專利名稱：煤礦井下用吸附式水射流切割系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤礦井下的采煤工具，具體為一種煤礦井下用吸附式水射流切割 系統(tǒng)。
背景技術：
隨著我國頂板支護技術的不斷進步，錨桿、錨索支護得到了大面積推廣應用。由于 巷道支護強度過高，導致采煤工作面推過后，工作面端頭頂板不能及時跨落，造成懸頂。如 果放頂不及時，導致頂板大面積懸空，如果出現(xiàn)無法預期的垮落，造成采空區(qū)內部的高濃度 瓦斯大量涌出，遇到火源發(fā)生瓦斯爆炸，會造成更大的事故災難，所以不及時放頂會給煤礦 的高效安全生產帶來極大隱患?，F(xiàn)在普遍采用退錨機進行破壞錨索鎖具，使錨索支護失效來達到及時放頂，但是 由于頂板壓力大或者其他人為原因導致錨索外露太短或者外漏鋼絞線發(fā)散，使得退錨機不 能使用，其他切割方法會帶來很多安全問題，放頂困難的問題進一步顯現(xiàn)出來，是制約礦井 安全高效生產的技術難題。磨料水射流的形成主要是將高速流動的水射流的動能、動量傳遞給低速或靜止的 磨料，從而使磨料獲得高速運動，并隨射流一起形成磨料水射流。磨料水射流切割技術是在 純水射流切割技術基礎上發(fā)展起來的。由于在純水射流中加入磨料，使磨料水射流幾乎可 以對任何材料進行切割，被稱為“萬能切割”。由于水射流切割是唯一的冷切割方式，該技術 不但能解決對錨桿、錨網(wǎng)、錨索支護的放頂難的問題，而且水是主要介質，切割時不會產生 火花，在高瓦斯礦井中的頂板切割相對于深(淺)孔爆破具有更大的安全性。這對于減少頂 板事故造成的損失，保障設備、人員、財產的安全，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。以上述理論為基礎，目前技術人員開發(fā)出了多種磨料射流切割裝置，如《煤礦機 械》，2004年第5期，磨料射流切割裝置一文；申請?zhí)枮?00910083415. 9為所述的礦用磨料 水射流切割方法及裝置；申請?zhí)枮?00420028189. 7所述的一種易燃易爆環(huán)境的安全切割 裝置等。這些裝置的共同點都是將高壓泵和磨料倉噴頭通過管道和閥門連接起來。但是還 未有見到直接用于處理錨桿錨索的專用切割裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決煤礦井下錨索鎖具的清理的技術問題而提供了一種煤礦井下用 吸附式水射流切割系統(tǒng)。本發(fā)明是由以下技術方案實現(xiàn)的，一種煤礦井下用吸附式水射流切割系統(tǒng)，結構 包括高壓泵，磨料儲罐，噴射裝置，所述的高壓泵有三個出水管向，分別聯(lián)通磨料儲罐的罐 頂、罐底，以及噴射器；噴射器通過管道連接噴槍及切割支架。所述的切割支架包括帶有磁鐵的托盤，托盤上設有U形口，托盤上固定有輔助臂，
3輔助臂上設有手柄，在U形口處鉸接有噴槍支架，噴槍支架的一端通過拉繩連接手柄。從高壓泵來的水分成三部分，其中主要水流部分通過噴射器沿管路流向噴嘴，另 兩路分別流向磨料罐頂部和底部，通過調節(jié)節(jié)流閥使磨料罐上下兩端形成一定的壓差。磨 料罐內有螺旋疏料桿，能使磨料均勻下沉，并防止磨料在出口部淤積堵塞。磨料罐底部的一 條分流水路能使底部磨料流態(tài)化，保證容器底部磨料均勻供給，調節(jié)分流水路流量，還能對 磨料流量進行精確控制，磨料流量幾乎與分流水路的水流量有一線性關系。磨料漿從底部 緩流進入噴射器內與主水流混合，一起流經(jīng)管路到噴嘴，此時磨料和水同時被加速，形成高 速度磨料水射流。由于切割過程中，高壓水射流會產生巨大的反沖力，使噴槍處于不穩(wěn)定的狀態(tài)中 而致使切割過程中射流不能集中打擊在預作用件上，所以需要對噴槍進行固定，尤其是噴 槍頭的固定對于切割過程的效率有著重要影響。另外，井下巷道高度隨采深各不相同，切割 作業(yè)場所的條件比較惡劣，人工很難進行固定。底盤中部設有一個U形開口，用以將錨桿鎖具卡入其中，一方面起到固定作用，另 一方面能合理控制靶距。若鎖具正好卡入U型口底部，靶距為0. 8^1. 6cm，符合切割靶距要 求。U型口后是噴頭，噴頭固定在一方形槽內，由螺栓固定。噴頭可由鋼繩拉動進行有軸轉 動，其噴嘴移動距離較鎖具長度略長，能完全將鎖具切割出一條縫。底盤兩側內部鑲有兩塊 強磁鐵，其作用是將底盤吸附在錨索托盤上，起到固定作用。輔助切割臂如圖2，3所示，切割臂的作用是輔助固定底盤和固定手柄，因強磁鐵 可以很牢固地吸附在錨索托盤上，無需切割臂支撐底盤重量。切割臂為組合式，共分成4 節(jié)，可根據(jù)不同高度巷道內作業(yè)對象的高度連接適當節(jié)數(shù)，最后一節(jié)是可伸縮套管，能更好 的適應不同高度要求。切割臂可由底盤弧形面上的固定銷調節(jié)角度，方便操作人員將切割 臂固定在合適的角度，以利于觀察切割效果。手柄固定在切割臂上，可以上下調節(jié)固定位 置。手柄轉動拉動細鋼繩，帶動固定噴頭的方形槽轉動，使噴頭做上下運動，繼而對錨索鎖 具進行切割。噴頭由彈簧彈力進行回位。作業(yè)時，將底盤舉起，用U型槽卡住鎖具，并調節(jié)好合適的位置，使底盤能夠牢固 地吸附在托盤之上并使鎖具緊靠U型槽底部。調節(jié)過程中，作業(yè)者要注意自身安全，防止底 盤松動掉下傷人。固定好底盤后，將輔助臂調節(jié)到一定角度，固定在地面上，可以用腳踩住 末節(jié)臂的腳踏板。試車后，即可進行切割，切割過程中噴嘴繞方形槽的銷作弧形運動，由手 柄拉動鋼繩，帶動噴頭進行運動。噴頭運行全部距離，手柄只需轉動半圈，故進行切割作業(yè) 時應緩慢轉動手柄，使水射流對預作用件有足夠的磨削切割作用時間，保證能成功切割?，F(xiàn)場應用表明，該切割裝置在對錨桿鎖具切割時無火花產生，安全性能高，適合井 下高瓦斯環(huán)境的切割要求，安裝好后一般3分鐘左右就切割完成一個鎖具，鎖具被切割后， 受力形式改變，加速錨索作用失效，工作面推進過后能夠及時誘導頂板安全跨落。使用方 便、安全高效，為井下安全生產提供了保障，在井下安全生產中具有廣闊的應用前景。


圖1為本發(fā)明的結構連接示意圖 圖2為切割支架的結構示意圖
圖3為托盤的結構示意中1-節(jié)流閥、2-溢流閥、3-磨料儲罐、4-噴射裝置、5-噴射器、6-水箱、7-溢流閥、 8-高壓泵、9-流量計、IO-U形口、11-托盤、12-磁鐵、13-噴頭、14-輔助臂、15-手柄、16-拉 繩、17-噴槍支架。
具體實施例方式如圖1所示意，一種煤礦井下用吸附式水射流切割系統(tǒng)，結構包括高壓泵8，磨料 儲罐3，噴射裝置4，所述的高壓泵8有三個出水管向，分別聯(lián)通磨料儲罐3的罐頂、罐底，以 及噴射器5 ；噴射器5通過管道連接噴槍13及切割支架，如圖2、3所示意，所述的切割支架 包括帶有磁鐵12的托盤11，托盤11上設有U形口 10，托盤11上設有輔助臂14，輔助臂14 上設有手柄15，在U形口 10處鉸接有噴槍支架17，噴槍支架17的一端通過拉繩16連接手 柄15。切割支架還可以用其他種類，只要將碰槍對準錨桿即可。所述的輔助臂14鉸接在托盤11上，并且通過限位裝置固定其角度。輔助臂14為 組合式，共有四節(jié)，根據(jù)高度不同靈活使用。設備組成及布置，總的來說磨料水射流系統(tǒng)可大致劃分為四個系統(tǒng)壓力水發(fā)生 設備、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。其中高壓水發(fā)生設備由液壓馬達和高壓水泵組成； 控制系統(tǒng)由調壓閥、控制閥、安全閥組成；執(zhí)行系統(tǒng)由磨料發(fā)生裝置、噴桿、噴頭組成；輔助 系統(tǒng)由壓力表、拖車、切割支架組成。采用工作面的BRW400/37X4A型乳化液泵，其主要技術參數(shù)見表1。乳化液采用自 動配液裝置配比乳化液濃度，乳化液濃度為3-5%，泵站供液壓力> 30MPa。它是液壓系統(tǒng)的 動力源，可按機械設備工況需要的壓力、流量和清潔度，提供工作介質。
根據(jù)井下生產條件，切割試驗在進風巷端頭位置實施，將設備安裝在進風巷端頭附近 位置，切割工作面端頭支架前方0. 8m內的鎖具，隨著工作面的推進而向前移動。馬達進出 口、磨料罐進出口和噴頭進口都是標準的快速接頭，易于連接。高壓膠管均使用內徑IOmm 的礦用高壓膠管。將設備馬達入口和工作面乳化液管路連接，馬達出口和工作面乳化液回 液管路連接；高壓膠管將水泵出口和磨料罐進口連接，磨料罐出口和噴頭連接。將水箱裝滿 沒有雜質、清潔的水。將固定噴頭的支架的磁力底盤吸在錨索托盤之上，鎖具卡入底盤U型 口中，將噴頭對準鎖具上部，靶距控制在Icm左右。接上輔助桿，并在地面抵靠牢固。高壓 膠管長度可根據(jù)切割需要進行調整，但長度不宜過長，否則壓力損失過大，設備切割能力會
5降低。磨料罐內的磨料不要超過磨料罐體積的20%，當噴嘴噴出的射流中無磨料時，需要再 次添加磨料，必須保證磨料包裝完好無損，磨料內無雜質。截止閥開啟前，供砂閥應處于關 閉狀態(tài)。切割支架的底盤，如圖3所示，大小同錨索托盤大小相當，為22. 8mm 27. Imm的近 似方形。作業(yè)時，將底盤舉起，用U型槽卡住鎖具，并調節(jié)好合適的位置，使底盤能夠牢固 地吸附在托盤之上并使鎖具緊靠U型槽底部。調節(jié)過程中，作業(yè)者要注意自身安全，防止底 盤松動掉下傷人。固定好底盤后，將輔助臂調節(jié)到一定角度，固定在地面上，可以用腳踩住 末節(jié)臂的腳踏板。試車后，即可進行切割，切割過程中噴嘴繞方形槽的銷作弧形運動，由手 柄拉動鋼繩，帶動噴頭進行運動。噴頭運行全部距離，手柄只需轉動半圈，故進行切割作業(yè) 時應緩慢轉動手柄，使水射流對預作用件有足夠的磨削切割作用時間，保證能成功切割。另外，由于不使用易產生火花的電動裝置，支架的上下移動是由人手動完成的，距 離噴嘴較近，因此工作人員的安全保護工作必須做好，后面還將進行詳細的說明。切割支架的作用固定噴頭、將噴頭調整到正確的切割位置和讓噴嘴相對于錨索 鎖具有一個相對運動。現(xiàn)場試驗過程中，根據(jù)2305工作面生產需要，主要針對頂板壓力大，無法退出的 鎖具或外漏鋼絞線發(fā)散的鎖具進行切割?，F(xiàn)場試驗選取80目的石榴石作為磨料，試驗用噴 嘴直徑0. 8mm，切割對象選擇工作面順槽內的錨索鎖具。使用的水壓為30MPa，靶距為10mm， 切割速度為50mm/min，碳鋼制作的錨索鎖具切割深度為28mm。切割使鎖具失效，及時誘導 頂板垮落。試驗結果分析如下
(1)設備可以切割井下鎖具，起到誘導放頂作用，尤其是對于那些變形鎖具，退錨機無 法將其退掉，優(yōu)勢明顯。將鎖具完全割兩條縫后，鎖具可以直接拿下。鑒于超前支護處頂板 壓力大，為保證作業(yè)人員安全，對鎖具切割一條縫，破壞鎖具的受力形式，使鎖具失效。(2)通過井下切割試驗可以發(fā)現(xiàn)，雖然設備準備時間偏長，但設備安裝完以后，實 際切割時間很短，切割鎖具平均大約3分鐘左右就可以完成切割一條縫，達到鎖具失效的 目的。(3)設備應用工作面液壓支架上的高壓乳化液作為動力源，液壓馬達作為動力轉 換裝置，更易于井下安全應用。液壓馬達一般體積小，功率高，適合井下應用，相比防爆電機 存在體積大、笨重這些問題。而且液壓馬達只是一個動力轉換裝置，本身十分安全，適合井 下工況和安全要求。(4)研制的帶有吸附功能的切割支架能很好的滿足設計及切割要求。輕巧實用，現(xiàn) 場應用方便，作業(yè)人員勞動強度小，操作簡單。此次研究針對目前的錨桿、錨網(wǎng)支護巷道和堅硬頂板條件下的采煤工作后方頂板 懸頂問題開展，進行了大量的現(xiàn)場試驗工作，完善了現(xiàn)場切割錨索鎖具的工藝和技術，通過在 現(xiàn)場進行工業(yè)性試驗，進一步完善了該技術和裝備，為現(xiàn)場提供了較為可靠的技術和設備。在寺河礦2305綜采工作面進行了現(xiàn)場切割錨桿鎖具、誘導頂板及時垮落的試驗。 現(xiàn)場應用表明，該切割技術在對錨桿鎖具切割時無火花產生，安全性能高，適合井下高瓦斯 環(huán)境的切割要求，安裝好后一般3分鐘左右就切割完成一個鎖具，鎖具被切割后，受力形式 改變，加速錨索作用失效，工作面推進過后能夠及時誘導頂板安全跨落。目前還存在設備操 作精細，設備較重，以后要進一步優(yōu)化設備，使得更適合于井下復雜的條件。
權利要求
一種煤礦井下用吸附式水射流切割系統(tǒng)，其特征在于結構包括高壓泵(8)，磨料儲罐(3)，噴射裝置(4)，所述的高壓泵(8)有三個出水管向，分別聯(lián)通磨料儲罐(3)的罐頂、罐底以及噴射器(5)；噴射器(5)通過管道連接噴槍(13)及切割支架。
2.根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下用吸附式水射流切割系統(tǒng)，其特征在于切割支 架包括帶有磁鐵(12)的托盤(11)，托盤(11)上設有U形口(10)，托盤(11)上設有輔助臂 (14)，輔助臂(14)上設有手柄(15)，在U形口(10)處鉸接有噴槍支架(17)，噴槍支架(17) 的一端通過拉繩(16 )連接手柄(15 )。
3.根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下用吸附式水射流切割系統(tǒng)，其特征在于所述的輔 助臂(14)鉸接在托盤(11)上，并且通過限位裝置固定其角度。
4.、根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下用吸附式水射流切割系統(tǒng)，其特征在于輔助臂 (14)為組合式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤礦井下的采煤工具，具體為一種煤礦井下用吸附式水射流切割系統(tǒng)。解決煤礦井下錨索鎖具的清理的技術問題。結構包括高壓泵，磨料儲罐，噴射裝置，所述的高壓泵有三個出水管向，分別聯(lián)通磨料儲罐的罐頂、罐底，以及噴射器；噴射器通過管道連接噴槍及切割支架，切割支架包括帶有磁鐵的托盤，托盤上設有U形口，托盤上固定有輔助臂，輔助臂上設有手柄，在U形口處鉸接有噴槍支架，噴槍支架的一端通過拉繩連接手柄。使用方便、安全高效，為井下安全生產提供了保障，在井下安全生產中具有廣闊的應用前景。
文檔編號B24C5/00GK101947756SQ20101027830
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權日2010年9月10日
發(fā)明者付峻青, 孟筠青, 尚瑋瑋, 李祥春, 王暉, 聶百勝, 趙軍, 郭正興, 都海龍, 陳文學 申請人:山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司