专利名称：煤矿井下用吸附式水射流切割系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿井下的采煤工具，具体为一种煤矿井下用吸附式水射流切割 系统。
背景技术：
随着我国顶板支护技术的不断进步，锚杆、锚索支护得到了大面积推广应用。由于 巷道支护强度过高，导致采煤工作面推过后，工作面端头顶板不能及时跨落，造成悬顶。如 果放顶不及时，导致顶板大面积悬空，如果出现无法预期的垮落，造成采空区内部的高浓度 瓦斯大量涌出，遇到火源发生瓦斯爆炸，会造成更大的事故灾难，所以不及时放顶会给煤矿 的高效安全生产带来极大隐患。现在普遍采用退锚机进行破坏锚索锁具，使锚索支护失效来达到及时放顶，但是 由于顶板压力大或者其他人为原因导致锚索外露太短或者外漏钢绞线发散，使得退锚机不 能使用，其他切割方法会带来很多安全问题，放顶困难的问题进一步显现出来，是制约矿井 安全高效生产的技术难题。磨料水射流的形成主要是将高速流动的水射流的动能、动量传递给低速或静止的 磨料，从而使磨料获得高速运动，并随射流一起形成磨料水射流。磨料水射流切割技术是在 纯水射流切割技术基础上发展起来的。由于在纯水射流中加入磨料，使磨料水射流几乎可 以对任何材料进行切割，被称为“万能切割”。由于水射流切割是唯一的冷切割方式，该技术 不但能解决对锚杆、锚网、锚索支护的放顶难的问题，而且水是主要介质，切割时不会产生 火花，在高瓦斯矿井中的顶板切割相对于深(浅)孔爆破具有更大的安全性。这对于减少顶 板事故造成的损失，保障设备、人员、财产的安全，具有重要的理论和现实意义。以上述理论为基础，目前技术人员开发出了多种磨料射流切割装置，如《煤矿机 械》，2004年第5期，磨料射流切割装置一文；申请号为200910083415. 9为所述的矿用磨料 水射流切割方法及装置；申请号为200420028189. 7所述的一种易燃易爆环境的安全切割 装置等。这些装置的共同点都是将高压泵和磨料仓喷头通过管道和阀门连接起来。但是还 未有见到直接用于处理锚杆锚索的专用切割装置。
发明内容
本发明为了解决煤矿井下锚索锁具的清理的技术问题而提供了一种煤矿井下用 吸附式水射流切割系统。本发明是由以下技术方案实现的，一种煤矿井下用吸附式水射流切割系统，结构 包括高压泵，磨料储罐，喷射装置，所述的高压泵有三个出水管向，分别联通磨料储罐的罐 顶、罐底，以及喷射器；喷射器通过管道连接喷枪及切割支架。所述的切割支架包括带有磁铁的托盘，托盘上设有U形口，托盘上固定有辅助臂，
3辅助臂上设有手柄，在U形口处铰接有喷枪支架，喷枪支架的一端通过拉绳连接手柄。从高压泵来的水分成三部分，其中主要水流部分通过喷射器沿管路流向喷嘴，另 两路分别流向磨料罐顶部和底部，通过调节节流阀使磨料罐上下两端形成一定的压差。磨 料罐内有螺旋疏料杆，能使磨料均勻下沉，并防止磨料在出口部淤积堵塞。磨料罐底部的一 条分流水路能使底部磨料流态化，保证容器底部磨料均勻供给，调节分流水路流量，还能对 磨料流量进行精确控制，磨料流量几乎与分流水路的水流量有一线性关系。磨料浆从底部 缓流进入喷射器内与主水流混合，一起流经管路到喷嘴，此时磨料和水同时被加速，形成高 速度磨料水射流。由于切割过程中，高压水射流会产生巨大的反冲力，使喷枪处于不稳定的状态中 而致使切割过程中射流不能集中打击在预作用件上，所以需要对喷枪进行固定，尤其是喷 枪头的固定对于切割过程的效率有着重要影响。另外，井下巷道高度随采深各不相同，切割 作业场所的条件比较恶劣，人工很难进行固定。底盘中部设有一个U形开口，用以将锚杆锁具卡入其中，一方面起到固定作用，另 一方面能合理控制靶距。若锁具正好卡入U型口底部，靶距为0. 8^1. 6cm，符合切割靶距要 求。U型口后是喷头，喷头固定在一方形槽内，由螺栓固定。喷头可由钢绳拉动进行有轴转 动，其喷嘴移动距离较锁具长度略长，能完全将锁具切割出一条缝。底盘两侧内部镶有两块 强磁铁，其作用是将底盘吸附在锚索托盘上，起到固定作用。辅助切割臂如图2，3所示，切割臂的作用是辅助固定底盘和固定手柄，因强磁铁 可以很牢固地吸附在锚索托盘上，无需切割臂支撑底盘重量。切割臂为组合式，共分成4 节，可根据不同高度巷道内作业对象的高度连接适当节数，最后一节是可伸缩套管，能更好 的适应不同高度要求。切割臂可由底盘弧形面上的固定销调节角度，方便操作人员将切割 臂固定在合适的角度，以利于观察切割效果。手柄固定在切割臂上，可以上下调节固定位 置。手柄转动拉动细钢绳，带动固定喷头的方形槽转动，使喷头做上下运动，继而对锚索锁 具进行切割。喷头由弹簧弹力进行回位。作业时，将底盘举起，用U型槽卡住锁具，并调节好合适的位置，使底盘能够牢固 地吸附在托盘之上并使锁具紧靠U型槽底部。调节过程中，作业者要注意自身安全，防止底 盘松动掉下伤人。固定好底盘后，将辅助臂调节到一定角度，固定在地面上，可以用脚踩住 末节臂的脚踏板。试车后，即可进行切割，切割过程中喷嘴绕方形槽的销作弧形运动，由手 柄拉动钢绳，带动喷头进行运动。喷头运行全部距离，手柄只需转动半圈，故进行切割作业 时应缓慢转动手柄，使水射流对预作用件有足够的磨削切割作用时间，保证能成功切割。现场应用表明，该切割装置在对锚杆锁具切割时无火花产生，安全性能高，适合井 下高瓦斯环境的切割要求，安装好后一般3分钟左右就切割完成一个锁具，锁具被切割后， 受力形式改变，加速锚索作用失效，工作面推进过后能够及时诱导顶板安全跨落。使用方 便、安全高效，为井下安全生产提供了保障，在井下安全生产中具有广阔的应用前景。
图1为本发明的结构连接示意图 图2为切割支架的结构示意图
图3为托盘的结构示意中1-节流阀、2-溢流阀、3-磨料储罐、4-喷射装置、5-喷射器、6-水箱、7-溢流阀、 8-高压泵、9-流量计、IO-U形口、11-托盘、12-磁铁、13-喷头、14-辅助臂、15-手柄、16-拉 绳、17-喷枪支架。
具体实施例方式如图1所示意，一种煤矿井下用吸附式水射流切割系统，结构包括高压泵8，磨料 储罐3，喷射装置4，所述的高压泵8有三个出水管向，分别联通磨料储罐3的罐顶、罐底，以 及喷射器5 ；喷射器5通过管道连接喷枪13及切割支架，如图2、3所示意，所述的切割支架 包括带有磁铁12的托盘11，托盘11上设有U形口 10，托盘11上设有辅助臂14，辅助臂14 上设有手柄15，在U形口 10处铰接有喷枪支架17，喷枪支架17的一端通过拉绳16连接手 柄15。切割支架还可以用其他种类，只要将碰枪对准锚杆即可。所述的辅助臂14铰接在托盘11上，并且通过限位装置固定其角度。辅助臂14为 组合式，共有四节，根据高度不同灵活使用。设备组成及布置，总的来说磨料水射流系统可大致划分为四个系统压力水发生 设备、控制系统、执行系统和辅助系统。其中高压水发生设备由液压马达和高压水泵组成； 控制系统由调压阀、控制阀、安全阀组成；执行系统由磨料发生装置、喷杆、喷头组成；辅助 系统由压力表、拖车、切割支架组成。采用工作面的BRW400/37X4A型乳化液泵，其主要技术参数见表1。乳化液采用自 动配液装置配比乳化液浓度，乳化液浓度为3-5%，泵站供液压力> 30MPa。它是液压系统的 动力源，可按机械设备工况需要的压力、流量和清洁度，提供工作介质。
根据井下生产条件，切割试验在进风巷端头位置实施，将设备安装在进风巷端头附近 位置，切割工作面端头支架前方0. 8m内的锁具，随着工作面的推进而向前移动。马达进出 口、磨料罐进出口和喷头进口都是标准的快速接头，易于连接。高压胶管均使用内径IOmm 的矿用高压胶管。将设备马达入口和工作面乳化液管路连接，马达出口和工作面乳化液回 液管路连接；高压胶管将水泵出口和磨料罐进口连接，磨料罐出口和喷头连接。将水箱装满 没有杂质、清洁的水。将固定喷头的支架的磁力底盘吸在锚索托盘之上，锁具卡入底盘U型 口中，将喷头对准锁具上部，靶距控制在Icm左右。接上辅助杆，并在地面抵靠牢固。高压 胶管长度可根据切割需要进行调整，但长度不宜过长，否则压力损失过大，设备切割能力会
5降低。磨料罐内的磨料不要超过磨料罐体积的20%，当喷嘴喷出的射流中无磨料时，需要再 次添加磨料，必须保证磨料包装完好无损，磨料内无杂质。截止阀开启前，供砂阀应处于关 闭状态。切割支架的底盘，如图3所示，大小同锚索托盘大小相当，为22. 8mm 27. Imm的近 似方形。作业时，将底盘举起，用U型槽卡住锁具，并调节好合适的位置，使底盘能够牢固 地吸附在托盘之上并使锁具紧靠U型槽底部。调节过程中，作业者要注意自身安全，防止底 盘松动掉下伤人。固定好底盘后，将辅助臂调节到一定角度，固定在地面上，可以用脚踩住 末节臂的脚踏板。试车后，即可进行切割，切割过程中喷嘴绕方形槽的销作弧形运动，由手 柄拉动钢绳，带动喷头进行运动。喷头运行全部距离，手柄只需转动半圈，故进行切割作业 时应缓慢转动手柄，使水射流对预作用件有足够的磨削切割作用时间，保证能成功切割。另外，由于不使用易产生火花的电动装置，支架的上下移动是由人手动完成的，距 离喷嘴较近，因此工作人员的安全保护工作必须做好，后面还将进行详细的说明。切割支架的作用固定喷头、将喷头调整到正确的切割位置和让喷嘴相对于锚索 锁具有一个相对运动。现场试验过程中，根据2305工作面生产需要，主要针对顶板压力大，无法退出的 锁具或外漏钢绞线发散的锁具进行切割。现场试验选取80目的石榴石作为磨料，试验用喷 嘴直径0. 8mm，切割对象选择工作面顺槽内的锚索锁具。使用的水压为30MPa，靶距为10mm， 切割速度为50mm/min，碳钢制作的锚索锁具切割深度为28mm。切割使锁具失效，及时诱导 顶板垮落。试验结果分析如下
(1)设备可以切割井下锁具，起到诱导放顶作用，尤其是对于那些变形锁具，退锚机无 法将其退掉，优势明显。将锁具完全割两条缝后，锁具可以直接拿下。鉴于超前支护处顶板 压力大，为保证作业人员安全，对锁具切割一条缝，破坏锁具的受力形式，使锁具失效。(2)通过井下切割试验可以发现，虽然设备准备时间偏长，但设备安装完以后，实 际切割时间很短，切割锁具平均大约3分钟左右就可以完成切割一条缝，达到锁具失效的 目的。(3)设备应用工作面液压支架上的高压乳化液作为动力源，液压马达作为动力转 换装置，更易于井下安全应用。液压马达一般体积小，功率高，适合井下应用，相比防爆电机 存在体积大、笨重这些问题。而且液压马达只是一个动力转换装置，本身十分安全，适合井 下工况和安全要求。(4)研制的带有吸附功能的切割支架能很好的满足设计及切割要求。轻巧实用，现 场应用方便，作业人员劳动强度小，操作简单。此次研究针对目前的锚杆、锚网支护巷道和坚硬顶板条件下的采煤工作后方顶板 悬顶问题开展，进行了大量的现场试验工作，完善了现场切割锚索锁具的工艺和技术，通过在 现场进行工业性试验，进一步完善了该技术和装备，为现场提供了较为可靠的技术和设备。在寺河矿2305综采工作面进行了现场切割锚杆锁具、诱导顶板及时垮落的试验。 现场应用表明，该切割技术在对锚杆锁具切割时无火花产生，安全性能高，适合井下高瓦斯 环境的切割要求，安装好后一般3分钟左右就切割完成一个锁具，锁具被切割后，受力形式 改变，加速锚索作用失效，工作面推进过后能够及时诱导顶板安全跨落。目前还存在设备操 作精细，设备较重，以后要进一步优化设备，使得更适合于井下复杂的条件。
权利要求
一种煤矿井下用吸附式水射流切割系统，其特征在于结构包括高压泵(8)，磨料储罐(3)，喷射装置(4)，所述的高压泵(8)有三个出水管向，分别联通磨料储罐(3)的罐顶、罐底以及喷射器(5)；喷射器(5)通过管道连接喷枪(13)及切割支架。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下用吸附式水射流切割系统，其特征在于切割支 架包括带有磁铁(12)的托盘(11)，托盘(11)上设有U形口(10)，托盘(11)上设有辅助臂 (14)，辅助臂(14)上设有手柄(15)，在U形口(10)处铰接有喷枪支架(17)，喷枪支架(17) 的一端通过拉绳(16 )连接手柄(15 )。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下用吸附式水射流切割系统，其特征在于所述的辅 助臂(14)铰接在托盘(11)上，并且通过限位装置固定其角度。
4.、根据权利要求1所述的煤矿井下用吸附式水射流切割系统，其特征在于辅助臂 (14)为组合式。
全文摘要
本发明涉及一种煤矿井下的采煤工具，具体为一种煤矿井下用吸附式水射流切割系统。解决煤矿井下锚索锁具的清理的技术问题。结构包括高压泵，磨料储罐，喷射装置，所述的高压泵有三个出水管向，分别联通磨料储罐的罐顶、罐底，以及喷射器；喷射器通过管道连接喷枪及切割支架，切割支架包括带有磁铁的托盘，托盘上设有U形口，托盘上固定有辅助臂，辅助臂上设有手柄，在U形口处铰接有喷枪支架，喷枪支架的一端通过拉绳连接手柄。使用方便、安全高效，为井下安全生产提供了保障，在井下安全生产中具有广阔的应用前景。
文档编号B24C5/00GK101947756SQ20101027830
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者付峻青, 孟筠青, 尚玮玮, 李祥春, 王晖, 聂百胜, 赵军, 郭正兴, 都海龙, 陈文学 申请人:山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司