CN220769456U - 一种竖井开挖装置及掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于掘进设备技术领域，具体提供了一种竖井开挖装置及掘进机。该竖井开挖装置包括转盘，转盘设有能够沿转盘径向活动的锯切机以及岩石劈裂机，还设有用于驱动锯切机以及岩石劈裂机径向活动的驱动装置。该掘进机包括上述竖井开挖装置。在掘进时，岩石劈裂机收回至导井处，锯切机首先沿径向将岩体切割多条岩缝，然后岩石劈裂机伸出进入岩缝内将岩体劈裂成独立的小块，最后小块岩体从导井落入既有隧道，完成清渣回收。与现有技术中的刀盘破岩相比，锯切机与岩石劈裂机利用岩石抗拉强度远低于抗压强度的特点破岩，降低了能耗。同时，破碎的小块岩体还便于采石场回收利用。

Description

一种竖井开挖装置及掘进机

技术领域

本实用新型属于掘进设备技术领域，特别是涉及一种竖井开挖装置及掘进机。

背景技术

在矿山及水利工程施工领域，开挖竖井时地下隧洞一般已经开挖完成，因此该领域大直径竖井通常采用反井钻机导井加二次刷爆的施工工法，即首先利用反井钻机向下钻进刀孔，待导孔与下部隧洞贯通后，换上扩孔刀盘，从下向上完成导井开挖，然后利用钻爆法扩挖到施工要求尺寸，在此期间通过导井向下排渣。但是，钻爆法存在劳动强度大、安全性不足等问题。

申请人的专利申请文件(CN114278305A)提供了一种扩孔式竖井掘进机，该掘进机包括刀盘、主驱动、主梁与撑靴推进机构，主驱动带动刀盘转动，撑靴推进机构推动刀盘下压掌子面，刀盘在推力和旋转的共同作用下使岩块破碎，岩石碎渣从导井进入下部隧洞，实现了连续开挖。

但是，对于高强度围岩，刀盘破岩能耗较高。而且，刀盘滚压后岩石会成为碎渣状，难以成块回收利用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种竖井开挖装置，以解决现有技术中已有导井的竖井掘进机刀盘破岩耗能高以及开挖岩石难以回收利用的技术问题。本实用新型的目的还在于提供一种掘进机，以解决与上述相同的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的竖井开挖装置的技术方案是：

一种竖井开挖装置，包括转盘，所述转盘设有能够沿转盘径向活动的锯切机以及岩石劈裂机，还设有用于驱动所述锯切机以及岩石劈裂机径向活动的驱动装置。

有益效果是：本实用新型改进了现有技术中竖井掘进机的开挖装置，适合用于已有导井的竖井掘进。在掘进时，岩石劈裂机收回至导井处，锯切机首先沿径向将岩体切割多条岩缝，然后岩石劈裂机伸出进入岩缝内将岩体劈裂成独立的小块，最后小块岩体从导井落入既有隧道，完成清渣回收。与现有技术中的刀盘破岩相比，锯切机与岩石劈裂机利用岩石抗拉强度远低于抗压强度的特点破岩，降低了能耗。同时，破碎的小块岩体还便于采石场回收利用。

作为进一步地改进，所述转盘设有用于安装锯切机的切割机安装座以及用于安装岩石劈裂机的劈裂机安装座，所述锯切机通过切割机导向座与所述切割机安装座滑动配合，用于驱动锯切机的驱动装置设在所述切割机导向座与所述切割机安装座之间，所述岩石劈裂机通过劈裂机导向座与所述劈裂机安装座滑动配合，用于驱动所述岩石劈裂机的驱动装置设在所述劈裂机导向座和所述劈裂机安装座之间。

有益效果是：提高了锯切机与岩石劈裂机移动的稳定性，并且此时驱动装置不承受扭矩，提升了可靠性。

作为进一步地改进，所述驱动装置为径向油缸。

有益效果是：液压缸可以提供稳定的推力，并且具有一定的自锁效果。

作为进一步地改进，所述锯切机沿水平面摆动安装在所述切割机导向座，所述切割机导向座和所述锯切机之间还设有用于驱动所述锯切机沿水平面摆动的水平摆动驱动装置。

有益效果是：可以改变切缝宽度与切缝的延伸方向，便于劈裂机顺利进入。同时，还实现了环形切割，直接将岩石切割成独立小单元。

作为进一步地改进，所述水平摆动驱动装置为竖向马达。

有益效果是：传动系统简单，容易布置。

作为进一步地改进，所述锯切机沿所述转盘径向摆动安装在所述切割机导向座或所述水平摆动驱动装置，所述锯切机与所述切割机导向座或所述水平摆动驱动装置之间还设有用于驱动所述锯切机沿转盘径向摆动的径向摆动驱动装置。

有益效果是：改变锯切机进尺角度，减小进尺时的阻力，提高效率。

作为进一步地改进，所述径向摆动驱动装置为径向马达。

有益效果是：传动系统简单，容易布置。

作为进一步地改进，所述转盘还设有用于将由岩石劈裂机破碎的岩石碎块扒向导井的扒渣机械臂。

有益效果是：保证了岩石碎块可以稳定落入导井，提高清渣效率。

作为进一步地改进，所述扒渣机械臂设于所述转盘的中心。

有益效果是：破岩时扒渣机械臂的转动半径最小，避免其与导井之外的岩体干涉。

为实现上述目的，本实用新型所提供的掘进机的技术方案是：

一种掘进机，包括回转驱动装置，还包括竖井开挖装置，竖井开挖装置包括转盘，所述转盘设有能够沿转盘径向活动的锯切机以及岩石劈裂机，还设有用于驱动所述锯切机以及岩石劈裂机径向活动的驱动装置。

有益效果是：本实用新型改进了现有技术中竖井掘进机的开挖装置，适合用于已有导井的竖井掘进。在掘进时，岩石劈裂机收回至导井处，锯切机首先沿径向将岩体切割多条岩缝，然后岩石劈裂机伸出进入岩缝内将岩体劈裂成独立的小块，最后小块岩体从导井落入既有隧道，完成清渣回收。与现有技术中的刀盘破岩相比，锯切机与岩石劈裂机利用岩石抗拉强度远低于抗压强度的特点破岩，降低了能耗。同时，破碎的小块岩体还便于采石场回收利用。

作为进一步地改进，所述转盘设有用于安装锯切机的切割机安装座以及用于安装岩石劈裂机的劈裂机安装座，所述锯切机通过切割机导向座与所述切割机安装座滑动配合，用于驱动锯切机的驱动装置设在所述切割机导向座与所述切割机安装座之间，所述岩石劈裂机通过劈裂机导向座与所述劈裂机安装座滑动配合，用于驱动所述岩石劈裂机的驱动装置设在所述劈裂机导向座和所述劈裂机安装座之间。

有益效果是：提高了锯切机与岩石劈裂机移动的稳定性，并且此时驱动装置不承受扭矩，提升了可靠性。

作为进一步地改进，所述驱动装置为径向油缸。

有益效果是：液压缸可以提供稳定的推力，并且具有一定的自锁效果。

作为进一步地改进，所述锯切机沿水平面摆动安装在所述切割机导向座，所述切割机导向座和所述锯切机之间还设有用于驱动所述锯切机沿水平面摆动的水平摆动驱动装置。

有益效果是：可以改变切缝宽度与切缝的延伸方向，便于劈裂机顺利进入。同时，还实现了环形切割，直接将岩石切割成独立小单元。

作为进一步地改进，所述水平摆动驱动装置为竖向马达。

有益效果是：传动系统简单，容易布置。

作为进一步地改进，所述锯切机沿所述转盘径向摆动安装在所述切割机导向座或所述水平摆动驱动装置，所述锯切机与所述切割机导向座或所述水平摆动驱动装置之间还设有用于驱动所述锯切机沿转盘径向摆动的径向摆动驱动装置。

有益效果是：改变锯切机进尺角度，减小进尺时的阻力，提高效率。

作为进一步地改进，所述径向摆动驱动装置为径向马达。

有益效果是：传动系统简单，容易布置。

作为进一步地改进，所述转盘还设有用于将由岩石劈裂机破碎的岩石碎块扒向导井的扒渣机械臂。

有益效果是：保证了岩石碎块可以稳定落入导井，提高清渣效率。

作为进一步地改进，所述扒渣机械臂设于所述转盘的中心。

有益效果是：破岩时扒渣机械臂的转动半径最小，避免其与导井之外的岩体干涉。

附图说明

图1为本实用新型中竖井开挖装置实施例1的在施工状态的示意图；

图2为本实用新型中竖井开挖装置实施例1与掘进机配合安装的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2中锯切机的侧视图；

图5为图2中锯切机位置的局部放大图；

图6为本实用新型中竖井开挖装置实施例1的俯视图；

图7为本实用新型中竖井开挖装置实施例1中锯切机切割后的岩缝示意图；

图8为本实用新型中竖井开挖装置实施例1中岩石劈裂机劈裂后的岩缝示意图；

图9为本实用新型中掘进机实施例2的结构示意图。

附图标记说明：

1、既有隧道；2、导井；3、锯切机；4、扒渣机械臂；5、岩石劈裂机；6、转盘系统；7、回转驱动系统；8、支撑系统；9、升降系统；100、径向岩缝；200、环形岩缝；301、链锯；302、链轮；303、链锯驱动装置；304、竖向马达；305、径向马达；306、第一回转座；307、第二回转座；601、转盘；602、安装座；603、导向座；604、径向油缸；701、回转驱动装置；702、回转支承；703、固定架；704、升降油缸；705、导向筒；801、支撑油缸；802、撑靴杆；803、撑靴；901、钢丝绳。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型所提供的竖井开挖装置的具体实施例1：

本实施例所提供的竖井开挖装置用于如图1所示的竖井掘进机中，适合用于已有既有隧道1和导井2的竖井掘进。竖井掘进机包括前端(掘进方向为前)的竖井开挖装置、用于驱动竖井开挖装置的转盘系统转动以及上下移动的回转驱动系统7、为掘进机向前掘进提供稳定支撑的支撑系统8以及将掘进机整机下放和回收的升降系统9。

如图1、图2和图6所示，竖井开挖装置包括转盘系统6，转盘系统6包括转盘601，转盘601安装在回转驱动系统7的回转支承702上。转盘601前端面设有安装座602，安装座602沿转盘601径向延伸，并且安装座602内设有与安装座602滑动配合的导向座603，安装座602和导向座603之间设有用于驱动导向座603沿安装座602的延伸方向滑动的驱动装置，具体地，本实施例中，驱动装置为径向油缸604。

导向座603上安装有锯切机3和岩石劈裂机5。安装有锯切机3的导向座603形成切割机导向座，与切割机导向座配合的安装座602形成切割机安装座；安装有岩石劈裂机5的导向座603形成劈裂机导向座，与劈裂机导向座配合的安装座602形成劈裂机导向座。本实施例中，锯切机3和岩石劈裂机5分别布置两个，并且相邻两个锯切机3和岩石劈裂机5交叉布置，这样具有较高的破岩效率。

如图2、图4和图5所示，锯切机3包括链锯301，链锯301上设有切割齿。链锯301通过链轮302与链锯驱动装置303连接，链锯驱动装置303可以是液压马达或电机。锯切机3的切缝破岩原理为现有技术，不再赘述。此外，岩石劈裂机5的结构以及劈裂岩石原理同样为现有技术，不再赘述。

本实施例中锯切机3和导向座603之间还设有竖向马达304和径向马达305，如图5所示，竖向马达304用于驱动锯切机3沿水平面摆动(摆动轴线竖直)，即改变链锯301与导向座603的夹角，径向马达305用于驱动锯切机3沿转盘601径向摆动，即改变链锯301与水平面的夹角。具体地，竖向马达304与导向座603连接，竖向马达304的动力输出轴安装有第一回转座306，径向马达305安装在第一回转座306上，径向马达305的动力输出轴安装有第二回转座307，锯切机3的链锯驱动装置303安装在第二回转座307上。这样可以改变径向岩缝100的宽度，便于岩石劈裂机5进入，同时还能调整链锯的切割线(由沿转盘径向改变为转盘切向)，实现环形岩缝200的切割，还可以调整进尺时链锯301与岩体的接触位置，避免在进尺时链锯301的阻力过大，提高了破岩效率。

如图7和图8所示，本实施例在向下开挖破岩时，锯切机3沿转盘601径向移动切割，并随着转盘601转动，切割出一周的径向岩缝100。在完成径向岩缝100的切割后，锯切机3转动一定角度，在转盘601的作用下，切割环形岩缝200。最后，岩石劈裂机5向外伸出，进入岩缝内，将岩体劈裂，岩体成为独立的小块，并从导井2落入既有隧道1中，再从既有隧道1清渣回收，高效安全地实现了竖井开挖。与现有技术中的刀盘掘进方案不同的是，本实施例中开挖装置包括锯切机3和岩石劈裂机5破岩，这样利用了岩体抗拉强度远小于抗压强度的特点破岩，破岩时消耗的能量更少，更加节能。同时，岩体最终被破碎成小块岩石，落入既有隧道1后，也便于采石场回收利用，实现对岩石的二次加工。

本实施例中转盘601上还安装有扒渣机械臂4，扒渣机械臂4用于将由岩石劈裂机5劈裂的小块岩石扒入导井2，提高清渣效率。扒渣机械臂4的具体结构可以与TBM中的清渣机械臂一致，此处不再具体说明。本实施例中扒渣机械臂4位于转盘601的中心，这样就减小了扒渣机械臂4的转动半径，尽可能减小了其与导井之外的其他区域干涉的可能性。

本实用新型所提供的竖井开挖装置的具体实施例2，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，锯切机以及岩石劈裂机通过导向座安装在转盘设有的安装座上，并且驱动锯切机和岩石劈裂机的驱动装置为径向油缸。在本实施例中，可以在转盘上开设导向槽，锯切机以及岩石劈裂机设有驱动总成，驱动总成包括行走轮，行走轮沿转盘上的导向槽滚动，具体结构类似于悬挂式单轨结构。

本实用新型所提供的竖井开挖装置的具体实施例3，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，锯切机3连接有竖向马达和径向马达。在本实施例中，可以不包括竖向马达和径向马达，锯切机同样可以实现切割破岩的作用。当然，也可以仅设置竖向马达或径向马达中的任意一个，比如仅设置径向马达，径向马达驱动锯切机沿切割机导向座摆动，此时锯切机无法切割出环形岩缝200，但是岩石劈裂机进入径向裂缝100依然可以利用冲击或涨裂作用实现破岩。

本实用新型所提供的竖井开挖装置的具体实施例4，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，驱动锯切机径向摆动的径向摆动驱动装置为径向马达，驱动锯切机水平摆动的水平摆动驱动装置为竖向马达。在本实施例中，径向摆动驱动装置与水平摆动驱动装置都可以是液压油缸，液压油缸伸缩方向为锯切机的摆动方向。

本实用新型所提供的竖井开挖装置的具体实施例5，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，转盘601中心还设有扒渣机械臂。在本实施例中，可以不包括扒渣机械臂，或者扒渣机械臂不设置在转盘601的中心，同样可以实现扒渣作用。

本实用新型中的掘进机的具体实施例1：

如图1-图3所示，掘进机包括前端(掘进方向为前)的竖井开挖装置、用于驱动竖井开挖装置的转盘系统转动以及上下移动的回转驱动系统7、为掘进机向前掘进提供稳定支撑的支撑系统8以及将掘进机整机下方和回收的升降系统9。竖井开挖装置即上述竖井开挖装置的实施例1至5的任一实施例中记载的竖井开挖装置，此处不再具体说明。

回转驱动系统7包括回转驱动装置701，回转驱动装置701与回转支承702传动连接，转盘系统6安装在回转支承702上，并在回转驱动装置701的作用下转动。具体地，回转驱动装置701可以是电机或液压马达。回转驱动系统7还包括固定架703，回转驱动装置701安装在固定架703上，固定架703后端连接在导向柱上，导向柱沿导向筒705上下滑动，并且导向柱和导向筒705之间还设有升降油缸704，在升降油缸704的作用下，竖井开挖装置可以整体上下移动。

支撑系统8包括四组撑靴系统，撑靴系统包括支撑油缸801、撑靴杆802以及撑靴803，在支撑油缸801的作用下，撑靴803径向伸出，撑紧井壁，为掘进机向下掘进提供稳定支撑。升降系统9包括卷扬机，卷扬机通过钢丝绳901牵引掘进机整体升降。

本实施例的施工过程(以配置有上述竖井开挖装置实施例1为例)：

S1：反井钻机完成导井2的施工，形成中部落渣通道；

S2：安装井下掘进机并通过钢丝绳901与井口卷扬机相连接；

S3：支撑系统8撑紧井壁；

S4：调整竖向马达304与径向马达305使锯切机3具有合适的切割角度入岩切割，并在回转驱动装置701、径向油缸604和升降油缸704的综合作用下，在竖井断面上形成多条径向岩缝100；

S5：调整竖向马达304与径向马达305使锯切机3具有合适的切割角度入岩切割，并在回转驱动装置701、径向油缸604和升降油缸704的综合作用下，在竖井断面上形成多条环形岩缝200；

S6：在回转驱动装置701、径向油缸604和升降油缸704的综合作用下，岩石劈裂机5插入切割岩缝内将岩石破碎成独立的小块(单元)；

S7：扒渣机械臂4将分割出来的岩块扒入导井2内，完成1个循环内整个断面内岩渣的清理；

S8：支撑系统8收回，撑靴离开井壁，井口卷扬机下放钢丝绳901，使掘进机整体下放1个开挖循环；

S9：下放到位后，支撑系统8的撑靴伸出并撑紧井壁；

S10：重复步骤S4-S9，完成整个竖井的施工。

本实用新型所提供的掘进机的具体实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：实施例1中掘进机整体升降依靠井口的卷扬机。在本实施例中，如图9所示，包括两层支撑系统8，两层支撑系统8之间通过油缸和导向柱连接，双层支撑系统8换步撑紧洞壁实现掘进机整体的升降。具体换步过程：下层支撑系统8下移一个掘进行程后撑紧井壁，然后上层支撑系统8再在油缸作用下下移一个掘进行程后撑紧井壁。

最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种竖井开挖装置，包括转盘，其特征在于，所述转盘设有能够沿转盘径向活动的锯切机以及岩石劈裂机，还设有用于驱动所述锯切机以及岩石劈裂机径向活动的驱动装置。

2.根据权利要求1所述的竖井开挖装置，其特征在于，所述转盘设有用于安装锯切机的切割机安装座以及用于安装岩石劈裂机的劈裂机安装座，所述锯切机通过切割机导向座与所述切割机安装座滑动配合，用于驱动锯切机的驱动装置设在所述切割机导向座与所述切割机安装座之间，所述岩石劈裂机通过劈裂机导向座与所述劈裂机安装座滑动配合，用于驱动所述岩石劈裂机的驱动装置设在所述劈裂机导向座和所述劈裂机安装座之间。

3.根据权利要求1或2所述的竖井开挖装置，其特征在于，所述驱动装置为径向油缸。

4.根据权利要求2所述的竖井开挖装置，其特征在于，所述锯切机沿水平面摆动安装在所述切割机导向座，所述切割机导向座和所述锯切机之间还设有用于驱动所述锯切机沿水平面摆动的水平摆动驱动装置。

5.根据权利要求4所述的竖井开挖装置，其特征在于，所述水平摆动驱动装置为竖向马达。

6.根据权利要求4所述的竖井开挖装置，其特征在于，所述锯切机沿所述转盘径向摆动安装在所述切割机导向座或所述水平摆动驱动装置，所述锯切机与所述切割机导向座或所述水平摆动驱动装置之间还设有用于驱动所述锯切机沿转盘径向摆动的径向摆动驱动装置。

7.根据权利要求6所述的竖井开挖装置，其特征在于，所述径向摆动驱动装置为径向马达。

8.根据权利要求1或2所述的竖井开挖装置，其特征在于，所述转盘还设有用于将由岩石劈裂机破碎的岩石碎块扒向导井的扒渣机械臂。

9.根据权利要求8所述的竖井开挖装置，其特征在于，所述扒渣机械臂设于所述转盘的中心。

10.一种掘进机，包括回转驱动装置，其特征在于，还包括权利要求1-9中任一项所述的竖井开挖装置。