CN112943237B - 一种自动化水力切块煤巷掘进台车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化水力切块煤巷掘进台车，包括履带式底盘，所述履带式底盘的顶部固定连接有破碎模块和转载模块，所述破碎模块的顶部固定安装有作业模块，所述履带式底盘的顶部固定安装有高压给水模块，所述履带式底盘的顶部设置有控制模块，所述破碎模块包括底座，所述底座的顶部固定连接有支撑架，所述支撑架的侧壁开设有腔体，所述底座的外壁固定连接有L型金属钢板，所述履带式底盘通过螺栓固定连接有长条型金属长条，所述长条型金属长条的侧壁固定连接有驱动件。通过控制模块实现台车的自动化行走、扫描定位、钻孔、切割、拿取、破碎和转载功能，可显著提高煤巷掘进效率、改善煤巷掘进作业环境、降低煤巷掘进成本，提高煤巷掘进质量。
Description
技术领域
本发明属于井工煤矿巷道掘进技术领域，具体涉及一种自动化水力切块煤巷掘进台车。
背景技术
我国煤矿开采的主要方式是井下作业，来自井下的原煤产量达到煤炭总产量的九成以上，而想要开采原煤就需要在井下开掘大量巷道。据不完全统计，国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总长度高达8000km左右，其中80％以上开掘在煤层中。而掘进巷道的断面平整与否将直接影响到后期巷道围岩稳定性、维护难度和维护成本。
我国目前煤巷掘进技术有风镐法、钻爆法和综掘法三种。但是三种方法都有各自的弊端：风镐法对于安全有一定威胁，而且劳动强度大，施工速度慢，安全性较差；钻爆法即钻孔爆破法，工序多、速度慢、机械化程度低、生产效率低，特别是在瓦斯较大的矿井使用安全性差；综掘法即采用综掘机进行巷道掘进的方法，目前应用综掘机仍存有较大的缺点，较为突出的便是综掘机造价巨大，大多数小规模企业因缺乏资金难以承受，且在施工过程中产生的煤尘量大，严重危害施工人员的身体健康，而且会干扰到操作人员的视线降低截割效率和巷道成型质量。综掘机由于受到工作荷载的反复作用和环境条件的影响，自身零部件将逐渐丧失完成规定功能的能力，可靠性较差。另外，掘进机设备自身部件的质量和体积都比较大，它的零件运输、安装对巷道、场地和起吊设备都有较高的要求。因此，对于巷道断面小，或者断面形状不规则的巷道，也不适用。所有这些因素都大大限制了掘进机在煤矿煤巷掘进中的使用。
因此，针对上诉问题本发明提出了一种自动化水力切块煤巷掘进台车，本发明可以有效解决上诉诸多问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种作业人员少、安全程度高、掘进速度快、掘进断面平整和掘进出煤块度可控的一种自动化水力切块煤巷掘进台车。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动化水力切块煤巷掘进台车，包括履带式底盘，所述履带式底盘的顶部固定连接有破碎模块和转载模块，所述破碎模块的顶部固定安装有作业模块，所述履带式底盘的顶部固定安装有高压给水模块，所述履带式底盘的顶部设置有控制模块。
进一步地，所述破碎模块包括底座，所述底座的顶部固定连接有支撑架，所述支撑架的侧壁开设有腔体，所述底座的外壁固定连接有L型金属钢板，所述履带式底盘通过螺栓固定连接有长条型金属长条，所述长条型金属长条的侧壁固定连接有驱动件，所述驱动件远离长条型金属长条的一端固定连接有刀具，所述长条型金属长条和L型金属钢板之间设置有电动机。
进一步地，所述作业模块包括机械臂，所述机械臂通过设置的转轴固定安装有夹取装置，所述转轴的内部固定安装有钻进装置、高压水力切割直喷喷头和高压水力切割侧喷喷头，所述转轴的顶部固定安装有激光扫描装置。
进一步地，所述转载模块中的刮板输送机尾部抬起且超出履带式底盘尾部一定长度，以便将碎煤顺利转运至矿车内。
进一步地，所述控制模块可根据预先输入的巷道断面形状、尺寸、煤体强度、煤块尺寸和掘进速度等参数控制履带式底盘、作业模块、破碎模块、转载模块、高压给水模块的动作。
进一步地，所述支撑架侧壁的腔体外形为前后敞开的正方体，整体浇筑而成，腔体壁厚度大于5cm，用螺母固定在履带式底盘的顶部，所述刀具分布在腔体两侧。
进一步地，所述高压水力切割直喷喷头、高压水力切割侧喷喷头和夹取装置相互垂直，均固定在转轴的外壁，可根据需要将所需装置旋转朝向煤壁进行作业，机械臂具有六个自由度，可将钻进装置、高压水力切割直喷喷头、高压水力切割侧喷喷头和夹取装置移动至待掘巷道断面内任意位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的一种自动化水力切块煤巷掘进台车根据预先输入的各项掘巷参数，通过控制模块实现台车的自动化行走、扫描定位、钻孔、切割、拿取、破碎和转载功能。可显著提高煤巷掘进效率、改善煤巷掘进作业环境、降低煤巷掘进成本，提高煤巷掘进质量。
附图说明
图1为本发明的主视方向立体结构示意图；
图2为本发明的破碎模块立体结构示意图；
图3为本发明的作业模块立体结构示意图；
图4为本发明的作用过程立体结构示意图。
图中：Ⅰ、外侧连接面；Ⅱ、内侧连接面；1、履带式底盘；2、破碎模块；3、作业模块；4、转载模块；5、高压给水模块；6、控制模块；201、刀具；202、电动机；203、L型金属钢板；204、长条型金属长条；205、底座；206、驱动件；207、支撑架；301、激光扫描装置；302、高压水力切割直喷喷头；303、夹取装置；304、钻进装置；305、高压水力切割侧喷喷头；306、机械臂；307、转轴。
具体实施方式
为使本发明施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明施例中的附图，对本发明施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种自动化水力切块煤巷掘进台车，包括履带式底盘1，其特征在于：履带式底盘1的顶部固定连接有破碎模块2和转载模块4，破碎模块2的顶部固定安装有作业模块3，履带式底盘1的顶部固定安装有高压给水模块5，履带式底盘1的顶部设置有控制模块6，转载模块4中的刮板输送机尾部抬起且超出履带式底盘1尾部一定长度，以便将碎煤顺利转运至矿车内。
本实施方案中，履带式底盘1作为一种自动化水力切块煤巷掘进台车各功能模块的承载平台，亦为一种自动化水力切块煤巷掘进台车的行驶机构，作业模块3用于对待掘巷道断面内煤体进行扫描定位、钻进、切割和拿取，破碎模块2用于对切割后的煤块进行定量破碎，转载模块4用于将破碎后的煤炭转运至矿车，高压给水模块5用于给作业模块3的切割装置提供高压水流，控制模块6用于控制履带式底盘1、作业模块3、破碎模块2、转载模块4和高压给水模块5的动作。
实施例二：
如图1-4所示，在实施例一的基础上，本发明提供一种技术方案：破碎模块2包括底座205，底座205的顶部固定连接有支撑架207，支撑架207的侧壁开设有腔体，底座205的外壁固定连接有L型金属钢板203，履带式底盘1通过螺栓固定连接有长条型金属长条204，长条型金属长条204的侧壁固定连接有驱动件206，驱动件206远离长条型金属长条204的一端固定连接有刀具201，长条型金属长条204和L型金属钢板203之间设置有电动机202，支撑架207侧壁的腔体外形为前后敞开的正方体，整体浇筑而成，腔体壁厚度大于5cm，用螺母固定在履带式底盘1的顶部，刀具201分布在腔体两侧。
本实施例中，通过破碎模块2刀具201分布在腔体两侧，形成以相互挤压的方式实现对煤块的破碎，刀具201通过在高强度方形钢板上焊制锥形凸起制成，锥形凸起的数量和高度可以调整，从而实现对煤块的定量破碎，驱动件206的钢板和刀具201的锥形凸起均选用高强度的高锰钢、合金钢和高铬铸铁等材质，可以高效的实现对煤体的破碎。
实施例三：
如图1-4所示，在实施例一、实施例二的基础上，本发明提供一种技术方案：作业模块3包括机械臂306，机械臂306通过设置的转轴307固定安装安装有夹取装置303，转轴307的内部固定安装有钻进装置304、高压水力切割直喷喷头302和高压水力切割侧喷喷头305，转轴307的顶部固定安装有激光扫描装置301，高压水力切割直喷喷头302、高压水力切割侧喷喷头305和夹取装置303相互垂直，均固定在转轴307的外壁，可根据需要将所需装置旋转朝向煤壁进行作业，机械臂306具有六个自由度，可将钻进装置304、高压水力切割直喷喷头302、高压水力切割侧喷喷头305和夹取装置303移动至待掘巷道断面内任意位置。
本实施例中，作业模块3的激光扫描装置301根据待掘煤巷设计断面尺寸利用激光对待掘巷道断面内的煤体进行扫描、区块划分和定位，钻进装置304由钻杆和钻头组成，可根据扫描定位结果在待掘巷道断面指定位置钻进圆孔，为后续侧向水力切割作业提供作用空间，切割装置由喷管和喷头组成，高压水力切割侧喷喷头305和高压水力切割直喷喷头302两种，使用超高压水为动力，高压水力切割侧喷喷头305用于切割煤块与煤体的内侧连接面Ⅱ，高压水力切割直喷喷头302用于切割煤块与煤体的外侧连接面Ⅰ，夹取装置303由导轨和两片可以相对移动的钢板制成，用于将切割后的煤块从煤体内取出并放入破碎机内，机械臂306前端的钻进装置304、高压水力切割直喷喷头302、高压水力切割侧喷喷头305和夹取装置303相互垂直，均固定在机械臂306前端的转轴307上，机械臂306具有六个自由度，可将钻进装置304、高压水力切割直喷喷头302、高压水力切割侧喷喷头305和夹取装置303移动至待掘巷道断面内任意位置，可根据需要将所需装置旋转朝向煤壁进行作业。
实施例四：
如图1-4所示，在实施例一、实施例二、实施例三的基础上，本发明提供一种技术方案：控制模块6可根据预先输入的巷道断面形状、尺寸、煤体强度、煤块尺寸和掘进速度等参数控制履带式底盘1、作业模块3、破碎模块2、转载模块4、高压给水模块5的动作。
本实施例中，通过控制模块6可根据预先输入的巷道断面形状、尺寸、煤体强度、煤块尺寸和掘进速度等参数控制履带式底盘1、作业模块3、破碎模块2、转载模块4、高压给水模块5，形成本装置高度自动化精确执行，大大的提高了工作效率。
本发明的工作原理及使用流程：履带式底盘1作为所述一种自动化水力切块煤巷掘进台车各功能模块的承载平台，亦为所述一种自动化水力切块煤巷掘进台车的行驶机构，作业模块3用于对待掘巷道断面内煤体进行扫描定位、钻进、切割和拿取，破碎模块2用于对切割后的煤块进行定量破碎，转载模块4用于将破碎后的煤炭转运至矿车，高压给水模块5用于给作业模块3的切割装置提供高压水流，控制模块6用于控制履带式底盘1、作业模块3、破碎模块2、转载模块4和高压给水模块5的动作，履带式底盘1是一种自动化水力切块煤巷掘进台车的行驶机构，使用电力驱动，履带式底盘1顶部平整，用于安装自动化水力切块煤巷掘进台车的各功能模块，作业模块3的机械臂306具有六个自由度，利用激光对待掘巷道断面内的煤体进行扫描、区块划分和定位，方便对煤体的切割，切割后的煤块从煤体内取出并放入破碎机内，破碎模块2的刀具201分布在腔体两侧，通过相互挤压的方式实现对煤块的破碎，刀具201通过在高强度方形钢板上焊制锥形凸起制成，锥形凸起的数量和高度可以调整，从而实现对煤块的定量破碎，即通过机械臂306前端激光激光扫描装置301对设计煤巷断面内煤体进行区块划分和定位，控制机械臂306的钻进装置304在煤体中央钻进圆孔，为后续煤块与煤体的内侧连接面的水力切割提供作业空间，控制机械臂306的高压水力切割侧喷喷头305插入煤巷中央已经钻好的圆孔内，利用侧向喷出的高压水流切落煤块与煤体的内侧连接面Ⅱ，控制机械臂306的高压水力切割直喷喷头302在煤壁表面顺着煤块边缘移动，利用纵向喷出的高压水流煤块与煤体的外侧连接面Ⅰ，控制机械臂306的夹取装置303，将与周围煤体分离的煤块从煤体内取出，控制机械臂306的夹取装置将煤块放入破碎机中，进行定量破碎，待下个完整煤块进入破碎机时，破碎机内已经碎煤的煤炭被挤出破碎机，进入转载模块4的刮板输送机中，再由刮板输送机转运到矿车内运走，重复这一过程，直至将煤巷断面内所有划分好的煤块切落、破碎和运输完毕。
Claims (1)
1.一种自动化水力切块煤巷掘进台车，包括履带式底盘(1)，其特征在于：所述履带式底盘(1)的顶部固定连接有破碎模块(2)和转载模块(4)，所述破碎模块(2)的顶部固定安装有作业模块(3)，所述履带式底盘(1)的顶部固定安装有高压给水模块(5)，所述履带式底盘(1)的顶部设置有控制模块(6)；
所述破碎模块(2)包括底座(205)，所述底座(205)的顶部固定连接有支撑架(207)，所述支撑架(207)的侧壁开设有腔体，所述底座(205)的外壁固定连接有L型金属钢板(203)，所述履带式底盘(1)通过螺栓固定连接有长条型金属长条(204)，所述长条型金属长条(204)的侧壁固定连接有驱动件(206)，所述驱动件(206)远离长条型金属长条(204)的一端固定连接有刀具(201)，所述长条型金属长条(204)和L型金属钢板(203)之间设置有电动机(202)；
所述作业模块(3)包括机械臂(306)，所述机械臂(306)通过设置的转轴(307)固定安装有夹取装置(303)，所述转轴(307)的内部固定安装有钻进装置(304)、高压水力切割直喷喷头(302)和高压水力切割侧喷喷头(305)，所述转轴(307)的顶部固定安装有激光扫描装置(301)；
所述转载模块(4)中的刮板输送机尾部抬起且超出履带式底盘(1)尾部一定长度，以便将碎煤顺利转运至矿车内；
所述控制模块(6)可根据预先输入的巷道断面形状、尺寸、煤体强度、煤块尺寸和掘进速度控制履带式底盘(1)、作业模块(3)、破碎模块(2)、转载模块(4)、高压给水模块(5)的动作；
所述支撑架(207)侧壁的腔体外形为前后敞开的正方体，整体浇筑而成，腔体壁厚度大于5cm，用螺母固定在履带式底盘(1)的顶部，所述刀具(201)分布在腔体两侧；
所述高压水力切割直喷喷头(302)、高压水力切割侧喷喷头(305)和夹取装置(303)相互垂直，均固定在转轴(307)的外壁，可根据需要将所需装置旋转朝向煤壁进行作业，机械臂(306)具有六个自由度，可将钻进装置(304)、高压水力切割直喷喷头(302)、高压水力切割侧喷喷头(305)和夹取装置(303)移动至待掘巷道断面内任意位置。
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