一种锚药融合式智能锚杆钻机的制作方法

本发明属于锚杆支护的，具体公开了一种锚药融合式智能锚杆钻机。

背景技术：

1、锚杆支护是一种快速、安全、经济的巷道和隧道支护方式，是目前巷道和隧道支护先进技术的代表，是煤矿巷道和地面隧道支护技术的发展方向。在澳大利亚、英国、美国、南非等世界主要产煤国，锚杆支护技术已经得到广泛应用。目前，我国煤矿数量8000处左右，每年巷道掘进量超过8000km，其中综合机械化掘进量(综掘)占比90％以上，大中型煤矿巷道的锚杆支护率达到60％，有些矿区已经超过90％。经过实践证明，锚杆支护是煤巷经济、有效的支护技术。

2、但是，现阶段井下巷道和地面隧道施工的支护自动化作业水平仍然较低，多采用机载普通锚杆钻机或人工手持式单体钻机，进行巷道和隧道的支护，存在着支护时间长、作业人员数量多、劳动强度大、支护效率低、职业病危害严重和操作人员工作时间内需处于空顶区等多方面隐患与危险，从而导致采掘失衡严重，支护时间长，严重影响掘进工程进度和采煤效率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种锚药融合式智能锚杆钻机，可搭载于各类设备(如锚护机器人、掘锚机、掘进机、运锚机、盾构等设备)，对巷道和隧道进行锚杆全自动支护，提升巷道和隧道的支护效率，降低工作人员劳动强度。

2、上述锚药融合式智能锚杆钻机，包括机架、进给机构、钻孔机构、锚固机构、钻锚箱切换机构、锚杆输送机构和钻杆对中机构；机架包括支撑顶板、支撑底板以及与支撑顶板和支撑底板垂直相接的支撑立板和限位杆；进给机构包括进给驱动件、上导向轮、下导向轮、柔性悬挂和进给导向板；进给驱动件包括固定杆以及与固定杆滑动连接的滑动筒，固定杆平行于限位杆，固定杆固定在机架内，两个上导向轮对称安装在滑动筒的两侧，两个下导向轮对称安装在滑动筒的两侧，同侧的上导向轮和下导向轮通过柔性悬挂连接；进给导向板固定在两条柔性悬挂上，设置有限位孔，限位杆穿过限位孔；钻孔机构包括钻箱和钻杆；锚固机构包括锚箱和锚药融合式锚杆；钻锚箱切换机构包括钻锚箱切换导向板和钻锚箱切换驱动件；多块钻锚箱切换导向板并排设置，均与进给导向板连接，与支撑立板平行，与钻箱和锚箱滑动相接；钻锚箱切换驱动件驱动钻箱和锚箱沿钻锚箱切换导向板滑动；锚杆输送机构包括上护臂、下护臂、锚杆安装座、锚杆安装座驱动件、锚杆限位托辊、锚杆机械手和机械手安装架；上护臂的两端与机架连接；下护臂的两端与机架连接；两组锚杆安装座分别滑动安装在上护臂和下护臂上，两组锚杆安装座所在平面与钻锚箱切换导向板平行且位于钻箱和锚箱的两侧；每组锚杆安装座上均安装有多组锚杆限位托辊，每组锚杆安装座由对应的锚杆安装座驱动件驱动沿护臂滑动，滑动方向与钻箱和锚箱的滑动方向相同；机械手安装架的两端分别与上护臂和下护臂连接；锚杆机械手安装在机械手安装架上，用于向锚杆安装座所在方向伸出并抓取由锚杆限位托辊夹持的锚杆；钻杆对中机构包括对中架、对中架驱动件、钻杆定位叉和弹性夹紧轮；对中架与上护臂滑动连接，由对中架驱动件驱动沿上护臂滑动，滑动方向与锚杆安装座的滑动方向相同；钻杆定位叉固定在对中架上，设置有两个用于夹紧钻杆的弹性夹紧轮。

3、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，支撑顶板的上表面设置有接顶锥；支撑立板上设置有导向轨道；导向轨道沿进给驱动件的进给方向设置；进给驱动件的滑动筒上设置有与导向轨道配合的导向滑块。

4、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，进给机构还包括摆动组件；摆动组件包括摆动耳座、摆动横梁、摆动销、固定板；摆动耳座上设置有相互垂直的摆动横梁定位孔和柔性悬挂定位孔；摆动横梁位于两侧的柔性悬挂之间，中间位置设置有销孔，两端插入两侧摆动耳座的摆动横梁定位孔中；摆动销穿过摆动横梁的销孔，两端安装有固定板，两侧的固定板通过连接件连成一体并固定在机架上；柔性悬挂穿过对应摆动耳座的柔性悬挂定位孔。

5、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，进给机构还包括悬挂张紧组件；悬挂张紧组件与上导向轮或下导向轮配合，包括张紧套管、张紧叉杆、张紧弹簧、张紧螺母；张紧套管固定在进给驱动件的滑动筒上；张紧叉杆穿过张紧套管，顶端设置有轮座与上导向轮连接或底端设置有轮座与下导向轮连接，表面设置有外螺纹；张紧弹簧套设在张紧叉杆上，两端分别与张紧套管和轮座相接；张紧螺母套设在张紧叉杆上，张紧螺母与张紧弹簧位于张紧套管的两侧。

6、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，锚药融合式锚杆包括导向止推器、中空杆体、锚固药剂、推进密封塞、托盘、紧固螺母、水密封圈；中空杆体的前端安装有导向止推器，后端为进水口，靠近前端的位置设置有出药孔；锚固药剂、推进密封塞由前到后依次安装在中空杆体；托盘、紧固螺母、水密封圈由前到后依次安装在中空杆体外，且位于出药孔和进水口之间；锚药融合式智能锚杆钻机还包括用于为锚药融合式锚杆供水的水路。

7、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，钻锚箱切换机构还包括导向杆和双联切换块；三块钻锚箱切换导向板并排设置，中间的钻锚箱切换导向板为工作位，两侧的钻锚箱切换导向板为等待位，中间的钻锚箱切换导向板上设置有用于锁紧钻箱或锚箱的锁紧件；钻箱上设置有钻箱切换槽；锚箱上设置有锚箱切换槽；钻锚箱切换驱动件包括固定杆以及与固定杆滑动连接的滑动筒，固定杆的两端固定在机架上，滑动筒与固定杆滑动连接，滑动筒上固定有双联切换块；导向杆与钻锚箱切换驱动件平行，两端固定在机架上；双联切换块与导向杆滑动连接，设置有两个凸起，两个凸起分别用于插设在钻箱切换槽和锚箱切换槽内。

8、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，上护臂和下护臂上均设置有滑槽，滑槽与锚杆安装座滑动连接；锚杆机械手上安装有锚杆限位块；锚杆输送机构还包括机械手驱动件，机械手驱动件用于驱动锚杆机械手向锚杆安装座所在方向伸出以及驱动锚杆机械手复位。

9、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，钻杆对中机构还包括导向筒和对中位移传感器；导向筒包括导向外筒和导向内筒；导向外筒固定在上护臂上，导向内筒与对中架连接，导向内筒由对中架驱动件驱动沿导向外筒伸缩；对中位移传感器安装在导向筒内，用于测量对中架的位移。

10、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，进给机构还包括进给位移传感器和磁块；进给位移传感器与进给驱动件平行，顶端与支撑顶板连接；磁块安装在进给导向板上；进给位移传感器感应到磁块移动，测量钻孔机构和锚固机构的位移和速度；钻锚箱切换机构还包括切换位移传感器；切换位移传感器用于测量钻箱和锚箱的位移。

11、上述锚药融合式智能锚杆钻机中，进给驱动件为进给油缸，采用单出头结构，固定杆的底端与支撑底板连接；钻锚箱切换驱动件为钻锚箱切换油缸，采用双出头结构，固定杆的两端固定在机架上；锚杆安装座驱动件为锚杆安装座推移油缸；对中架驱动件为对中架推移油缸；锚药融合式智能锚杆钻机还包括用于控制液压元件的液压系统。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

13、(1)可缩短支护施工的时间：传统的锚杆支护时间占到了巷道掘进时间的2/3，采用上述锚药融合式智能锚杆钻机施工后，单根锚杆支护时间控制在3分钟左右，缩短40％的施工时间，最重要的是可实现一次装药与锚杆完成后，左右两个钻机实现一次成排锚护，极大提高了锚护效率。

14、(2)可降低工人的劳动强度：传统的支护设备主要依靠人工扛、抬、举等完成，人员劳动强度大，采用上述锚药融合式智能锚杆钻机施工后，实现全流程自动锚护，无需人工送药、上锚杆、紧固等工序，极大降低了工人的劳动强度。

15、(3)可提高施工的安全性，极大降低职业病发病率：传统的支护设备操作人员处于空顶区易产生危险，同时操作人员与粉尘源接近可大量的呼吸性粉尘，每年发生的锚杆支护巷道冒顶事故高达数百起，锚护行业人员患肺硒病40万人左右，采用上述锚药融合式智能锚杆钻机施工后，无需人工操作，远离施工区域，保证操作人员的安全和健康。

16、(4)可降低操作人数，提高生产效率：传统的1台单体锚杆钻机需要3-4人配合，上述锚药融合式智能锚杆钻机仅仅需1-2人作业，减少了工作面的人数，降低了人员成本。

17、(5)开发锚药融合的专用锚杆替代普通锚杆，简化传统的锚护工作流程，提高锚护作业效率。

18、(6)由于煤矿井下和隧道施工作业环境恶劣、存在危险性，加之媒体长期高度关注，社会舆论对煤炭行业普遍存在看法，年轻一代从事煤炭采掘行业和隧道施工行业意愿较低，导致企业人员招募困难，劳动力成本逐年上升，从业人员老龄化的问题逐渐突出，因此，煤矿开采和隧道掘进自动化是大势所趋，施工单位纷纷提出了采掘工作面自动化、智能化计划，其中自动锚杆支护技术最为迫切和最为困难的，本发明提供的锚药融合式智能锚杆钻机对加快锚护速度，提高安全性，降低工人工作强度，实现锚护作业全过程的自动化、智能化具有重大意义。