切割煤層的高壓水力割縫機的製作方法

2023-12-09 23:09:41 1

專利名稱：切割煤層的高壓水力割縫機的製作方法
技術領域：
本發明涉及鑿巖類機械，具體的說是一種利用高壓水射流切割煤層，改造煤層透 氣性的高壓水力割縫設備。
背景技術：
甲烷是煤炭形成過程中生成的一種可燃、易爆氣體。是煤礦瓦斯氣體的主要成分， 也是煤礦開採過程中危害性最大的有害氣體。為了防止煤礦開採過程中瓦斯積聚和爆炸， 目前礦井採用通風攜排的方式降低煤礦巷道中的瓦斯含量。但隨著機械化程度的提高和煤 炭產量的增加，單純採用通風方式已經不能有效降低煤礦巷道中的瓦斯。必須在開採前對 煤層中的瓦斯實施鑽孔預抽放，才能降低煤層中的瓦斯含量，減少開採過程中的瓦斯湧出 量。但對於埋藏較深的煤層和裂隙發育差、或完整性好的煤層，其透氣性較差。現有的鑽孔 抽放技術不能有效地抽放出煤層中的瓦斯，必須對煤層的透氣性進行改造和提高。高壓水力割縫機是利用高壓水射流對煤層進行切割，使煤層卸壓，達到改造煤層 透氣性目的的一種設備。專利「水射流連續推進的定向鑽機」(專利號ZL03122733. 3)，提出一種適於地下 坑道作業的水射流連續推進的定向鑽機，可以完成連續推進和鑽進的功能。但從結構上看， 該發明具有以下缺點1)採用電機和無極變速器作為驅動力，以鏈條進行傳動，帶動鋼管 推進機構推動連續鋼管。作業過程中連續管因某些原因停止運動時，或者推進機構的滾輪 會嚴重磨損連續管，或者因推進機構滾輪與連續管摩擦力大而停止旋轉時，傳動鏈條因不 能驅動推進機構將被拉斷；2)滾筒採用直立式布置，連續管從纏繞滾筒下部水平推出，使 得鑽孔位置過低，不適於煤礦使用；3)連續管在滾筒上單層纏繞，使得滾筒儲存連續管的 長度有限，不能實現超長鑽孔的施工。基於上述三個缺點，大大地限制了該發明的使用。

發明內容
本發明是在克服上述發明缺點的基礎上提出的一種切割煤層的高壓水力割縫機， 解決現有技術傳動系統部件易損壞、運動不同步，滾筒立置、鑽孔位置過低，連續管單層纏 繞、長度有限的問題。本發明是通過以下技術方案來實現的—種切割煤層的高壓水力割縫機，包括機架，安裝在機架內的纏繞滾筒，纏繞在 纏繞滾筒上的連續鋼管，連續鋼管推進機和矯直機，安裝在連續鋼管前端的水射流鑽頭，以 及滾筒驅動機構和高壓水配水套，其特徵在於所述機架的四個角安裝由液壓閥組控制的 割縫機支撐油缸，所述機架的中心安裝有滾筒旋轉軸；所述纏繞滾筒水平放置，並與機架中 心的滾筒旋轉軸動配合；所述連續鋼管推進機和矯直機安裝在機架上，它由連接箱體，矯直 機和推進機組成，連續鋼管穿在推進機和矯直機的通孔中，推進油缸運動時帶動推進機工 作；所述高壓水配水套由配水套盤，配水內套和配水外套及密封件組成，所述配水套盤上安 裝連續管多層纏繞換向機構；所述滾筒驅動機構由液壓馬達，齒輪組和滾筒齒圈組成，滾筒齒圈與纏繞滾筒通過螺栓連接，液壓馬達及齒輪組安裝在所述配水套盤上，齒輪組驅動滾 筒齒圈，帶動纏繞滾筒繞滾筒旋轉軸旋轉；所述纏繞滾筒周圍分布三組連續鋼管壓緊機構， 每組所述壓緊機構由滑道立柱，拉簧，壓緊滾輪組成，每組連續鋼管壓緊機構由一個水平連 接臂連接在配水套盤上，當滾筒旋轉時，壓緊滾輪能夠同滾筒一起上下移動。所述矯直機由矯直機殼體和兩組滾輪組成，兩組滾輪分別以水平和垂直兩個方向 安裝在矯直機殼體內；所述推進機由夾持器，兩個推進油缸，及兩個拉拔油缸組成，所述矯 直機、推進油缸和拉拔油缸固定在機座上，所述夾持器固定在所述推進油缸的活塞杆上。所述連續管多層纏繞換向機構由換向齒輪，傳動齒輪組，傳動齒輪，及滾筒提升齒 輪組成，所述傳動齒輪組由兩個齒輪組成，所述傳動齒輪為單個齒輪，所述配水內套的齒輪 與所述換向齒輪嚙合，所述配水內套與纏繞滾筒輪轂通過螺栓連接，所述換向齒輪只與所 述傳動齒輪或所述傳動齒輪組的一個齒輪嚙合，所述傳動齒輪和所述傳動齒輪組與所述滾 筒提升齒輪嚙合。所述滾筒提升齒輪有內矩形螺紋，與所述滾筒旋轉軸的矩形螺紋相配合，所述滾 筒提升齒輪通過軸承與所述配水套盤連接。所述配水套盤由三個支撐臂與連續鋼管壓緊機構連接。所述推進機和矯直機的通孔與纏繞滾筒外緣相切。本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果①採用全液壓驅動方式，克服了傳動系統中各部件運動不同步的難題；②滾筒採用水平放置，鑽孔位置可以任意調節，不受設備高度的影響；③採用多層纏繞連續鋼管，使連續管的長度不受滾筒大小的影響。


圖1為本發明的主視圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為圖1的左視圖；圖4為圖1的右視圖；圖5為圖2的E-E剖視圖；圖6為圖5的俯視圖。下面結合附圖通過較佳實施例對本發明作進一步說明。
具體實施例方式如圖1、2、3、4、5、6所示，一種切割煤層的高壓水力割縫機，由機架1，連續鋼管矯 直機和推進機2，連續鋼管多層纏繞換向機構3，連續鋼管4，纏繞滾筒5，連續鋼管壓緊機構 6，射流割縫鑽頭7，液壓閥組8，滾筒驅動機構9，高壓水配水套10等部件構成。所述機架1的四個角安裝由液壓閥組8控制的割縫機支撐油缸1-1，油缸伸縮可以 控制割縫機的高度和仰角，所述機架1的中心安裝有滾筒旋轉軸1-2，所述纏繞滾筒5水平 放置，可繞位於機架中心的滾筒旋轉軸1-2旋轉。纏繞滾筒5旋轉時，能夠沿著滾筒旋轉軸 1-2上下移動，並將連續鋼管4纏繞在纏繞滾筒5上。所述連續鋼管矯直機和推進機2安裝在機架1上，包括連接箱體2-1，矯直機2-2和推進機2-3，連續鋼管4穿在矯直機及推進機的通孔之中，所述通孔與纏繞滾筒5外緣大 致相切。所述矯直機2-2由矯直機殼體2-2-1和兩組滾輪2-2-2組成，兩組滾輪2-2-2分 別以水平和垂直兩個方向安裝在矯直機殼體2-2-1內，從兩個正交方向對連續鋼管4進行矯直。所述推進機2-3由夾持器2-3-1，兩個推進油缸2_3_2，及兩個拉拔油缸2_3_3組 成。需要將連續鋼管4伸入鑽孔中時，首先由夾持器2-3-1夾緊連續鋼管，然後推進油缸
2-3-2帶動夾持器2-3-1拽動連續鋼管4，推進油缸2-3-2達到行程後，鬆開夾持器2_3_1， 收回推進油缸2-3-2，完成一個推進循環。當需要拽出連續鋼管4時，兩個拉拔油缸2-3-支 撐在煤壁上，滾筒驅動機構9驅動纏繞滾筒5旋轉，將連續鋼管4從鑽孔中抽出，並纏繞在 纏繞滾筒5上，可以防止高壓水力割縫機向前移動。所述高壓水配水套10由配水套盤10-1，配水內套10-2和配水外套10_3及密封件 組成，高壓水配水套10把20 70MPa的高壓水從只有上下運動的配水套盤10_1傳輸到旋 轉運動的連續鋼管4中。配水套盤10-1通過軸承與滾筒提升齒輪3-4連接，並由三個支撐 臂1-3連接在連續鋼管壓緊機構6的立柱6-1上。當滾筒5旋轉時，配水內套10-2和滾筒 5同步旋轉，配水套盤10-1和配水外套10-3不旋轉，只是連同滾筒5 —起上下移動。所述配水套盤10-1上安裝連續鋼管多層纏繞換向機構3，所述換向機構3由換向 齒輪3-1，傳動齒輪組3-2，傳動齒輪3-3，及滾筒提升齒輪3-4組成，所述傳動齒輪組3_2由 兩個齒輪組成，所述傳動齒輪3-3為單個齒輪，所述配水內套10-2的齒輪與所述換向齒輪
3-1嚙合，所述配水內套10-2與纏繞滾筒5輪轂通過螺栓連接，所述換向齒輪3-1隻與所述 傳動齒輪3-3或所述傳動齒輪組3-2的一個齒輪嚙合，所述傳動齒輪3-3或所述傳動齒輪 組3-2可與所述滾筒提升齒輪3-4嚙合。所述滾筒提升齒輪3-4有內矩形螺紋，與所述滾筒旋轉軸1-2的矩形螺紋相配合， 所述滾筒提升齒輪3-4通過軸承與所述配水套盤10-1連接，當滾筒提升齒輪3-4旋轉時， 滾筒提升齒輪帶動滾筒5及配水套盤10-1沿滾筒旋轉軸1-2上下移動。纏繞滾筒5旋轉時能帶動配水內套10-2 —起旋轉，並將動力傳遞給換向齒輪3-1 的同軸齒輪。通過調整傳動齒輪組3-2或傳動齒輪3-3與換向齒輪3-1的嚙合關係，可以 實現在纏繞滾筒5旋轉方向不變的條件下，改變滾筒提升齒輪3-4的旋轉方向，從而改變纏 繞滾筒5上下移動的方向，實現多層纏繞連續鋼管4。所述滾筒驅動機構9由液壓馬達9-1，齒輪組9-3和滾筒齒圈9_2組成，滾筒齒圈 9-2與纏繞滾筒5通過螺栓連接，液壓馬達9-1及齒輪組9-3安裝在所述配水套盤10-1上， 齒輪組9-3驅動滾筒齒圈9-2，帶動纏繞滾筒5繞滾筒旋轉軸1-2旋轉。使用時首先在煤層中施工瓦斯抽放鑽孔，然後將連續鋼管沿鑽孔伸入煤層直至鑽 孔的底部。再一邊回退收連續鋼管4，一邊利用20 70MPa的高壓水射流對鑽孔進行切割。 煤層被切割後，切割縫兩側的煤層發生變形和破裂，從而達到提高煤層透氣性的目的。以上所述，僅是本發明的較佳實施方案，並非對本發明作任何形式上的限定，凡是 依據本發明的技術實質對以上實施方案所作的任何簡化修改，等同變化和修飾，均屬於本 發明技術方案的範圍。
權利要求
一種切割煤層的高壓水力割縫機，包括機架(1)，安裝在機架(1)內的纏繞滾筒(5)，纏繞在纏繞滾筒(5)上的連續鋼管(4)，連續鋼管推進機和矯直機(2)，安裝在連續鋼管前端的水射流鑽頭(7)，以及滾筒驅動機構(9)和高壓水配水套(10)，其特徵在於所述機架(1)的四個角安裝由液壓閥組(8)控制的割縫機支撐油缸(1 1)，所述機架(1)的中心安裝有滾筒旋轉軸(1 2)；所述纏繞滾筒(5)水平放置，並與機架中心的滾筒旋轉軸(1 2)動配合；所述連續鋼管推進機和矯直機(2)安裝在機架(1)上，它由連接箱體(2 1)，矯直機(2 2)和推進機(2 3)組成，連續鋼管(4)穿在推進機和矯直機(2)的通孔中；所述高壓水配水套(10)由配水套盤(10 1)，配水內套(10 2)和配水外套(10 3)及密封件組成，所述連續管多層纏繞換向機構(3)安裝在配水套盤(10 1)上；所述滾筒驅動機構(9)由液壓馬達(9 1)，齒輪組(9 3)和滾筒齒圈(9 2)組成，滾筒齒圈(9 2)與纏繞滾筒(5)通過螺栓連接，液壓馬達(9 1)及齒輪組(9 3)安裝在所述配水套盤(10 1)上，齒輪組(9 3)驅動滾筒齒圈(9 2)，帶動纏繞滾筒(5)繞滾筒旋轉軸(1 2)旋轉；所述纏繞滾筒(5)周圍分布三組連續鋼管壓緊機構(6)，每組所述壓緊機構(6)由滑道立柱(6 1)，拉簧(6 2)，壓緊滾輪(6 3)組成，每組連續鋼管壓緊機構由一個水平連接臂(1 3)連接在配水套盤(10 1)上，當滾筒(5)旋轉時，連續鋼管壓緊機構能夠沿著滑道立柱(6 1)同滾筒同步上下移動。
2.按照權利要求1所述的連續鋼管推進機和矯直機，其特徵在於所述矯直機(2-2) 由矯直機殼體(2-2-1)和兩組滾輪(2-2-2)組成，兩組滾輪(2-2-2)分別以水平和垂直兩 個方向安裝在矯直機殼體(2-2-1)內；所述推進機(2-3)由夾持器(2-3-1)、兩個推進油缸 (2-3-2)、及兩個拉拔油缸(2-3-3)組成，所述矯直機(2-2)、推進油缸(2_3_2)和拉拔油缸 (2-3-3)連接在所述連接箱體(2-1)上，所述夾持器(2-3-1)安裝在所述推進油缸(2_3_2) 活塞杆上。
3.按照權利要求1所述的切割煤層的高壓水力割縫機，其特徵在於所述連續管多層 纏繞換向機構(3)由換向齒輪(3-1)，傳動齒輪組(3-2)，傳動齒輪(3-3)，及滾筒提升齒輪 (3-4)組成，所述傳動齒輪組(3-2)由兩個齒輪組成，所述傳動齒輪(3-3)為單個齒輪，所 述配水內套(10-2)的齒輪與所述換向齒輪(3-1)嚙合，所述配水內套(10-2)與纏繞滾筒 (5)輪轂通過螺栓連接，所述換向齒輪(3-1)只與所述傳動齒輪(3-3)或所述傳動齒輪組 (3-2)的一個齒輪嚙合，所述傳動齒輪(3-3)或所述傳動齒輪組(3-2)可與所述滾筒提升齒 輪(3-4)嚙合。
4.按照權利要求3所述的切割煤層的高壓水力割縫機，其特徵在於所述滾筒提升齒 輪(3-4)有內矩形螺紋，與所述滾筒旋轉軸(1-2)的矩形螺紋相配合，所述滾筒提升齒輪 (3-4)通過軸承與所述配水套盤(10-1)連接。
5.按照權利要求1所述的切割煤層的高壓水力割縫機，其特徵在於所述推進機和矯 直機⑵的通孔與纏繞滾筒(5)外緣相切。
全文摘要
切割煤層的高壓水力割縫機，涉及鑿巖類機械。本發明解決現有技術傳動部件易損壞，鑽孔位置過低，連續管長度有限的問題。本發明的機架四角安裝割縫機支撐油缸，機架中心安裝滾筒旋轉軸；纏繞滾筒水平放置；連續鋼管推進機和矯直機由連接箱體，矯直機和推進機組成，連續鋼管穿在推進機和矯直機的通孔中；高壓水配水套由配水套盤，配水內套和配水外套組成，配水套盤上安裝連續管多層纏繞換向機構；滾筒驅動機構由液壓馬達，齒輪組和滾筒齒圈組成，滾筒齒圈與纏繞滾筒連接，液壓馬達及齒輪組安裝在配水套盤上，齒輪組驅動滾筒齒圈，帶動纏繞滾筒旋轉；纏繞滾筒周圍分布連續鋼管壓緊機構。本發明用於改造低滲透礦物儲層(尤其煤層)的透氣性。
文檔編號E21F7/00GK101975054SQ20101050318
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者馮增朝, 呂兆興, 常宗旭, 康軍, 康志勤, 趙東, 趙陽升 申請人:太原理工大學