双换钎机构锚杆施工系统及方法与流程

本发明属于工程设备技术领域，具体涉及一种双换钎机构锚杆施工系统及方法。

背景技术：

地下矿山及隧道的施工工序大致可分为：凿岩-爆破-通风-支护-出矿/装运-充填/加固。支护是保证地下施工作业安全及防治地质灾害发生的重要工序。目前，支护的方式较多，按照其材料可分为木支护、锚杆支护和喷锚支护等，其中又以锚杆和喷锚支护应用最广。随着地下工程锚杆支护作业的普及与发展，国外各大矿山设备工程都相继推出了锚杆钻装台车，但是价格较昂贵，目前国内普及率不高，尤其是地下矿山行业，还是以人工锚固为主。但是人工锚杆需要安装人员进行手动安装，需要耗费大量的人力，安全性低，同时，安装效率低。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种立井井筒井壁内锚杆快速安装方法[申请号：201510029671.5]，包括如下步骤：步骤1：确定锚杆安装位置，号出眼孔位置；步骤2：锚杆眼用凿岩机打出；步骤3：打眼过程中如遇钢筋，用电焊手把钳和焊条，将眼孔内钢筋的钢筋通电受热熔化；步骤4：迅速用吹氧管伸入眼孔内直到眼孔内钢筋全部熔化流出。步骤5：凿岩机继续打眼，至所需深度；步骤6：把树脂药包送入孔内，利用风动搅拌器将锚杆迅速向孔内推送到规定深度。上述方案在一定程度上解决了现有锚杆安装效率低的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，依然采用人工来安装，自动化程度低，安全性低。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，能实现钻杆和锚杆切换的双换钎机构锚杆施工系统。

本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种易于实施，自动化程度高的双换钎机构锚杆施工方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本双换钎机构锚杆施工系统，包括凿岩台车推进梁，其特征在于，所述的凿岩台车推进梁上滑动设有能正反转动的凿岩机，所述的凿岩台车推进梁上设有能驱动凿岩机沿凿岩台车推进梁往复移动的推进复位驱动机构，所述的凿岩机前端设有用于和钻杆或锚杆可拆卸相连的连接头，在凿岩台车推进梁一侧设有至少一个用于定位钻杆的第一机械手，所述的第一机械手上设有用于驱动第一机械手抓取或释放钻杆的第一抓钎驱动机构，且所述的凿岩台车推进梁和第一机械手之间设有用于驱动第一机械手朝向凿岩台车推进梁摆动或远离凿岩台车推进梁的第一送钎驱动机构，且所述的凿岩台车推进梁另一侧设有至少一个用于定位锚杆的第二机械手，所述的第二机械手上设有用于驱动第二机械手抓取或释放锚杆的第二抓钎驱动机构，且所述的凿岩台车推进梁和第二机械手之间设有用于驱动第二机械手朝向凿岩台车推进梁摆动或远离凿岩台车推进梁的第二送钎驱动机构。通过在凿岩台车推进梁两侧各加一套换钎机械手，可以实现锚杆的钻装功能。凿岩台车钻完锚杆孔后，利用推进梁两侧的机械手实现钻杆与锚杆的切换，再利用推进梁的推进、回转功能完成锚杆的安装，这样，成本较低，比人工安全、速度更快。

在上述的双换钎机构锚杆施工系统中，所述的凿岩台车推进梁一端两侧分别铰接有卡钎器，两个卡钎器分别位于钻杆或锚杆两侧，且所述的卡钎器和凿岩台车推进梁之间设有能驱动卡钎器相对于凿岩台车推进梁摆动从而实现两个卡钎器将钻杆或锚杆夹紧或释放的卡钎油缸。

在上述的双换钎机构锚杆施工系统中，所述的推进复位驱动机构包括设置在凿岩台车推进梁上的推进油缸，所述的推进油缸的伸缩杆连接有滑动设置在凿岩台车推进梁上的滑动座，且所述的滑动座上绕设有钢丝绳，且所述的钢丝绳一端和滑动设置在凿岩台车推进梁上的滑座相连，所述的凿岩机设置在滑座上，且所述的钢丝绳另一端绕设于设置在凿岩台车推进梁端部的绕线轮后和滑座另一端相连。

在上述的双换钎机构锚杆施工系统中，所述的第一送钎驱动机构包括设置在凿岩台车推进梁一侧的第一安装座，所述的第一机械手铰接设置在第一安装座上，且所述的第一安装座和第一机械手之间设有第一送钎油缸，且所述的第一送钎油缸一端和第一安装座相连，另一端铰接设置在第一机械手上。

在上述的双换钎机构锚杆施工系统中，所述的第一机械手的前端具有第一固定臂，所述的第一固定臂一侧设有和第一机械手铰接相连的第一活动臂；所述的第一抓钎驱动机构包括设置在第一活动臂和第一机械手之间的第一抓钎油缸，且所述的第一抓钎油缸一端和第一机械手相连，另一端铰接设置在第一活动臂上。

在上述的双换钎机构锚杆施工系统中，所述的第二送钎驱动机构包括设置在凿岩台车推进梁远离具有第一机械手一侧的第二安装座，所述的第二机械手铰接设置在第二安装座上，且所述的第二安装座和第二机械手之间设有第二送钎油缸，且所述的第二送钎油缸一端和第二安装座相连，另一端铰接设置在第二机械手上。

在上述的双换钎机构锚杆施工系统中，所述的第二机械手的前端具有第二固定臂，所述的第二固定臂一侧设有和第二机械手铰接相连的第二活动臂；所述的第二抓钎驱动机构包括设置在第二活动臂和第二机械手之间的第二抓钎油缸，且所述的第二抓钎油缸一端和第二机械手相连，另一端铰接设置在第二活动臂上。

上述的双换钎机构锚杆施工系统的双换钎机构锚杆施工方法如下所述：本双换钎机构锚杆施工方法，包括以下步骤：

s1、凿岩机正转，通过推进复位驱动机构将凿岩机向前推进，钻杆开小冲击钻定位孔，第一机械手松开钻杆并向外摆动，钻杆开大冲击钻锚杆孔后凿岩机反转并后退，开冲击震松连接头与钻杆的连接，第一机械手向内摆动并夹紧钻杆，凿岩机反转并后退使得凿岩机和钻杆脱离，第一机械手抓取钻杆并向外摆动；

s2、第二机械手向内摆动使得凿岩机的连接头和锚杆对齐，凿岩机向前推进正转，使得凿岩机的连接头与锚杆连接，第二机械手松开锚杆并摆动至外侧，凿岩机及锚杆向前推进，凿岩机正转，完成插锚杆动作，开冲击震松连接头与锚杆的连接，凿岩机反转并后退使得凿岩机和钻杆脱离，第二机械手抓取锚杆并向外摆动，继续添加锚杆；

s3、重复步骤s1-s2。

在上述的双换钎机构锚杆施工方法中，所述的步骤s1中，如果凿岩机的连接头与钻杆的连接过紧无法震松，卡钎器的卡钎油缸正向进油,卡钎器夹紧钻杆，凿岩机反转并后退，开冲击震松后，卡钎油缸反向进油，卡钎器松开钻杆。

在上述的双换钎机构锚杆施工方法中，所述的步骤s2中，锚杆安装到位后，停推进、回转，卡钎器的卡钎油缸正向进油,卡钎器夹紧锚杆，推进油缸反向进油，凿岩机反转，开冲击震松并脱开凿岩机连接头与锚杆连接，并将凿岩机后退至凿岩台车推进梁最后端，卡钎器的卡钎油缸反向进油，卡钎器松开锚杆。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：结构简单合理，通过在凿岩台车推进梁两侧各加一套换钎机械手，可以实现锚杆的钻装功能。能实现钻杆与锚杆的切换，再利用推进梁的推进、回转功能完成锚杆的安装，自动化程度高，安装效率高，安全性高，使用成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中，凿岩台车推进梁1、卡钎器11、卡钎油缸12、凿岩机2、钻杆21、锚杆22、连接头23、推进复位驱动机构3、推进油缸31、滑动座32、钢丝绳33、滑座34、绞线轮35、第一机械手4、第一抓钎驱动机构5、第一固定臂51、第一活动臂52、第一抓钎油缸53、第一送钎驱动机构6、第一安装座61、第一送钎油缸62、第二机械手7、第二抓钎驱动机构8、第二固定臂81、第二活动臂82、第二抓钎油缸83、第二送钎驱动机构9、第二安装座91、第二送钎油缸92。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本双换钎机构锚杆施工系统，包括凿岩台车推进梁1，凿岩台车推进梁1上滑动设有能正反转动的凿岩机2，凿岩台车推进梁1上设有能驱动凿岩机2沿凿岩台车推进梁1往复移动的推进复位驱动机构3，凿岩机2前端设有用于和钻杆21或锚杆22可拆卸相连的连接头23，这里的连接头23为钎尾，在凿岩台车推进梁1一侧设有至少一个用于定位钻杆21的第一机械手4，第一机械手4上设有用于驱动第一机械手4抓取或释放钻杆21的第一抓钎驱动机构5，且凿岩台车推进梁1和第一机械手4之间设有用于驱动第一机械手4朝向凿岩台车推进梁1摆动或远离凿岩台车推进梁1的第一送钎驱动机构6，且凿岩台车推进梁1另一侧设有至少一个用于定位锚杆22的第二机械手7，第二机械手7上设有用于驱动第二机械手7抓取或释放锚杆22的第二抓钎驱动机构8，且凿岩台车推进梁1和第二机械手7之间设有用于驱动第二机械手7朝向凿岩台车推进梁1摆动或远离凿岩台车推进梁1的第二送钎驱动机构9。通过在凿岩台车推进梁1两侧各加一套换钎机械手，可以实现锚杆22的钻装功能。凿岩台车钻完锚杆孔后，利用凿岩台车推进梁1两侧的机械手实现钻杆21与锚杆22的切换，再利用凿岩台车推进梁1的推进、回转功能完成锚杆22的安装，这样，成本较低，比人工安全、速度更快。

具体来讲，这里的凿岩台车推进梁1一端两侧分别铰接有卡钎器11，两个卡钎器11分别位于钻杆21或锚杆22两侧，且卡钎器11和凿岩台车推进梁1之间设有能驱动卡钎器11相对于凿岩台车推进梁1摆动从而实现两个卡钎器11将钻杆21或锚杆22夹紧或释放的卡钎油缸12，这里的卡钎器11用于钻杆21、锚杆22拆卸时将钻杆21、锚杆22夹紧。

进一步地，这里的推进复位驱动机构3包括设置在凿岩台车推进梁1上的推进油缸31，推进油缸31的伸缩杆连接有滑动设置在凿岩台车推进梁1上的滑动座32，且滑动座32上绕设有钢丝绳33，且钢丝绳33一端和滑动设置在凿岩台车推进梁1上的滑座34相连，凿岩机2设置在滑座34上，且钢丝绳33另一端绕设于设置在凿岩台车推进梁1端部的绞线轮35后和滑座34另一端相连。

其中，这里的第一送钎驱动机构6包括设置在凿岩台车推进梁1一侧的第一安装座61，第一机械手4铰接设置在第一安装座61上，且第一安装座61和第一机械手4之间设有第一送钎油缸62，且第一送钎油缸62一端和第一安装座61相连，另一端铰接设置在第一机械手4上。优选地，这里的第一机械手4的前端具有第一固定臂51，第一固定臂51一侧设有和第一机械手4铰接相连的第一活动臂52；第一抓钎驱动机构5包括设置在第一活动臂52和第一机械手4之间的第一抓钎油缸53，且第一抓钎油缸53一端和第一机械手4相连，另一端铰接设置在第一活动臂52上。

同样地，这里的第二送钎驱动机构9包括设置在凿岩台车推进梁1远离具有第一机械手4一侧的第二安装座91，第二机械手7铰接设置在第二安装座91上，且第二安装座91和第二机械手7之间设有第二送钎油缸92，且第二送钎油缸92一端和第二安装座91相连，另一端铰接设置在第二机械手7上，这里的第二机械手7的前端具有第二固定臂81，第二固定臂81一侧设有和第二机械手7铰接相连的第二活动臂82；第二抓钎驱动机构8包括设置在第二活动臂82和第二机械手7之间的第二抓钎油缸83，且第二抓钎油缸83一端和第二机械手7相连，另一端铰接设置在第二活动臂82上。

本实施例中的双换钎机构锚杆施工方法包括以下步骤：

1、开轻握，凿岩机2正转，推进油缸31正向进油，通过钢丝绳33带动凿岩机及钻杆21向前推进，钻头顶住岩石后开小冲击钻定位孔。正向进油:无杆腔进油，活塞杆伸出，反向进油:有杆腔进油，活塞杆收回。

2、第一机械手4的第一抓钎油缸53反向进油，第一机械手4松开钻杆21，第一送钎油缸62反向进油，第一机械手4往外摆至最外端。

3、开大冲击钻锚杆孔。

4、钻杆21钻到头后，停推进、回转及冲击，凿岩机2反转并后退，开冲击震松凿岩机2钎尾与钻杆21的螺纹连接。如果凿岩机2钎尾与钻杆21的螺纹连接过紧无法震松，卡钎器11的卡钎油缸12正向进油,卡钎器11夹紧钻杆21，凿岩机2反转并后退，开冲击震松后，卡钎油缸12反向进油，卡钎器11松开钻杆21。

5、推进油缸31反向进油，使凿岩机2及钻杆21后退至第一机械手4往里摆刚好可以夹住钻杆21的位置。

6、第一机械手4的第一送钎油缸62正向进油，第一机械手4往里摆至钻杆处，开轻握，第一抓钎油缸53正向进油，第一机械手4夹住钻杆21。

7、凿岩机2及钻杆21继续后退，直到钻杆21完全从锚杆孔中退出，开重握，第一机械手4夹紧钻杆21，凿岩机2反转并再次后退，使得凿岩机2钎尾与钻杆21脱开。

8、第一机械手4的第一送钎油缸62反向进油，第一机械手4夹紧钻杆21往外摆到最外端。

9、第二机械手7的第二送钎油缸92正向进油，第二机械手7往里摆到钻杆21处，开轻握，凿岩机2正转，推进油缸31正向进油，使得凿岩机2向前推进并与锚杆22螺纹拧紧。

10、第二机械手7的第二抓钎油缸83反向进油，第二机械手7松开锚杆5，第二送钎油缸92反向进油，第二机械手7往外摆至最外端。

11、推进油缸31继续正向进油，凿岩机2及锚杆5向前推进，凿岩机2正转，完成插锚杆动作。

12、锚杆5安装到位后，停推进、回转，卡钎器11的卡钎油缸12正向进油,卡钎器11夹紧锚杆22。

13、推进油缸31反向进油，凿岩机2反转，开冲击震松并脱开凿岩机2钎尾与锚杆22螺纹连接，并将凿岩机2后退至凿岩台车推进梁1最后端。

14、卡钎器11的卡钎油缸12反向进油，卡钎器11松开锚杆22。

15、第一机械手4的第一送钎油缸62正向进油，第一机械手4往里摆至钻杆21处，开轻握，凿岩机2正转，推进油缸31正向进油，使得凿岩机2向前推进并与钻杆21螺纹拧紧。

16、往第二机械手7上加锚杆22并夹紧。

17、重复步骤1-16。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了凿岩台车推进梁1、卡钎器11、卡钎油缸12、凿岩机2、钻杆21、锚杆22、连接头23、推进复位驱动机构3、推进油缸31、滑动座32、钢丝绳33、滑座34、绞线轮35、第一机械手4、第一抓钎驱动机构5、第一固定臂51、第一活动臂52、第一抓钎油缸53、第一送钎驱动机构6、第一安装座61、第一送钎油缸62、第二机械手7、第二抓钎驱动机构8、第二固定臂81、第二活动臂82、第二抓钎油缸83、第二送钎驱动机构9、第二安装座91、第二送钎油缸92等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。