專利名稱：三自由度自行走式微型盾構(gòu)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，尤其適用于煤層長距離瓦斯抽放的鉆孔。
背景技術(shù)：
目前我國礦井瓦斯抽放量只占抽放瓦斯全部涌出量的20%，我國礦井瓦斯抽放技術(shù)主要有采掘前(預(yù)抽)抽放，邊采邊抽和采后抽放(采空區(qū)抽放)。常用的設(shè)備是瓦斯抽放鉆機，采用頂管技術(shù)建立起瓦斯通道排放出瓦斯，但這種長鉆孔成孔設(shè)備和受控定向鉆進(jìn)工藝一直是瓦斯抽放的“瓶頸”，現(xiàn)有的打鉆技術(shù)沒有與之配套的專用定向鉆頭和控制有效的定向措施，主要表現(xiàn)在抽放量少，成孔率低，礦井抽出率低，鉆孔長度不長，綜合抽放工作差。因此瓦斯抽放裝備的改進(jìn)與提高已成為亟待解決的問題。從國內(nèi)外的發(fā)展趨勢看，施工速度快、成本低、鉆孔工程利用率高的順層鉆孔將逐漸替代穿層鉆孔成為煤層瓦斯 抽放的主要技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、定向鉆孔容易、實現(xiàn)施工速度快、成本低、鉆孔工程利用率高，提高抽放瓦斯量的三自由度自行走式微型盾構(gòu)機。技術(shù)方案本發(fā)明三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，包括前盾、與前盾滑套配合的中盾，前盾內(nèi)設(shè)有呈工字形的內(nèi)支架，中盾內(nèi)設(shè)有與內(nèi)支架相連的外支架，內(nèi)支架的前端設(shè)有液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)的前部設(shè)有盾構(gòu)機截割頭，液壓馬達(dá)與盾構(gòu)機截割頭之間設(shè)有二次破碎機構(gòu)，內(nèi)支架的中部對稱設(shè)有可伸出前盾體外的前支承油缸，內(nèi)支架的后端與外支架之間上下兩側(cè)對稱設(shè)有推進(jìn)油缸，外支架上對稱設(shè)有可伸出中盾體外的后支承油缸；前盾內(nèi)位于內(nèi)支架的前側(cè)設(shè)有送水裝置、后側(cè)設(shè)有螺旋輸送機；中盾的后部設(shè)有液壓閥組，中盾的后端設(shè)有尾盾。所述前支承油缸與后支承油缸的位置呈十字交叉排列；所述前支承油缸與后支承油缸的頂部均設(shè)有撐靴；所述的盾構(gòu)機截割頭上連接有三個實現(xiàn)盾構(gòu)機截割頭成三自由度旋轉(zhuǎn)截割的角度調(diào)整油缸；所述的二次破碎機構(gòu)由多層疊加在一起構(gòu)成柵欄狀的耐磨合金鋼絲網(wǎng)構(gòu)成。有益效果由于采用了上述技術(shù)方案，利用四個支承油缸撐阻，可實現(xiàn)兩級自行走式盾構(gòu)掘進(jìn)，無需管道的頂管推進(jìn)。對每個角度調(diào)整油缸進(jìn)行各自的壓力控制，可以改變油缸伸縮長度，實現(xiàn)盾構(gòu)機的定向控制和曲線行走，有效防止鉆孔的測斜交錯，可使瓦斯排放的更加充分。對于殘渣的排放，采用螺旋輸送機以及負(fù)壓抽吸的方式，解決了頂管技術(shù)不排渣的問題。本發(fā)明全部采用液壓驅(qū)動的方式，液壓馬達(dá)驅(qū)動截割頭旋轉(zhuǎn)，推進(jìn)液壓缸和支撐油缸負(fù)責(zé)步進(jìn)支撐，通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行同步或異步的控制，實現(xiàn)盾構(gòu)機的“后支撐一前推進(jìn)、前支撐一后收縮”的兩節(jié)式步進(jìn)行走。螺旋輸送機負(fù)責(zé)排泄礦渣，解決了現(xiàn)有技術(shù)中瓦斯抽放中鉆孔長度不長、抽放率不高的鉆孔定向鉆進(jìn)的難題，實現(xiàn)了施工速度快、成本低、鉆孔工程利用率高，抽放瓦斯效率高的目的。其結(jié)構(gòu)簡單緊湊、工作穩(wěn)定，可實現(xiàn)大扭矩、高轉(zhuǎn)速、推進(jìn)力大的長距離水平鉆孔。


圖I為三自由度自行走微型式盾構(gòu)機剖視 圖2為圖I的縱向剖視 圖3、圖4為圖I的局部放大視圖。圖中1 一盾構(gòu)機截割頭；2 —二次破碎機構(gòu)；3 —角度調(diào)整油缸；4 一液壓馬達(dá)；
5一前支承油缸；6 —內(nèi)支架；7 —推進(jìn)油缸；8 —外支架；9 一液壓閥組；10 —送水裝置；11 —螺旋輸送機；12 —前盾；13 —后支承油缸；14 —中盾；15 —尾盾?！?br> 具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述
本發(fā)明的三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，主要由盾構(gòu)機截割頭I、二次破碎機構(gòu)2、角度調(diào)整油缸3、液壓馬達(dá)4、前支承油缸5、內(nèi)支架6、推進(jìn)油缸7、外支架8、液壓閥組9、送水裝置10、螺旋輸送機11、前盾12、后支承油缸13、中盾14、尾盾15構(gòu)成。前盾12與中盾14滑套配合，前盾12內(nèi)設(shè)置呈工字形的內(nèi)支架6，中盾14內(nèi)設(shè)置與內(nèi)支架6相連的外支架8，內(nèi)支架6的前端設(shè)置液壓馬達(dá)4，液壓馬達(dá)4的前部設(shè)置盾構(gòu)機截割頭1，盾構(gòu)機截割頭I上連接三個角度調(diào)整油缸3 ;所述的盾構(gòu)機截割頭I由液壓馬達(dá)4控制，并通過角度調(diào)整油缸3實現(xiàn)盾構(gòu)機截割頭I三自由度旋轉(zhuǎn)截割。液壓馬達(dá)4與盾構(gòu)機截割頭I之間設(shè)置二次破碎機構(gòu)2，二次破碎機構(gòu)2由多層疊加在一起構(gòu)成柵欄狀的耐磨合金鋼絲網(wǎng)構(gòu)成。內(nèi)支架6的中部對稱設(shè)有可伸出前盾12體外的前支承油缸5，內(nèi)支架6的后端與外支架8之間上下兩側(cè)對稱設(shè)有兩個雙作用的推進(jìn)油缸7，外支架8上對稱設(shè)置兩個可伸出中盾14體外的雙作用的后支承油缸13，所述的前支承油缸5與后支承油缸13位置呈十字交叉排列，前支承油缸5與后支承油缸13的頂部均設(shè)有撐靴；前盾12內(nèi)位于內(nèi)支架6的前側(cè)設(shè)有送水裝置10、后側(cè)設(shè)有螺旋輸送機11 ;中盾14的后部設(shè)有液壓閥組9，中盾14的后端設(shè)有尾盾
15。推進(jìn)油缸7為三自由度自行走式微型盾構(gòu)機的推進(jìn)裝置，當(dāng)后支承油缸13的撐靴伸出頂住巖孔時，推進(jìn)油缸7向前推進(jìn)，推動前盾12向前移動，當(dāng)支撐前支承油缸5的撐靴伸出頂住巖孔時，推進(jìn)油缸7的回縮實現(xiàn)兩節(jié)式的步進(jìn)行走。所述的液壓閥組9全部采用插裝閥組，由于盾構(gòu)機的空間限制，插裝閥通過閥塊之間相互作用工作安裝在盾構(gòu)機的尾部，液壓泵則安裝在外部，后面外接兩根油路管供給液壓馬達(dá)4、推進(jìn)油缸7、前支承油缸5和后支承油缸13等液壓系統(tǒng)工作所需的壓力油，通過盾構(gòu)機拖著高壓油管進(jìn)行工作。所述的送水裝置10和螺旋輸送機11為三自由度自行走式微型盾構(gòu)機的排渣機構(gòu)，利用礦下水資源豐富的優(yōu)勢，向破碎室內(nèi)注水，利用泥水壓力來平衡盾構(gòu)機所處巖層中的外界壓力，同時通過螺旋輸送機11把混合了礦渣的泥水從破碎室輸送到輸送管中，再結(jié)合負(fù)壓抽吸的方式將之排出去。所述的前盾12、中盾14、尾盾15以及內(nèi)支架6和外支架8組成整個系統(tǒng)的盾構(gòu)體。盾構(gòu)機截割頭I為液壓馬達(dá)4控制的鎬齒截割裝置，三自由度自行走微型盾構(gòu)機的截割直徑為510mm，開口率為38. 1%。
工作原理及工作過程首先通過盾構(gòu)機截割頭I的鎬齒對煤層巖石進(jìn)行一次破碎，然后由設(shè)在盾構(gòu)機截割頭I后的二次破碎機構(gòu)2對破碎后的碎巖進(jìn)行二次破碎。采用兩個雙作用推進(jìn)油缸7構(gòu)成推進(jìn)系統(tǒng)，采用十字交叉式雙作用油缸前支承油缸5和后支承油缸13構(gòu)成撐阻系統(tǒng)，通過液壓閥組9實現(xiàn)盾構(gòu)機的集中液壓控制，采用螺旋輸送機11和并聯(lián)在排泄管路中的負(fù)壓排渣抽水機，在排放管路出口處進(jìn)行聯(lián)合排渣。所述負(fù)壓排渣是利用空氣對流、負(fù)壓換氣的原理，由安裝地點吸入新鮮空氣從而產(chǎn)生負(fù)壓，對掘進(jìn)的隧道產(chǎn)生一定的負(fù)壓力，使得廢渣被吸出。負(fù)壓排渣是在突出或松軟煤層打鉆的較好的排渣方式。所述盾構(gòu)機截割頭I采用ISOONm的大扭矩、70r/min低轉(zhuǎn)速的液壓馬達(dá)4通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動盾構(gòu)機截割頭I旋轉(zhuǎn)運動。周向?qū)ΨQ布置的三個角度調(diào)整油缸3控制截割頭前進(jìn)方向，根據(jù)角度調(diào)整油缸3伸縮長度的不同調(diào)整盾構(gòu)機截割頭I在不同方位的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)三自由度的旋轉(zhuǎn)。盾構(gòu)機截割頭I和液壓馬達(dá)4為一個整體，由三個角度調(diào)整油缸3控制盾構(gòu)機截割頭I的方位。由于盾構(gòu)機截割頭I和液壓馬達(dá)4為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓馬達(dá)4是隨著盾構(gòu)機截割頭I 一起發(fā)生角度的變化，實現(xiàn)了盾構(gòu)機截割頭I邊旋轉(zhuǎn)邊不斷的進(jìn)行攪動，有助于破碎礦石。所述角度調(diào)整油缸3為三自由度自行走式微型盾構(gòu)機的角度調(diào)整裝置，三個角度調(diào)整油缸3采用球鉸接連接方式與盾構(gòu)機頭相連，能實現(xiàn)一定角度的傾斜并能對盾構(gòu)機的走向進(jìn)行微調(diào)。所述液壓馬達(dá)4為三自由度自行走式微型盾構(gòu)機截割頭I的主要動 力源，通過液壓閥組9控制驅(qū)動盾構(gòu)機截割頭I旋轉(zhuǎn)運動。所述的支承油缸包括前支承油缸5和后支承油缸13為三自由度自行走式微型盾構(gòu)機的自行走裝置，以十字交叉布置的四個雙作用油缸撐阻定位，撐靴頂入礦石中，以提供推進(jìn)所需的反力。通過對前后支承油缸的單獨控制，實現(xiàn)兩節(jié)式的步進(jìn)行走。
權(quán)利要求
1.一種三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，其特征在于它包括前盾(12)、與前盾(12)滑套配合的中盾(14)，前盾(12)內(nèi)設(shè)有呈工字形的內(nèi)支架￠)，中盾(14)內(nèi)設(shè)有與內(nèi)支架(6)相連的外支架(8)，內(nèi)支架￠)的前端設(shè)有液壓馬達(dá)(4)，液壓馬達(dá)(4)的前部設(shè)有盾構(gòu)機截割頭(I)，液壓馬達(dá)(4)與盾構(gòu)機截割頭(I)之間設(shè)有二次破碎機構(gòu)(2)，內(nèi)支架(6)的中部對稱設(shè)有可伸出前盾(12)體外的前支承油缸(5)，內(nèi)支架￠)的后端與外支架(8)之間上下兩側(cè)對稱設(shè)有推進(jìn)油缸(7)，外支架(8)上對稱設(shè)有可伸出中盾(14)體外的后支承油缸(13);前盾(12)內(nèi)位于內(nèi)支架￠)的前側(cè)設(shè)有送水裝置(10)、后側(cè)設(shè)有螺旋輸送機(11);中盾(14)的后部設(shè)有液壓閥組(9)，中盾(14)的后端設(shè)有尾盾(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，其特征在于所述前支承油缸(5)與后支承油缸(13)的位置呈十字交叉排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，其特征在于所述前支承油缸(5)與后支承油缸(13)的頂部均設(shè)有撐靴。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，其特征在于所述的盾構(gòu)機截割頭(I)上連接有三個實現(xiàn)盾構(gòu)機截割頭(I)成三自由度旋轉(zhuǎn)截割的角度調(diào)整油缸(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，其特征在于所述的二次破碎機構(gòu)(2)由多層疊加在一起構(gòu)成柵欄狀的耐磨合金鋼絲網(wǎng)構(gòu)成。
全文摘要
一種三自由度自行走式微型盾構(gòu)機，包括截割頭、驅(qū)動馬達(dá)，推進(jìn)油缸、支承油缸、螺旋輸送機、內(nèi)外支架、液壓閥組以及護(hù)盾。所述截割頭為鎬齒截割，通過調(diào)整油缸實現(xiàn)三自由度旋轉(zhuǎn)截割；碎巖原理采用二次破碎技術(shù)，通過鎬齒截割和二次破碎機構(gòu)對煤巖進(jìn)行破碎處理；推進(jìn)系統(tǒng)采用兩個雙作用油缸，撐阻系統(tǒng)采用十字交叉式雙作用油缸，通過液壓系統(tǒng)控制，實現(xiàn)“后支撐—前推進(jìn)、前支撐—后收縮”式步進(jìn)行走。排渣方式采用螺旋輸送機將礦渣泥水送入輸送管，結(jié)合負(fù)壓抽吸進(jìn)行排渣。發(fā)明優(yōu)點實現(xiàn)了盾構(gòu)機定向控制和大曲率半徑曲線行走，防止鉆孔測斜交錯，實現(xiàn)盾構(gòu)機自主行走，保證長距離鉆孔，解決了頂管技術(shù)不排渣的難題，使瓦斯排放更充分。
文檔編號E21D9/08GK102797474SQ201210316860
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者王世博, 葛世榮, 馬國輝, 滕兵 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)