一种煤巷帮底锚固钻车的制作方法

本技术涉及矿山设备领域，提供一种煤巷帮底锚固钻车，用于机械化地对煤巷侧帮和底板进行锚固作业。

背景技术：

当前煤炭仍然是我国的主要能源形式之一。我国煤炭开采以井工为主，巷道掘进是矿井生产的基础，要实现矿井的可持续发展，采掘平衡至关重要。随着开采水平的不断提高，采掘衔接紧张的矛盾日益突出，巷道掘进速度滞后成为影响煤炭生产效率的重要瓶颈。据统计，巷道支护时间占到掘进工作面推进时间的2／3以上，支护效率低下是制约巷道快速掘进的主要因素，成为煤炭行业亟待解决的问题。锚杆支护作为一种快速、安全、经济、可靠的巷道支护方式已经在国内外得到普遍应用，是煤矿实现高产高效必不可少的关键技术之一，是继我国煤矿成功应用综合机械化采煤技术以来，采掘技术的又一次革命。提高锚杆支护的效率和效果，对于降低煤矿生产成本、促进可持续发展具有重要意义。

自1974年开始，我国开始引进、开发、试验树脂锚杆并在各大矿务局进行了推广。随着煤矿整体技术水平的不断提高，对树脂锚杆支护构件及施工工艺的精细化研究，对于节省材料、降低工程量、降低成本、提高效率具有重要意义。康红普等学者针对树脂锚杆进行的多项研究表明：锚杆孔的直径与锚杆直径之差在6-8mm时锚固性能最佳，过大或过小均对锚固力带来不利的影响；锚杆在锚杆孔中应该居于中心位置，否则会引起两侧应力分布出现明显差异，导致锚固剂塑性区范围增大，对锚杆产生附加弯矩作用，使锚杆受力状态复杂化；研究还发现，树脂锚固剂的搅拌效果差将严重影响锚固力，因此应严格按照要求安装锚杆和搅拌树脂锚固剂。

参见图1所示，煤矿煤巷100中的巷道围岩由顶板101、两侧帮102和底板103组成，除底板103较少支护外，一般顶板101和两侧帮102都需要支护，两侧帮102是比较松软破碎的煤体，更是巷道支护的重点。

在当前煤矿生产实践中，侧帮锚杆施工多采用手持式单体钻机造孔，该施工方式有以下缺陷：（1）钻孔时依靠人工推动钻杆进行推进，不能保证成孔轴线直线度，导致成孔效果差；（2）出于安全考虑，该类型钻机的扭矩比较低，对树脂锚固剂的搅拌效果不佳，影响锚固效果；（3）对于全高度范围的侧帮锚杆，难以一次性施工，需要分层掘进或借助底板浮煤进行上部施工，之后清理浮煤后进行下部施工；（4）机械化程度低，工人的劳动强度大，劳动效率低。基于以上施工特点，影响了侧帮锚杆的锚固效果，并且可能导致锚固密度的增加，对于降低成本、提高效率具有不利影响。

技术实现要素：

本技术的目的是提供一种煤巷帮底锚固钻车，用于机械化地对煤巷侧帮进行锚固作业。

本技术的目的是通过以下技术方案实现：

一种煤巷帮底锚固钻车，包括行走装置，既可移动又可摆动设置在行走装置前端的立柱机构，移动设置在立柱机构上的滑动套，摆动设置在滑动套上的钻进连接部，转动设置在钻进连接部上用于锚固作业的钻进部；行走装置至少包括底盘、设置在底盘上的履带式行走机构，在底盘上设置有动力装置，在底盘的前部设置有机架；动力装置用于驱动行走装置行进，为立柱机构在行走装置上移动与摆动、滑动套在立柱机构上移动、钻进连接部在滑动套上摆动、钻进部在钻进连接部上转动、钻进部锚固作业提供动力。

本技术的有益效果是：

使用该煤巷帮底锚固钻车对煤巷侧帮进行锚固作业时，行走装置行进至作业区，调整立柱机构的状态至竖直，滑动套沿立柱机构移动至目标工位，调整钻进连接部使钻进部对准一侧帮上的目标锚固点，钻进部既可对该目标锚固点进行锚固作业，该目标锚固点锚固作业结束后，钻进部转动180°，即可对另一侧帮上的目标锚固点进行锚固作业，完成对两侧帮上的一对锚固点锚固作业；调整钻进连接部使钻进部对准下一目标锚固点，既可对下一对目标锚固点进行锚固作业。

显然，上述煤巷帮底锚固钻车在进行锚固作业时，可以对煤巷两侧帮进行机械化锚固作业。在锚固作业时，钻进部的角度可以调整，以满足不同角度要求的锚固作业。

作为对本技术的改进，立柱机构包括铰接在机架上的一对U形轨道，移动设置在U形轨道内的立柱固定板，固联在立柱固定板上的立柱；在立柱的顶端设置有撑顶油缸。在立柱固定板和机架之间铰接有微调油缸，在U形轨道和机架之间铰接有角度调节油缸。

上述改进，撑顶油缸活塞杆伸出顶紧顶板，确保钻孔过程中整机的稳定。U形轨道内设置立柱固定板，微调油缸驱动立柱固定板在U形轨道内移动时导向精准。

作为对本技术的进一步改进，滑动套与立柱以导轨滑块副滑动连接，滑动套与立柱之间设置有齿轮齿条副。

这种改进，由导轨滑块副保证滑动套在立柱上滑动时，减小滑动套和立柱之间的摩擦；同时，利用齿轮齿条副精准传动的特性，使滑动套可以移动至立柱的任一目标位置，又，利用齿轮齿条副良好的自锁性能，可将滑动套锁定在任一目标位置。

作为对本技术的进一步改进，钻进连接部包括固联在滑动套上的滑动套连接板，至少一对上下布置、一端铰接在滑动套连接板上的连杆，连杆的另一端铰接有钻进连接板；在滑动套连接板和连杆之间铰接有调节油缸；连杆的长度相等。

这种改进，钻进连接部采用平行四边形的四连杆结构，实现钻进连接板在竖直平面内的平动，利于对钻进部对刀。

作为对本技术的进一步改进，钻进部包括钻进部底板，以导轨滑块副连接、移动设置在钻进部底板上的钻架，以导轨滑块副连接、由设置在钻架和钻进马达之间的倍增机构带动、移动设置在钻架上的钻进马达，可拆卸设置在钻进马达上的钻杆。

在钻进部底板和钻架之间设置有调整油缸；在钻架上设置有钻进油缸，钻进油缸为双向油缸，在钻进油缸的活塞杆顶端固连有与活塞杆垂直的销轴，在销轴上铰接有叉形连杆，叉形连杆的两端皆转动设置有链轮，在链轮上皆移动设置有链条，两根链条的一端皆铰接在钻架上、另一端皆铰接在钻进马达上。

上述改进，调整油缸和钻进油缸相结合，可以做到钻进马达快速进退，节省对刀时间；钻进油缸活塞杆伸缩通过钻架内部装配的倍增机构，带动钻进马达沿钻架移动，实现钻孔过程中的快速进刀与快速退刀。

作为对本技术的进一步改进，在钻进部底板和钻进连接板之间设置有回转减速器。

这种改进，利用回转减速器可以实现钻进部在钻进连接板上360°、无级转动，满足多工位、多角度施工需求。

附图说明

图1一种煤巷帮底锚固钻车的结构示意图；

图2图1的侧视图；

图3一种煤巷帮底锚固钻车非水平钻孔时的示意图；

图4行走装置的结构示意图；

图5消隐行走装置局部的一种煤巷帮底锚固钻车的结构示意图；

图6消隐行走装置局部的一种煤巷帮底锚固钻车另一视角的结构示意图；

图7图6的A向局部视图；

图8钻进连接部的结构示意图；

图9钻进部的结构示意图；

图10 钻进部另一视角的结构示意图；

图11滑动套的结构示意图；

图12倍增机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本技术作进一步说明：

参见图1、图2、图3所示的煤巷帮底锚固钻车，主要由钻进部1、钻进连接部2、滑动套3、立柱机构4、行走装置6构成。

为满足煤矿安全生产要求，为钻进部1、钻进连接部2、滑动套3、立柱机构4的运动提供动力的动力装置为设置在行走装置6上的液压系统。

又参见图4所示，行走装置6主体结构为现有技术，故简述。行走装置6包括底盘62，设置在底盘62上的履带式行走机构61。在底盘62上设置有动力装置，动力装置用于驱动行走装置6行进，为立柱机构4在行走装置6上移动与摆动、滑动套3在立柱机构4上移动、钻进连接部2在滑动套3上摆动、钻进部1在钻进连接部2上转动、钻进部1锚固作业提供动力。

动力装置为液压系统，包括电机油泵组件66，储存并为电机油泵组件66提供液压油的油箱64，控制电机油泵组件66运行状态的电磁启动器65，调整、控制、分配动力油流向与压力的液压控制系统63。

在底盘的前部设置有机架，为立柱机构4提供支撑。机架由固联在底盘62前部的一对底盘铰座67和固联在底盘62上、位于底盘铰座67后面的龙门架69组成，在龙门架上亦设置有一对龙门架铰座68。

又参见图5、图6、图7所示，立柱机构4主要包括一对U形轨道51，立柱固定板54，立柱41。

具体实施时，U形轨道51固连在一片底板53上，U形轨道51的两个槽口相对布置，在底板53上固连有底板前铰座592和底板后铰座591各一对，底盘铰座67和底板前铰座592通过销轴56铰接，在底板后铰座591和龙门架铰座68之间铰接有角度调节油缸57。

为减小摩擦，在U形轨道51内嵌设有尼龙衬槽52。在尼龙衬槽52内，移动设置有立柱固定板54。在立柱固定板54的下面固联有微调连接架55，微调油缸58铰接在底板53和微调连接架55之间。

立柱41通过螺栓与立柱固定板54固连。

立柱41是矩形断面的方管，顶部设置有撑顶油缸42，撑顶油缸42活塞杆伸出时与顶板101之间顶紧，确保钻孔过程中整机的稳定，为减小撑顶油缸42活塞杆伸出与顶板101之间顶紧时的压强，在撑顶油缸42活塞杆顶部设置有支撑板421。在立柱41上沿立柱纵向还固连有齿条43。

又参见图11所示，滑动套3移动设置在立柱机构上，即滑动套3移动设置在立柱41上。事实上，立柱41作为导轨，滑动套3作为滑块，两者构成导轨滑块副，在滑动套3上转动设置有齿轮5，与立柱41上的齿条43啮合组成齿轮齿条副，由设置在滑动套3上的液压马达502通过减速器501提供动力，使滑动套3沿立柱41上下滑动，实现上下选位作业。

滑动套3的具体结构是：套体31内部的四个侧面均安装有尼龙背板32，尼龙背板32直接与立柱41接触，运动过程中摩擦力小，磨损少。在套体31的四个侧板上皆以螺纹副设置有调节螺钉37（图中仅示出一侧面上的调节螺钉37），调节螺钉37紧密抵触尼龙背板32，当尼龙背板32出现磨损时，可以适当旋入调节螺钉37，保持尼龙背板32与立柱41之间的合理间隙。齿轮5与安装于立柱41上的齿条43啮合。液压马达502的旋转运动通过减速器501减速之后，通过轴34带动齿轮5旋转，通过齿轮-齿条的啮合作用使得整个滑动套3沿立柱41上下滑动。

在滑动套3上摆动设置有钻进连接部2。

又参见图8、图9、图10所示，钻进连接部2包括固联在滑动套3上的滑动套连接板24，至少一对上下布置、一端铰接在滑动套连接板24上的连杆22，各连杆22的长度相等，连杆22的另一端铰接有钻进连接板21，为保证滑动套3摆动时，钻进连接板21的摆动平面不会发生变化，即保证钻进连接板21运动时平动，滑动套连接板24、连杆22、钻进连接板21构成一个平行四边形连杆机构；在滑动套连接板24和连杆22之间通过销轴25铰接有调节油缸23，调节油缸23活塞杆伸缩时通过平行四边形连杆机构带动钻进连接板21摆动，进而带动钻进部1实现位置的变换。本案中，连杆22选用两对，各连杆22的长度相等。

钻进部1包括钻进部底板12，以导轨滑块副连接、移动设置在钻进部底板12上的钻架13，以导轨滑块副连接、由设置在钻架13和钻进马达15之间的倍增机构带动、移动设置在钻架13上的钻进马达15，可拆卸设置在钻进马达15上的钻杆14。

钻进部底板12和钻进连接板21之间设置有回转减速器17，图示中，回转减速器17的内圈与钻进部底板12固联，回转减速器17的外圈与钻进连接板12固联。回转减速器17通过液压马达171驱动，实现回转减速器17内、外圈之间的转动，内圈带动钻进部底板，进而带动钻进部1实现旋转，满足不同钻孔角度需求。

钻架13与钻进部底板12以导轨滑块副滑动连接，具体实施时，在钻进部底板上12开设导槽，钻架13滑动设置在导槽内。在钻进部底板12和钻架13之间设置调整油缸11用于驱动钻架13在导槽内滑动以调整钻进部底板12在轴线方向的位置，实现钻架13整体的调节，适应不同的开孔位置。

钻进马达15与钻架13亦以导轨滑块副滑动连接，由设置在钻架13内的倍增机构驱动钻进马达15在钻架上移动。具体实施时，又参见图12所示，在钻架13上设置有钻进油缸16， 钻进油缸16为双向油缸，在钻进油缸16的活塞杆顶端固连有与活塞杆垂直的销轴1301，在销轴1301上铰接有叉形连杆1302，叉形连杆1302的两端分别转动设置有链轮161、163，在链轮161、163上分别移动设置有链条162、164，两根链条的一端皆铰接在钻架13上，链条162的另一端通过销轴1303铰接在钻进马达15上，链条164的另一端通过销轴1304亦铰接在钻进马达15上。钻进油缸16活塞杆伸缩时，通过钻进油缸销轴1301带动叉形连杆1302向前或向后移动，叉形连杆1302的运动通过链轮带动链条161、163传递至钻进马达15，使得钻进马达15的移动距离是钻进油缸16活塞杆伸缩长度的2倍，即，通过该机构，可以将钻进油缸16的行程放大2倍。该机构为倍增机构。

钻杆14可拆卸设置在钻进马达15上，为保证钻杆14钻进时的稳定性，在钻架13上还设置有带有钻套的导向架131。

使用时：

使用该煤巷帮底锚固钻车对煤巷侧帮进行锚固作业时，行走装置行进至作业区，根据地形，调整立柱的状态至竖直。撑顶油缸动作，与顶板之间顶紧，确保钻孔过程中整机的稳定。

滑动套沿立柱机构移动至目标工位，调整钻进连接部使钻进部对准一侧帮上的目标锚固点，钻进部既可对该目标锚固点进行锚固作业，该目标锚固点锚固作业结束后，钻进部转动180°，即可对另一侧帮上的目标锚固点进行锚固作业，完成对两侧帮上的一对锚固点锚固作业；调整钻进连接部使钻进部对准下一目标锚固点，既可对下一对目标锚固点进行锚固作业。

上述锚固作业为对于滑动套定位于一个高度时的作业流程，该作业流程中，作业范围为钻进连接部的摆动范围。在这个作业范围内的作业结束后，移动滑动套至下一个高度即可进行后续作业。

本技术的有益效果是：

机械化的侧帮和底板锚杆施工装备，提高成孔质量，改善锚固剂的搅拌效果，进而改善侧帮和底板锚杆锚固性能；

避免当前基于单体装备侧帮和底板锚杆作业的缺陷，提高侧帮和底板锚杆施工的机械化水平；

面向侧帮全高度范围的锚杆的机械化施工装备，能够获得较小的锚杆起底高度以及最高位锚杆较小的离顶高度。

设置倍增机构，实现快速进刀和快速退刀，提高劳动效率。