一种可伸缩的垂直导向机构

高昌乐，尚广耀，尚广来

(1.国家能源集团神东煤炭集团公司 技术研究院，陕西 榆林 719315；2.包头市大成重工制造有限公司，内蒙古 包头 014060)

0 引言

长期以来，煤矿井下巷帮悬挂管径较大的管线时，常采取巷道两帮预埋槽钢的固定方式，这种方式需要在巷帮两侧不同的高度钻大量的预埋孔用于预埋槽钢。常见的地质钻体积大而笨重，有些巷道已安装有皮带机等设备，受通道宽度和高度的限制，现有的大型钻孔设备不能到达作业场地，传统的手持钻孔工具不能满足大孔径(Φ180 mm)以及深孔(800 mm)的要求，由于钻孔高度一般在3 m左右，手持大扭矩钻具在高空作业时需要搭建脚手架，移动不便、劳动强度大、效率低、安全隐患多、难以保证施工质量。鉴于煤矿井下部分通道宽度和高度、狭小施工空间的局限性以及对钻孔孔径和孔深要求的特殊性，为提高钻孔施工的安全性，需要一种带有可伸缩的垂直导向机构的小型钻孔专用装置。目前常见的升降机构有剪叉式、链条提吊式、丝杠式、钢绳提吊式等[1]，尚未见到适用于狭窄皮带巷钻预埋孔的带有可伸缩垂直升降导向的小型钻孔专用装置的文献报道和产品。本文介绍了新研制的一种可伸缩的垂直导向机构，用于煤矿井下钻预埋孔的小型钻孔装置。

1 可伸缩的垂直导向机构的结构

可伸缩的垂直导向机构如图1所示，由1个升降立柱顶梁1、2个升降立柱2、2个固定立柱3、摩擦块4、4根固定导向杆5、4根钻机导向杆6、钻机7和2根升降导向杆8组成。

1.1 固定立柱与固定导向杆的连接

固定立柱与固定导向杆的连接如图2所示，固定立柱1用钢板制成C型断面结构，固定立柱的下端固定在装置的底板上，固定导向杆3通过设置在固定立柱两端的固定导向杆安装座2连接在固定立柱上。

1.2 升降立柱与升降导向杆的连接

升降立柱与升降导向杆的连接如图3所示，升降立柱用钢板制成凸字形断面，升降导向杆2通过设置在升降立柱两端的升降导向杆安装座4连接在升降立柱上。2根升降立柱1的腔内各设置1个举升油缸3作为升降立柱升降的执行元件。

1.3 固定立柱与升降立柱的连接

固定立柱与升降立柱的连接如图4所示，升降立柱1套装在固定立柱2的腔内，固定立柱2的内表面与升降立柱1的外表面之间设有滑动摩擦块3，滑动摩擦块3固定在固定立柱2的内表面，升降立柱可在固定立柱的腔内滑动伸缩，从而固定在升降立柱外露部位的升降导向杆(图3中的2)也可随之伸缩，如此便实现了垂直导向机构的可伸缩功能。2根升降立柱1的升降动作由设置在升降立柱1腔内的举升油缸(图3中的3)执行，2根升降立柱1同步升降。

1-升降立柱;2-固定立柱;3-摩擦块 1-固定导向杆；2-下导向套；3-钻机导向杆；4-升降导向杆；5-钻机；6，8-连接板;7-上导向套 1-钻机导向杆；2-钻机；3-钻机导向套

1.4 钻机导向杆与固定导向杆及升降导向杆的连接

钻机导向杆与固定导向杆及升降导向杆的连接如图5所示。共有4根钻机导向杆，其中的2根钻机导向杆3设置在钻机的一侧，另外2根钻机导向杆3设置在钻机的另一侧，对称布置。每2根钻机导向杆3的两端分别用一个连接板6和一个连接板8固定在一起，连接板6上的上导向套7套装在升降导向杆4上滑动，连接板8上的下导向套2套装在固定导向杆1上滑动。当钻机导向杆需要升降时，固定导向杆1和升降导向杆4共同为钻机导向杆3提供导向。4根钻机导向杆采用钢丝绳提吊的方式同步升降。

1.5 钻机与钻机导向杆的连接

钻机与钻机导向杆的连接如图6所示。钻机2上共设置了8个钻机导向套3，钻机2的两侧各设置4个钻机导向套3；共有4根钻机导向杆1，钻机上每2个钻机导向套3共同套装在1根钻机导向杆1上，如此便实现了钻机的垂直升降导向。钻机2的升降采用钢丝绳提吊的方式。

2 垂直导向机构的工作原理

如图1所示，当本垂直导向机构(包括钻机)到达煤矿井下的作业地点后，由举升油缸(图3中的3)将2个升降立柱(图1中的2)升起，让升降立柱顶梁与巷道顶板顶紧，使得本导向机构整体稳定，此时，安装在升降立柱(图1中的2)上的升降导向杆(图1上的8)也已升起。

1-升降立柱顶梁;2-升降立柱;3-固定立柱;4-摩擦块;5-固定导向杆;6-钻机导向杆;7-钻机;8-升降导向杆 1-固定立柱;2-固定导向杆安装座;3-固定导向杆 1-升降立柱;2-升降导向杆;3-举升油缸;4-升降导向杆安装座

如图5所示，升起后的2根升降导向杆4连同4根固定导向杆1共同为4根钻机导向杆3提供导向，此时，上导向套7在升降导向杆4上滑动，下导向套2在固定导向杆1上滑动。

如图6所示，钻机导向套3在钻机导向杆1上滑动。

如图5所示，当钻机5需要升降时，采用小型卷扬机将钻机5连同4根钻机导向杆3一同提吊到所需的高度并锁定卷扬机，随后就可以施钻。

3 结语

(1)采用C形固定立柱和凸字形升降立柱组合的方式为圆柱形固定导向杆以及圆柱形升降导向杆提供了安装组件，实现了导向杆的伸缩升降，而圆柱形固定导向杆和圆柱形升降导向杆进一步为圆柱形钻机导向杆提供导向，圆柱形钻机导向杆又为钻机提供升降导向，这种结构便形成了一种可伸缩的垂直导向机构。与完全固定形式的垂直导向机构相比，由于本垂直导向机构可以伸缩，结构尺寸小，故可满足煤矿井下低矮、狭窄通道及狭小作业空间对钻机装置结构尺寸的要求。并且满足了钻机装置的工作载荷、稳定性及安全性要求，实现了钻机作业高度的方便调节。

(2)本文介绍的这种可伸缩的垂直导向机构用于煤矿井下小型钻机的升降作业，已在神华神东煤炭分公司井下使用，效果良好。