薄煤层N00工法采切锚系统的制作方法

薄煤层n00工法采切锚系统
技术领域
1.本发明涉及一种煤矿开采过程中的采切锚系统，更具体的说，尤其涉及一种薄煤层n00工法采切锚系统。


背景技术：

2.煤炭作为我国占比最大的能源，煤矿的科学、合理开采对缓解资源紧张、保护矿区生态环境具有决定作用。煤矿的开采方式有121工法、111工法、110工法以及最近刚刚提出的n00工法，121工法体系中，开采一个工作面需要经历掘巷道、采煤、毁巷道、留煤柱等过程，会伴随诸多问题。111工法即1个工作面，提前掘进1条巷道，留设1个充填体柱，会存在由于剧烈矿山压力导致的充填体应力集中、支护构件失效等问题。110工法取消了一半回采巷道掘进，实现了无煤柱开采。譬如文献：何满潮，王琦，吴群英，等. 采矿未来———智能化5g n00 矿井建设思考［j］.中国煤炭，2019，45( 11) : 1－9. doi: 10. 19880 /j. cnki. ccm. 2020. 11. 001。对上述采煤工法进行了详细介绍，如图1所示，给出了121工法-111工法-110工法以及n00工法的示意图。n00工法使用采掘一体化的生产模式，具有采后自动成巷，成巷后保留为下一工作面服务。在n00工法配套装备的协同作用下，形成了采留一体化的开采模式。
3.然而，所述文献在n00工法中使用的配套装备诸多，不利用巷道的快速成巷，其在n00工法中用到n00切缝钻机、n00恒阻锚索钻机、n00多功能钻机支架以及n00切顶护帮支架成套核心装备共计四个设备，其采用的四个设备独立作业，需要四个设备配合作业，不利于巷道快速成巷，而且多个设备共同作业，所用人员数量较多，需要四个设备的操作人员娴熟配合才行。如果能设计一种可以将巷道采进、巷道支护和锚固、顶板切缝于一体的设备，无疑会使n00工法采煤得到应用普及。


技术实现要素：

4.本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种薄煤层n00工法采切锚系统。
5.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，包括行走机构以及设置于行走机构上的截割机构、铲板机构、支护机构、锚杆机构和切缝机构，截割机构位于行走机构的前端，用于将前端的煤矿截割下来，铲板机构位于截割机构的下方，用于将落下的煤矿收集起来；支护机构位于行走机构的上方，用于对支护巷道顶壁和/或侧壁的支护带进行临时支护，锚杆机构的数量为两个，两个锚杆机构设置于行走机构上方的两侧，用于将锚杆钻入巷道顶壁和/或侧壁中，切缝机构位于行走机构的一侧，用于对巷道一侧的顶壁进行切割；其特征在于：所述行走机构由下底座及固定于下底座两侧的两行走履带构成，下底座上设置有可沿行走履带长度方向前后移动的上底座，上底座的两侧均设置有导向柱、第一伸缩油缸和定位块，定位块固定于下底座上，导向柱可前后运动地插入定位块中上，导向柱的前端固定于上底座的前端，第一伸缩油缸的前后两端分别固定定位块和上底座的后端；所述截割机构和铲板机构均固定于上底座的前端。
6.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，所述截割机构由截割头、u形架、两截割升降油缸、回转台、回转支承、两截割摆动油缸组成，回转台经回转支承固定于上底座前端的上表面上，两截割摆动油缸的底座铰接于上底座上，两截割摆动油缸的伸缩杆铰接于回转台的两侧；u形架的后端铰接于回转台上，截割头铰接于u形架的前端，两截割升降油缸的两端分别铰接于上底座的前端和u形架上。
7.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，所述铲板机构由铲板和铲板油缸组成，铲板后端的下方铰接于上底座的前端，铲板后端的上方铰接于铲板油缸的前端，铲板油缸的后端铰接于上底座上。
8.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，所述锚杆机构由下支撑板、上支撑板、固定座、摆动液压马达、上外臂、下外臂、上内臂、下内臂、锚杆座、第三伸缩油缸、第一链条、第一链轮轴、第四伸缩油缸、第二摆动油缸、第二伸缩油缸和锚杆钻机构成，下支撑板固定于行走机构上，上支撑板底部的两侧经多个导轨滑块运动副设置于下支撑板上，下支撑板上固定有用于驱使上支撑板运动的第四伸缩油缸；上支撑板的两侧设置有第一导向槽，固定座置于上支撑板的上表面上，固定座底部的两侧固定有侧板，侧板上固定有置于第一导向槽中的滚轮；上支撑板的前端开设有两第二导向槽，第一链轮轴的两端置于两第二导向槽中，第一链轮轴上设置有与固定座相连接的第一链条，第三伸缩油缸的两端分别与上支撑板的上表面和第一链轮轴固定连接，第一链条经第二涨紧缸涨紧；摆动液压马达以输出轴成竖向的方式固定于固定座上，摆动液压马达的输出轴上固定有u形座；上外臂和下外臂平行设置，上外臂和下外臂的后端均铰接于u形座上，上内臂和下内臂分别插入上外臂和下外臂中，锚杆座固定于上内臂和下内臂的前端；第二摆动油缸的两端分别铰接于u形座和上外臂的中部；第二伸缩油缸的两端分别铰接于下外臂和下内臂上。
9.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，所述锚杆钻机由第一旋转马达、第二旋转马达、下支板、上支板、锚杆臂、锚杆马达、升降油缸、第一进给油缸、第二链轮轴、第三链条、夹持臂和第二导轨构成，第一旋转马达的壳体以其输出轴朝前的方式固定于锚杆座上，第二旋转马达的壳体固定于第一旋转马达的输出轴上，下支板固定于第一旋转马达的输出轴上，上支板经第二导轨设置于下支板上，夹持臂固定于上支板的前端，升降油缸的两端分别固定于下支板的下端和夹持臂上，夹持臂的上端固定有多个顶杆；上支板上固定有锚杆臂，锚杆马达固定于锚杆马达底座上，锚杆马达的输出轴与夹持臂的夹持腔位于同一直线上，锚杆马达底座经导轨滑块运动副设置于锚杆臂上，锚杆臂的前端开设有第三导向槽，第二链轮轴置于第三导向槽中，第二链轮轴经第三链条与锚杆马达底座相连接，第一进给油缸的两端分别固定于上支板的下端和第二链轮轴上，第三链条经第一涨紧缸涨紧。
10.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，所述支护机构由支护框架、支护底座、支护油缸、第一连杆、第二连杆和第三连杆组成，支护框架上形成有多个便于进行锚杆作业的空档，支护底座位于支护框架后端的下方，支护底座固定于行走机构上；第一连杆和第二连杆的下端铰接于支护底座上，第一连杆和第二连杆的上端均铰接于第三连杆的下端，第三连杆的上端铰接于支护框架的后端，支护油缸的两端分别铰接于支护底座和支护机构的后
端。
11.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，所述切缝机构由上连接板、下连接板、内立板、外立板、支撑立板、承载板、钻杆、第一导轨、外移油缸、倾斜油缸、前后进给油缸、第三旋转马达、切缝马达和竖向进给油缸组成，上连接板固定于支护框架一侧的下表面上，下连接板位于上连接板的下方，下连接板的上表面上固定有两平行设置的导向杆，导向杆插入与上连接板相固定的导向套中，外移油缸的两端分别铰接于上连接板和下连接板上；内立板的上端铰接于下连接板的外端，倾斜油缸的两端分别铰接于下连接板和内立板上；第一导轨横向地固定于内立板的外表面上，外立板经第一导轨与内立板相连接，前后进给油缸的两端分别铰接于内立板和外立板上；第三旋转马达固定于外立板上，支撑立板固定于第三旋转马达的输出轴上；承载板经两平行设置的竖向导轨与支撑立板相连接，承载板上等间距固定有多个输出轴朝上的切缝马达，切缝马达的输出轴与钻杆固定连接，钻杆的上端固定有对巷道顶壁进行切缝的钻头，竖向进给油缸的两端分别与支撑立板和承载板相连接。
12.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，所述切缝马达、钻杆和钻头的数量均为四个，相邻钻杆之间的距离为200mm，钻头的外径为96mm。
13.本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，包括用于对铲板机构收集起来的煤矿进行运输的运输机构。
14.本发明的有益效果是：本发明的薄煤层n00工法采切锚系统，通过设置由下底座和行走履带构成的行走机构，并在下底座上设置上底座，上底座的两侧经导向柱、第一伸缩油缸和定位块组成的运动驱动机构与下底座相连接，，截割机构和铲板机构均固定有上底座的前端，这样，在第一伸缩油缸的驱动下，在行走机构不动的情况下，通过第一伸缩油缸驱使上底座在下底座上向前运动，在整个机械不动的情况下，亦可延伸截割机构对煤层巷道的切割长度，避免了截割头只能旋转时巷道两侧出现不能截割到的“死角”存在。
15.进一步地，通过设置由支护框架、支护油缸以及多个连杆组成的支护机构，通过支护油缸驱使支护框架升降，不仅可将支护带支撑在巷道的顶壁或侧壁上，而且通过将支护框架紧紧地顶在巷道顶壁上，还可保证整个采切锚装置的稳定性，在其截割作业、钻锚杆作业和切缝作业时采切锚装置不会发生移动。
16.进一步地，通过设置由下支撑板、上支撑板、固定座、上内外臂、下内外臂、第四伸缩油缸、第三伸缩油缸、第二伸缩油缸、摆动液压马达、第二摆动油缸、第一旋转马达、第二旋转马达构成的锚杆机构，经第四伸缩油缸驱使上支撑板在下支撑板上移动、经第三伸缩油缸驱使固定座在上支撑座上移动、机构第二伸缩油缸驱使上下内臂在上下外臂中的移动，相当于具有“三级”伸长功能，有效地增加了锚杆钻机的伸出长度，实现了在不移车的情况下对截割出来的巷道的所有部位进行锚固，避免了现有需移车才能完成支护的弊端。
17.进一步地，通过设置由上连接板、下连接板、内立板、外立板、支撑立板、承载板、外移油缸、倾斜油缸、前后进给油缸、第三旋转马达、竖向进给油缸、切缝马达和钻杆构成的切缝机构，通过外移油缸驱使下连接板相对于上连接板的外移，实现了切缝机构的外移，实现了在采切锚系统的停车位置靠巷道侧壁不够近时的调整；通过倾斜油缸驱使内立板的转动，可实现对切割方向进行调整，以满足倾斜切顶的要求；通过前后进给油缸驱使外立板沿内立板在横向方向的移动，实现了对前后两次钻孔切缝时的不移车作业，提高了切缝效率；
通过第三旋转马达驱使支撑立板的转动，可对钻孔角度进行调整。
附图说明
18.图1为121工法-111工法-110工法以及n00工法的示意图；图2为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的主视图；图3为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的后视图；图4为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的左视图；图5为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的右视图；图6为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的俯视图；图7为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的仰视图；图8为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的立体图；图9、图10、图11均为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统移去局部结构的立体图；图12、图13、图14、图15、图16、图17和图18均为本发明中锚杆机构部分的立体图；图19为本发明中支护机构的立体图；图20和图21均为本发明中切缝机构的立体图；图22、图23、图24和图25均为本发明中锚杆机构部分的立体图；图26为本发明中切缝机构的立体图；图27为现有采切锚装置在切割巷道时的俯视图；图28为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的工作示意图；图29为本发明中切缝机构的切缝原理图。
19.图中：1行走机构，2截割机构，3铲板机构，4支护机构，5锚杆机构，6切缝机构，7运输机构，8下底座，9上底座，10导向柱，11第一伸缩油缸，12定位块，13行走履带，14截割头，15 u形架，16截割升降油缸，17回转台，18回转支承，19截割摆动油缸，20运输通道，21铲板，22铲板油缸，23下支撑板，24上支撑板，25固定座，26侧板，27第一导向槽，28滚轮，29摆动液压马达，30操控液压阀组，31锚杆钻机，32 u形座，33上外臂，34下外臂，35上内臂，36下内臂，37第二摆动油缸，38第二伸缩油缸，39锚杆座，40第三伸缩油缸，41第一链条，42第一链轮轴，43第二导向槽，44锚杆臂，45锚杆马达，46第一进给油缸，47第二链轮轴，48第三导向槽，49夹持臂，50顶杆，51第一旋转马达，52第二旋转马达；53支护框架，54支护油缸，55第一连杆，56第二连杆，57第三连杆，58空档，59下连接板，60内立板，61外立板，62支撑立板，63钻杆，64钻头，65倾斜油缸，66第三旋转马达，67前后进给油缸，68第一导轨，69切缝马达，70承载板，71竖向导轨，72竖向进给油缸，73第二链条，74第三链条，75第四伸缩油缸，76第一涨紧缸，77第二涨紧缸；78下支板，79上支板，80第二导轨，81升降油缸，82锚杆马达底座，83支护底座，84上连接板，85导向杆，86外移油缸，87导向套。
具体实施方式
20.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
21.如图2至图8所示，分别给出了本发明的薄煤层n00工法采切锚系统的主视图、后视图、左视图、右视图、俯视图、仰视图和立体图，所示的采切锚系统由行走机构1、切割机构2、铲板机构3、支护机构4、锚杆机构5、切缝机构6、运输机构7构成，截割机2构位于行走机构1
的前端，用于将前端的煤矿截割下来，铲板机构3位于截割机构2的下方，用于将落下的煤矿收集起来。支护机构4位于行走机构1的上方，用于对支护巷道顶壁和/或侧壁的支护带进行临时支护，锚杆机构5的数量为两个，两个锚杆机构5设置于行走机构上方的两侧，用于将锚杆钻入巷道顶壁和/或侧壁中，切缝机构位6于行走机构1的一侧，用于对巷道一侧的顶壁进行切割。
22.图9、图10、图11均为本发明的薄煤层n00工法采切锚系统移去局部结构的立体图，所示的行走机构1由下底座8和两行走履带13构成，下底座8的两侧固定于行走履带13上，行走履带13在液压马达的带动下进行行走，进而带动下底座一起运动。下底座8上设置有上底座9，上底座9的两侧均设置有导向柱10、第一伸缩油缸11和定位块12，定位块12固定于下底座8上，导向柱10的前端固定于上底座9的前端，导向柱10插入定位块12的内部空腔中并可沿定位块12的长度方向移动，第一伸缩油缸11的两端分别铰接于定位块12和上底座9的后端，这样，当第一伸缩油缸11回缩时，即可拉动上底座9向前运动，当第一伸缩油缸11伸长时，即可拉动上底座9向后运动。
23.如图27所示，给出了现有采切锚装置在切割巷道时的俯视图，由于现有的采切锚（现有的设备称之为锚掘护）装置上的切割部只能进行上下、左右的摆动，在掘进的过程中会导致巷道两侧够不到，就出现了图27中阴影部分的剩余区，导致该区域不能进行同步的支护。而本发明就解决了这一问题，由于截割机构2和铲板机构3是固定在上底座9的前端的，当需要对图27中阴影部分进行截割时，通过第一伸缩油缸11驱使截割机构2跟随上底座9前移即可。
24.所示的截割机构2由截割头14、u形架15、截割升降油缸16、回转台17、回转支承18以及两截割摆动油缸19组成，回转台17经回转支承18固定于上底座9的上表面上，两截割摆动油缸19的后端铰接于上底座9的后端，两截割摆动油缸19的前端铰接于回转台17的两侧；u形架15的后端铰接于回转台17上，截割头14固定于u形架15的前端，截割升降油缸16位于u形架15的下方，截割升降油缸16的下端铰接于上底座9上，上端铰接于u形架15上。这样，通过截割升降油缸16的伸缩，即可驱使截割头14上下摆动，通过两截割摆动油缸19的伸缩即可驱使截割头14左右摆动，以实现对巷道前端煤层的掘进。
25.所示的铲板机构3由铲板21和铲板油缸22构成，铲板21后端的下部铰接于上底座9上，铲板21后端的上部与铲板油缸22的前端相铰接，铲板油缸22的后端铰接于上底座9上。这样，铲板油缸22伸长，即可将铲板21放置于地面上，进行铲料作业，铲板油缸22回缩，即可将铲板21抬起。所示运输机构7的运输通道20由铲板21的后端一直延伸到上底座9的后部，实现将铲板21收集起来的煤矿运输出去。
26.如图12、图13、图14、图15、图16、图17和图18所示，以及图22、图23、图24和图25所示，均给出了本发明中锚杆机构部分的立体图，所示的锚杆机构5由下支撑板23、上支撑板24、固定座25、摆动液压马达29、锚杆钻机31、u形座32、上外臂33、下外臂34、上内臂35、下内臂36、第二摆动油缸37、第二伸缩油缸38、锚杆座39、第三伸缩油缸40、第一链条41、第一链轮轴42、第四伸缩油缸75、第二涨紧缸77构成，下支撑板23与下底座8固定连接，上支撑板24位于下支撑板23的上方，且上支撑板24经多个导轨滑块移动副与下支撑板23相连接，以实现上支撑板24可在下支撑板23上移动。所示第四伸缩油缸75的两端分别铰接于下支撑板23的上表面和上支撑板24的下表面上，这样，通过第四伸缩油缸75的伸长，即可驱使上支撑板
24在下支撑板23上向前运动。
27.所示上支撑板24的两侧面上设置有第一导向槽2，固定座25设置于上支撑板24上，固定座25的两侧均固定有侧板26，侧板26上固定有多个滚轮28，滚轮28位于第一导向槽2中，这样，通过第一导向槽2与滚轮28的配合，即实现了固定座25可沿上支撑板24的长度方向运动。所示上支撑板24的前端开设有第二导向槽43，第一链轮轴42置于第二导向槽43中，第一链轮轴42经第一链条41与固定座25相连接。第二涨紧缸77的两端分别铰接于固定座25和第一链轮轴42上，以实现对第一链条41的涨紧。这样，第三伸缩油缸40的伸缩杆伸长，即可驱使固定座25沿上支撑板24方向前移。
28.所示的摆动液压马达29以输出轴朝向的形式固定于固定座25上，u形座32固定于液压马达29的输出轴上；上外臂33和下外臂34平行设置，且其后端均铰接于u形座32上，上内臂35和下内臂36分别插入上外臂33和下外臂34中，设上外臂33和下外臂34可沿上内臂35和下内臂36伸缩。锚杆座39固定于上内臂35和下内臂36的前端，锚杆钻机31固定于锚杆座39上。第二摆动油缸37的两端分别铰接于u形座32和上外臂33上，第二伸缩油缸38的两端分别铰接于下外臂34和下内臂36上。这样，通过摆动液压马达29的转动，即可驱使上外臂33、下外臂34、上内臂35、下内臂36和锚杆座39进行摆动，进而带动锚杆钻机31进行摆动；通过第二摆动油缸37的伸缩即可驱使锚杆钻机31跟随锚杆座39上下摆动，通过第二伸缩油缸38的伸缩，即可驱使锚杆钻机31跟随锚杆座39前后运动。
29.所示的锚杆钻机31由第一旋转马达51、第二旋转马达52、下支板78、上支板79、第二导轨80、锚杆臂44、锚杆马达底座82、升降油缸81、锚杆马达45、第一进给油缸46、第二链轮轴47、夹持臂49、第一涨紧缸76组成，所示第一旋转马达51的壳体固定于锚杆座39上，第二旋转马达52的壳体固定于第一旋转马达51的输出轴上。下支板78固定于第二旋转马达52的输出轴上，这样，通过第一旋转马达51和第二旋转马达52的旋转驱动，即可将锚杆马达45的朝向驱使到竖立或其他所需的角度，以进行锚杆钻入操作。
30.所示第二导轨80固定于下支板78上，上支板79置于第二导轨80中，以实现上支板79可沿下支板78的长度方向运动；升降油缸81的两端分别固定于上支板79和下支板78上。锚杆臂44固定于上支板79上，锚杆马达底座82通过滑块导轨运动副的形式设置于锚杆臂44上，以实现锚杆马达底座82在锚杆臂44上的移动。锚杆臂44的前端开设有第三导向槽48，第二链轮轴47置于第三导向槽48中，第二链轮轴47经第三链条74与锚杆马达底座82相连接，第一涨紧缸76的两端分别与第二链轮轴47和锚杆马达底座82相连接，以实现对第三链条74的涨紧。第一进给油缸46的两端分别与上支板79和第二链轮轴47相连接，第一进给油缸46伸缩即可驱使锚杆马达底座82沿锚杆臂44的长度方向上下运动。所示的锚杆马达45固定于锚杆马达45上，夹持臂49固定于上支板79的前端，且锚杆马达45的输出轴与夹持臂49的夹持腔位于同一条直线上，夹持臂49的顶端固定有多个顶杆50。这样，通过升降油缸81对上支板79的驱动、第一进给油缸46对锚杆马达底座82的驱动，即可使锚杆马达45上升到足够高的高度进行钻锚杆作业，顶杆50用于抵触在巷道顶壁或侧壁上，以保证钻锚杆时的固定性。
31.如图19所示，给出了本发明中支护机构的立体图，所示的支护机构4由支护框架53、支护底座83、支护油缸54、第一连杆55、第二连杆56和第三连杆57组成，支护框架53上形成有多个便于进行锚杆作业的空档58，支护底座83位于支护框架53后端的下方，支护底座83固定于行走机构1上；第一连杆55和第二连杆56的下端铰接于支护底座83上，第一连杆55
和第二连杆56的上端均铰接于第三连杆57的下端，第三连杆57的上端铰接于支护框架53的后端，支护油缸54的两端分别铰接于支护底座83和支护机构4的后端。这样，通过支护油缸54的伸长，即可使支护框架53上升到足够高的高度进行支护作业。
32.如图20、图21和图26所示，均给出了本发明中切缝机构的立体图，所示的切缝机构6由上连接板84、下连接板59、内立板60、外立板61、支撑立板62、承载板70、钻杆63、第一导轨68、外移油缸86、倾斜油缸65、前后进给油缸67、第三旋转马达66、切缝马达69和竖向进给油缸72组成，上连接板84固定于支护框架53一侧的下表面上，下连接板位于上连接板的下方，下连接板59的上表面上固定有两平行设置的导向杆85，导向杆插入与上连接板84相固定的导向套87中，外移油缸86的两端分别铰接于上连接板84和下连接板59上。这样，通过外移油缸86驱使下连接板59相对于上连接板84的外移，实现了切缝机构的外移，实现了在采切锚系统的停车位置靠巷道侧壁不够近时的调整。
33.所示内立板60的上端铰接于下连接板59的外端，倾斜油缸65的两端分别铰接于下连接板59和内立板60上；第一导轨68横向地固定于内立板60的外表面上，外立板61经第一导轨68与内立板60相连接，前后进给油缸67的两端分别铰接于内立板60和外立板61上；第三旋转马达66固定于外立板61上，支撑立板62固定于第三旋转马达66的输出轴上。这样，通过倾斜油缸65驱使内立板的转动，可实现对切割方向进行调整，以满足倾斜切顶的要求；通过前后进给油缸67驱使外立板沿内立板在横向方向的移动，实现了对前后两次钻孔切缝时的不移车作业，提高了切缝效率；通过第三旋转马达66驱使支撑立板的转动，可对钻孔角度进行调整。
34.所示承载板70经两平行设置的竖向导轨71与支撑立板62相连接，承载板70上等间距固定有多个输出轴朝上的切缝马达69，切缝马达的输出轴与钻杆63固定连接，钻杆63的上端固定有对巷道顶壁进行切缝的钻头64，竖向进给油缸72的两端分别与支撑立板62和承载板70相连接。
35.优选地，所示切缝马达69、钻杆63和钻头64的数量均为四个，相邻钻杆63之间的距离为200mm，钻头64的外径为96mm。如图29所示，给出了本发明中切缝机构的切缝原理图，两次钻进，两组4个孔成型后，相邻孔最小间距为6mm，从而完成顶板800mm的切缝作业，实现了无爆破切缝作业。