[發明專利]一種水射流輔助掘錨機及掘進方法

有效

• 申請號: 202110704368.6
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113266351B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 劉飛香;廖金軍;陳望;蔣海華;易達云;祝爽;范遠哲;張雙全;伍容
• 申請（專利權）人: 中國鐵建重工集團股份有限公司
• 主分類號: E21C25/60
• 分類號: E21C25/60;E21C25/10;E21C35/18;E21C35/22;E21C35/23;E21C35/00
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 劉伊旸;周曉艷

本發明提供一種水射流輔助掘錨機及掘進方法，所述掘錨機包括截割滾筒和水射流噴射組件，水射流噴射組件包括至少一個可活動設置在截割滾筒表面的噴頭，噴頭包括切割噴嘴、除塵噴嘴以及設置在二者之間的噴嘴切換組件，噴嘴切換組件包括封堵件和彈性件，封堵件在水流和彈性件的共同作用下在兩個噴嘴間往復移動，使水體從切割噴嘴噴出形成集束射流，或從除塵噴嘴噴出形成擴散射流。在掘進作業時，掘錨機通過控制泵站輸出流量的壓力大小切換噴頭的作業模式，在高壓小流量模式下，集束射流在矸石層上切割形成溝槽，在低壓大流量模式下，截割滾筒旋轉碎巖，擴散射流實現對截齒降溫以及施工除塵，可避免停機換刀和復雜的噴嘴切換操作，提高作業效率。

技術領域

本發明涉及煤礦施工設備技術領域，具體地，涉及一種適用于含矸石層煤層挖掘作業的水射流輔助掘錨機及掘進方法。

背景技術

我國是世界第一產煤大國，國內煤層儲量及產量在全國煤炭生產中占有較大比重。目前煤巷掘進一般采用掘錨機等機械化施工設備進行作業，掘錨機能很好的應用于煤層巷道掘進。然而在煤巷掘進過程中，掌子面經常有隨機分布的矸石層，由于矸石的硬度要遠高于周圍的煤層，而現有的掘錨機設備并未針對矸石挖掘做出特殊設計，因此在該工況下作業具有明顯劣勢，需要更換刀具才能避免設備損壞，同時確保掘進作業的正常進行，但頻繁更換刀具會耗費大量時間，拉低掘進效率。事實上，現有遇到矸石層煤層工況時，大多采用人工使用風鎬或者額外增設鉆機設備以實現對矸石層的切割破碎，施工過程較為繁瑣，且掘錨機頻繁停機耽誤了工期和施工進度，從而增加了經濟成本。

中國專利CN107448208A公開了一種用于帶有硬夾矸的煤層巷道掘進方法，該方法采用掘錨機分步截隔的方式進行夾矸層掘進，首先對夾矸層下半部分進行截隔，然后截割剩余上半部分。從下半部分截隔，由于上半部分受到擾動，容易截割，且滾筒先從夾矸層下半部分開始截割，滾筒與夾矸層接觸面積小，易于截割，一定程度可以改善掘進效率，但適用工況有限，切截齒本身仍需截割硬度遠高于煤的夾矸層，對截齒仍存在較大磨損，且切割效率較慢，不能從根本上改進夾矸層的高效掘進。

中國專利CN110630263A公開了一種中部含夾矸層巨厚煤層分層開采方法，具體為在夾矸層上下煤層進行分層開采，并在工作面底部鋪設金屬網，防止采空區矸石混入下部煤體。此方式采用分層式開采，適用于中部含夾矸層45-55m巨厚煤層的開采，對于煤礦巷道掘進中遇到的夾矸層無能為力，不僅巷道總高度受限，且一個掌子面可能同時出現多個零散分布的夾矸層，采用分層掘進，將影響施工進度。

綜上所述，業內亟需一種新的適用于夾矸煤層巷道掘進作業的掘錨機及掘進方法，可減少更換刀具所耗費的時間、同時降低刀具對矸石作業時的損耗，實現高效快速掘進并確保作業安全。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在避免更換刀具的情況下減少刀具磨損并提高矸石層掘進效率的技術方案，以解決背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供一種水射流輔助掘錨機，包括機身、截割滾筒和多個水射流噴射組件，在所述截割滾筒的外表面設有多個截齒，所述截割滾筒通過旋轉接頭與機身上的動力臂連接，并可在機身的驅動下沿掌子面上下運動以及沿周向往復旋轉運動，多個所述水射流噴射組件沿截割滾筒的軸向間隔布置，且每個水射流噴射組件均包括至少一個噴頭，所述噴頭設置在截割滾筒的外表面并通過水管與泵站連接。

在本發明技術方案中，當高壓水射流沖擊煤矸石時，煤矸石所承受的拉應力和剪應力分別超過了非均質巖體中低強度單元的抗拉強度和抗剪強度，導致矸石層中的低強度單元首先被破壞，產生裂隙，高壓水射流進一步進入裂隙中并在裂隙尖端形成拉應力集中，使得裂隙迅速擴大且相互交匯，進而形成破碎坑，最后使得矸石層破碎和失效。本發明通過將高壓水射流切割技術與截齒挖掘技術相結合，采用了聯合破巖的方式進行掘進，促進大塊矸石崩裂，不僅加快了含夾矸層煤礦的掘進速度，且明顯改善了刀具的磨損情況，延長了刀具的使用壽命。