CN212389263U - 基于水射流技术的锚索自钻进装置 - Google Patents

Abstract

基于水射流技术的锚索自钻进装置，包括角度可调式钻进机构和设置在角度可调式钻进机构后侧的水射流发生装置；锚索夹持旋转机构和锚索旋转导向夹具之间夹持有中空锚索，中空锚索前端设有高压喷头，水射流发生装置的出水管的出水口与中空锚索的后端通过高压旋转密封接头连接。本实用新型钻进过程不生热、无火花、无粉尘、本质安全、噪音小，特别适用于煤矿井下环境。本实用新型节省了钻杆钻进及退杆的工序，且操作简单，易于实现自动化控制。采用中空锚索做为钻具，一次钻进并推送到孔底，不存在退钻杆或退锚索的环节，钻孔成形后，一直有锚索支撑，不受钻孔变形及塌落的影响，特别适用于煤岩体破碎区域锚索施工。

Description

基于水射流技术的锚索自钻进装置

技术领域

本实用新型属于矿业工程技术领域，具体涉及基于水射流技术的锚索自钻进装置。

背景技术

锚索支护是矿山工程、岩土工程、地下工程等常用的支护技术。锚索的长度长，锚固范围大，与锚杆支护配合使用，已经成为我国煤矿巷道最主要的支护方式。

锚索长度从3~4米到十几米不等，煤矿常用锚索长度在6~10m左右，现有的施工过程为：使用锚索钻机打孔，钻杆长度一般为1m，因此需要使用6~10个钻杆，完成钻孔施工，然后逐个退出钻杆；使用锚索将锚固剂送入钻孔。单根锚索的施工时间在20~30分钟左右。当锚固区域的煤岩体较破碎或应力较高时，锚索钻孔施工完成退出钻杆后，钻孔会发生变形甚至塌孔，造成锚固剂和锚索送入困难或者废孔。因此，锚索施工工序多，时间长，易塌孔等是现有技术的主要缺点。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种环保、安全、易于操作、施工效率高的基于水射流技术的锚索自钻进装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：基于水射流技术的锚索自钻进装置，包括角度可调式钻进机构和设置在角度可调式钻进机构后侧的水射流发生装置；

角度可调式钻进机构包括竖向设置一根液压缸,液压缸的缸体下端设有固定支架,液压缸的活塞杆上端设有定位架,液压缸的缸体上部左侧沿前后水平设有一根固定轴，固定轴上转动连接有一个矩形框架，矩形框架上沿前后方向设有滑道和气缸，滑道上滑动设有滑板，滑板后侧设有锚索夹持旋转机构，气缸位于滑道下方，气缸的后端铰接在矩形框架后侧下部，气缸的前端通过连接座与滑板底部连接，液压缸的缸体上部左侧固定设有一块立板，固定轴垂直穿过立板，立板竖向设置且平行于滑道，立板上开设有以固定轴为中心线的弧形导孔，矩形框架右侧部设有一个定位螺栓，定位螺栓右端穿过立板上的弧形导孔并通过螺母立板压接配合；矩形框架后侧上部设有与锚索夹持旋转机构前后对应的锚索旋转导向夹具；

锚索夹持旋转机构和锚索旋转导向夹具之间夹持有中空锚索，中空锚索前端设有高压喷头，水射流发生装置的出水管的出水口与中空锚索的后端通过高压旋转密封接头连接。

立板为半圆形结构，立板的直线段边竖向设置并与液压缸的缸体固定连接，弧形导孔位于液压缸的后侧，立板右侧面沿弧形导孔的长度方向设有角度刻度尺，角度刻度尺的0刻度位于弧形导孔的中点处。

水射流发生装置包括水桶或砂浆搅拌桶、抽水管、出水管以及高压清水泵或砂浆泵，抽水管的进口伸入到水桶或砂浆搅拌桶的液面下，抽水管的出口与高压清水泵或砂浆泵的进口连接，高压清水泵或砂浆泵的出口与出水管的进口连接。

高压喷头包括喷头本体和连接套，连接套的内孔包括前侧的第一内螺纹孔和后侧的第二内螺纹孔，第一内螺纹孔的孔径小于第二内螺纹孔的孔径，中空锚索的前端伸入并螺纹连接到第二内螺纹孔内，喷头本体外圆设置有外螺纹，喷头本体的外圆伸入并螺纹连接在第一内螺纹孔内，喷头本体内前侧设有两个中心对称的喷射孔，喷头本体内部后侧中心处开设有与中空锚索的中心孔对应的过水孔，两个喷射孔的后端通过径向开设的连接孔与过水孔连通，喷头本体前侧中部开设有内六方槽。

采用上述技术方案，根据具体锚索锚固煤岩体的强度和岩性选择使用纯水射流或磨料水射流，煤或软弱岩体使用纯水射流，直接使用高压清水泵做为动力；中硬或坚硬岩体使用磨料水射流，使用砂浆泵做为动力。

锚索夹持旋转机构采用液压马达通过齿轮传动机构带动中空锚索旋转。本实用新型在工作使用时，在指定的锚索支护施工地点的后侧设置角度可调式钻进机构，在角度可调式钻进机构的后侧设置水射流发生装置。然后调节锚索钻进的方向，即先启动液压缸，液压缸的活塞缸向上伸长，定位架顶压巷道顶板，将角度可调式钻进机构的位置固定，然后拧松前侧和后侧定位螺栓上的螺母，转动矩形框架，矩形框架以固定轴为中心线转动，定位螺栓在弧形导孔内移动，通过角度刻度尺上的刻度确定钻进的方向，然后拧紧两个螺母使矩形框架定位。

然后启动水射流发生装置和角度可调式钻进机构对前侧的煤岩壁进行钻孔作业，钻孔作业的具体操作步骤为：启动高压清水泵或砂浆泵、锚索夹持旋转机构和气缸，高压清水泵或砂浆泵将水桶或砂浆搅拌桶内的清水或磨料水抽出通过中空锚索向前输送到高压喷头，经过高压喷头上的两个喷射孔向前喷出，形成能破岩的水射流，气缸推动滑板、锚索夹持旋转机构沿滑道向前移动，中空锚索在向前移动的同时以一定速度旋转，两个喷射孔向前喷出的水射流对煤岩壁进行高压水力钻孔，煤屑、岩屑通过钻孔与中空锚索之间的环形减小从孔口流出，气缸的活塞杆伸出的行程达到最大时，气缸停止伸长，锚索夹持旋转机构松开中空锚索，锚索旋转导向夹具夹紧中空锚索，气缸的活塞杆收缩，驱动滑板和锚索夹持旋转机构向后移动，向后移动到初始位置时，锚索夹持旋转机构夹持住中空锚索，锚索旋转导向夹具松开中空锚索，然后重复气缸驱动滑板向前移动、锚索夹持旋转机构驱动中空锚索旋转、中空锚索前端的高压喷头喷出高压水射流对煤岩壁进行水力切割作业这个过程，气缸的活塞杆伸出的行程达到最大时，气缸的活塞杆再缩回，如此多次循环操作，直到将中空锚索大部分进入到钻孔内，钻孔外的中空锚索长度有10-15cm后关闭高压清水泵或砂浆泵、气缸和锚索夹持旋转机构。

综上所述，本实用新型具有以下技术效果：

（1）本实用新型使用的水射流技术属于冷切割技术，钻进过程不生热、无火花、无粉尘、本质安全、噪音小，特别适用于煤矿井下环境。

（2）本实用新型节省了钻杆钻进及退杆的工序，且操作简单，易于实现自动化控制，配备大流量的高压泵，连接多分支管路还可以实现多个锚索的同时施工，施工效率大大提升。

（3）本实用新型采用中空锚索做为钻具，一次钻进并推送到孔底，不存在退钻杆或退锚索的环节，钻孔成形后，一直有锚索支撑，不受钻孔变形及塌落的影响，特别适用于煤岩体破碎区域锚索施工。

（4）水射流发生装置能够产生高压水射流或高压磨料水射流，用管路输送到中空锚索，经中空锚索内孔从高压喷头喷出，以液压立柱（液压缸）为主体的角度可调式钻进机构可先对钻进的方向进行调节并固定，带动中空锚索旋转和向前推进，高压喷头喷出的高压水射流实现对煤岩体的旋转破岩，从而实现了中空锚索的自钻进。

附图说明

图1为本实用新型在自钻进作业时的结构示意图；

图2是图1中高压喷头的放大图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型的基于水射流技术的锚索自钻进装置，包括角度可调式钻进机构和设置在角度可调式钻进机构后侧的水射流发生装置。

角度可调式钻进机构包括竖向设置一根液压缸6，液压缸6的缸体下端设有固定支架7,液压缸6的活塞杆上端设有定位架8,液压缸6的缸体上部左侧沿前后水平方向设有一根固定轴9，固定轴9上转动连接有一个矩形框架10，矩形框架10上沿前后方向设有滑道11和气缸12，滑道11上滑动设有滑板13，滑板13后侧设有锚索夹持旋转机构14，气缸12位于滑道11下方，气缸12的后端铰接在矩形框架10后侧下部，气缸12的前端通过连接座与滑板13底部连接，液压缸6的缸体上部左侧固定设有一块立板15，固定轴9垂直穿过立板15，立板15竖向设置且平行于滑道11，立板15上开设有以固定轴9为中心线的弧形导孔16，矩形框架10右侧部固定设有一个定位螺栓17，定位螺栓17右端穿过立板15上的弧形导孔16与并通过螺母18与立板15压接配合；矩形框架10后侧上部设有与锚索夹持旋转机构14前后对应的锚索旋转导向夹具19；锚索夹持旋转机构和锚索旋转导向夹具之间夹持有中空锚索1，中空锚索1前端设有高压喷头38，水射流发生装置的出水管的出水口与中空锚索1的后端通过高压旋转密封接头2连接。

立板15为半圆形结构，立板15直线段边竖向设置并与液压缸6的缸体固定连接，弧形导孔16位于液压缸6的后侧，前侧立板15的前侧面和后侧立板15的后侧面均沿弧形导孔16的长度方向设有角度刻度尺，角度刻度尺的0刻度位于弧形导孔16的中点处。

水射流发生装置包括水桶或砂浆搅拌桶20、抽水管21、出水管22以及高压清水泵或砂浆泵23，抽水管21的进口伸入到水桶或砂浆搅拌桶20的液面下，抽水管21的出口与高压清水泵或砂浆泵23的进口连接，高压清水泵或砂浆泵23的出口与出水管22的进口连接。

高压喷头38包括喷头本体24和连接套25，连接套25的内孔包括前侧的第一内螺纹孔和后侧的第二内螺纹孔，第一内螺纹孔的孔径小于第二内螺纹孔的孔径，中空锚索1的前端伸入并螺纹连接到第二内螺纹孔内，喷头本体24外圆设置有外螺纹，喷头本体24的外圆伸入并螺纹连接在第一内螺纹孔内，喷头本体24内前侧设有两个中心对称的喷射孔26，喷头本体24内部后侧中心处开设有与中空锚索1的中心孔对应的过水孔27，两个喷射孔26的后端通过径向开设的连接孔28与过水孔27连通，喷头本体24前侧中部开设有内六方槽29。内六方槽29用于使用六棱柱扳手驱动喷头本体24旋入或旋出第一内螺孔内。

根据具体锚索锚固煤岩体的强度和岩性选择使用纯水射流或磨料水射流，煤或软弱岩体使用纯水射流，直接使用高压清水泵做为动力；中硬或坚硬岩体使用磨料水射流，使用砂浆泵做为动力。

锚索夹持旋转机构采用液压马达通过齿轮传动机构带动中空锚索旋转。本实用新型在工作使用时，在指定的锚索支护施工地点的后侧设置角度可调式钻进机构，在角度可调式钻进机构的后侧设置水射流发生装置。然后调节锚索钻进的方向，即先启动液压缸6，液压缸6的活塞缸向上伸长，定位架8顶压巷道顶板，将角度可调式钻进机构的位置固定，然后拧松前侧和后侧定位螺栓17上的螺母18，转动矩形框架10，矩形框架10以固定轴9为中心线转动，定位螺栓17在弧形导孔16内移动，通过角度刻度尺上的刻度确定钻进的方向，然后拧紧两个螺母18使矩形框架10定位。

然后启动水射流发生装置和角度可调式钻进机构对前侧的煤岩壁进行钻孔作业，钻孔作业的具体操作步骤为：启动高压清水泵或砂浆泵23、锚索夹持旋转机构14和气缸12，高压清水泵或砂浆泵23将水桶或砂浆搅拌桶20内的清水或磨料水抽出通过中空锚索1向前输送到高压喷头38，经过高压喷头38上的两个喷射孔26向前喷出，形成能破岩的水射流，气缸12推动滑板13、锚索夹持旋转机构14沿滑道向前移动，中空锚索1在向前移动的同时高速旋转，两个喷射孔26向前喷出的水射流对煤岩壁3进行高压水力钻孔，煤屑、岩屑通过钻孔与中空锚索1之间的环形减小从孔口流出，气缸12的活塞杆伸出的行程达到最大时，气缸12停止伸长，锚索夹持旋转机构14松开中空锚索1，锚索旋转导向夹具19夹紧中空锚索1，气缸12的活塞杆收缩，驱动滑板13和锚索夹持旋转机构14向后移动，向后移动到初始位置时，锚索夹持旋转机构14夹持住中空锚索1，锚索旋转导向夹具19松开中空锚索1，然后重复气缸12驱动滑板13向前移动、锚索夹持旋转机构14驱动中空锚索1旋转、中空锚索1前端的高压喷头38喷出高压水射流对煤岩壁3进行水力切割作业这个过程，气缸12的活塞杆伸出的行程达到最大时，气缸12的活塞杆再缩回，如此多次循环操作，直到将中空锚索1大部分进入到钻孔内，钻孔外的中空锚索1长度有10-15cm后关闭高压清水泵或砂浆泵23、气缸12和锚索夹持旋转机构14。

本实用新型中的高压旋转密封接头2、锚索夹持旋转机构14、锚索旋转导向夹具19、高压清水泵、砂浆泵、气缸12、液压缸6均为现有成熟技术，市场上均可购置，具体构造不再赘述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.基于水射流技术的锚索自钻进装置，其特征在于：包括角度可调式钻进机构和设置在角度可调式钻进机构后侧的水射流发生装置；

角度可调式钻进机构包括竖向设置一根液压缸,液压缸的缸体下端设有固定支架,液压缸的活塞杆上端设有定位架,液压缸的缸体上部左侧沿前后水平设有一根固定轴，固定轴上转动连接有一个矩形框架，矩形框架上沿前后方向设有滑道和气缸，滑道上滑动设有滑板，滑板后侧设有锚索夹持旋转机构，气缸位于滑道下方，气缸的后端铰接在矩形框架后侧下部，气缸的前端通过连接座与滑板底部连接，液压缸的缸体上部左侧固定设有一块立板，固定轴垂直穿过立板，立板竖向设置且平行于滑道，立板上开设有以固定轴为中心线的弧形导孔，矩形框架右侧部设有一个定位螺栓，定位螺栓右端穿过立板上的弧形导孔并通过螺母立板压接配合；矩形框架后侧上部设有与锚索夹持旋转机构前后对应的锚索旋转导向夹具；

锚索夹持旋转机构和锚索旋转导向夹具之间夹持有中空锚索，中空锚索前端设有高压喷头，水射流发生装置的出水管的出水口与中空锚索的后端通过高压旋转密封接头连接。

2.根据权利要求1所述的基于水射流技术的锚索自钻进装置，其特征在于：立板为半圆形结构，立板的直线段边竖向设置并与液压缸的缸体固定连接，弧形导孔位于液压缸的后侧，立板右侧面沿弧形导孔的长度方向设有角度刻度尺，角度刻度尺的0刻度位于弧形导孔的中点处。

3.根据权利要求1所述的基于水射流技术的锚索自钻进装置，其特征在于：水射流发生装置包括水桶或砂浆搅拌桶、抽水管、出水管以及高压清水泵或砂浆泵，抽水管的进口伸入到水桶或砂浆搅拌桶的液面下，抽水管的出口与高压清水泵或砂浆泵的进口连接，高压清水泵或砂浆泵的出口与出水管的进口连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于水射流技术的锚索自钻进装置，其特征在于：高压喷头包括喷头本体和连接套，连接套的内孔包括前侧的第一内螺纹孔和后侧的第二内螺纹孔，第一内螺纹孔的孔径小于第二内螺纹孔的孔径，中空锚索的前端伸入并螺纹连接到第二内螺纹孔内，喷头本体外圆设置有外螺纹，喷头本体的外圆伸入并螺纹连接在第一内螺纹孔内，喷头本体内前侧设有两个中心对称的喷射孔，喷头本体内部后侧中心处开设有与中空锚索的中心孔对应的过水孔，两个喷射孔的后端通过径向开设的连接孔与过水孔连通，喷头本体前侧中部开设有内六方槽。

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