一种露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置及施工方法

技术领域

本发明涉及露天矿穿爆孔施工装备的技术领域，尤其涉及一种露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置及施工方法。

背景技术

目前，在露天矿穿爆孔施工中，钻孔施工完成后，为了防止钻屑掉入施工完成的钻孔中，影响钻孔实际深度，进而影响爆破的深度，需要人工清理钻孔周围的钻屑，存在着工人劳动强度大、安全性低，以及在极冷和极热极端气候环境中工人露天作业困难等问题。鉴于以上难题，本发明的设计者潜心研究露天矿爆破孔钻机钻孔结构特点及钻孔施工工艺特点，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种具有露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置及施工方法，钻孔施工完成后自动护孔，用以克服工人劳动强度大、安全性低，以及在极端气候条件下工人露天作业困难等问题，结合自动程序控制，可完成露天矿爆破孔钻机钻孔施工护孔的自动化作业。

发明内容

本发明的目的在于提供种露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置及施工方法，用以克服爆破孔钻机在施工露天穿层爆破钻孔时，钻孔周围的钻渣容易掉入钻孔内，人工清理钻渣劳动强度大、安全性低，以及在极端气候条件下工人露天作业困难等问题。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案包括：

一种露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置，设置安装架，安装架下接设伸缩部件；伸缩部件端部安装导向组件；与所述的导向组件同轴设置旋平排渣组件；导向组件对钻孔位置进行导向，旋平排渣组件对钻孔位置进行旋平和/或排渣。

可选的，所述的导向组件设置导向盘，在所述的导向盘上嵌设导向筒，导向筒下对接设置定位筒；所述的导向盘与伸缩部件的端部连接；导向筒和定位筒导向钻孔位置。

可选的，所述的导向筒为锥形筒，所述的定位筒为圆柱形筒；且在所述的导向盘边缘下设导向环。

可选的，所述的旋平排渣组件设置刀盘，在所述的刀盘下呈角度θ均布多个拨刀；且刀盘通过旋转动力组件提供旋转动力。

可选的，所述的旋转动力组件包括设置在导向组件上的自润滑轴承，自润滑轴承上同轴设置从动齿轮；还包括悬设在导向盘上的马达，马达上设置主动齿轮；所述的主动齿轮与从动齿轮啮合。

可选的，所述的伸缩部件为伸缩柱，伸缩柱包括套设的上导向柱和下导向柱，上导向柱和下导向柱间通过设置的伸缩油缸实现上下滑动；上导向柱下设第一导向板和第二导向板，下导向柱沿第一导向板和第二导向板的延伸方向限位滑动。

一种露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置的施工方法，所述的护孔装置包括本发明任一所述的露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置，具体包括安装护孔装置在履带车体上：

安装架安装在履带车体底部，伸缩柱安装在安装架底部和导向组件上部，导向组件上部安装于伸缩柱底部，下部安装有旋平排渣组件；履带车体上设置给进机架，给进机架上安装动力头，所述的动力头与护孔装置同轴。

可选的，导向组件同轴设置旋平排渣组件的具体安装方式包括：自润滑轴承套设在定位筒外，自润滑轴承外同轴设置从动齿轮，马达安装在导向盘上驱动主动齿轮转动，带动从动齿轮转动，所述的刀盘安装在自润滑轴承上，刀盘下呈角度θ均布多个拨刀；第一止套安装在自润滑轴承上部，第二止套安装在定位筒下部；自润滑轴承上端依靠轴肩A定位，下端依靠定位筒上的螺纹孔D与第二止套上的通孔C定位；从动齿轮上端依靠第一止套通孔E与自润滑轴承上螺纹孔B配合定位，下端依靠自润滑轴承下端轴肩定位；定位筒外边带有对称的安装卡口G，通过自润滑轴承上卡扣H与安装卡口G的配合实现自润滑轴承的安装和锁紧；第二止套上的卡扣K与自润滑轴承上的安装卡口G配合，实现第二止套的安装和锁紧。

可选的，所述的刀盘的综合能力输出系数m为：

式中：m为刀盘综合能力输出系数；

N

k

η

θ为拨刀实际工作转角，°；

θ

Q

γ为钻屑的容积率；

k

B

H

n为刀盘的实际工作转速，r/min；

n

a为变量调节系数，取值为0～3；

b为变量调节系数，取值为0～3；

初始选择默认刀盘综合能力输出系数m，求解得出刀盘初始拨刀工作转角θ和工作转速n，间隔固定时间对拨刀实际工作转角θ和刀盘的实际工作转速n进行调节，利用粒子群算法进行局部寻优，得出最优的实际工作转角θ和刀盘的实际工作转速n，保证刀盘综合能力输出系数m达到最大。

可选的，具体的实施步骤如下：

1)、钻机移钻至待施工地点，履带车体下稳固伸出，将钻机稳固支撑好；

2)、护孔装置中的伸缩柱向下伸出至与地面接触，此时马达带动主动齿轮驱动从动齿轮转动，进而带动刀盘转动，同时伸缩柱缓慢向下伸出至不能再往下伸出，平整待施钻孔周围，保证开孔位置平整；

3)、马达停止工作，刀盘停止转动；

4)、动力头带动钻杆沿给进机架边旋转边向孔口移动，此时导向组件中的导向筒对钻杆前断的钻头起到导向作用，动力头开始施工钻孔，钻渣从导向筒排出钻孔；

5)、当钻孔完成后，动力头带动钻杆移出钻孔至履带车体，刀盘开始旋转慢慢拨开附着在护孔装置周边的钻渣，同时伸缩柱缓慢上升，带动刀盘缓慢上升，刀盘在上升的过程中旋转再次拨开散落下来的钻渣，保证钻杆不会掉入钻孔内；

6)、伸缩柱上升完成后，此时履带车体下稳固收回，钻机开始移动至下一个开孔位置，准备开始施工新的钻孔。

本发明具有如下效果：

护孔装置与履带车体和动力头配合，可以实现爆破孔钻机施工钻孔时，防止了钻屑掉入孔内，影响钻孔实际深度；

结合电液控制技术可以实现爆破孔钻机钻孔作业时自动护孔的目的，减轻工人劳动强度，提高工人作业安全性。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本发明的露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置结构立体图；

图2为图1中的伸缩柱结构示意图；

图3为图1中的导向组件结构示意图；

图4为图3的纵向剖视图；

图5为图1中的刀盘结构示意图；

图6为自润滑轴承结构示意图，上图为俯视图，下图为纵向剖视图；

图7为止套结构示意图，左图为第一止套结构示意图，右图为第二止套结构示意图；

图8为本发明的露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置安装使用示意图；

附图标记含义：

a-给进机架、b-动力头、c-履带车体、d-护孔装置；

1-安装架、2-伸缩柱、3-导向组件、4-旋平排渣组件；

11-安装梁、12-安装板；

21-顶接板、22-固定销、23-伸缩油缸、24-上导向柱、25-下导向柱、26-第一导向板、27-第二导向板、28-底接板；

31-导向盘、311-伸缩柱安装板、312-马达安装孔；32-导向筒、33-定位筒、34-导向环；

41-马达、42-从动齿轮、43-刀盘、44-主动齿轮、45-拨刀；

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

结合图1-8，本发明的露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置，设置安装架1，安装架1下接设伸缩部件；伸缩部件端部安装导向组件3；与导向组件3同轴设置旋平排渣组件4；导向组件3对钻孔位置进行导向，旋平排渣组件4对钻孔位置进行旋平和/或排渣。护孔装置d安装步骤是安装架1安装在履带车体底部，伸缩柱2安装在安装架1底部和导向组件3上部，导向组件3上部安装于伸缩柱2底部，下部安装有旋平排渣组件4；履带车体c上设置给进机架a，给进机架a上安装动力头b，动力头b与护孔装置d同轴。本发明的护孔装置d与履带车体c和动力头b配合，可以实现爆破孔钻机施工钻孔时，防止了钻屑掉入孔内，影响钻孔实际深度；结合电液控制技术可以实现爆破孔钻机钻孔作业时自动护孔的目的，减轻工人劳动强度，提高工人作业安全性。

结合图3和4，在本公开的实施例中，导向组件3设置导向盘31，在导向盘31上嵌设导向筒32，导向筒32下对接设置定位筒33；导向盘31与伸缩部件的端部连接；导向筒32和定位筒33同轴导向钻孔位置。导向组件3用于钻孔施工时钻头导向进入指定位置钻孔和钻屑的排出，包括导向筒32、伸缩柱安装板311、导向盘31、导向环34和定位筒33。导向筒32定位筒33对齐安装，整体安装于导向盘31中心，伸缩柱安装板311对称安装于导向盘31两侧。

在本公开的实施例中，导向筒32为锥形筒，定位筒33为圆柱形筒；且在导向盘31边缘下设导向环34；导向环34安装于导向盘31底部保证安装竖板外边和安装盘同心且与安装盘外边对齐。

结合图1和5，在本公开的实施例中，旋平排渣组件4设置刀盘43，在刀盘43下呈角度θ均布多个拨刀45；且刀盘43通过旋转动力组件提供旋转动力。刀盘43接设在导向组件3的底部，作用是在施钻前通过刀盘的旋转平整开孔位置的地面的平整度保证导向组件3能够平压在开孔位置附近，施钻完成后通过刀盘的旋转，拨离钻孔周围的钻屑，保证排除的钻屑不会掉入孔内。比如，一种优选的方案，拨刀45呈角度θ均布6个安装于刀盘43上，且角度θ可进行调节。

结合图1，在本公开的实施例中，旋转动力组件包括设置在导向组件3上的自润滑轴承，自润滑轴承上同轴设置从动齿轮42；还包括悬设在导向盘31上的马达41，马达41上设置主动齿轮44；主动齿轮44与从动齿轮42啮合。下部安装有刀盘43，马达41安装在导向组件3上驱动主动齿轮44转动，带动从动齿轮42转动，自润滑轴承安装在导向组件3中的定位筒33上，定位筒33上边带有止口，防止自润滑轴承向上串动，第一止套安装在自润滑轴承上部防止从动齿轮42向上串动，从动齿轮42下端依靠自润滑轴承轴肩定位，第二止套安装在定位筒33下部，防止自润滑轴承向下串动，调整垫安装在从动齿轮42和刀盘43之间，用于调整两者之间的间隙。

结合图2，在本公开的实施例中，伸缩部件为伸缩柱2，伸缩柱2包括套设的上导向柱24和下导向柱25，上导向柱24和下导向柱25间通过设置的伸缩油缸23实现上下滑动；上导向柱24下设第一导向板26和第二导向板27，下导向柱25沿第一导向板26和第二导向板27的延伸方向限位滑动。伸缩柱2用于爆破孔钻机钻孔施工时落下和提升导向组件3、刀盘43等装置。由上到下依次设置顶接板21、固定销22、伸缩油缸23、上导向柱24、第一导向板26、第二导向板27、下导向柱25和底接板28。顶接板21安装于安装架1底部，上导向柱24安装于顶接板21底部，伸缩油缸23两端通过通过固定销22分别安装在上导向柱24端和下导向柱25端，通过伸缩油缸23的伸出和缩回实现下导向柱25在上导向柱24内部上下滑动，第一导向板26和第二导向板27实现下导向柱25滑动时沿滑动方向的4个面限位作用；

本发明中，安装架1起到中间纽带作用，通过螺栓联接，安装架1一端连接履带车体c底部，另外一端连接伸缩柱2，安装架1包括横纵设置的安装梁11，安装梁11顶部设置安装板12，安装板12一侧安装于安装架1上，另外一侧安装于履带车体c底部，将本发明的功能部件悬设在车体底部，便于与其上设置的动力头b同轴对接，方便进行底面钻孔的找位。

结合图1-7，导向组件同轴设置旋平排渣组件的具体安装方式包括：

自润滑轴承安装在导向组件3里的定位筒33上，自润滑轴承上端依靠轴肩A定位，下端依靠定位筒33上的螺纹孔D与第二止套上的通孔C定位，保证自润滑轴承不会轴向串动；

从动齿轮42安装在在自润滑轴承上，从动齿轮42上端依靠第一止套通孔E与自润滑轴承上螺纹孔B配合定位，下端依靠自润滑轴承下端轴肩定位，保证自润滑轴承在传递扭矩和转速的过程中不会发生轴向偏斜；

伸缩油缸23下降的最大压力不能大于防变形系统张开时所能承受的最大拉力，防止伸缩柱2下降的过程中损坏护孔装置里的各个部件；

导向组件3中的定位筒33外边带有对称的安装卡口G，自润滑轴承安装时，通过卡扣H与安装卡口G的配合将自润滑轴承安装到合适位置后，旋转自润滑轴承至卡扣H与安装卡口G不配合即可实现自润滑轴承的卡扣，第二止套上的卡扣K与安装卡口G配合将止套2安装于定位筒33上，旋转第二止套至卡扣K与卡口G不配合实现卡扣锁紧，对自润滑轴承下滑起到二次保护作用。

刀盘综合能力输出系数m为：

式中：m为刀盘综合能力输出系数；

N

k

η

θ为拨刀实际工作转角，°；

θ

Q

γ为钻屑的容积率；

k

B

H

n为刀盘的实际工作转速，r/min；

n

a为变量调节系数，取值为0～3；

b为变量调节系数，取值为0～3。

通过公式1可以求解刀盘综合能力输出系数m，初始选择默认刀盘综合能力输出系数m，求解得出刀盘初始拨刀工作转角θ和工作转速n，间隔固定时间对拨刀实际工作转角θ和刀盘的实际工作转速n进行调节，利用粒子群算法进行局部寻优，得出最优的实际工作转角θ和刀盘的实际工作转速n，保证刀盘综合能力输出系数m达到最大。

图6自润滑轴承结构示意图，自润滑轴承安装在导向组件3里的定位筒33上，自润滑轴承上端依靠轴肩A定位，下端依靠定位筒33上的螺纹孔D与第二止套上的通孔C定位，保证自润滑轴承不会轴向串动。

图7左图为第一止套结构示意图，第一止套安装在自润滑轴承上端，通过第一止套上的通孔E与自润滑轴承上的B口配合，可以闲置从动齿轮42向上串动。

图7右图为第二止套结构示意图，第二止套通过卡扣K与定位筒33上的卡口G配合，将止套2安装于定位筒33上，旋转第二止套至卡扣K与卡口G不配合，对自润滑轴承下滑起到二次保护作用，第二止套上的C口与定位筒33上D口配合，防止止套2向下滑动。

结合图1-8，本发明的露天矿爆破孔钻机施工用护孔装置的施工方法，实施步骤如下：

1)、钻机移钻至待施工地点，履带车体下稳固伸出，将钻机稳固支撑好；

2)、护孔装置d中的伸缩柱2向下伸出至与地面接触，此时马达41带动主动齿轮44驱动从动齿轮42转动，进而带动刀盘43转动，同时伸缩柱2缓慢向下伸出至防变形系统张开时所能承受的最大拉力，即伸缩柱2不能再往下伸出，平整待施钻孔周围，保证开孔位置平整；

3)、马达41停止工作，刀盘43停止转动；

4)、钻机动力头带动钻杆边旋转边向孔口移动，此时导向组件3中的导向筒32对钻杆前断的钻头起到导向作用，保证钻孔位置的精确性，钻机开始施工钻孔，钻渣从导向筒32排出钻孔；

5)、当钻孔完成后，动力头带动钻杆移出钻孔至履带车体，刀盘43开始旋转慢慢拨开附着在护孔装置d周边的钻渣，同时伸缩柱2缓慢上升，带动刀盘43缓慢上升，刀盘43在上升的过程中旋转再次拨开散落下来的钻渣，保证钻杆不会掉入钻孔内，影响钻孔深度进一步影响爆破深度；

6)、伸缩柱2上升至防变形系统被压缩的极限位置时，保证伸缩油缸23缸杆没有完全缩回，不会损坏护孔装置d，此时履带车体下稳固收回，钻机开始移动至下一个开孔位置，准备开始施工新的钻孔。

所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。