專(zhuān)利名稱(chēng)：切割煤層的高壓水力割縫機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑿巖類(lèi)機(jī)械，具體的說(shuō)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(shè)備。
背景技術(shù)：
甲烷是煤炭形成過(guò)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(kāi)采過(guò)程中危害性最大的有害氣體。為了防止煤礦開(kāi)采過(guò)程中瓦斯積聚和爆炸， 目前礦井采用通風(fēng)攜排的方式降低煤礦巷道中的瓦斯含量。但隨著機(jī)械化程度的提高和煤 炭產(chǎn)量的增加，單純采用通風(fēng)方式已經(jīng)不能有效降低煤礦巷道中的瓦斯。必須在開(kāi)采前對(duì) 煤層中的瓦斯實(shí)施鉆孔預(yù)抽放，才能降低煤層中的瓦斯含量，減少開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯涌出 量。但對(duì)于埋藏較深的煤層和裂隙發(fā)育差、或完整性好的煤層，其透氣性較差。現(xiàn)有的鉆孔 抽放技術(shù)不能有效地抽放出煤層中的瓦斯，必須對(duì)煤層的透氣性進(jìn)行改造和提高。高壓水力割縫機(jī)是利用高壓水射流對(duì)煤層進(jìn)行切割，使煤層卸壓，達(dá)到改造煤層 透氣性目的的一種設(shè)備。專(zhuān)利“水射流連續(xù)推進(jìn)的定向鉆機(jī)”(專(zhuān)利號(hào)ZL03122733. 3)，提出一種適于地下 坑道作業(yè)的水射流連續(xù)推進(jìn)的定向鉆機(jī)，可以完成連續(xù)推進(jìn)和鉆進(jìn)的功能。但從結(jié)構(gòu)上看， 該發(fā)明具有以下缺點(diǎn)1)采用電機(jī)和無(wú)極變速器作為驅(qū)動(dòng)力，以鏈條進(jìn)行傳動(dòng)，帶動(dòng)鋼管 推進(jìn)機(jī)構(gòu)推動(dòng)連續(xù)鋼管。作業(yè)過(guò)程中連續(xù)管因某些原因停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者推進(jìn)機(jī)構(gòu)的滾輪 會(huì)嚴(yán)重磨損連續(xù)管，或者因推進(jìn)機(jī)構(gòu)滾輪與連續(xù)管摩擦力大而停止旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)鏈條因不 能驅(qū)動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)將被拉斷；2)滾筒采用直立式布置，連續(xù)管從纏繞滾筒下部水平推出，使 得鉆孔位置過(guò)低，不適于煤礦使用；3)連續(xù)管在滾筒上單層纏繞，使得滾筒儲(chǔ)存連續(xù)管的 長(zhǎng)度有限，不能實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)鉆孔的施工。基于上述三個(gè)缺點(diǎn)，大大地限制了該發(fā)明的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在克服上述發(fā)明缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出的一種切割煤層的高壓水力割縫機(jī)， 解決現(xiàn)有技術(shù)傳動(dòng)系統(tǒng)部件易損壞、運(yùn)動(dòng)不同步，滾筒立置、鉆孔位置過(guò)低，連續(xù)管單層纏 繞、長(zhǎng)度有限的問(wèn)題。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的—種切割煤層的高壓水力割縫機(jī)，包括機(jī)架，安裝在機(jī)架內(nèi)的纏繞滾筒，纏繞在 纏繞滾筒上的連續(xù)鋼管，連續(xù)鋼管推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)，安裝在連續(xù)鋼管前端的水射流鉆頭，以 及滾筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和高壓水配水套，其特征在于所述機(jī)架的四個(gè)角安裝由液壓閥組控制的 割縫機(jī)支撐油缸，所述機(jī)架的中心安裝有滾筒旋轉(zhuǎn)軸；所述纏繞滾筒水平放置，并與機(jī)架中 心的滾筒旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)配合；所述連續(xù)鋼管推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)安裝在機(jī)架上，它由連接箱體，矯直 機(jī)和推進(jìn)機(jī)組成，連續(xù)鋼管穿在推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)的通孔中，推進(jìn)油缸運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)推進(jìn)機(jī)工 作；所述高壓水配水套由配水套盤(pán)，配水內(nèi)套和配水外套及密封件組成，所述配水套盤(pán)上安 裝連續(xù)管多層纏繞換向機(jī)構(gòu)；所述滾筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)，齒輪組和滾筒齒圈組成，滾筒齒圈與纏繞滾筒通過(guò)螺栓連接，液壓馬達(dá)及齒輪組安裝在所述配水套盤(pán)上，齒輪組驅(qū)動(dòng)滾 筒齒圈，帶動(dòng)纏繞滾筒繞滾筒旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述纏繞滾筒周?chē)植既M連續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu)， 每組所述壓緊機(jī)構(gòu)由滑道立柱，拉簧，壓緊滾輪組成，每組連續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu)由一個(gè)水平連 接臂連接在配水套盤(pán)上，當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓緊滾輪能夠同滾筒一起上下移動(dòng)。所述矯直機(jī)由矯直機(jī)殼體和兩組滾輪組成，兩組滾輪分別以水平和垂直兩個(gè)方向 安裝在矯直機(jī)殼體內(nèi)；所述推進(jìn)機(jī)由夾持器，兩個(gè)推進(jìn)油缸，及兩個(gè)拉拔油缸組成，所述矯 直機(jī)、推進(jìn)油缸和拉拔油缸固定在機(jī)座上，所述夾持器固定在所述推進(jìn)油缸的活塞桿上。所述連續(xù)管多層纏繞換向機(jī)構(gòu)由換向齒輪，傳動(dòng)齒輪組，傳動(dòng)齒輪，及滾筒提升齒 輪組成，所述傳動(dòng)齒輪組由兩個(gè)齒輪組成，所述傳動(dòng)齒輪為單個(gè)齒輪，所述配水內(nèi)套的齒輪 與所述換向齒輪嚙合，所述配水內(nèi)套與纏繞滾筒輪轂通過(guò)螺栓連接，所述換向齒輪只與所 述傳動(dòng)齒輪或所述傳動(dòng)齒輪組的一個(gè)齒輪嚙合，所述傳動(dòng)齒輪和所述傳動(dòng)齒輪組與所述滾 筒提升齒輪嚙合。所述滾筒提升齒輪有內(nèi)矩形螺紋，與所述滾筒旋轉(zhuǎn)軸的矩形螺紋相配合，所述滾 筒提升齒輪通過(guò)軸承與所述配水套盤(pán)連接。所述配水套盤(pán)由三個(gè)支撐臂與連續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu)連接。所述推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)的通孔與纏繞滾筒外緣相切。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果①采用全液壓驅(qū)動(dòng)方式，克服了傳動(dòng)系統(tǒng)中各部件運(yùn)動(dòng)不同步的難題；②滾筒采用水平放置，鉆孔位置可以任意調(diào)節(jié)，不受設(shè)備高度的影響；③采用多層纏繞連續(xù)鋼管，使連續(xù)管的長(zhǎng)度不受滾筒大小的影響。


圖1為本發(fā)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(jié)合附圖通過(guò)較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)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(jī)，由機(jī)架1，連續(xù)鋼管矯 直機(jī)和推進(jìn)機(jī)2，連續(xù)鋼管多層纏繞換向機(jī)構(gòu)3，連續(xù)鋼管4，纏繞滾筒5，連續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu) 6，射流割縫鉆頭7，液壓閥組8，滾筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9，高壓水配水套10等部件構(gòu)成。所述機(jī)架1的四個(gè)角安裝由液壓閥組8控制的割縫機(jī)支撐油缸1-1，油缸伸縮可以 控制割縫機(jī)的高度和仰角，所述機(jī)架1的中心安裝有滾筒旋轉(zhuǎn)軸1-2，所述纏繞滾筒5水平 放置，可繞位于機(jī)架中心的滾筒旋轉(zhuǎn)軸1-2旋轉(zhuǎn)。纏繞滾筒5旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠沿著滾筒旋轉(zhuǎn)軸 1-2上下移動(dòng)，并將連續(xù)鋼管4纏繞在纏繞滾筒5上。所述連續(xù)鋼管矯直機(jī)和推進(jìn)機(jī)2安裝在機(jī)架1上，包括連接箱體2-1，矯直機(jī)2-2和推進(jìn)機(jī)2-3，連續(xù)鋼管4穿在矯直機(jī)及推進(jìn)機(jī)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(jī)2-2由矯直機(jī)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(gè)方向安裝在矯直機(jī)殼體2-2-1內(nèi)，從兩個(gè)正交方向?qū)B續(xù)鋼管4進(jìn)行矯直。所述推進(jìn)機(jī)2-3由夾持器2-3-1，兩個(gè)推進(jìn)油缸2_3_2，及兩個(gè)拉拔油缸2_3_3組 成。需要將連續(xù)鋼管4伸入鉆孔中時(shí)，首先由夾持器2-3-1夾緊連續(xù)鋼管，然后推進(jìn)油缸
2-3-2帶動(dòng)夾持器2-3-1拽動(dòng)連續(xù)鋼管4，推進(jìn)油缸2-3-2達(dá)到行程后，松開(kāi)夾持器2_3_1， 收回推進(jìn)油缸2-3-2，完成一個(gè)推進(jìn)循環(huán)。當(dāng)需要拽出連續(xù)鋼管4時(shí)，兩個(gè)拉拔油缸2-3-支 撐在煤壁上，滾筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9驅(qū)動(dòng)纏繞滾筒5旋轉(zhuǎn)，將連續(xù)鋼管4從鉆孔中抽出，并纏繞在 纏繞滾筒5上，可以防止高壓水力割縫機(jī)向前移動(dòng)。所述高壓水配水套10由配水套盤(pán)10-1，配水內(nèi)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(yùn)動(dòng)的配水套盤(pán)10_1傳輸?shù)叫?轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)鋼管4中。配水套盤(pán)10-1通過(guò)軸承與滾筒提升齒輪3-4連接，并由三個(gè)支撐 臂1-3連接在連續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu)6的立柱6-1上。當(dāng)滾筒5旋轉(zhuǎn)時(shí)，配水內(nèi)套10-2和滾筒 5同步旋轉(zhuǎn)，配水套盤(pán)10-1和配水外套10-3不旋轉(zhuǎn)，只是連同滾筒5 —起上下移動(dòng)。所述配水套盤(pán)10-1上安裝連續(xù)鋼管多層纏繞換向機(jī)構(gòu)3，所述換向機(jī)構(gòu)3由換向 齒輪3-1，傳動(dòng)齒輪組3-2，傳動(dòng)齒輪3-3，及滾筒提升齒輪3-4組成，所述傳動(dòng)齒輪組3_2由 兩個(gè)齒輪組成，所述傳動(dòng)齒輪3-3為單個(gè)齒輪，所述配水內(nèi)套10-2的齒輪與所述換向齒輪
3-1嚙合，所述配水內(nèi)套10-2與纏繞滾筒5輪轂通過(guò)螺栓連接，所述換向齒輪3-1只與所述 傳動(dòng)齒輪3-3或所述傳動(dòng)齒輪組3-2的一個(gè)齒輪嚙合，所述傳動(dòng)齒輪3-3或所述傳動(dòng)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(nèi)矩形螺紋，與所述滾筒旋轉(zhuǎn)軸1-2的矩形螺紋相配合， 所述滾筒提升齒輪3-4通過(guò)軸承與所述配水套盤(pán)10-1連接，當(dāng)滾筒提升齒輪3-4旋轉(zhuǎn)時(shí)， 滾筒提升齒輪帶動(dòng)滾筒5及配水套盤(pán)10-1沿滾筒旋轉(zhuǎn)軸1-2上下移動(dòng)。纏繞滾筒5旋轉(zhuǎn)時(shí)能帶動(dòng)配水內(nèi)套10-2 —起旋轉(zhuǎn)，并將動(dòng)力傳遞給換向齒輪3-1 的同軸齒輪。通過(guò)調(diào)整傳動(dòng)齒輪組3-2或傳動(dòng)齒輪3-3與換向齒輪3-1的嚙合關(guān)系，可以 實(shí)現(xiàn)在纏繞滾筒5旋轉(zhuǎn)方向不變的條件下，改變滾筒提升齒輪3-4的旋轉(zhuǎn)方向，從而改變纏 繞滾筒5上下移動(dòng)的方向，實(shí)現(xiàn)多層纏繞連續(xù)鋼管4。所述滾筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9由液壓馬達(dá)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(guò)螺栓連接，液壓馬達(dá)9-1及齒輪組9-3安裝在所述配水套盤(pán)10-1上， 齒輪組9-3驅(qū)動(dòng)滾筒齒圈9-2，帶動(dòng)纏繞滾筒5繞滾筒旋轉(zhuǎn)軸1-2旋轉(zhuǎn)。使用時(shí)首先在煤層中施工瓦斯抽放鉆孔，然后將連續(xù)鋼管沿鉆孔伸入煤層直至鉆 孔的底部。再一邊回退收連續(xù)鋼管4，一邊利用20 70MPa的高壓水射流對(duì)鉆孔進(jìn)行切割。 煤層被切割后，切割縫兩側(cè)的煤層發(fā)生變形和破裂，從而達(dá)到提高煤層透氣性的目的。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限定，凡是 依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施方案所作的任何簡(jiǎn)化修改，等同變化和修飾，均屬于本 發(fā)明技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
一種切割煤層的高壓水力割縫機(jī)，包括機(jī)架(1)，安裝在機(jī)架(1)內(nèi)的纏繞滾筒(5)，纏繞在纏繞滾筒(5)上的連續(xù)鋼管(4)，連續(xù)鋼管推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)(2)，安裝在連續(xù)鋼管前端的水射流鉆頭(7)，以及滾筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)和高壓水配水套(10)，其特征在于所述機(jī)架(1)的四個(gè)角安裝由液壓閥組(8)控制的割縫機(jī)支撐油缸(1 1)，所述機(jī)架(1)的中心安裝有滾筒旋轉(zhuǎn)軸(1 2)；所述纏繞滾筒(5)水平放置，并與機(jī)架中心的滾筒旋轉(zhuǎn)軸(1 2)動(dòng)配合；所述連續(xù)鋼管推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)(2)安裝在機(jī)架(1)上，它由連接箱體(2 1)，矯直機(jī)(2 2)和推進(jìn)機(jī)(2 3)組成，連續(xù)鋼管(4)穿在推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)(2)的通孔中；所述高壓水配水套(10)由配水套盤(pán)(10 1)，配水內(nèi)套(10 2)和配水外套(10 3)及密封件組成，所述連續(xù)管多層纏繞換向機(jī)構(gòu)(3)安裝在配水套盤(pán)(10 1)上；所述滾筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)由液壓馬達(dá)(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(guò)螺栓連接，液壓馬達(dá)(9 1)及齒輪組(9 3)安裝在所述配水套盤(pán)(10 1)上，齒輪組(9 3)驅(qū)動(dòng)滾筒齒圈(9 2)，帶動(dòng)纏繞滾筒(5)繞滾筒旋轉(zhuǎn)軸(1 2)旋轉(zhuǎn)；所述纏繞滾筒(5)周?chē)植既M連續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu)(6)，每組所述壓緊機(jī)構(gòu)(6)由滑道立柱(6 1)，拉簧(6 2)，壓緊滾輪(6 3)組成，每組連續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu)由一個(gè)水平連接臂(1 3)連接在配水套盤(pán)(10 1)上，當(dāng)滾筒(5)旋轉(zhuǎn)時(shí)，連續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu)能夠沿著滑道立柱(6 1)同滾筒同步上下移動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的連續(xù)鋼管推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)，其特征在于所述矯直機(jī)(2-2) 由矯直機(jī)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(gè)方向安裝在矯直機(jī)殼體(2-2-1)內(nèi)；所述推進(jìn)機(jī)(2-3)由夾持器(2-3-1)、兩個(gè)推進(jìn)油缸 (2-3-2)、及兩個(gè)拉拔油缸(2-3-3)組成，所述矯直機(jī)(2-2)、推進(jìn)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(jìn)油缸(2_3_2) 活塞桿上。
3.按照權(quán)利要求1所述的切割煤層的高壓水力割縫機(jī)，其特征在于所述連續(xù)管多層 纏繞換向機(jī)構(gòu)(3)由換向齒輪(3-1)，傳動(dòng)齒輪組(3-2)，傳動(dòng)齒輪(3-3)，及滾筒提升齒輪 (3-4)組成，所述傳動(dòng)齒輪組(3-2)由兩個(gè)齒輪組成，所述傳動(dòng)齒輪(3-3)為單個(gè)齒輪，所 述配水內(nèi)套(10-2)的齒輪與所述換向齒輪(3-1)嚙合，所述配水內(nèi)套(10-2)與纏繞滾筒 (5)輪轂通過(guò)螺栓連接，所述換向齒輪(3-1)只與所述傳動(dòng)齒輪(3-3)或所述傳動(dòng)齒輪組 (3-2)的一個(gè)齒輪嚙合，所述傳動(dòng)齒輪(3-3)或所述傳動(dòng)齒輪組(3-2)可與所述滾筒提升齒 輪(3-4)嚙合。
4.按照權(quán)利要求3所述的切割煤層的高壓水力割縫機(jī)，其特征在于所述滾筒提升齒 輪(3-4)有內(nèi)矩形螺紋，與所述滾筒旋轉(zhuǎn)軸(1-2)的矩形螺紋相配合，所述滾筒提升齒輪 (3-4)通過(guò)軸承與所述配水套盤(pán)(10-1)連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的切割煤層的高壓水力割縫機(jī)，其特征在于所述推進(jìn)機(jī)和矯 直機(jī)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(jī)，涉及鑿巖類(lèi)機(jī)械。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)傳動(dòng)部件易損壞，鉆孔位置過(guò)低，連續(xù)管長(zhǎng)度有限的問(wèn)題。本發(fā)明的機(jī)架四角安裝割縫機(jī)支撐油缸，機(jī)架中心安裝滾筒旋轉(zhuǎn)軸；纏繞滾筒水平放置；連續(xù)鋼管推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)由連接箱體，矯直機(jī)和推進(jìn)機(jī)組成，連續(xù)鋼管穿在推進(jìn)機(jī)和矯直機(jī)的通孔中；高壓水配水套由配水套盤(pán)，配水內(nèi)套和配水外套組成，配水套盤(pán)上安裝連續(xù)管多層纏繞換向機(jī)構(gòu)；滾筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)，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(dá)及齒輪組安裝在配水套盤(pán)上，齒輪組驅(qū)動(dòng)滾筒齒圈，帶動(dòng)纏繞滾筒旋轉(zhuǎn)；纏繞滾筒周?chē)植歼B續(xù)鋼管壓緊機(jī)構(gòu)。本發(fā)明用于改造低滲透礦物儲(chǔ)層(尤其煤層)的透氣性。
文檔編號(hào)E21F7/00GK101975054SQ20101050318
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者馮增朝, 呂兆興, 常宗旭, 康軍, 康志勤, 趙東, 趙陽(yáng)升 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)