一种接长臂式联合采煤机的制作方法

1.本发明涉及一种接长臂式联合采煤机，属于采煤设备技术领域。


背景技术：

2.目前，机械化采煤方式中，绝大多数是在长度为100米左右的回采工作面上进行的，由采煤机械、运输机械、顶板支护及采空区处理等组成，即所谓的长壁式采煤。该种采煤方式的落煤设备是以滚筒式采煤机、刨煤机为主，整个采煤系统比较复杂，所用设备、工人较多，而且存在成本高、管理困难、安全性差的问题。特别是对于1m以下的薄煤层，因操作空间的限制，以上问题尤其突出，因此很多煤矿的薄煤层往往弃之不采，造成了资源的大量浪费。
3.近年来，出现了一种采用条带式开采薄煤层的三轴联动式螺旋钻采煤机，以及四轴螺旋钻采煤机(钻煤机)，上述采煤机虽可实现薄煤层的无人工作面开采，但却由于存在以下缺点，没能得到推广应用：
4.(1)、效率低：由于结构及工作原理的限制，作业方式为断续式生产，即钻进一节就要停下来进行耗时费力的钻具对接工作(需断开主机动力部与钻具的连接，再接入一节钻具后重新连接)，真正出煤时间少(以1.5米长钻杆为例，采煤钻进一节2分钟，而对接需要10分钟)，生产效率低下；
5.(2)、故障率高：由于钻具的连接同时要兼顾扭矩传递及轴向锁定，因此钻具连接结构复杂，操作繁琐，并经常出现锁定及解锁困难现象，导致辅助时间过长，钻杆连接容易脱开落入钻孔中；
6.(3)、对于矿井不可避免的钻孔内冒顶现象，出现压钻现象时处理极其困难，甚至造成钻具丢弃的后果，导致使用成本高，适应性差。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种接长臂式联合采煤机，以解决现有技术中在薄煤层开采中，用滚筒式采煤机、刨煤机无法开采，用钻煤机虽能开采但又有整体效率低、故障率高、使用成本高、适应性差的问题。
8.本发明是通过如下技术方案来实现的：一种接长臂式联合采煤机，包括主机、接长臂、截割部，截割部包括传动箱、钻头和两根平行设置的第一螺旋输送杆，所述主机下部设置有行走机构，其特征是：所述主机上设置有接长推进部，所述接长推进部具有接长臂推进通道，所述主机的前后两侧对应于所述接长臂推进通道均可布置接长臂和截割部，在所述接长推进部的左右两端对称设置有接长臂推进机构，所述接长臂推进机构包括圆形导轨、两个滑动设置在圆形导轨上的滑移架、推移油缸，圆形导轨的两端与接长推进部前后两侧连接，推移油缸为双向活塞杆输出结构，两个滑移架分别与推移油缸的活塞杆两端连接，所述滑移架上设置有单向拨块；所述截割部还包括截割部箱体，所述截割部的驱动动力、传动箱、第一螺旋输送杆均设置在截割部箱体内，所述截割部箱体的两侧均设置有多个可与所
述滑移架上的单向拨块配合的推进凹槽，所述截割部的第一螺旋输送杆由截割部的传动箱传动；所述接长臂包括有至少一个接长臂单元，所述接长臂单元包括外箱体、可转动地设置在外箱体内的两根平行设置的第二螺旋输送杆，所述接长臂单元的外箱体的两侧分别设置有多个可与所述滑移架上的单向拨块配合的推进凹槽，第一螺旋输送杆的对接端和第二螺旋输送杆的两端均设置有插接式对接结构，所述接长臂单元之间及所述接长臂单元与所述截割部的截割部箱体之间均通过接长臂单元的外箱体利用连接销轴连接。
9.本发明的工作原理是：主机可通过下部设置的行走机构进行行走，主机布置在回采巷道内，截割部与接长臂连接，接长推进部的接长臂推进机构通过推移油缸推动接长臂及截割部向一侧煤层推进，截割部的钻头及第一螺旋输送杆在截割部的驱动动力驱动下旋转，通过钻头旋转割煤，采下的煤通过第一螺旋输送杆、第二螺旋输送杆输送出来。接长臂根据开采深度可将接长臂单元连接接长，接长臂对接时，将单个的接长臂单元的外箱体通过销轴连接即可，螺旋输送杆无需轴向固定。同样，接长臂拆卸时，将接长臂单元间的连接销轴拔出即可实现脱离。本发明可实现两个方向的截割部和接长臂的推进，实现双向开采，即一侧开采完毕后，在该侧的推进臂退出后，通过接长推进部的接长臂推进机构可将另一侧的截割部和接长臂推进进行另一侧的采煤，可大大提高生产效率。
10.进一步的，为提高采煤量，所述截割部的钻头为六轴联动式结构。
11.进一步的，所述主机上在所述接长推进部的左右两端对称设置有四套定位固定部，每套定位固定部包括固定油缸、调整油缸、限位杆、导套支架，导套支架固定在接长推进部的端部，固定油缸一端可动地与导套支架的套筒配合，其另一端与接长推进部连接，调整油缸铰接在导套支架和主机的行走底盘之间，限位杆一端与导套支架铰接，其另一端上下可动地与固定在行走底盘上的套筒滑动配合。通过调整油缸的升降可调整采煤机的各种作业姿态，如开孔位置、推进俯仰角、中心高度等，以贴合相应的巷道煤层位置等地质条件。因调整油缸不宜承受侧向力而设置限位杆，限位杆用于限制接长推进部与行走机构的水平方向相对位置。定位固定部的固定油缸的缸筒可沿导套支架的套筒伸出顶在巷道的两帮，起到固定整机工作姿态、平衡推进阻力的作用。
12.进一步的，为便于接长臂的推进，所述接长臂单元的外箱体的上表面为平滑表面。外箱体上表面为平滑表面，可有效防止冒顶造成的卡阻问题，并在回撤时可保证接长臂及截割部回撤顺利。
13.进一步的，所述接长臂单元的外箱体两侧分别设置有通风管道。通风管道用于开采孔内的通风，以控制瓦斯含量在安全范围内。
14.进一步的，所述接长推进部的前后两侧对应于所述接长臂推进通道分别设置有限位油缸。通过限位油缸可限制已推进(或退回)至位置的接长臂单元，方便对接(或脱离)。
15.进一步的，主机的行走机构为两套履带行走机构，两套履带行走机构的底盘支架通过连杆铰接连接。采用两套履带行走机构，其牵引力大，且适应能力强，设备机动性、灵活性好。
16.进一步的，为便于将采出的煤方便地输送出来，所述主机下部设置有运输部，所述运输部为皮带输送机构，所述运输部为底置式，所述运输部的输送皮带位于所述主机的行走底盘的预留空隙内。运输部采用底置式结构，可降低机组采煤中心高。
17.进一步的，为便于与后续的输送设备对接，所述运输部的输出端高于由所述主机
的行走底盘的预留空隙经过的部分。
18.本发明的有益效果是：本发明通过在截割部外部设置截割部箱体并将截割部的驱动动力、螺旋输送杆等设置在截割部箱体内，形成了截割部的动力前置式布置结构，使得后续对接的接长臂内的螺旋输送杆仅被动带动旋转即可，可实现不停车对接的连续生产方式，彻底解决了现有的螺旋钻采煤机存在的需停机进行钻具对接的问题，基本消除了辅助时间，仅此一项，可提高3倍的生产效率；本发明的接长臂采用接长臂单元设计，结构设计简单，接长臂对接简单，只需连接接长臂单元的无旋转运动的外箱体即可实现对接，螺旋杆无需轴向固定，操作简单，连接可靠，无脱节现象，且接长臂单元的箱体式结构设计，推进方便，退出时无卡滞现象；本发明通过在主机两侧分别设置截割部和接长臂，可实现双向推进接长臂采煤的功能，在布置一条巷道的条件下两帮均可采煤，节省了准备巷道的成本，而且，在采完一帮时，仅需在另一帮安装一套截割部，即可实现一帮退回另一帮推进的作业方式，操作的简单化使得该设备用人少，工人劳动环境好、强度小，生产效率高；通过设置底置式的输送部，可将采出的煤炭直接运至矿井主运输系统上，简化了矿井运输系统的配置，降低了开采成本。本发明实现了操作方便、不停车对接、连续高效采煤作业的生产方式，并且适应性强、可实现无人工作面开采。应用本发明的采煤机用于薄煤层开采，解决了现有设备采煤方式无法开采，或能开采但效率低、成本高、可靠性差、安全性差的问题，实现了薄煤层无人工作面高效、安全、方便的开采，而且开采成本较其它开采方式低很多，可为矿井带来经济和社会双重效益。
附图说明
19.图1是本发明的主视示意图；
20.图2是图1的俯视示意图；
21.图3是本发明中的接长臂单元的俯视图；
22.图4是本发明中的截割部的俯视示意图；
23.图5是本发明中的截割部的剖视示意图；
24.图中，1、主机，2、接长臂，3、截割部，4、电控液压系统，5、电动滚筒6、支架，7、导套支架，8、固定油缸，9、圆形导轨，10、接长推进部，11、单向拨块，12、滑移架，13、推移油缸，14、导向滚筒，15、运输部，16、输送皮带，17、行走底盘，18、压辊，19、窗形框架，20、限位油缸，21、连杆，22、托辊，23、定位固定部，24、调整油缸，25、底盘支架，26、履带，27、液压马达，28、连接销轴，29、外箱体，30、第二螺旋输送杆，31、杆支撑，32、钻头，33、传动箱，34、减速机，35、监控调整系统，36、电动机，37、第一螺旋输送杆，38、通风管道，39、接长臂的推进凹槽，40、接长臂推进通道，41、限位杆，42、截割部的推进凹槽，43、u型槽，44、截割部箱体。
具体实施方式
25.下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
26.如附图所示，一种接长臂式联合采煤机，包括主机1、接长臂2、截割部3及电控液压系统4。
27.主机1是机组的重要部分；采煤作业中的移机定位，截割部3及接长臂2的双向推进及开采的煤炭运输均由该部分完成。主机1包括行走底盘17、接长推进部10。行走底盘17为
行走机构，主机1通过行走机构可进行移动。本发明中的行走机构可采用现有技术中的各种结构形式的行走机构，例如可采用履带行走机构。为提高设备的适应能力、机动性及灵活性，本发明中的主机1的行走机构优选采用两套履带行走机构，按运动方向前后布置。履带行走机构为现有技术，每套履带行走机构包括一个底盘支架25、两条履带26及驱动机构等，驱动机构采用液压马达27驱动。两套履带行走机构的底盘支架25通过连杆21铰接连接。液压马达27自带减速器，通过液压马达27驱动履带26实现主机1的移动。接长推进部10设置在主机1的行走底盘17上部，所述接长推进部10为框架结构，其前后两端是两个由厚钢板焊接成型的对称的窗型框架19，两个窗型框架19中间的矩形框为接长臂推进通道40，是接长臂2推进的通道。在接长推进部10的左右两端对称设置有接长臂推进机构，所述接长臂推进机构包括圆形导轨9、两个滑动设置在圆形导轨9上的滑移架12、推移油缸13，圆形导轨9的两端与接长推进部10前后两侧的窗型框架19连接，推移油缸13为双向活塞杆输出结构，可满足接长臂2双向对接推进的要求，推移油缸13安装在窗形框架19的u型槽43内，推移油缸13的缸体通过缸体中间的凸台卡在u型槽43内实现与接长推进部的固定，两个滑移架12分别与推移油缸13的活塞杆两端铰接，所述滑移架12上连接有单向拨块11，单向拨块11用于推动接长臂。通过推移油缸13可带动滑移架12沿圆形导轨9滑动，通过滑移架12上设置的单向拨块11推动接长臂2推进。
28.主机1为对称布置，主机1的前后两侧对应于所述接长臂推进通道40均可布置接长臂2和截割部3。
29.所述接长臂2包括有至少一个接长臂单元，所述接长臂单元包括外箱体29、可转动地设置在外箱体29内的两根平行设置的第二螺旋输送杆30。外箱体29为钢板焊接而成的矩形箱体，为提高刚度降低重量，可采用蜂窝式结构。为便于接长臂推进及回撤及防止冒顶造成卡阻问题，接长臂单元的外箱体29的上表面最好为平滑表面。其上部布置有存放截割部3电机电缆、冷却水管及监控检测线缆的矩形管线槽。外箱体29的两侧分别设置有多个可与滑移架12上的单向拨块11配合的推进凹槽39。接长臂推进机构通过单向拨块11插入推进凹槽39内可推动接长臂2移动。两根第二螺旋输送杆30通过杆支撑31设置在箱体中间，用于煤炭的运输。第二螺旋输送杆30的两端设置有插接式对接结构，该插接式对接结构可采用现有技术中的各种插接式对接结构形式，例如可以采用梅花式联轴器的结构形式，或采用其他结构形式。接长臂单元之间连接时，接长臂单元之间的连接靠布置在外箱体29两侧的连接轴销28连接，两者的第二螺旋输送杆30之间通过插接对接连接。接长臂单元与截割部3的连接也通过布置在外箱体29的连接销轴28连接。接长臂单元采用的外箱体29结构极大简化了接长臂的对接操作，并可防止孔内冒顶的卡阻，保证回撤的顺利。根据开采深度的要求确定配置接长臂单元的数量。为便于通风，本发明在所述接长臂单元的外箱体29两侧还分别设置有通风管道38，通风管道38用于开采孔内的通风，以控制瓦斯含量在安全范围内。本发明中，在窗形框架19的上侧还布置有限位油缸20，用于限制已推进(或退回)至位置的接长臂2，方便对接(或脱离)。
30.截割部3是整个机组的关键的落煤工作部分。截割部3包括截割部箱体44、传动箱33、多个钻头32、两根平行设置的第一螺旋输送杆37、减速机34、电动机36、监控调整系统35。截割部箱体44为矩形箱体，传动箱33、第一螺旋输送杆37、减速机34、电动机36、监控调整系统35均安装在截割部箱体44内。第一螺旋输送杆37的对接端也设置有插接式对接结
构，其可与接长臂单元的第二螺旋输送杆30对接。第一螺旋输送杆37对接端的插接式对接结构与第二螺旋输送杆30端部的插接式对接结构匹配。所述截割部箱体44的两侧均设置有多个可与所述滑移架12上的单向拨块11配合的推进凹槽42。接长臂推进机构通过单向拨块11插入推进凹槽42内可推动截割部3移动。传动箱33内设置有多根传动轴，各传动轴通过设置在传动轴上的齿轮啮合传动，钻头32在传动箱33的前部与传动箱33的对应的传动轴连接，两根第一螺旋输送杆37在传动箱33的后部与传动箱33的对应的传动轴连接。本发明中，截割部3采用的是动力前置式布置结构，电动机36动力经减速机34、通过传动箱33传递给各钻头32及两根第一螺旋输送杆37，钻头32旋转割煤，第一螺旋输送杆37旋转运煤至接长臂2的第二螺旋输送杆30接续运出，实现煤炭的开采。由于钻孔尺寸的限制，截割部3的电动机36优选采用水冷电机，减速机34采用行星齿轮式，整个结构布置紧凑。为提高采煤量，本发明中的截割部3的钻头采用六轴联动式结构，六个钻头32分别与传动箱33内的传动轴连接。本发明中截割部3可采用一组驱动动力驱动，本实施例中采用了两组驱动动力，每组驱动动力驱动三个钻头和一根第二螺旋输送杆30。采用六轴联动式钻头布置结构，使一次推进可采出一个3米左右宽的矩形孔，一次采煤量大大提高。监控调整系统35用于开采孔内瓦斯检测，煤岩识别，及钻进姿态的调整，保证安全生产及采出煤炭的洁净度，监控调整系统35为现有技术。
31.电控液压系统4包括电控系统和液压系统。电控系统是采煤机的电力引进、输出及自动系统的编程顺序控制部分，由开关和控制箱及感应器组成，且均满足井下防爆要求。液压系统为行走机构、各油缸、马达等执行机构提供动力及控制。电控系统和液压系统均为现有技术。
32.为便于采煤时对整机进行固定及调整作业姿态，以及便于将采下的煤炭输送出来，本发明的主机1还设置有定位固定部23和运输部15。其中，行走底盘17与运输部15固定连接，定位固定部23与接长推进部10固定连接。履带行走机构的底盘支架25上设置有与定位固定部23和运输部15连接的连接结构。底盘支架25预留有运输部15的输送皮带16的安装位置。
33.定位固定部23为在接长推进部10的左右两端对称设置的四套，每套定位固定部23包括固定油缸8、调整油缸24、限位杆41、导套支架7，导套支架7固定在接长推进部10的端部，导套支架7具有套筒，固定油缸8的缸筒可动地与导套支架7的套筒配合，固定油缸8的另一端与接长推进部10连接，调整油缸24铰接连接在导套支架7和主机1的行走底盘17之间。限位杆41的一端与导套支架7铰接，其另一端上下可动地与固定在行走底盘17上的套筒滑动配合。限位杆用于限制接长推进部与行走机构的水平方向相对位置，防止调整油缸侧向受力。通过操作调整油缸24的升降可调整采煤机的各种作业姿态，如开孔位置、推进俯仰角、中心高度等，以贴合相应的巷道煤层位置等地质条件。通过操作固定油缸8可使缸筒沿导套支架7的套筒伸出顶在巷道的两帮，起到固定机组工作姿态、平衡推进阻力的作用。
34.运输部15设置在主机1下部，用于将采下的煤炭输送出来。运输部15为皮带输送机构。运输部15由电动滚筒5、压辊18、托辊22、导向滚筒14、输送皮带16及支架6组成。为降低机组采煤中心高，本发明中的运输部15采用底置式结构，运输部15通过支架6安装在行走底盘17上，运输部15的输送皮带16由行走底盘17的预留空隙经过。为便于与后续的输送设备对接，运输部15的输出端高于由主机1的行走底盘17的预留空隙经过的部分，即在输送皮带
16到达接长推进部10外部无空间限制处再抬高滚筒落煤，以适应后续的运输设备接续。截割部3回采的煤炭通过接长臂2的螺旋输送杆运出钻孔，在接长推进部10的底部开孔处落到输送皮带16上运出。
35.本发明的工作原理是：
36.主机1布置在回采巷道内，调整好推进状态后固定，接长推进部10推动接长臂2及截割部3向一侧煤层推进，截割部3的电机减速机带动钻头32割煤，螺旋输送杆运煤，通过加接接长臂2达到预定深度的采煤作业。具体工作步骤介绍如下：
37.(1)、移机定位：
38.通过操纵行走底盘17的液压马达27带动履带26，移动主机1到巷道内需要的采煤位置，操作调整油缸24使机架的高度和倾斜度与所采的煤层一致，然后操作固定油缸8伸出支撑在巷道的两帮，主机1即完成了定向和固定，下一步就可以进行采煤作业了。
39.(2)、采煤作业：
40.采煤时，将一套截割部3放置在主机1的窗形框架19位置，操作电控系统启动截割部3的电动机36，经减速机34带动传动箱33，再带动钻头32及第一螺旋输送杆37旋转，并在接长推进部10的推移油缸13的推进作用下向煤层推进，钻头32旋转割煤，第一螺旋输送杆37旋转运煤，煤经过接长推进部10底部的孔落在运输部15的输送皮带16上运出。
41.当截割部3钻进到位后，在截割部3不停车的情况下，即可将一套接长臂单元放置在窗形框架19的对接位置，启动推移油缸13推进接长臂单元与截割部3对接，并插入连接销连接。继续推进接长臂2进行采煤作业。重复以上程序一节一节的将接长臂2推进，直至达到预定的采煤深度(一般60米左右)为止。由于实现了不停车对接接长臂2的功能，即前部截割部3可实现连续采煤，后部接长臂2的螺旋输送杆仅旋转往外运煤，因此可实现连续生产，使得生产效率大幅提升。并且，接长臂2的对接仅连接无旋转运动的外箱体29，用人少，操作简单，连接可靠。
42.一帮开采完毕后，在另一帮方向接入另一套截割部3，反向启动电动机36，操作推移油缸13将采完侧的截割部3、接长臂2退出的同时将另一帮方向的截割部3、接长臂2推进入另一帮采煤，直到推进到预定深度为止，此时采完侧的接长臂2也已退出完毕。该功能的实现使得一侧的退出作业与另一帮的推进作业完美结合，大大简化了操作程序，提高了生产效率。
43.在两帮全部开采完成后，执行退回程序，依次将接长臂2从钻孔中退出。由于接长臂单元采用了箱体结构，连接简单可靠，脱离时仅拔出连接销即可，操作简单。外箱体29上表面轴线方向为平滑表面，可有效防止冒顶造成的卡阻问题，保证接长臂2及截割部3回撤顺利，提高了设备复杂地质条件(特别是顶板条件)的适应能力。
44.之后，操作液压系统收回固定油缸8，启动行走履带26，带动主机1沿巷道移至下一个开采位置，开始第二个矩形孔的采煤工作。由于本发明设计了两套履带联动的行走机构，牵引力大，适应能力强，使移机时间大大缩短，并且还可实现较长距离不拆机快速移机的目的，机动性、灵活性有了很大程度的提高。
45.综上所述，本发明可实现薄煤层无人工作面开采，不停车对接的连续生产方式，接长臂2对接简单，退出时无卡滞现象，可安全高效的完成工作面内的破煤、装煤、运煤等各工序，无需再配套各种支护、运输等设备。由于工作面的设备检修也都在工作面以外的巷道中
进行，所以本发明使工人摆脱了较危险的工作地点，把工人从繁重的体力劳动和较恶劣的工作环境中解放出来，安全性大大提高，而且占用人员少，劳动生产率高，并能使一些用普通方法无法开采或很难开采的煤层得到了开发，提高了资源利用率。本发明连续生产方式的实现，使得其生产效率远远高于螺旋钻采煤机及普通的采煤设备，应用本发明用于薄煤层开采，解决了以往设备采煤方式无法开采，或能开采但效率低、成本高、可靠性差、安全性差的问题，可为矿井带来经济和社会双重效益。
46.虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
47.本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。