动器是可伸缩的以使所述馈送框架相对于所述基架移动，所述馈送致动器具有与所述基架的液压缸相同的高度和宽度，相对于所述基架的液压缸，所述馈送致动器以相反的方向被布置。

在一些方面，所述馈送致动器和所述液压缸中的至少一个部件包括用于向活塞的一侧提供加压流体的第一通道、用于向所述活塞的相对侧提供加压流体的第二通道和从流体源接收加压流体的歧管，所述歧管向所述第一通道和所述第二通道中的每个通道提供流体。

在一些方面，所述馈送致动器和所述液压缸中的至少一个部件包括用于向活塞的一侧提供加压流体的第一通道、用于向所述活塞的相对侧提供加压流体的第二通道以及歧管，所述歧管在所述第一通道的第一部分和所述第一通道的第二部分之间提供流体连通。

在一些方面，所述基架包括下板和连接板，所述液压缸在所述下板和所述连接板之间延伸。

在一些方面，每个所述液压缸都包括杆和筒，所述杆包括近端和远端，所述近端被耦接到活塞，所述活塞被可滑动地定位在所述筒内，所述远端被固定到所述连接板，所述筒被固定到所述下部块。

通过考虑具体实施方式和附图，其他方面将变得显而易见。

附图说明

图1是包括钻孔装置的移动式机器的平面图。

图2是图1的移动式机器的侧视图。

图3是钻孔装置的透视图。

图4是沿截面4--4的、图3的钻孔装置的剖视图。

图5是沿截面5--5的、图3的钻孔装置的剖视图。

图6是馈送框架的侧视图。

图7是沿截面7--7的、图3的钻孔装置的剖视图。

图8是馈送装置的透视图。

图9是沿截面9--9的、图8的馈送装置的剖视图。

图10是沿截面10--10的、图3的钻孔装置的剖视图。

图11是沿截面5--5的、图3的钻孔装置的一部分的放大剖视图。

图12是沿截面5--5的、图3的钻孔装置的一部分的放大侧视剖视图。

具体实施方式

在详细解释任何实施例之前，应当理解，本申请不限于其在以下描述中阐述的或在附图中示出的构造细节和部件布置的应用。本申请能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。此外，应当理解，本申请使用的措辞和术语是出于描述的目的而不应视为限制。这里使用的“包括”和“包含”及其变体意味着包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。本申请使用的“由......组成”及其变体意味着仅包括其后列出的项目及其等同物。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变体被广泛使用并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和耦接。

图1和图2示出了移动式采矿机，例如锚杆台车(bolting jumbo)或锚杆机4。在所示实施例中，机器4包括牵引装置6(例如，轮子——图2)和悬臂8。悬臂8支撑锚杆钻机(drilling and bolting rig)或钻孔装置10，用于在矿井表面(例如，矿顶、矿底或矿壁或侧壁——未示出)形成开孔和/或安装钻孔元件(例如钻头或锚杆——未示出)。在所示实施例中，钻孔装置10执行钻孔和锚杆操作。在一些实施例中，悬臂8是可延伸的并且包括枢转部分以用于支撑钻孔装置10。除其他元件之外，安装的锚杆可以锚固或支撑安全网(未示出)以保护人员免受可能从矿井表面掉落或脱落的岩石的危害。在一些实施例中，钻孔装置10可以安装在另一种类型的采矿机器上，例如连续采矿机(未示出)。

如图3所示，钻孔装置10包括第一级或支架(timber jack)或基架22，以及被支撑在基架22上用于沿馈送轴30移动的第二级或馈送框架26。馈送装置34被支撑在馈送框架26上，用于平行于馈送轴30移动。馈送装置34支撑驱动单元或旋转单元(未示出)，用于在馈送装置34沿馈送框架26移动时旋转钻头或锚杆以将钻头/锚杆驱动到岩石表面中。

基架22包括下部板或下部块42和一对细长的基架构件46，其中下部块42靠近钻孔装置10的第一端，一对细长的基架构件46彼此平行定向并延伸远离下部块42。在其他实施例中，基架22可包括更少或更多的基架构件。连接板50被固定在各个基架构件46的远端。在一些实施例中，基架构件46的远端可被固定到上部板或上部块(未示出)，其中上部板或上部块可包括开口(锚杆穿过该开口)和/或紧固/夹紧装置(用于对准和/或夹紧锚杆)。

如图4所示，在所示实施例中，基架构件46是液压缸，并且是可伸展和可收缩的，用于使基架构件46的远端朝向和远离下部块42移动。每个基架构件46包括杆54，杆54可滑动地容纳在套筒或套管58内，套筒58固定到下部块42。每个杆54的近端耦接到活塞62，活塞62位于套筒58内，同时每个杆54的远端固定到连接板50上。第一流体通道66与套筒58的邻近活塞62盖侧的一部分流体连通，第二流体通道68与套筒58的邻近活塞62杆侧的一部分流体连通。在所示出的实施例中，第一流体通道66和第二流体通道68通过歧管64接收加压流体，歧管64与流体源(例如，泵——未示出)流体连通。第一流体通道66包括在歧管64和下部块42之间延伸的第一部分66a，并且第二部分66b提供下部块42和套筒58之间的连通。在一些实施例中，歧管64提供在第一流体通道66和第二流体通道68之间的流体连通。

再次参见图3，馈送框架26包括上馈送块70、下馈送块74以及在上馈送块70和下馈送块74之间延伸的导杆78。在所示实施例中，基架构件46的杆54穿过上馈送块70。在一些实施例中，上馈送块可包括开口(未示出，其中锚杆穿过该开口)以及紧固/夹紧装置(未示出，用于在插入岩石表面期间对准和/或夹紧锚杆)。

如图5所示，馈送框架致动器82耦接在基架22和馈送框架26之间，以使馈送框架26沿馈送轴30移动。馈送框架致动器82是液压缸，馈送框架致动器82的伸展和缩回使得馈送框架26沿着基架构件46移动(图3)。馈送框架致动器82包括杆86，杆86可滑动地容纳在套筒或套管90内，套管90被固定到上馈送块70。杆86的近端耦接到活塞94，活塞94被布置在套筒90内，同时杆86的远端被固定到基架22的下部块42。在所示的实施例中，馈送框架致动器82的杆86穿过下馈送块74。馈送框架致动器82相对于基架构件46反向平行地定向(即，相对于基架构件46的杆54，馈送框架致动器82的杆86自套筒90以相反的方向延伸)。馈送框架致动器82的伸展和缩回使得馈送框架在平行于馈送轴线30的方向上移动。当基架构件46完全伸展时，馈送框架致动器82的完全伸展将上馈送块70定位成靠近基架构件46的远端。

在所示实施例中，馈送框架致动器82是与基架构件46相同的，但是以相反的方向定位。馈送框架致动器82包括第一流体通道96和第二流体通道98，其中第一流体通道96与套筒90的邻近活塞94的盖侧的部分流体连通，第二流体通道98与套筒90的邻近活塞94的杆侧的部分流体连通。在所示的实施例中，致动器的第一流体通道96与邻近上馈送块70的套筒90流体连通，第二流体通道98沿着套筒90的长度延伸并且与套筒90的相对端流体连通。第二流体通道98穿过包括端口104a、104b的歧管100，端口104a、104b彼此连续地流体连接以允许流体流过歧管100。馈送框架致动器82的第一流体通道96和第二流体通道98都通过上馈送块70接收加压流体。在其他实施例中，馈送框架致动器82的第一流体通道96和第二流体通道98可以通过歧管100接收加压流体，并且歧管另外可以在第一流体通道96和第二流体通道98之间提供流体连通。

现在参考图6和7，每个引导杆78都被定向为平行于馈送轴线30并且具有多边形横截面轮廓。在所示实施例中，多边形横截面轮廓是六边形；在其他实施例中，轮廓可以具有另外的形状。在所示的实施例中，引导杆78成对地定位在馈送框架26的每一侧上，在下馈送块74和上馈送块70之间延伸。如图7所示，每个引导杆78的表面面对成对的相关引导杆78的平行侧。因此，每对引导杆78形成内槽102a、102b，内槽102a、102b朝向馈送轴30开口，每对引导杆78形成外槽106a、106b，外槽106a、106b远离馈送轴30开口。

如图8所示，馈送装置34支撑旋转单元(未示出)。馈送装置34包括轭(yoke)114、一对轭致动器118、驱动构件122和支撑旋转单元(未示出)的滑架(carriage)126。轭114包括上板130和支撑驱动构件122的主体134。轭致动器118被耦接在上板130和下馈送块74之间(图6)。在所示实施例中，每个轭致动器118是液压缸，轭致动器118的伸展和缩回使得上板130相对于下馈送块74移动。

如图9所示，每个轭致动器118包括杆126，杆126可滑动地被接纳在套筒或套管132内，套管132固定到下馈送块74。每个杆126的近端耦接到活塞124，活塞124位于套筒132内，每个杆126的远端固定到轭114的上板130。在所示实施例中，轭致动器118被定向为平行于基架构件46(即，相比于基架构件46的杆54，杆126自套筒132以相同的方向延伸；相比于馈送架致动器82的杆86，杆126自套筒132以相反的方向延伸)。

每个轭致动器118都包括第一流体通道136和第二流体通道138，其中第一流体通道136与套筒132的邻近活塞124的盖侧的一部分流体连通，第二流体通道138与套筒130的邻近活塞124的杆侧的一部分流体连通。在所示实施例中，轭致动器118的第一流体通道136与邻近下馈送块74的套筒132流体连通(图6)，第二流体通道138沿着套筒132的长度延伸并且与套筒132的相对端流体连通。在所示的实施例中，轭致动器118的第一流体通道136和第二流体通道138通过下部馈送块74接收加压流体(图6)。而且，连接管128可以在上馈送块70和下馈送块74之间传送加压流体。

轭致动器118的伸展和缩回使轭114、驱动构件122、滑架126以及旋转单元在平行于馈送轴线30的方向上移动(图3)。轭致动器118的完全延伸将上板130定位在上馈送块70附近。如图8所示，在所示实施例中，驱动构件122包括彼此平行定向并且被支撑在主体134上的一对柔性传动构件(例如，链条140)。链条140在一对主轴142之间延伸。在一个实施例中，主轴142可自由旋转。

如图10所示，每个链条140的一端140a耦接到与框架26连接的块144，每个链条140的相对端140b耦接到滑架126。当轭致动器118沿着馈送轴30移动轭114时，通过块144固定到框架26的链条140使滑架126沿馈送轴线30移动。当轭致动器118伸展时，滑架126朝向上馈送块70移动(图3)；当轭致动器118缩回时，滑架126远离上馈送块70移动。在一些实施例中，滑架126的移动速度是致动器118移动速度的两倍(即，滑架126的移动量与轭致动器118的伸展或缩回长度之比是2：1)。

再次参见图7，主体134包括一对内引导构件或内引导块(guide shoes)148a、148b，它们与引导杆78的内槽102a、102b接合；滑架126包括一对外引导构件或外引导块152a、152b，它们与引导杆78的外槽106a、106b接合。在所示的实施例中，每个内引导块148a、148b具有凸起的楔形或锥形形状，其分别具有顶点158a、158b，顶点158a、158b位于相关的内槽102a、102b的根部中。而且，在所示实施例中，每个外引导块152a、152b形成凹形的楔形或锥形形状，所述凹形的楔形或锥形形状与其中一个引导杆78的外表面相接合。每个外引导块152a、152b分别包括接纳引导杆78的边缘的根部160a、160b。在其他实施例中，外引导块152a、152b可以被形成为与每对中的两个引导杆78的外表面都接合。内引导块148a、148b的顶点158a、158b在第一平面170中对齐，外引导块152a、152b的根部160a、160b在第二平面174中对齐。

现在参考图11和12，一个或多个垫片182可以被布置在一个主轴142附近。具体地，在所示的实施例中，主轴142的非旋转部分或主体186耦接到轭114的主体134的一端(例如，通过紧固件190)。当链条140磨损和/或拉伸时，在链条140中可能产生松弛。垫片182可以布置在主轴142和轭114之间，以增加主轴142之间的长度，从而消除松弛。在一些实施例中，垫片182可以被添加在一个或两个主轴142旁边。

尽管已经参考某些优选实施例详细描述了各个方面，但是在所描述的一个或多个独立方面的范围和精神内存在变化和修改。在以下权利要求中阐述了各种特征和优点。

Claims (19)

1.一种钻孔装置，其特征在于，所述钻孔装置包括：

基架，所述基架包括一对液压缸；

馈送框架，所述馈送框架被支撑用于相对于所述基架移动，所述馈送框架沿馈送轴线延伸并包括平行于所述馈送轴线对齐的多个引导杆；以及

馈送装置，所述馈送装置用于将钻孔元件插入岩石表面中，所述馈送装置被支撑用于相对于所述馈送框架沿平行于所述馈送轴线的方向移动，所述馈送装置包括第一引导构件和第二引导构件，所述第一引导构件接合至少一个所述引导杆的一个表面，所述第二引导构件接合至少一个所述引导杆的另一表面。

2.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述馈送装置包括可相对于所述馈送框架移动的轭和可相对于所述轭移动并支撑旋转单元的滑架，其中所述引导杆接合并引导所述轭和所述滑架。

3.根据权利要求2所述的钻孔装置，其特征在于，所述馈送框架包括上馈送块和下馈送块，所述多个引导杆在所述上馈送块和所述下馈送块之间延伸。

4.根据权利要求3所述的钻孔装置，其特征在于，所述多个引导杆包括第一对引导杆和第二对引导杆，所述第一对引导杆布置在所述馈送框架的一侧，所述第二对引导杆布置在所述馈送框架的另一侧。

5.根据权利要求3所述的钻孔装置，其特征在于，所述轭包括上板和轭致动器，所述轭致动器耦接在所述上板和所述下馈送块之间。

6.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，每个所述引导杆都具有多边形横截面轮廓。

7.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，每个所述引导杆都具有六边形横截面轮廓。

8.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述第一引导构件是内引导构件，所述内引导构件具有凸形形状并包括顶端，所述顶端被布置在由至少一个所述引导杆形成的根部中，并且所述第二引导构件是外引导构件，所述外引导构件具有凹形形状并包括根部，所述外引导构件的根部接纳至少一个所述引导杆的边缘。

9.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述第一引导构件和所述第二引导构件相对于彼此被布置在所述馈送轴线的相对侧，所述第一引导构件具有凸形形状并包括第一顶端，所述第一顶端被布置在由至少一个所述引导杆形成的第一根部中，所述第二引导构件具有凸形形状并包括第二顶端，所述第二顶端被布置在由至少一个所述引导杆形成的第二根部中。

10.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述第一引导构件和所述第二引导构件相对于彼此被布置在所述馈送轴线的相对侧，所述第一引导构件具有凹形形状并包括第一根部，所述第一根部接纳至少一个所述引导杆的第一边缘，所述第二引导构件具有凹形形状并包括第二根部，所述第二根部接纳至少一个所述引导杆的第二边缘。

11.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于：

所述第一引导构件包括一对内引导构件，所述一对内引导构件相对于彼此被布置在所述馈送轴线的相对侧，每个所述内引导构件都具有凸形形状并包括顶端，所述顶端被布置在由至少一个所述引导杆形成的根部中；

所述第二引导构件包括一对外引导构件，所述外引导构件相对于彼此被布置在所述馈送轴线的相对侧，每个所述外引导构件都具有凹形形状并包括根部，所述外引导构件的根部接纳至少一个相关联的所述引导杆的边缘；

所述内引导构件的顶端被布置在第一平面中，所述外引导构件的根部被布置在第二平面中，所述第二平面与所述第一平面相偏移。

12.一种钻孔装置，其特征在于，所述钻孔装置包括：

基架，所述基架包括一对液压缸；

馈送框架，所述馈送框架被支撑用于相对于所述基架移动；以及

馈送装置，所述馈送装置被支撑在所述馈送框架上，并包括轭、被支撑在所述轭上的主轴以及与所述主轴接合的柔性传动构件，所述主轴可释放地耦接至所述轭以允许至少一个垫片布置在所述主轴和所述轭之间，从而调节所述柔性传动构件的张力。

13.根据权利要求12所述的钻孔装置，其特征在于，所述馈送装置还包括滑架，其中所述柔性传动构件的第一端被耦接到与所述馈送框架连接的块，所述柔性传动构件的相对端被耦接到所述滑架。

14.根据权利要求13所述的钻孔装置，其特征在于，所述轭包括支撑驱动构件的主体，所述主轴包括非旋转部分，所述非旋转部分耦接到所述轭的主体。

15.一种钻孔装置，其特征在于，所述钻孔装置包括：

基架，所述基架包括一对液压缸；

馈送框架，所述馈送框架被支撑用于相对于所述基架移动；以及

馈送致动器，所述馈送致动器包括耦接到所述基架的第一端和耦接到所述馈送框架的第二端，所述馈送致动器是可伸展和可缩回的，以使所述馈送框架相对于所述基架移动，所述馈送致动器具有与所述基架的液压缸相同的高度和宽度，相对于所述基架的液压缸，所述馈送致动器定位在相反的定向。

16.根据权利要求15所述的钻孔装置，其特征在于，所述馈送致动器和所述液压缸中的至少一个部件包括用于向活塞的一侧提供加压流体的第一通道、用于向所述活塞的相对侧提供加压流体的第二通道和从流体源接收加压流体的歧管，所述歧管向所述第一通道和所述第二通道中的每个通道提供流体。

17.根据权利要求15所述的钻孔装置，其特征在于，所述馈送致动器和所述液压缸中的至少一个部件包括用于向活塞的一侧提供加压流体的第一通道、用于向所述活塞的相对侧提供加压流体的第二通道以及歧管，所述歧管在所述第一通道的第一部分和所述第一通道的第二部分之间提供流体连通。

18.根据权利要求15所述的钻孔装置，其特征在于，所述基架包括下板和连接板，所述液压缸在所述下板和所述连接板之间延伸。

19.根据权利要求18所述的钻孔装置，其特征在于，每个所述液压缸都包括杆和筒，所述杆包括近端和远端，所述近端被耦接到活塞，所述活塞被可滑动地定位在所述筒内，所述远端被固定到所述连接板，所述筒被固定到所述下部块。