钻式采煤机的螺旋钻结构与核心技术

钻式采煤机的螺旋钻结构与核心技术

一、螺旋钻机组的组成及其工作原理

（1）机组的组成

机组的组成如图3-3所示。机组由主机、钻机动力设备、通风系统、钻头和移动装置等组成。

1-螺旋钻机组主机2-托架3-操作台4-液压系统

5-动力装置6-CYB-350AB型控制站7-矿用接线开关APSH.1型

8-采用BMCH-4.5型风机的通风系统9-钻具

图3-3 百狮-2型螺旋钻采煤机组总装图

（2）机组工作原理

螺旋钻采煤机组传递扭矩给和钻压给螺旋钻从钻采条带里的煤，并完成采煤过程的送钻和退钻。螺旋钻由一个左旋一个右旋的两节钻杆和它们中间的风管组成。钻头的切割部分是一个执行机构，它由三个钻头组成。右边的螺旋钻通过减速箱传扭矩给中间钻头。如图3-6

通过风管不间断地向工作面通风，并用ATZ-1型瓦斯测量器测控。通过放置在风管边的软管向执行机构的喷头供水，

保证降尘。两个单独的传动装置带动钻杆组的旋转。

为锁紧和开启钻杆的连接，需把钻杆连接用的带有凸轮的离合器调整到适合的位置，用有旋转传动装备的翻转机构来对正。

用固定在传动架上的传动装置沿导向进行液压推进，机器下面有滑板，滑板支撑在底板上，利用滑板在巷道移动机器。定向机构保证机器的传动架沿着煤层角度进行钻进。

机组对巷道壁的水平侧推力是用液压缸来保证的。机组机械化接钻杆和撤钻杆时有一个找正装置，用它来找准定位需要钻进或撤出的在钻采带里的钻杆和风管。钻杆的安装、拆卸、储存是由安装在巷道的单轨吊完成的。

机组采下来的煤是靠放置在巷道里的刮板运输机运出的。螺旋钻机、操作台和动力装置连接在一起，沿巷道一起移动

图3-6

二、螺旋钻构造

如图3-4所示，螺旋钻具是由一些很容易组装、拆卸的构件组成。钻具为两组螺旋钻杆和通风管，它们都与螺旋钻机连接。在前右螺旋钻杆和通风管之间由减速箱连接，在前左螺旋钻杆上安装了用刚性拉杆与减速箱壳体相连的轴

承座。减速箱和轴承座装在下有弹簧的滑板上。在右螺旋钻杆的轴承座前面及减速箱的输出轴上装有3个钻头，钻头轴之间的距离为640mm，两则的钻头按煤层厚度采用不同直径的625mm,725mm或825mm钻头。在各种条件下，中间钻头的直径是625mm，但它的结构随着两侧钻头的直径不同而改变。所有钻头有通用的连结节，以保证把钻头安装在减速箱和轴承座的输出轴上。

执行机构的减速箱呈圆柱形，由两个轴齿轮和两个传递齿轮组成。把右螺旋钻杆的旋转传递给中心钻头。减速箱的轴——齿轮上装了有3个凸轮的半个离合器，以连接钻头和钻杆，并传递扭矩。减速箱的密封由轴上的密封圈来保证。为了避免半个离合器壳体和减速箱顶盖之间掉进煤粉，安装了迷宫密封。

执行机构的减速箱壳体上的通风管路端装了控制箱，它是一个带有法兰盘的箱式结构，利用法兰盘与通风管连结。控制箱的壳体上装了可移动的立柱，伸出壳体，并用液压缸与壳体连结。煤——岩传感器的两端液压缸与立柱相连，位置传感器的拉杆又与煤—岩传感器的壳体相连。

用齿轮泵来维持控制箱的运行。通过减速器齿轮泵与执行机构的减速箱轴相连。控制箱的两端是螺旋钻第一节左右旋钻杆，分别与左轴承节及执行机构的减速箱对接。钻杆是双头的，直径为570mm。

1－螺旋钻杆2－中间通风管3－轴承座

4－钻头5－变速器6－控制箱

图3-4 螺旋钻具

3-5 螺旋钻采煤机钻头结构

3-6 螺旋钻采煤机现场实物照片

钻杆和通风管路与螺旋钻杆和控制箱相连。左边钻杆是右旋的，涂红色。右边钻杆是左旋的，涂浅灰色。钻杆是一根管子，管子上焊了一些直径为480mm的叶片。管子的端部装了有3个凸轮的、作连接用的半离合器。前面的半离合器上固定了一个输出轴，用它来对接钻杆；后面的半离合器上有自动锁，用以锁定上述的输出轴。在控制箱的壳体上还有两个径向的推杆，利用专门装置压推杆锁就可以打开。

通风组件的直线段是一根直径为320mm的管子，它的端部焊了有锁定和对接单元的法兰盘。前面法兰盘的外圆（槽）上有旋转环，旋转时它进入导向销钉上的槽沟，使这些管子相互锁定。

直线段的腔有用浸有橡胶织物制成的船帆形叶片。上部在阀旁边的管子上有个从旋转顶盖外部能盖得上的切口。在管路接长时，空气通过管子上部的切口流入。与此同时，阀门从外部关上了在管子对接时开启后端的空气出口。沿着通风管路的左端，从上面固定了一个带着盖子的箱子，箱子装在可活动的连接头上。沿着盖子通过空气流通线路，并把执行机构与螺旋钻机连在一起。

管子下部有两个收集器，它们是管子的切口，并焊在法兰盘附近的轴上，其位置在定心装置中间的夹子上。

为了保持两个螺旋钻杆轴线之间距离能稳定，安装了一稳定器。稳定系统是一个通风管路的直线段，在其侧面装了两个圆筒，在圆筒里装有直径为450mm的双头螺旋钻杆。稳定器圆筒管子下面有个双头犁板，用以清理钻孔的中间部分。

三、螺旋钻核心技术

1 螺旋钻的叶片、钻杆设计技术

螺旋钻杆是螺旋钻采煤机一个非常重要的部件，同时它也是煤层钻孔的常用设备之一。但由于长期以来对螺旋钻杆设计参数研究甚少，其结构不尽合理，在使用过程中常常不尽如人意。为此，有必要对螺旋钻杆参数进行研究和讨论。

3-7螺旋钻叶片、钻杆采煤工作面照片1

3-8螺旋钻叶片、钻杆采煤工作面照片2

1）螺旋钻的叶片

１ 煤块在叶片上的运动学分析

如图3-9所示，取一小块煤A 为研究对象。当螺旋钻杆以转速n

旋转时，（忽略煤自重和叶片与煤块间的摩擦力），螺旋钻杆获得圆周

速度v g 。假定现在煤块与螺旋叶片的相对滑移速度为v 11，两速度

合成使煤块以

v m1的绝对速度沿叶片的法向方向运动。但是实际中由于煤块和叶片间存在摩擦力，使v 11变成v 12，相应地使v m1变成

v m2，绝对速度方向偏离法向一个摩擦角β。则在叶片平均处煤块的绝对速度：

β

απβαβcos sin cos sin cos 12nD v v v g m m === 式中:D ——煤块在叶片平均处直径，m

α——螺旋叶片平均升角，()2/g y ααα+=，（°） 图3-9 煤块在螺旋叶片上的运动分析

y α——螺旋叶片外升角，tan ()y y D L πα/=，（°）

g α——螺旋叶片升角，tan ()g g D L πα/=，（°）

螺旋钻杆的排煤速度：

()()β

βααπβαcos cos sin cos 2+=

+=nD v v m y