用于巷道大空孔直眼掏槽爆破的全断面快速钻孔钻车

摘要

本发明公开了一种专用于巷道大空孔直眼掏槽爆破的全断面快速钻孔钻车，它由行走机构、车架、液压系统、电气系统和两套钻孔装置组成；其中第一套钻孔装置是用于钻普通的爆破孔的装置，第二套钻孔装置是用于钻直径100mm以上的掏槽孔的装置；本钻车工作时，由液压马达经减速机驱动履带式行走底盘的主链轮转动，稳定住车体后分别操纵第一、二套钻孔装置选择孔位，定位后可同时进行普通爆破孔和直径100mm以上的空孔的凿岩作业；本钻车适用于巷道断面最小为8m2，最大断面为23m2；本钻车采用积木式结构设计，拆装方便快捷，运输便利，因此，掘进施工巷道长度在7m以上，即可使用本钻车，为提高掘进机械化，快速高效掘进现代化迈进。

说明书

技术领域

本发明涉及爆破钻孔钻车，尤其涉及煤矿巷道掘进爆破钻孔钻车。

背景技术

钻爆法在很长时间内，仍然是煤矿巷道掘进施工的主要方法。煤矿巷道工程 中主要以8-23m²的中、小断面巷道为主。掘进施工中以2-3米的中深孔爆破为 主，中深孔爆破的关键是掏槽方式的选择。根据研究，中深孔爆破最好掏槽方 式是直眼掏槽，直眼掏槽时需要留有不装药的密集的空孔来提高爆破自由面。 随着研究人员对空孔效应和岩石破碎机理的研究进展，近年出现了大空孔直眼 掏槽爆破的新方法,成为提高中、小断面巷道循环进尺的主要技术途径。所谓大 空孔直眼掏槽，是在巷道断面中间布置1—3个直径100mm以上的不装药的直眼 空孔，装药掏槽孔先以中心空孔作为自由面形成爆破漏斗，为其他装药孔形成 两个自由面创造条件。它具有钻孔少、装药少、爆破效率高优点。由于目前的 钻孔钻车是按照普通直径32mm的小直径钻孔设计的，所以，钻100mm以上的大 直径钻孔时，需要单独采用潜孔钻机进行分次钻孔，不能同时进行作业，影响 钻孔施工速度，而且来回调用两种钻车或钻机十分麻烦。由于目前还没有同时 即能钻大孔又能钻小孔的专用钻车，所以，目前国内外对大直径空孔直眼掏槽 实际应用的并不多，使大直径空孔直眼掏槽的优势得不到发挥。

目前，潜孔钻机多采用气动冲击器，气动冲击器又称风动冲击器或风动潜孔 锤。气动冲击器直接与硬质合金柱齿钻头连接以冲击方式碎岩,以压缩空气为动 力介质,利用压缩空气的能量产生连续冲击载荷。至目前还没有将气动冲击器用 于钻车的例子。

发明内容

为解决巷道大孔直眼掏槽爆破全断面快速钻孔问题，本发明提出一种专用 于巷道大空孔直眼掏槽爆破的全断面快速钻孔钻车。

一种用于巷道大空孔直眼掏槽爆破的全断面快速钻孔钻车，其特征在于：

它由行走机构，车架，液压系统，电气系统，两套钻孔装置所组成；其中 两套钻孔装置中，第一套钻孔装置是用于钻普通的爆破孔的装置，第二套钻孔 装置是用于钻直径100mm以上的掏槽孔的装置。

所述的行走机构是一个宽度1.0-1.2米的履带式行走底盘，它由左右两套 完全独立的履带架、行走马达、减速机、驱动链轮、履带链、履带张紧机构所 组成；每套履带架通过一个竖平键与车架固定，再用高强度螺栓与车架紧固在 一起；减速机用高强螺栓与履带架连接；行走马达通过减速机以及驱动链轮带 动履带链实现行走；履带张紧机构由张紧轮组和张紧油缸组成，张紧油缸推动 张紧轮来调节履带的松紧程度。

所述的车架包括钢板焊接而成的主车架和尾车架两部分，主车架和尾车架 用螺栓分别固定在行走底盘的前后位置上；在主车架的前方两侧分别布置第一、 二套钻孔装置，主车架后方布置有驾驶室，所有液控操作手柄均安装在驾驶室 内的操纵面板上；在尾车架上安装液压系统，给整台钻车提供动力；在车架的 四角设有液压支腿，钻孔时通过液压支腿将钻车支撑在巷道底板上。

所述的第一套钻孔装置，是由机械手钻臂、凿岩机轨道、推进机构和导轨 式凿岩机组成；机械手钻臂的构造是，在主车架前方一侧固定有钻臂座，钻臂 座上安装有可上下升降的主臂套管，钻臂座与主臂套管之间铰接有钻臂升降液 压缸，该液压缸用于主臂套管的上下升降；在主臂套管中的前段嵌套有机械臂， 后端嵌套有伸缩油缸，伸缩油缸控制机械臂的前伸和后缩；机械臂的前端安装 有钻臂立面旋转液压马达，钻臂立面旋转液压马达上安装有钻臂平面旋转液压 马和旋转支架，液压马达带动旋转支架平面旋转，旋转支架上铰接有补偿架， 旋转支架和补偿架之间设有钻臂摆动液压缸，钻臂摆动液压缸用于补偿架的上 下摆动；补偿架内设有滑架补偿油缸；上述的凿岩机轨道安装在补偿架上，并 与滑架补偿油缸的伸出端连接，滑架补偿油缸推动凿岩机轨道始终顶紧在钻孔 岩面上，防止打眼时移动；上述的导轨式凿岩机安装固定在凿岩机托板上，凿 岩机托板与凿岩机轨道配合；所述的推进机构是一个链轮链条机构；链轮链条 机构是在凿岩机轨道的后端安装有凿岩机推进马达带动的齿轮减速箱，齿轮减 速箱的输出轴设有主动链轮，导轨式凿岩机轨道后端设有回转链轮，将链条两 端分别从回转链轮和主动链轮缠绕后固定在凿岩机托板上，凿岩机推进马达运 转时链条牵动凿岩机托板上的旋转冲击装置在导轨上做往复运动，完成钻孔和 退钎动作。

上述的导轨式凿岩机优选导轨式液压钻机。

为保证钻臂升起后工作时的稳定性，在钻臂升降液压缸进油路上安装有单 向液压锁。

所述的第二套钻孔装置是在一个升降架上安装有大直径爆破钻孔器；大直 径爆破钻孔器的结构是，在钻机导轨上安装有旋转冲击装置和推进机构；所述 的旋转冲击装置是一个即带动钻杆旋转又实现钎头冲击的装置，由旋转器、中 空钻杆、夹紧器和气动冲击器所组成；上述的旋转器的构造是，包括一个齿轮 减速箱和旋转马达，减速箱的主动齿轮与旋转马达实现传动，减速箱的被动齿 轮安装在一个空心轴上，要求空心轴的内径与中空钻杆外径相匹配；所述中空 钻杆从空心轴中穿过，并由夹紧器将中空钻杆和空心轴夹紧在一起，从而使空 心轴带动钻杆一起旋转；所述的气动冲击器安装在中空钻杆前端，从中空钻杆 后端向气动冲击器供气，气动冲击器的前端安装有直径大于100mm以上的旋转 冲击式钎头；旋转冲击装置与钻机导轨的安装结构是，在钻机导轨上设有一个 钻孔器托板，将减速箱的底座安装在钻孔器托板上；所述的推进机构是一个链 轮链条机构；链轮链条机构是在凿岩机轨道的后端安装有凿岩机推进马达带动 的齿轮减速箱，齿轮减速箱的输出轴设有主动链轮，凿岩机轨道后端设有回转 链轮，将链条两端分别从回转链轮和主动链轮缠绕后固定在凿岩机托板上，凿 岩机推进马达运转时链条牵动凿岩机托板上的旋转冲击装置在导轨上做往复运 动，完成钻孔和退钎动作。

所述的升降架是在车架上固定一个四柱式滑架，四柱式滑架由前立架和后 立架组成，四柱式滑架内安装有升降机构，钻机导轨固定在升降机构上，使钻 机导轨在升降机构作用下在四柱式滑架内上、下移动，从而调整大直径爆破钻 孔器的凿孔作业高度。

上述的升降机构由固定在车架上的一个平行四连杆机构和导轨升降油缸组 成，导轨升降油缸斜置安装在平行四连杆机构的升降臂和车架之间，导轨升降 油缸伸缩时使平行四连杆机构的升降臂下降或升起。

所述的液压系统由液压泵站、液压阀件和液压管路组成；液压管路通过液 压阀件连接钻车所有的液压马达、液压油缸和液压钻机，从而控制钻车的行走、 支撑，以及控制第一、二套钻孔装置的定位和凿岩动作。

上述的液压泵站包括电控箱、防爆型电动机、两个双联齿轮泵、液压油冷 却器和油箱；电控箱的电输出端接防爆型电动机，防爆型电动机驱动两个双联 齿轮泵运转，从而产生高压液压源，为钻车所有的液压马达、液压油缸和液压 钻机提供动力；液压油冷却器采用水冷和风冷两种方式，有水时采用水冷，无 水条件下采用电动风机实现风冷。

为了保证钻孔时钎杆的稳定性，所述的钻机导轨的前端还设有准星扶钎器。

上述的第一、二套钻孔装置的所有马达优选液压式马达；为了根据不同岩 性来调整钻孔速度，在凿岩机液压马达和钻孔器液压马达的进油路上安装有节 流调速阀。

为保证链条的张紧度，上述的第一、二套钻孔装置的推进机构上均设有链 条张紧器。

本钻车工作时，先把动力源接入钻车上的电控箱，合闸后电动机两端带动 两个双联齿轮泵，双联齿轮泵把电能转化为液压能。钻车行走时由液压马达经 减速机驱动履带式行走底盘的主链轮转动。凿岩时，使车架两边的支腿支撑稳 定住车体，然后分别操纵第一、二套钻孔装置选择孔位，定位后可同时进行普 通爆破孔和直径100mm以上的空孔的凿岩作业。

本发明的积极效果如下：

一、与现有市场钻车相比，底盘紧凑，宽度只有1.0-1.2米，可与巷道内 机械化扒装机配套同时作业，钻孔完成后可以方便的退到扒装机后部适当位置 停放。采用全液压传动，结构紧凑，驱动力大，可以实现立体全方位钻孔，不 留死角；两个凿岩机可以同时工作；液压系统采用水冷加风冷方式，适应不同 的水源情况。

二、自动化程度高，作业时一名主操作手和一名副助操作手即可完成全部 钻孔，主操作手在操控室内工作，作业安全，操作舒适。

三、第一套钻孔装置可探出底盘作业，满足不同掘进断面的任何位置钻孔， 钻臂上配有两个可360°旋转的液压马达，能在工作面上随意灵活调节钻孔角 度，不仅能打掌子面掘进孔，还可以打顶板、侧帮、底板的锚杆孔；可完成各 种爆破孔的设计要求，尤其是周边孔的光面爆破设计要求，确保巷道成型标准， 保证围岩完整；利用液压钻机高效钻孔，岩石平均钻孔速度1米/分，按孔深2 米，钻孔60个计算，可在2小时内完成钻孔作业。

四、第二套钻孔装置采用冲击加旋转的钻孔方式，即可适应硬岩，又可适 应软岩，可在巷道爆破掘进时钻直径大于100mm的掏槽空孔，例如钻两个直径 108mm的空孔可爆出一个直径一米的掏槽空间，可节省8-10个普通直径的掏槽 孔；如果将大直径钻孔深度加深300mm的深度，在加深处预埋药包，可使后续 普通炮眼无底阻崩落，使炮眼利用率达到100﹪。因此，本发明解决了钻爆掘进 时掏槽难、炮眼利用低的的关键问题，使大直径空孔直眼掏槽的优势得到了发 挥。

五、本钻车适用于巷道断面最小为8m²，最大断面为23m²；本钻车采用 积木式结构设计，拆装方便快捷，运输便利，因此，掘进施工巷道长度在7m以 上，即可使用本钻车，为提高掘进机械化，快速高效掘进现代化迈进。

附图说明

图1是实施例的整车主视图；

图2是实施例的俯视图

图3是第二套钻孔装置的主视图。

图例说明，1-履带式行走底盘，2-主车架，3-钻臂座，4-液压管路，5-主 臂套管，5a-钻臂升降液压缸，5b-钻臂摆动液压缸,5c-滑架补偿油缸,5d-伸缩 油缸，5e-机械臂,6-钻臂立面旋转液压马达，7-钻臂平面旋转液压马达，8-旋 转支架，9-补偿架，10-导轨式凿岩机，10a-凿岩机托板,10b-链轮链条机构， 11-凿岩机推进马达，12-凿岩机轨道，13-升降架，14-第二套钻孔装置，15-双 联齿轮泵，16-防爆型电动机，17-电动风机，18-电控箱，19-油箱，20-液压支 腿，21-驾驶室，22-防爆机车灯，23-尾车架，24-准星扶钎器，25-液压阀件， 26-导轨升降油缸，27-钻机导轨，28-链条，29-回头链轮，30-冲击旋转式钎头， 31-冲击器，32-夹紧器，33-减速箱，34-钻具旋转马达，35-中空钻杆，36-减 速齿轮箱，36a-钻孔器推进马达，37-四连杆机构，38-导向滑轮，39-空心轴， 40-钻孔器托板，41-前立架，42-后立架,43-主动链轮。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的全断面快速钻孔钻车，由行走机构，车架，液 压系统，两套钻孔装置所组成；其中两套钻孔装置中的第一套钻孔装置用于钻 普通的爆破孔，第二套钻孔装置用于钻直径100mm以上的空孔；

所述的行走机构是一个常用的履带式行走底盘1，设计宽度1.0-1.2米，它 由左右两套完全独立的履带架、行走马达、减速机、驱动链轮、履带链、履带 张紧机构所组成；每套履带架通过一个竖平键与车架固定，再用高强度螺栓与 车架紧固在一起；减速机用高强螺栓与履带架连接；行走马达通过减速机以及 驱动链轮带动履带链实现行走；履带张紧机构由张紧轮组和张紧油缸组成，张 紧油缸推动张紧轮来调节履带的松紧程度，由于履带式行走底盘1为现有技术， 图中未画详细结构；

所述的车架包括钢板焊接而成的主车架2和尾车架23两部分，主车架2和 尾车架23用螺栓分别固定在行走底盘1的前后位置上；在主车架2的前方两侧 分别布置第一套钻孔装置、二套钻孔装置，主车架2后方布置有驾驶室21，驾 驶室21上设有防爆机车灯22，所有液控操作手柄均安装在驾驶室21内的操纵 面板上；在尾车架23上安装液压系统，给整台钻车提供动力；在车架的四角设 有前液压支腿和后液压支腿20，钻孔时通过液压支腿将钻车支撑在巷道底板上；

所述的第一套钻孔装置，是由机械手钻臂、凿岩机轨道12、推进机构和导 轨式凿岩机10组成；机械手钻臂的构造是，在主车架2前方一侧固定有钻臂座 3，钻臂座3上安装有可上下升降的主臂套管5，钻臂座3与主臂5之间铰接有 钻臂升降液压缸5a，钻臂升降液压缸5a用于主臂套管5的上下升降；在主臂套 管5中的前段嵌套有机械臂5e，后端嵌套有伸缩油缸5d，伸缩油缸5d控制机 械臂5e的前伸和后缩；机械臂5e的前端安装有钻臂立面旋转液压马达6，钻臂 立面旋转液压马达6上安装有钻臂平面旋转液压马达7和旋转支架8，钻臂平面 旋转液压马达7带动旋转支架8平面旋转，旋转支架8上铰接有补偿架9，旋转 支架8和补偿架9之间设有钻臂摆动液压缸5b，钻臂摆动液压缸5b用于补偿架 9的上下摆动；补偿架9内设有滑架补偿油缸5c；上述的凿岩机轨道12安装在 补偿架9上，并与滑架补偿油缸5c的伸出端连接，滑架补偿油缸8推动凿岩机 轨道12始终顶紧在钻孔岩面上，防止打眼时移动；上述的导轨式凿岩机10安 装在固定在凿岩机托板10a上，凿岩机托板10a与凿岩机轨道12配合；所述的 推进机构是一个链轮链条机构10b；链轮链条机构10b是在凿岩机轨道12的后 端安装有凿岩机推进马达22带动的齿轮减速箱，齿轮减速箱的输出轴设有主动 链轮，凿岩机轨道后端设有回转链轮，将链条两端分别从回转链轮和主动链轮 缠绕后固定在凿岩机托板10a上，凿岩机推进马达11运转时链条牵动凿岩机托 板10a上的旋转冲击装置在导轨上做往复运动，完成钻孔和退钎动作。

上述的导轨式凿岩机10优选导轨式液压钻机。

为保证钻臂升起后工作时的稳定性，在钻臂升降液压油缸5a进油路上安装 有单向液压锁。

为保证钻孔时钎杆的稳定性，在凿岩机轨道12前端还设有准星扶钎器24。

如图3所示，所述的第二套钻孔装置是在一个升降架13上安装有大直径爆 破钻孔器14；大直径爆破钻孔器14的结构是，在钻机导轨27上安装有旋转冲 击装置和推进机构；所述的旋转冲击装置是一个即带动钻杆旋转又实现钎头冲 击的装置，由旋转器、中空钻杆35、夹紧器32和气动冲击器36所组成；上述 的旋转器的构造是，包括一个齿轮减速箱33和旋转马达34，减速箱33的主动 齿轮与旋转马达34实现传动，减速箱33的被动齿轮安装在一个空心轴39上， 要求空心轴的39内径与中空钻杆35外径相匹配；所述中空钻杆35从空心轴39 中穿过，并由夹紧器32将中空钻杆35和空心轴39夹紧在一起，从而使空心轴 39带动中空钻杆35一起旋转；所述的气动冲击器36安装在中空钻杆35前端， 从中空钻杆35后端的旋转插头向气动冲击器36供气，气动冲击器36的前端安 装有直径大于100mm以上的旋转冲击式钎头30，以18-20频率冲击做功；旋转 冲击装置与钻机导轨27的安装结构是，在钻机导轨27上设有一个钻孔器托板 40，将减速箱33的底座安装在钻孔器托板40上；所述的推进机构是一个链轮 链条机构；链轮链条机构是在钻机导轨27的前端安装有钻孔器推进马达36a带 动的齿轮减速箱36，齿轮减速箱36的输出轴设有主动链轮43，凿岩机轨道后 端设有回转链轮29，将链条两端分别从回转链轮29和主动链轮43缠绕后固定 在钻孔器托板40上，钻孔器推进马达36a运转时链条牵动钻孔器托板40上上 的旋转冲击装置在钻机导轨27上做往复运动，完成向前推进和退出动作。

所述的升降架13是在车架上固定一个四柱式滑架，四柱式滑架内安装有升 降机构，钻机导轨27固定在升降机构上，使钻机导轨27在升降机构作用下在 四柱式滑架内上、下移动，从而调整大直径爆破钻孔器的凿孔作业高度。

上述的升降机构由固定在车架上的一个平行四连杆机构37和导轨升降油缸 26组成，导轨升降油缸26斜置安装在平行四连杆机构37的升降臂和车架底板 之间，导轨升降油缸26伸缩时使平行四连杆机构37的升降臂下降或升起。

为了根据不同岩性来调整钻孔速度，上述的凿岩机推进马达11和钻孔器 推进马达6a进油路上安装有节流调速阀。

为保证链轮链条机构的张紧度，上述的第一、二套钻孔装置的推进机构上 均设有链条张紧器，由于链条张紧器属于现有技术图中未画出。

所述的液压系统由液压泵站、液压阀件25和液压管路4组成；液压管路4 通过液压阀件25连接钻车所有的液压马达、液压油缸和液压钻机，从而控制钻 车的行走、支撑，以及控制第一、二套钻孔装置的定位和凿岩动作。

上述的液压泵站包括电控箱18、防爆型电动机16、两个双联齿轮泵15、液 压油冷却器和油箱19；电控箱18的电输入端接入电缆，输出端接防爆型电动机 16，防爆型电动机16驱动两个双联齿轮泵15运转，从而产生高压液压源，为 钻车所有的液压马达、液压油缸和液压钻机提供动力；液压油冷却器采用水冷 和风冷两种方式，有水时采用水冷，无水条件下采用电动风机17实现风冷。

本钻车工作时，先把动力源接入钻车上的电控箱18，合闸后电动机16两端 带动两个双联齿轮泵15，双联齿轮泵15把电能转化为液压能。钻车行走时，由 液压马达经减速机驱动履带式行走底盘1的主链轮转动。凿岩时，先使车架两 边的支腿20支撑稳定住车体，然后分别操纵第一、二套钻孔装置选择孔位，定 位后可同时进行普通爆破孔和直径100mm以上的空孔的凿岩作业。