钻孔水力采矿井下采掘机器人技术领域
本发明属于钻探领域，具体涉及一种钻孔水力采矿井下采掘机器人，可广泛应用
于地质、煤炭、石油等部门的钻探领域，尤其适用于深部固体矿产水力开采。
背景技术
目前，生产中最常用的钻孔水力采矿方法虽较传统采矿方式能在一定程度上减少
基建投资、提高工作安全性，但在实际生产过程中仍有一些不足，例如采掘过程中水枪只能
沿预定井迹进行破碎，而不能根据井下矿层的展布情况实时修正，指导其规划合理的路径；
水枪破碎周遭矿体只局限在某一特定的空间范围，对于局部资源，如点状、局部透镜分布矿
的开采完成难度大；水力破碎矿体时高速射流冲击钻孔壁，破碎、崩落的岩矿体随意散落，
极易造成孔壁的坍塌、卡钻、埋钻等事故，而且矿浆也不能充分返排，严重滞缓采矿效率等。
这些问题使得深部固体矿产的钻孔水力开采技术在生产实践中的大规模推广应用受到一
定的限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有钻孔水力采矿方法存在的上述不足，提供
一种钻孔水力采矿井下采掘机器人，可在地下矿体的展布空间内实现360°全方位智能化的
开采；适用于深孔高温高压等恶劣环境；钻探过程可显著提高钻进效率和钻孔质量，降低钻
探成本，提高生产安全性。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
钻孔水力采矿井下采掘机器人，至少包括水枪部件、机械力臂、机械力臂防护罩、
移动式搭载平台、机器人动力传动装置和机器人自平衡装置，水枪部件的供水软管接头焊
接于机械力臂的空心钻杆柱上，空心钻杆柱上设置有防护罩接头，机械力臂防护罩通过内
六角螺丝与防护罩接头结合在一起，机械力臂底部的机械力臂底座通过螺栓固定在移动搭
载平台上，移动搭载平台架设在机器人动力传动装置上，机器人自平衡装置架设在机器人
动力传动装置中。
按上述方案，所述水枪部件包括螺旋式水力旋转喷头、可伸缩支架、供水软管和供
水软管接头，螺旋式水力旋转喷头上刻有斜向喷水口，螺旋式水力旋转喷头焊接在可伸缩
支架上，可伸缩支架通过螺纹与供水软管相接，供水软管通过钻杆沟槽接入供水软管接头。
按上述方案，所述机械力臂至少包括空心钻杆柱、防护罩接头、钻杆内水管接头、
曲柄杆、集成电器控制箱、360°旋转支座和机械力臂底座，钻杆内水管接头连通空心钻杆柱
上部钻杆水力通道，空心钻杆柱通过曲柄杆与360°旋转支座相连，360°旋转支座下部搭接
集成电器控制箱，同时360°旋转支座和集成电器控制箱通过螺栓固定于机械力臂底座上。
按上述方案，所述机械力臂防护罩包括可折叠防护叶片、机械力臂连接头，机械力
臂连接头通过内六角螺丝与防护罩接头结合在一起，可折叠叶片焊接于机械力臂连接头
上。
按上述方案，所述机械力臂还包括红外线扫描设备与测量装置接头，红外线扫描
设备与测量装置接头焊接于空心钻杆柱上，红外线扫描设备与测量装置接头用于接入红外
扫描设备和测量装置。
按上述方案，所述机器人动力传动装置主要由传动轮、齿型履带和传动轴组成，齿
型履带设置在传动轮的外围。
按上述方案，所述机器人自平衡装置包括传动轴底座、传动轴、弹簧减震器和液压
悬挂支衬，传动轴底座设置在弹簧减震器和液压悬挂支衬上，传动轴设置在传动轴底座上。
按上述方案，所述可折叠防护叶片设有4个导向折叠翼片。
本发明的工作原理：该井下采掘机器人通过红外扫描设备和井底测量装置及时构
建井下三维地质模型，通过集成电器控制箱发出指令，机器人动力传动装置和机器人自平
衡装置能保证机器人在整个井下采掘过程中的动力供给和稳定，通过机器人动力传动装置
和机械力臂指示机器人在整个井下采掘过程中的运移和无死角开采，同时机器人自平衡装
置和机械力臂防护罩保证了开采的稳定性和安全性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、井下智能化采掘是钻孔水力采矿的核心技术，本发明井下采掘机器人是一种新
型的采矿工具，可在地下矿体的展布空间内实现360°全方位智能化的开采，在开采的同时
捕捉周边矿体信息，自动生成三维可视模型；井底测量装置自动记录井下数据；信息画面即
时传输到井下机器人控制台和地面人工总控台，由其发出指令指导机器人的井下移动路
径，矿体的安全高效开采，矿浆的顺利返排；
2、该机器人操作简单，数字化智能化程度高，可适用于深孔高温高压等恶劣环境；
钻探过程可显著提高钻进效率和钻孔质量，降低钻探成本，提高生产安全性，应用前景广
泛。
附图说明
图1为本发明采掘机器人的喷头结构示意图；
图2为本发明采掘机器人的机械力臂结构示意图；
图3为本发明采掘机器人的机械力臂防护罩的连接示意图；
图4为本发明采掘机器人的机器人动力传动装置与移动式搭载平台的连接示意
图；
图5为本发明采掘机器人的机器人自平衡系统的结构示意图；
图6为本发明的机器人主体结构图；
图中：1-斜向喷水口、2-螺旋式水力旋转喷头、3-可伸缩支架、4-供水软管、5-红外
线扫描设备与测量装置接头、6-供水软管接头、7-空心钻杆柱、8-防护罩接头、9-钻杆内水
管接头、10-曲柄杆、11-集成电器控制箱、12-360°旋转支座、13-机械力臂底座、14-可折叠
防护叶片、15-机械力臂连接头、16-移动式搭载平台、17-传动轮、18-齿型履带、19-传动轴
底座、20-传动轴、21-弹簧减震器、22-液压悬挂支衬。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进一步的描述，所举实例只用于解释说明本
发明，并非限定本发明的应用范围。
参照图1～图5所示，本发明所述的钻孔水力采矿井下采掘机器人，包括：螺旋式水
力旋转喷头2、可伸缩支架3、供水软管4、红外线扫描设备与测量装置接头5、供水软管接头
6、空心钻杆柱7、防护罩接头8、钻杆内水管接头9、曲柄杆10、集成电器控制箱11、360°旋转
支座12、机械力臂底座13、可折叠防护叶片14、机械力臂连接头15、移动式搭载平台16、传动
轮17、齿型履带18、传动轴底座19、传动轴20、弹簧减震器21、液压悬挂支衬22。
如图1所示，螺旋式水力旋转喷头2上刻有斜向喷水口1，螺旋式水力旋转喷头2焊
接在可伸缩支架3上，可伸缩支架3通过螺纹与供水软管4相接。
参照图1～图3，供水软管4通过钻杆沟槽接入供水软管接头6，红外扫描设备与测
量装置接头5预留，红外线扫描设备与测量装置接头5用于接入红外扫描设备和测量装置，
测量装置将信息反馈至集成电器控制箱11，红外扫描设备与测量装置接头5与供水软管接
头6焊接于空心钻杆柱7上，防护罩接头8设置在空心钻杆柱7上，机械力臂连接头15通过内
六角螺丝与防护罩接头8结合在一起，可折叠叶片14焊接于机械力臂连接头15上。
如图3所示，焊接于机械力臂连接头15上的可折叠防护叶片14设有4个导向折叠翼
片，可折叠防护叶片14对防止洞壁破碎矿层崩塌造成事故有一定的作用，同时其形成圈闭
空间对矿浆的返排也有一定促进作用。
如图2所示，钻杆内水管接头9连通空心钻杆柱7上部钻杆水力通道，空心钻杆柱7
通过曲柄杆10与360°旋转支座12相连，360°旋转支座12下部搭接集成电器控制箱11，同时
360°旋转支座12和集成电器控制箱11通过螺栓固定于机械力臂底座13上，底部的机械力臂
底座13通过螺栓固定在移动搭载平台16上；移动搭载平台16架设在由传动轮17、齿型履带
18和传动轴20组成的机器人动力传动装置上，如图4所示。
参照图5～图6所示，传动轴底座19、传动轴20、弹簧减震器21和液压悬挂支衬22共
同组成机器人自平衡装置，机器人自平衡装置架设在机器人动力传动装置中。
采掘机器人组装好后串接在近钻头钻杆柱中下入钻孔内，接近目标矿层初期，由
集成电器控制箱11发出指令指示采掘机器人打开钻杆内水管接头9开关，高压水流经空心
钻杆柱7流至供水软管4通道内，供水软管4内的高压水流冲击螺旋式水力旋转喷头2，刻在
螺旋式水力旋转喷头2上的斜向喷水口1在水力的作用下形成旋转切割效应破碎矿体外层；
与此同时，为了形成淹没射流保持水枪的最大切割效应，红外线扫描设备与测量装置接头5
接入的测量装置将信息反馈至集成电器控制箱11，集成电器控制箱11指导可伸缩支架3自
动调整螺旋式水力旋转喷头2与外层矿体的距离，以上过程完毕后，会形成一个从外层矿体
向内延伸的椭球型矿洞。
接着，红外线扫描设备与测量装置接头5接入的红外扫描设备和测量装置依据矿
洞内矿体的空间展布情况，自动录入井下地层信息和生成井下三维地质模型，数据信息及
时传输到集成电器控制箱11，由其发出指令指示井下采掘机器人选择最优的巷道移动路
径，整个移动过程中，动力由传动轮17、齿型履带18以及传动轴20所构成的机器人动力传动
装置提供，其中齿型履带18可提供较大的咬合摩擦力。如果遇到巷道路面崎岖不平，可通过
主要由传动轴底座19、传动轴20、弹簧减震器21和液压悬挂支衬22共同组成的机器人自平
衡装置进行调节，以便顺利通过地形。
在井下采掘机器人向矿体深处进发的过程中，机械力臂是完成智能化采掘过程的
关键部件。基于红外扫描设备和测量装置获取井下矿体空间展布信息的前提，集成电器控
制箱11除了指导机器人的移动，还通过控制360°旋转支座12、曲柄杆10，带动包括螺旋式水
力旋转喷头2、可伸缩支架3、供水软管4在内的水枪部件组成一个无死角水力切割系统，从
而充分、高效的采掘井下矿层。在采掘过程中，如遇地下矿层破碎，极易坍塌的情况，红外扫
描设备和测量装置提前构建破碎矿层周边的精细三维地质模型，数据传输至集成电器控制
箱11后，发出指令指示防护罩接头8开关打开，与防护罩接头8连接的机械力臂连接头15带
动可折叠防护叶片14舒展开，与前方破碎矿体形成一个倒斗型的密闭圈。此举一来避免了
洞壁坍塌所引发的事故，二来圈闭体系中增大的压力也加快了矿浆上返的速度，提高了采
矿的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。