技术领域 [0001]本发明专利涉及一种煤矿巷道掘进机械中截割滚筒用浅截深截割装置以及这种装置的实现方法。属于煤矿巷道掘进设备和技术方法领域。 背景技术 [0002]在现有煤矿巷道掘进机械截割滚筒用截割装置大多沿用螺旋排列园锥形的镐型截齿或刀形截齿，这种截齿的单齿截深往往比较大(镐型截齿的截割厚度在10、17.5、25mm数量级)，适用于对煤壁的冲击作业、快速落煤。但该种截割方式对周边煤岩冲击较大，震动破坏明显；同时，对滚筒的动力传动系统也形成较大的机械冲击。 [0003]为配合专利号：ZL 2019 1 0186436.7“一种煤矿掘护锚一体机及平行作业的方法”的工作特点，该机要求的掏槽推进速度为1～5mm/s，需要设计一种单齿截割厚度在个位数，即小于5mm的切削截割滚筒。同时，需要满足截割煤与岩石的功能。 [0004]由中煤第五建设有限公司发明的中国实用新型专利号CN201220058393.8：一种综掘机截割装置。该专利表述，在截割滚筒上装有至少两排滚刀切割岩石且沿滚筒螺旋线方向装有每圈至少3个截齿破岩，可适用于岩石硬度大于10的硬岩巷道施工。其局限性在于，切割目标以硬岩为主，切割参数与传统圆锥形截齿相似。 发明内容 [0005]发明目的 [0006]掘护锚一体机截割采用慢速推进，连续作业的原理，同时要兼顾截割煤和截割岩石，所以需要设计浅截深的截割滚筒。割煤时主要利用滚筒上螺旋犁板(16)犁刃(15)的作用，同时螺旋犁(2)具有导、排煤流作用；截割岩石时主要利用安装在螺旋犁板(16)刃顶的金刚齿片(1)切削破岩。这样的组合，降低了现在常用截割滚筒的镐型截齿或刀型截齿冲击截割对围岩震动造成的岩石裂隙、离层扩大的风险，利用螺旋齿(8)的切削吃刀量小且线速度、进给压力均匀的特点，使围岩、顶板相对保持稳定。 [0007]技术方案 [0008]半煤岩用螺旋齿截割滚筒如图1所示主要由金刚齿片(1)、螺旋犁(2)、固定装置(3)、滚筒(4)等构成。金刚齿片(1)如图2所示由金刚石复合片PDC(5)、复合片支撑(6)、片齿握柄(7)等组成，用固定销钉(9)等技术措施镶嵌在螺旋犁板(16)顶部或焊接在螺旋犁板(16)上、金刚齿片(1)的齿刃切削方向与螺旋犁板(16)犁刃(15)切线方向一致、二者合并在一体称为螺旋齿(8)。单元螺旋齿(8)如图4所示由金刚齿片(1)(不局限于1只)、螺旋犁板(16)、固定装置(4)和犁片凸台(10)、犁片凹槽(11)、犁固定槽(12)、握柄方孔(14)、犁刃(15)等结构组成，由数个单元螺旋齿(8)形成的不可解体螺旋齿(8)、如图3所示的半圆螺旋齿(8)其弧长不宜大于180°且整体投影内半径要与滚筒(4)的安装半径相称，滚筒(4)表面焊接有螺旋凸台(13)，螺旋齿(8)沿螺旋凸台(13)卡置安装成如图1所示的螺旋齿截割滚筒，全部螺旋齿(8)的合成为螺旋犁(2)。 [0009]半煤岩用螺旋齿截割滚筒，其螺旋犁(2)实现方法： [0010]其一、等半径长螺旋犁(2)：滚筒(4)表面焊接有凸起的螺旋凸台(13)、将单元螺旋齿(8)的犁固定槽(12)依次卡置在螺旋凸台(13)上，并且依次将本单元螺旋齿(8)的犁片凸台(10)插入次一单元螺旋齿(8)的犁片凹槽(11)内、并用螺栓紧固的方式装配固定、本专利不局限于如图1的固定装置(4)；螺旋齿(8)上的金刚齿片(1)的齿片握柄(7)用固定销钉(9)、卡簧、U形卡等固定在握柄方孔(14)内，这方便于长度较长的滚筒(4)根据工作构件失效程度选择更换局部单元螺旋齿(8)或单独更换金刚齿片(1)。 [0011]其二、等半径短螺旋犁(2)：采用单元螺旋齿(8)方式时可将金刚齿片(1)焊接于螺旋齿(8)上，这方便于等半径且长度较短的滚筒(4)根据工作构件失效程度更换局部单元螺旋齿(8)。 [0012]其三、变半径螺旋犁(2)：采用将整体螺旋犁(2)焊接在滚筒表面、将金刚齿片(1)的齿片握柄(7)用固定销钉(9)、卡簧、U形卡等固定在螺旋犁板(16)的犁刃(15)处握柄方孔(14)内，这方便于变半径滚筒(4)根据工作构件失效程度单独更换金刚齿片(1)。 [0013]有益效果 [0014]相对于镐型截齿或刀形截齿单齿截深较大，如图2所示，本专利采用的金刚齿片(1)由齿片握柄(7)、复合片支撑(6)和金刚石复合片PDC(5)构成，其单齿截深为1～5mm，且破料原理由冲击改为切削，大大减少了对围岩的扰动。聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact)，简称PDC。它是用聚晶金刚石薄圆片做成小型切削块镶装或烧结到齿体上形成切削齿、适用于软到中硬岩石。 [0015]相对于煤矿巷道掘进机械截割滚筒用镐型截齿的冲击截割，本专利如图1所示的螺旋齿截割滚筒采用的是双切削原理截割。采用镐型截齿的截割滚筒其截割作用是截齿齿尖在冲击力的作用下崩落煤岩，滚筒截齿通过合理排列、设计出最佳截槽间距(与截齿螺旋线头数、截线距等有关)达到最佳截割效率，截槽间距过大截槽间的煤岩不能完全崩落对后续截割产生不利影响、截槽间距过小不能充分利用煤岩的崩落效应导致破落的煤岩块度小使截割比能耗大。螺旋齿截割滚筒除单个金刚齿片(1)有切削作用外、螺旋犁板(16)的犁刃(15)也具有切削功能，降低了对金刚齿片(1)布置、排列导致截槽间距些许变化所产生的影响，在截槽间距中留下的煤岩由螺旋犁板(16)的犁刃(15)给予犁切、同时螺旋犁(2)具有导排煤流作用，提高了煤岩抗压强度大范围变化的适应性；当然，金刚齿片(1)在螺旋犁(2)布置的具体数量或槽间距大小也需根据滚筒实际主要截割煤岩的抗压强度变化而变化，煤岩抗压强度大金刚齿片(1)多布置几只，煤岩抗压强度相对小则少布置几只。 [0016]相对于煤矿巷道掘进机械截割用镐型截齿滚筒因齿座磨损等非正常失效导致截割滚筒仅能带病工作或更换整个滚筒，本专利如图3所示的半圆螺旋齿(8)和图4所示的单元螺旋齿(8)提供了多种更换易损工作构件的方案。 [0017]相对于连续采煤机、掘锚机等需要全长等半径滚筒的应用，需用等半径长螺旋犁(2)且两半个截割滚筒的螺旋犁(2)旋向相反。适用如下方案：不可解体的螺旋齿(8)的弧度不大于180°便于在滚筒上安装、拆卸、其装配固定方式不局限于图1、图3所示的固定装置(4)；金刚齿片(1)的齿片握柄(7)用固定销钉(9)、卡簧、U形卡等固定在握柄方孔(14)内，根据工作构件失效程度选择更换局部单元螺旋齿(8)或单独更换金刚齿片(1)； [0018]相对于MT/T 1138悬臂式掘进机横轴式截割滚筒的应用，需要部分等半径螺旋犁(2)。适用于采用螺旋齿(8)方式、将金刚齿片(1)焊接于螺旋犁板(16)上，根据工作构件失效程度选择更换局部单元螺旋齿(8)。 [0019]相对于MT/T 1138悬臂式掘进机纵轴式截割滚筒的应用，需要变半径螺旋犁(2)。适用于采用将螺旋犁板(2)焊接在滚筒表面、齿片握柄(7)用固定销钉(9)、卡簧、U形卡等固定在螺旋犁板(16)刃口长方孔内等方式，根据工作构件失效程度选择更换金刚齿片(1)或整个截割滚筒。 [0020]相对于仅仅适用于岩石硬度大于10的硬岩巷道施工的上装有滚刀切割岩石的截割滚筒，本专利采用的金刚齿片(1)的PDC和螺旋犁板(16)其犁刃(15)采用工具钢等硬质、耐磨材料，螺旋犁板(16)的横断面为等腰三角形、增强了犁板自身的强度，这些特点可适用于对F10及以下硬岩、软岩、煤等的有效切割。 附图说明 [0021]图1螺旋齿截割滚筒总体示意图； [0022]图2金刚齿片(1)示意图 [0023]图3半圆螺旋齿(8)示意图 [0024]图4单元螺旋齿(8)示意图 [0025]图中所示，附图标记清单如下： [0026](1)、金刚齿片，(2)、螺旋犁，(3)、固定装置、(4)、滚筒，(5)、金刚石复合片PDC，(6)、复合片支撑，(7)、齿片握柄，(8)、螺旋齿，(9)、固定销钉，(10)、犁片凸台，(11)、犁片凹槽，(12)、犁固定槽，(13)、螺旋凸台，(14)、握柄方孔，(15)、犁刃，(16)、螺旋犁板。 具体实施方式 [0027]专利号：ZL 2019 1 0186436.7“一种煤矿掘护锚一体机及平行作业的方法”的模型机掏槽推进额定速度为2mm/s、变速范围1～5mm/s，截割滚筒转速33r/min。本专利设计的半煤岩用螺旋齿截割滚筒的基本参数：滚筒(4)直径600mm、长度2500mm、螺旋犁(2)犁片高度200mm、螺旋节距400mm、螺旋内圆投影直径600mm、金刚齿片(1)切割速度1～2m/s、即螺旋齿截割滚筒旋转20～40r/min，能正常匹配需求。 [0028]本专利图2所示的金刚齿片(1)由齿片握柄(7)、复合片支撑(6)和金刚石复合片PDC(5)构成。据中国石油大学马清明等人发表的《PDC切削齿破岩受力的试验研究》表2数据、PDC切削试验的切削深度为1.5～2mm、其切削岩性的抗压强度在22.43～249.93MPa，完全与本专利应用场景符合。金刚齿片(1)为一体式结构没有活动零部件，即直径13mm的金刚石复合片PDC(5)融接在复合片支撑(6)上、通过复合片支撑(6)的过渡再焊接到长15mm×宽10mm×高100mm的齿片握柄(7)，金刚石复合片PDC(5)上的PDC齿片有良好的自锐性，聚晶金刚石晶粒在切削岩石的过程中不断脱落、形成刃面的晶粒更新自锐、成锋利的刃口，其后的碳化钨基片具有良好的抗冲击性能、为金刚石提供了良好的弹性依托。 [0029]本专利如图1所示的螺旋齿截割滚筒采用的是双切削截割原理。据中国煤炭科工集团重庆研究院王想等人发表的《镐形截齿截割参数及几何参数研究》表述、采用镐型截齿的截割滚筒其截割作用是截齿在冲击力的作用下崩落煤岩，滚筒截齿通过合理排列、设计出最佳截槽间距(与截齿螺旋线头数、截线距等有关)达到最佳截割效率，截槽间距过大截槽间的煤岩不能完全崩落对后续截割产生不利影响、截槽间距过小不能充分利用煤岩的崩落效应导致破落的煤岩块度小使截割比能耗大。螺旋齿截割滚筒也需要合理的截齿配置，截齿的选择选用金刚齿片(1)具有切削作用、同时螺旋犁板(16)的犁刃(15)也具有切削功能，降低了对金刚齿片(1)布置、排列导致截槽间距变化所产生的影响，在相邻两截槽间留下的煤岩由螺旋犁板(16)的犁刃(15)给予犁切，提高了煤岩抗压强度大范围变化的适用性。图1所示的螺旋齿截割滚筒其螺旋犁(2)的螺旋节距400mm、每一周螺旋线布置8个金刚齿片(1)、即截槽间距为50mm、在此区段由螺旋犁板(16)的犁刃(15)犁切，螺旋犁板(16)的犁高200mm、横断面呈等腰三角形，下边长50mm保证了犁板强度.金刚齿片(1)的布置数量要根据被破煤岩的具体情况而变化、如果硬岩占比大，需要增加数量、降低截槽间距。