本发明专利技术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，本发明专利技术动力大，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。
【技术实现步骤摘要】
一种坚硬岩体无炮掘进装置
本专利技术涉及一种掘进装置，尤其涉及一种坚硬岩体无炮掘进装置。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种坚硬岩体无炮掘进装置，本专利技术结构简单，使用方便。本专利技术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，本专利技术采用以下技术手段：本专利技术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。进一步的，所述回转架(8)、液压系统(11)、操控台(12)、电控箱(13)、刮板机(14)均安装在机体架(9)上，机体架(9)安装在行走机构(15)上。进一步的，所述动力悬臂(6)后端与回转架(8)铰接，动力悬臂(6)中部通过升降油缸(7)与回转架(8)连接；所述的动力悬臂(6)输出旋转轴(6-4)由滚动轴承(6-7)和推力轴承(6-8)支撑安装在滑动壳体(6-2)内，输出旋转轴(6-4)前端外花键(6-4-1)与阶梯钻头(4)内花键槽I(4-3-9)相配合，输出旋转轴(6-4)后端外花键(6-4-2)与过度轴(6-6)内花键槽II(6-6-1)配合连接，过渡轴(6-6)后端连接行星减速机构(6-5)旋转行星架(6-5-1)。进一步的，所述动力悬臂(6)的滑动壳体(6-2)与外壳体(6-3)滑动连接，且滑动壳体(6-2)与外壳体(6-3)通过推进油缸(6-1)连接，滑动壳体(6-2)前端面(6-2-1)与阶梯钻头体(4-3)后端面(4-3-10)配合。进一步的，所述阶梯钻头体(4-3)中部外圆柱段(4-3-1)表面上螺旋安装数个锥形合金牙齿(4-1)，球形合金截齿(4-2)镶嵌在阶梯钻头体(4-3)端面(4-3-2)和非圆截面轴段II(4-3-4)外棱上，阶梯钻头体(4-3)内部安装有镐形截齿(4-4)；圆形滚刀(5)通过U形销(17)固定在阶梯钻头体(4-3)前端的非圆截面轴段I(4-3-1)上。进一步的，所述非圆截面轴段I(4-3-3)上设有U形销插孔I(4-3-8)，钻头体(4-3)的过岩屑孔(4-3-12)加工在钻头体(4-3)的中部外圆柱段(4-3-1)上，非圆截面轴段I(4-3-3)与中部外圆柱段(4-3-1)之间设有非圆截面轴段II(4-3-4)，非圆截面轴段II(4-3-4)上加工对称通孔(4-3-5)，钻头体(4-3)中心通孔(4-3-6)上焊接有镐形截齿座(4-3-7)，钻头体(4-3)后部设有内花键槽I(4-3-9)和防尘圈槽(4-3-11)。进一步的，所述圆形滚刀(5)的合金滚刀头(5-2)镶嵌在圆形滚刀体(5-1)上，圆形滚刀体(5-1)内设有非圆形通孔(5-4)，圆形滚刀体(5-1)后部设有U形销插孔II(5-3)；所述合金滚刀头(5-2)材质为硬质合金，由粉末冶金方法整体压制成型。本专利技术的有益效果：本专利技术采用液压油缸和电机驱动，动力大，掘进装备结构简单紧凑，便于安装、拆卸，减小掘进装备的整体尺寸，提高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，然后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，可以大大提高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。附图说明图1是硬岩巷道无炮掘进工艺及装备；图2是动力悬臂剖视图；图3是阶梯钻头和圆形滚刀示意图；图4是阶梯钻头体三维剖视图；图5是圆形滚刀剖视图。图中：1—坚硬岩体；2—阶梯形岩孔；3—岩石碎片；4—阶梯钻头；5—圆形滚刀；6—动力悬臂；7—升降油缸；8—回转架；9—机体架；10—摆动油缸；11—液压系统；12—操控台；13—电控箱；14—刮板机；15—行走机构；16—铲装装置；17—U形销；4-1—锥形合金牙齿；4-2—球形合金截齿；4-3—阶梯钻头体；4-4—镐形截齿；4-3-1—中部外圆柱段；4-3-2—端面；4-3-3—非圆截面轴段I；4-3-4—非圆截面轴段II；4-3-5—对称通孔；4-3-6—中心通孔；4-3-7—镐形截齿座；4-3-8—U形销插孔I；4-3-9—内花键槽I；4-3-10—后端面；4-3-11—防尘圈槽；4-3-12—过岩屑孔；5-1—圆形滚刀体；5-2—合金滚刀头；5-3—U形销插孔II；5-4—非圆形通孔；6-1—推进油缸；6-2—滑动壳体；6-2-1—前端面；6-3—外壳体；6-4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种坚硬岩体无炮掘进装置，其特征在于，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。
【技术特征摘要】
1.一种坚硬岩体无炮掘进装置，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的一种坚硬岩体无炮掘进装置，其特征在于，所述回转架(8)、液压系统(11)、操控台(12)、电控箱(13)、刮板机(14)均安装在机体架(9)上，机体架(9)安装在行走机构(15)上。3.根据权利要求1所述的一种坚硬岩体无炮掘进装置，其特征在于，所述动力悬臂(6)后端与回转架(8)铰接，动力悬臂(6)中部通过升降油缸(7)与回转架(8)连接；所述的动力悬臂(6)输出旋转轴(6-4)由滚动轴承(6-7)和推力轴承(6-8)支撑安装在滑动壳体(6-2)内，输出旋转轴(6-4)前端外花键(6-4-1)与阶梯钻头(4)内花键槽I(4-3-9)相配合，输出旋转轴(6-4)后端外花键(6-4-2)与过度轴(6-6)内花键槽II(6-6-1)配合连接，过渡轴(6-6)后端连接行星减速机构(6-5)旋转行星架(6-5-1)。4.根据权利要求3所述的一种坚硬...
【专利技术属性】
技术研发人员：江红祥，孟德光，刘送永，杜长龙，李洪盛，吴洪状，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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