[发明专利]一种坚硬岩体无炮掘进装置

说明书

本发明公开了一种坚硬岩体无炮掘进装置，包括阶梯钻头、圆形滚刀、动力悬臂、升降油缸、回转架、机体架、摆动油缸、液压系统、操控台、电控箱、刮板机、行走机构、铲装装置、U形销，本发明动力大，结构简单紧凑，便于安装、拆卸，提高了掘进装备对坚硬岩体地质条件的适应性；采用阶梯形钻头先行钻孔可以降低坚硬岩体的强度和形成自由面，减小了机械刀具破碎坚硬岩体的难度，利用圆形滚刀可以实现坚硬岩体的高效挤压拉伸破碎；采用先钻孔卸压，再利用圆形滚刀挤压拉伸破碎坚硬岩体，大大提高了掘进装备破岩能力和效率，对我国深层高地应力岩体高效掘进具有推动作用，乃至对我国煤炭工业的可持续发展有重要的社会意义。

技术领域

本发明涉及一种掘进装置，尤其涉及一种坚硬岩体无炮掘进装置。

背景技术

2015年，《BP世界能源统计年鉴》指出：中国仍然是世界最大的能源消费国，占全球消费量的23％和全球净增长的61％；煤炭资源消耗占消费总量的66.03％，在未来很长一段时期内作为我国主体能源具有无法替代的地位。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020)》明确指出：亟需大力加强煤炭资源安全高效开采和利用技术研究，明确要求重点研究深层和复杂地层矿体采矿技术。2011年，国家能源局发布的《国家能源科技“十二五”规划》明确指出复杂地质条件下煤炭资源的高效开发是今后的主要攻关方向，要求研发符合我国复杂地层条件下多模式岩石巷道掘进、煤炭开采技术和装备。

目前，煤炭开采已经逐渐向深层和复杂地层发展，对深层、复杂地层煤炭资源安全高效开采技术和装备提出了更高的要求和新的挑战。由于地应力的增大，通常深层、复杂地层煤岩的弹性模量、硬度和破坏强度等随之增大，单轴抗压强度往往达到150MPa以上。虽然爆破掘进法具有灵活、方便、成本低、适应性强以及不受地质条件变化影响的特点，但其存在工序多、安全性低、掘进效率低等缺点。机械切削破岩时刀具磨损严重、消耗量大，主要用于切削破碎普氏硬度系数f≤8的煤岩；机械冲击可以破碎大部分煤岩，但在坚硬煤岩(f>15)中工作存在球齿磨损严重和脱落、破岩效率低以及粉尘量大等问题，大大降低了机械冲击破岩能力、效率以及设备使用寿命和可靠性，如何实现坚硬煤岩的安全高效破碎已经成为深层、复杂地层煤炭等矿体资源高效开发的关键问题和难点。TBM掘进机圆形滚刀破岩能力强、耐磨损，但由于圆形滚刀采用压碎岩石需要极大的推力，导致TBM掘进机在煤矿井下坚硬岩巷使用受限。在高地应力作用下，深部掘进工作面岩体压张效应明显，近掘进面岩体易于拉裂。因此，采用圆形滚刀拉裂坚硬岩体是最有效途径之一，采用阶梯形钻头钻孔为圆形滚刀形成自由面是破碎硬岩的重要环节。联合阶梯形钻头和圆形滚刀破岩，可以降低滚刀磨损率和消耗量，延长滚刀使用寿命，改善机械破岩工作条件，实现坚硬岩石的高效掘进。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种坚硬岩体无炮掘进装置，本发明结构简单，使用方便。本发明采用阶梯形钻头钻孔为圆形滚刀形成自由面是破碎硬岩的重要环节。联合阶梯形钻头和圆形滚刀破岩，可以降低圆形滚刀磨损率和消耗量，延长圆形滚刀使用寿命，改善机械破岩工作条件，实现坚硬岩石的高效掘进。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

本发明提供一种坚硬岩体无炮掘进装置，包括阶梯钻头(4)、圆形滚刀(5)、动力悬臂(6)、升降油缸(7)、回转架(8)、机体架(9)、摆动油缸(10)、液压系统(11)、操控台(12)、电控箱(13)、刮板机(14)、行走机构(15)、铲装装置(16)、U形销(17)，伸出推进油缸(6-1)使阶梯钻头(4)在坚硬岩体(1)上形成阶梯形岩孔(2)；缩回推进油缸(6-1)，利用U形销(17)将圆形滚刀(5)固定在阶梯钻头(4)上，伸出推进油缸(6-1)使圆形滚刀(5)进入阶梯形岩孔(2)一定深度；操作升降油缸(7)和摆动油缸(10)使圆形滚刀(5)挤压拉伸破岩，形成岩石碎片(3)；利用铲装装置(16)、刮板机(14)、行走机构(15)组合完成岩石碎片(3)装载和输出；重复上述过程完成坚硬岩体(1)快速掘进。