CN102216564A - 用于对岩石进行作业的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种用于利用挖掘设备(1；2；15)来挖掘隧道、平巷或井道等的方法，包括：抵靠着待被作业的岩石表面应用切割头(4)，所述切割头(4)绕主旋转轴线(R)旋转并具有大体径向向外定向的切割元件。使形成在切割滚轮(7)上的所述岩石切割元件(13)在所述切割头(4)压靠在岩石上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，并且使所述岩石切割元件在滚动期间在岩石表面中切割出以彼此相距一定距离的方式侧向布置的槽。本发明还涉及一种可旋转切割头以及一种用于挖掘隧道、平巷或井道等的设备和钻机。

Description

用于对岩石进行作业的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种用于挖掘隧道、平巷或井道等的方法。本发明还涉及一种用于此类挖掘的可旋转切割头。另外，本发明涉及一种用于这种挖掘的钻机。

背景技术

在开挖隧道和采矿期间，挖掘隧道、平巷或井道等的特定过程是耗时、耗能以及高成本的过程。要完成所有这些空间，除了挖掘之外，必须还要增加紧固顶部、底部、壁以及可能的表面处理的操作。在挖掘隧道和平巷期间，在前已知的是使用具有切割轮的钻机，其在作业期间在可摆动及可枢转臂以及布置在承载车辆上的驱动装置的帮助下被驱动掠过待被作业的岩石表面。然后，带有杆状作业工具的可旋转切割轮被布置以执行岩石作业。

对于挖掘竖直矿井，在前已知的是使用扩孔钻，在使用导引工具的同时，该扩孔钻绕与井道方向一致的轴线旋转且压靠在岩石上。

作为背景技术中的第一类代表，要提到的是US 4 721 340。背景技术中的其它代表则是US 4 629 010和WO 93/07359和GB 801 615。

背景技术中的所有这些代表都存在以上提到的缺点，即，耗时、耗能、成本高的操作。

发明内容

本发明的目的是提供以上指出的一种方法、一种切割头以及一种钻机，其中，背景技术中的缺点得到解决或至少得到减少。这是通过各项独立权利要求的特征来实现的。

重点指出的是，本发明涉及借助绕主旋转轴线旋转的切割头对岩石进行作业，其中岩石切割元件大体径向向外定向，其中，意在使岩石切割元件定位成绕切割头包络表面的区域分布。另外，意在通过使该包络表面区域与岩石接合而抵靠着待被作业的岩石表面应用切割头。

当涉及本发明方法时，通过本发明，可以实现：必须通过特定岩石切割元件直接作业而分解的岩石量被最小化。这是通过以下事实实现的，该事实是：只有岩石侧中的下述槽必须通过与岩石滚动接触而被切割，其中，所述槽彼此相距一定距离；这是依赖切割头的特征的有利且高效的方式。

存在于槽之间的材料将主要靠自身裂开，这是因为在槽的切割期间在材料中出现自我引发裂缝现象的原因。可能地，仅部分疏松的材料可以在例如旋转切割头的下一次应用期间随即被简单地从被作业的岩石侧松出。以此，实现了：为良好分解岩石材料而消耗的能量可以被最小化，以使得时间、能量和成本可以减少。

另外，与之前的根据背景技术的对应方法相比，对单位数量的被切削岩石而言，作业于岩石的特定元件可以使用得明显地更长久，这是因为这些元件的磨损减少。槽宽、槽深以及槽之间的距离根据应用和根据岩石特性，特别地根据形成裂缝的倾向性进行选择。这些参数可以在现场测试、实际分析期间和/或通过实验室测试和计算来确定。当然，在定尺寸期间，岩石切割元件的抵抗性和所选择的用于这些岩石切割元件的材料也是最重要的，这是因为岩石切割元件的厚度直接确定所形成的槽的宽度。另外，切割滚轮中的材料是在前使用的用于相似应用的本身已知的高抵抗性材料。切割滚轮也可以装备有绕周边分布的硬金属嵌体。

只有要形成槽的区域中的岩石材料将必须被分解，这个事实是通过将岩石切割元件形成为至少部分盘形的切割滚轮而实现的，其中使至少部分盘形的切割滚轮在切割头压靠在岩石上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，并通过在滚动期间使至少部分盘形的切割滚轮切割出侧向布置的槽而实现的，所述槽彼此相距一定距离。以此，其意在：切割滚轮呈大体盘形，或在局部外周大体呈盘形，其中，切割滚轮应是平坦的、大体圆形的、且至少在外周具有基本相同的厚度。以此，实现了：形成这样的槽，所述槽大体在岩石侧中的槽的深度上具有相同宽度，借此，槽之间的材料因此而不必被分解，这带来了以上提到的在涉及能量消耗方面以及在涉及岩石切割作业元件磨损方面的优点。

特别地，优选的是，切割头线性压靠在待被作业的岩石上，并在需要时，在某一作业阶段完成之后，在随后的作业阶段中，切割头从岩石被拔出、被移动到具有待被作业的新岩石的新地点、然后重复该方法。通过允许切割头分别侧向、向上和向下位移到具有新岩石的位置的钻机，可以获得所形成的近似矩形截面的隧道或井道。通过使得切割头枢转移位到具有新岩石的地点的钻机，可以获得所形成的近似圆形截面的隧道或井道。

根据本发明，也可以在切割头绕摆动轴线摆动运动期间通过将切割头压靠在岩石上而对岩石进行作业，该摆动轴线平行于切割头的主旋转轴线。以此，实现了与以上内容对应的情况，即：在岩石中切割出侧向布置的、彼此相距一定距离定位的槽。

通常，对于竖直井道和某些隧道挖掘等，旋转切割头沿大体与主旋转轴线成直角的方向压靠在待被作业的岩石表面上。

然而，对于某些类型的隧道挖掘，在切割头轴线处在侧向摆出的位置、沿与主旋转轴线成70°到90°之间角度的方向抵靠着待被作业的岩石表面，这是非常有利的。以下应当是相关的，例如，在平巷或隧道挖掘过程中，钻机正被使用以使得切割头沿与平巷或隧道方向对应的方向挤压，同时切割头向外偏转。在此，由于几何构形，即便在最向外摆出的位置，切割滚轮的路径与由组中的在前滚轮形成的槽偏离如此之小，通常为12°-15°并向上达到大约20°，以致于以上所讨论的并期望的效果将必定产生。就这一点而论，不排除大约20°的值。

在特定的优选实施方式中，多个切割头绕中心轴线均匀分布并同时压靠在岩石上。特别地，该实施方式意在借助于重力进行井道挖掘，但该实施方式也可以用于开挖隧道和井道挖掘。在井道挖掘过程中，用于执行该方法的装备在对岩石进行作业过程中被相续地降低穿过岩石。通过使切割头沿相反方向同时并分别向内旋转，优选地，前切割滚轮以相对于所述中心轴线向内的方向被驱动，由不同的切割头产生的所述力可以彼此平衡。即使多于两个的操作切割头在旋转期间相对于所述中心轴线同时摆动，仍可以实现对应的平衡。

在某些情形中，在切割槽之间的部分粘连的材料通过机械致动疏松，例如利用定位在切割滚轮区域中、切割头处或上的刮具和铲具进行疏松。于是，一起被疏松的材料以本身已知的方式——例如通过升降机、输送带或通过其它的提升设备、篮筐等或以任何其它的合适方式——被运送走。

当进行井道挖掘时，被切削材料合适地通过轴向穿过挖掘设备的开口而被运送走，其中，以上提到类型的某一运送装置可以是有效的。

特别地，优选的是，被施加用于将切割头压靠在岩石上的力作为包括用于旋转切割头所施加的转矩和用于旋转切割头所施加的效能的组中之一的函数被控制。以此，确保挖掘效率保持在高级别。对于该目的，特别优选的是：用于旋转切割头所施加的转矩和用于旋转切割头所施加的效能的组中之一被沿最大化的方向控制。以此，应当考虑磨损、工作寿命、功率消耗等。

根据本发明的旋转切割头被形成为使得：该旋转切割头压靠在岩石表面上以及旋转，则使切割滚轮在切割出所述彼此相距一定距离且侧向布置的槽期间抵靠着岩石侧滚动。岩石切割元件形成为至少在外周是盘形的切割滚轮，其中这些切割滚轮可绕各自的滚轮旋转轴旋转，切割滚轮的定向使得切割滚轮能够在切割头压靠在岩石侧上且旋转的过程中抵靠着岩石侧滚动，并且岩石切割元件定位成相对于彼此侧向布置，使得它们在抵靠着岩石表面滚动的过程中切割出槽，所述槽在岩石表面中彼此相距一定距离侧向布置。如以上所述，本发明的切割头的操作提供了产生高效节能的作业的可能性。

至少一部分切割滚轮的滚轮旋转轴合适地平行于主旋转轴线，但特别地，对于更加定位在切割头的侧部处的切割滚轮，滚轮旋转轴可以与主旋转轴线形成角度。特别地，切割头上的切割滚轮优选地形成偏离圆柱体的轮廓，使得基本上，切割头可以呈滚圆轮廓，例如是球体的一部分。切割头外侧处的切割滚轮侧转的角度略大，使得它们的有效切割表面到达紧固耳的轴向外侧、切割头侧部等，以便有利于接触侧向未被作业的岩石，并避免切割头被卡住。例如，滚轮轴和主旋转轴线之间的角度可以达到大于45°。然而，通常该角度不低于该值。在这些区域中，滚轮可以以行或组的形式布置，其中距离比以上提到的距离小，例如大约20mm。

应理解的是，基本上，切割头成形为具有平侧部或至少在侧部无任何切割滚轮的主体，这是因为最大作业效能是通过大体线性设置的切割滚轮使它们的轴平行于主旋转轴线而实现的。然而，滚圆切割头可以适合于开挖隧道或平巷，其中，根据本发明，切割头的形状可以使得通过挖掘得到均匀圆形腔截面。

岩石切割元件优选地包括以下组中的任一个，所述组为：形式为具有大体圆形周边的盘的滚轮、径向突出的滚轮、以及具有大体圆形周边的外周盘状部分。

由此，岩石切割元件被成形为使得至少接合岩石的部分形成为盘或如上所述的具有大体圆形周边的盘部分。也可以将切割滚轮成形为结合的、侧向布置的岩石切割元件，其形式为具有圆形周边的径向突出盘状部分。而且，不排除所述盘略偏离圆形形状，并具有例如轻微锯齿状外周。合适的材料可以是高抵抗性钢材料，其可以设置有绕周边分布的硬金属扣状物。

优选地，根据本发明的切割头在外周、在切割滚轮的区域中布置有用于疏松部分粘连的岩石材料的材料刮具。

一种用于挖掘隧道、平巷或井道等的设备包括用于承载、旋转并移位本发明的切割头的承载单元。特别地，这种设备包括承载臂、用于旋转切割头的旋转单元、以及摆动接头，其中摆动接头的摆动轴线与主旋转轴线平行。另外，该设备包括用于摆动承载臂的摆动马达，特别地包括液压缸。因为臂可伸展并包括伸展马达，特别地包括液压缸，所以这以简单方式提供了获得设备的线性挤压力的可能性。以此，优选的是，所述臂是可伸缩的。

本发明还涉及一种用于挖掘隧道、平巷或井道等的钻机，其中，钻机除了包括用于挖掘的本发明的设备之外，还包括基座单元。

根据本发明的用于挖掘隧道、平巷或井道等的钻机包括基座单元，该基座单元具有：与下述组中至少任一个进行稳定接合的稳定单元，所述组为：底部、第一侧壁、第二侧壁、顶部；用于使至少一个可旋转切割头压靠在待被作业的岩石上的挤压单元；以及用于旋转驱动所述切割头的驱动装置。其中，钻机提供将通过切割正被疏松的材料运送走的装置。钻机包括上述本发明的切割头，并且所述挤压单元布置成以在切割头的旋转过程中沿所述切割头压靠在岩石上的方向挤压，使得布置在所述切割头上的岩石切割元件在形成侧向定位的、在岩石侧中彼此相距一定距离的槽期间抵靠着岩石侧滚动。

优选地，基座单元是移动式车辆，且挤压单元在基座单元的主方向上起作用。

优选地，基座单元通过支撑单元承载所述切割头，在该支撑单元上，承载单元通过侧摆动设备可沿成角度方向移位，使得主旋转轴线将与挤压方向形成大约70°到90°之间的角度。

支撑单元在相对边缘上提供相对的圆弧形导引槽，该导引槽用于可移位地容纳承载单元的导引元件。

沿竖向分别作用于底部和顶部的稳定单元被合适地布置成用于将基座单元从用于在较低水平高度处作业的第一作业位置提升到用于在较高水平高度处作业的第二作业位置。

优选地，基座单元除了设置有挤压单元之外，还设置有可伸展/可缩短的后伸缩单元，并且沿挤压方向观察时，该伸缩单元布置在该挤压单元后面；所述伸缩单元允许额外伸长/缩短基座单元的总长度。

优选地，稳定单元包括前稳定单元和后稳定单元，其中，优选地，基座单元在后稳定单元的区域中设置有接合部，以便增强钻机在窄通道中的可操作性。

在本发明的一个实施方式中，基座单元包括用于每个承载单元的旋转单元，以便绕与相应承载单元的摆动轴线成直角的旋转轴线进行旋转。这里，对于钻机，其可以设置有一个或多个臂，其中所述臂设置有根据本发明的切割头，所述切割头可以单独地或同时地抵靠着待被作业的岩石侧。以此，所得到隧道或平巷分别可以更宽和更高。在此，合适地，基座单元是移动式车辆，该移动式车辆包括用于与底部、第一侧壁、第二侧壁或顶部中至少一个进行稳定接合的稳定单元。

为了可以根据本发明挖掘隧道、平巷或井道等，为此目的所使用的钻机需要具有足够稳定性和精确性以使切割头在操作期间不来回摇晃。这一点一方面通过具有足够刚性的特定钻机本身来实现，另一方面通过以下情况来实现，即：钻机具有如上所述的有效稳定单元、使得钻机可以以稳定方式相对于待被作业的岩石被固定。以此，一方面实现了可以在钻凿期间施加给切割头足够大的压力，另一方面实现了可以以足够的精确性执行切割，这是因为避免了钻机在钻凿期间以非期望的方式移动。

在特定实施方式中，其中，基座单元包括多个承载单元，这些承载单元绕基座单元的中心轴线均匀分布。这导致了本发明的多个优点，其中一个是这种钻机向前移动的能力可以更高。合适地，基座单元是移动式的，其可借助两个相互可移位的步进单元向前逐步移动，每个步进单元都能够相对于周围的岩石侧稳定。

对岩石进行作业可以通过连接到钻机的CPU控制，使得运动和力以有利于作业操作的方式得到调整。本发明的其它特征和优点是其它权利要求的目的，并通过对实施方式的以下详细描述而将变得清楚。

附图说明

现在将通过实施方式并参考附图对本发明进行更详细的描述，其中：

图1a示出了根据本发明的钻机的侧视图，

图1b示出了图1a中的钻机的俯视图，

图2示出了形式为带有切割头的承载单元的作业模块的侧视图，

图3a-c示出了根据第二实施方式的用于挖掘井道的处于不同位置的作业钻机，

图4示出了图3a-c中的钻机的俯视图，

图5a-c示出了根据又一实施方式的用于挖掘井道的作业钻机的不同视图，

图6a-c示出了根据又一实施方式的钻机的不同视图，

图7示出了切割头的透视图，

图7a-e示意性地示出了可替代的切割滚轮的视图，

图7f示意性地示出了切割头的包络表面的展开视图，

图8示出了根据又一实施方式的钻机的透视图，

图9示意性地示出了图8中的在操作中的钻机，

图10示意性地示出了由图8和9中的钻机形成的隧道或平巷的截面，

图11a-c和12-14示出了根据又一实施方式的处于不同位置的钻机的不同视图，

图15示出了根据又一实施方式的钻机，其中该钻机处于支撑单元被升高并旋转90°的位置，以及

图16示意性地示出了由图15中的钻机形成的隧道或平巷的截面。

具体实施方式

同样和相似的元件已部分地标以相同的附图标记。

图1a和1b中的作业钻机1主要意在用于挖掘大体水平的隧道和平巷，并且该钻机具有基座单元2，所述基座单元2带有用于向前移动的履带以及(未示出的驱动马达、传动系统、用于作业装备的驱动装置、和控制装置)。

基座单元在前侧具有用于切割头4的承载单元3，上述承载单元具有承载臂5，所述承载臂5通过带有连杆5′和摆动接头6的装置连接到摆动装置，以便在水平面中绕竖直摆动轴线B摆动承载单元3，其中，所述摆动接头6具有水平摆动轴线A。在示出的示例中，臂装置5、5′可通过致动缸10伸展。

为了摆动的目的，作业钻机1具有两个侧向定位的摆动缸21、22，所述摆动缸21、22包括用于承载单元3的摆动马达装置。切割头4支撑在承载单元3的自由端上，并且该切割头4的主体在承载单元3的端部区域中延伸且可绕主旋转轴线R旋转，所述承载单元3的端部区域具有支承区9，以便包括(未示出的)旋转马达，所述旋转马达带有传动系统以便与切割头4的驱动轴配合。

在切割头4上径向及外周地、在外周和宽度上布置、分布有多个具有圆形、盘形外周的切割滚轮7(见图2)或岩石切割元件，这将在以下进行详细描述。在切割头4旋转、同时切割头4压靠在待被作业的岩石侧上时，因此而在岩石中切割出彼此以一定距离侧向布置的槽。由此，岩石切割元件彼此以一定轴向距离布置，这根据每个岩石特性——如岩石的硬度、岩石形成裂缝的能力等——等来确定。为将切割头4压靠在待被作业的岩石上，切割头4在正常情况下大体沿与主旋转轴线R成直角的方向压靠在岩石上。这样产生了上述平行槽及材料中间区域，所述材料中间区域容易凿掉并由此而不必是耗费能量的作业的对象。为此目的，如以上所述，承载单元3设置有可伸展的装置，特别地，在该实施方式中，承载单元3设置有两个联接部分，这两个联接部分借助于布置成用于作用在臂5上的、形式为致动缸或推压缸10的液压马达而可伸展。

然而，不排除：通过仍沿与主旋转轴线R通常大体成直角的方向抵靠着待被作业的岩石侧而摆动切割头4而获得挤压。为此目的，可以使用摆动缸11，摆动缸11布置在臂5和基座单元2之间，特别地，摆动缸11布置在紧固耳12和基座单元上的柱形元件的上部之间。

带有摆动缸11和摆动接头6的摆动装置另外用来将切割头4重新定位到岩石的待被作业的新部分，并且利用摆动装置和摆动设备可以操纵切割头，以便覆盖待钻凿的隧道或平巷中的大区域。

为了在钻凿操作期间稳定基座单元2，设置有带有稳定单元的装置，其中稳定单元S1在挖掘在操作中时作用于隧道或平巷的顶部，稳定单元S2和S3作用于隧道或平巷的底部，而稳定单元S4和S5作用于侧壁。S1、S4和S5是带有枢转臂的装置，枢转臂是可利用缸操纵的，并且枢转臂枢转地连接到基座单元并且还枢转地连接到用于分别与壁和顶部接合的压力板。S2和S3是安装到基座单元中的千斤顶式支撑单元。

在图2中，更详细地示出了图1a-1b的承载单元3。承载单元3与被支撑的切割头4以及用于紧固到基座单元的任意类型的装置(未示出)组合。

在此情况下，由承载单元3支撑的切割头4以轴侧向偏移的组的形式设置有切割滚轮7。切割滚轮7可绕滚轮轴14旋转，使得它们的滚轮旋转轴线在某些情况下平行于主旋转轴线R，在某些情况下与主旋转轴线R形成角度。在旋转期间，在此情况下切割头4的中心部分形成大体圆柱形的旋转体。

滚轮7至少径向最外地具有盘形构形，以便如以上所述地以互相间一定距离切割出槽。

在示出的示例中，切割滚轮7被定位成使得当沿与主旋转轴线R成直角、对着切割头的侧部的方向观察时切割头4获得滚圆形式，其中切割头的中心区域中的切割滚轮7由滚轮轴承载，使得它们的滚轮旋转轴线平行于主旋转轴线R，而侧向定位的切割滚轮由轴支撑成使得这些切割滚轮的滚轮旋转轴线与主旋转轴线R形成角度。滚轮7被紧固耳8承载，紧固耳8具有用于上述滚轮轴14的凹口。

可替代地，每个切割滚轮7可以包括多个岩石切割元件，这些岩石切割元件侧向地且彼此相距一定距离地布置，并形成盘形部分。

图3a-c示出了本发明的另一实施方式，其特别地但非排它地用于竖直挖掘井道。两个切割头4由基座单元15支撑，基座单元15包括两个步进单元24、25，这两个步进单元24、25通过一套可控制定距单元16互相地互连。步进单元24和25各自具有四个稳定单元，分别为绕基座单元的中心轴线C分布的SA和SB，并是可操纵的，使得基座单元以本身已知的方式通过启动/停用挤压装置和定距单元16而可逐步向前移动，其中所述挤压装置采用缸19的形式影响稳定单元。

基座单元的带有转子功能的底盘部分用17表示，并且该底盘部分17上布置有用于每一个切割头4的、彼此相对的两个承载单元3。承载单元3大体对应于图2中示出的承载单元，且这些承载单元3被模块化地构造并合适地布置成以相反旋转方向被同时驱动，使得在挖掘期间通过将切割头4压靠在待被作业的岩石上而产生的侧力彼此平衡。

在图3a-c中另外示出了作业顺序，其中，在图3a中切割滚轮被示出为从岩石提升，在图3b中切割滚轮被示出为从图3a中的定位直线降低到接合并对岩石进行作业的位置。在图3c中，承载单元向外摆动使得切割滚轮接合待被作业的新岩石区。

在示出的实施方式中，可以三种不同方式挤压切割滚轮，即，除了如以上所述的通过带有相关联伸展缸的可伸展臂，还通过摆动承载单元，以及通过借助定距单元16的挤压，而对于钻机，后者通常是最有效的。

在井道的轴向区段中对岩石进行作业之后，带有从与岩石接合处提升的相关联切割头的承载单元3可以通过底盘部分17的下环形部的旋转、借助转子功能绕中心轴线C被旋转到重新挤压并钻凿的新位置。

18表示优选地被钻孔用于导引井道挖掘的导向孔。该导向孔18还用来例如临时收集被切削的岩石材料，并可以是例如用于篮筐的空间，该篮筐可以被沉下，被切削的材料可以被连续地收集到该篮筐中。当篮筐满时，篮筐可以被提起到卸料站并随即被重新定位到导向孔中。被切削材料也可以借助刮具、升降机等以任何其它方式而被运送走。

图4示出了图3a-c的设备的俯视图。因此而清楚示出该设备是中心开口的，这允许被切削材料竖直向上经过该设备而被排出。

在图5a中示出了本发明的又一实施方式，其特别地但非排它地用于竖直井道挖掘。在此情况下，三个切割头4(其中两个在图5a中示出)绕中心轴线C均匀分布。在设备操作中，在切割头的同时挤压和旋转时，获得了对应于以上所述的所产生的力的平衡。

在此情况下，基座单元15也具有两个通过一套可控制定距单元16互相地互连的步进单元24、25。在此情况下，步进单元24、25具有更大数量的可应用的稳定单元S，即，每个步进单元具有12个稳定单元S。对应于以上所描述的，对于底盘部分17，也布置有转子功能件，在底盘部分17上布置有三个承载单元3，承载单元3用于每一个切割头4。图5a中的设备被示出为定距单元16处在伸长状态，而切割头4借助这些定距单元16而处在向下挤压状态，使得在岩石中已形成凹口39。

这里，承载单元3被构造成带有可摆动臂部3′，可摆动臂部3′可沿设备的径向方向摆动，其中切割头4绕底盘部分17的区域中的摆动轴线40旋转。反作用装置41刚性地布置成连结到底盘部分17，以便保持对承载单元3进行操纵的液压缸42。

图5b示出了图5a中设备的俯视图，其中上步进单元24示出为几乎是环形的，且其十二个稳定单元S被施加在井道壁上。为理解其通用尺寸，43表示正常大小的人。

图5c示出了图5b中的沿着该图中的截面A-A剖切的设备，图中示出了步进单元24和25，其中在截面中示出每个具有一对用于稳定单元S的挤压装置19。44表示用于推压-操纵承载单元3的液压缸。

在图6a中示出了根据本发明的又一实施方式中的设备，其中，基座单元2装备有履带45、两对用于在岩石材料中压靠于正被挖掘的平巷等的顶部的稳定单元S以及两对意在作用于上述平巷的底部的稳定单元S。切割头4布置在带有承载臂3′的承载单元3的前端处，其中，承载单元3可绕竖直轴线B摆动，即，可从岩石中待被挖掘的平巷或隧道的一侧到另一侧进行摆动。在图6b中，示出了图6a中的设备，其中某些细节被去除，以便更好地示出承载单元3在基座单元2上的悬置。臂3′枢转地支撑在连杆48的端部上的枢转点49处，连杆48利用其第二端绕枢转轴50枢转，枢转轴50连接到承载单元3的底盘部分，上述底盘部分51可绕上述竖直轴线B摆动。提升缸用46表示，其在臂3′的提升方向上并因此而在切割头4的提升方向上作用。挤压缸是挤压单元的一部分，其用47表示，并意在将切割头4压靠在要利用切割头4而被作业的岩石侧上。

图6c示出了图6a和6b中的设备的俯视图，其处于在岩石中钻凿平巷或隧道的过程期间。这里，示出了臂3′，其向外地侧向地摆动而处在该应用中的最外位置，并处于在区段52中对岩石进行作业的过程中。在图上示出了先前形成的岩石中的切口53、54和55，以及大量的在岩石中形成的先前切口的侧边缘56和57。总之，利用根据图6a-c的设备，由于执行本申请中的方法的方式而得到底部和顶部相对平但侧壁略不规则的隧道。

在图7中示出了切割头4，其具有大量的沿切割头4周向方向及轴向方向分布的切割滚轮7。在此情况下，存在轴线平行于切割头4的主旋转轴线R的切割滚轮7，以及其旋转轴线与主旋转轴线R形成角度的多个切割滚轮7。另外，切割头4具有绕其外周分布的、用于帮助疏松部分粘连的岩石材料的四个材料刮具58。材料刮具58合适地由传统材料制造，该传统材料出于对应用途用于刮除机器等。

在图7a中示出了变体，其中，切割滚轮7被构造成带有结合的侧向布置的岩石切割元件13，其中岩石切割元件13形式为具有大体圆形圆周的径向延伸的盘状部分。对于切割头上的至少一部分岩石切割元件13，可以这样设置，并且，切割滚轮上的岩石切割元件13的数量可以改变。

在图7b和7c中示出了切割滚轮7的常规变体，切割滚轮7被成形为平面圆形柱状盘，其带有用于滚轮轴(未示出)的中心通孔。图7d和7e示出了切割滚轮7的又一变体，其中，切割滚轮具有外周盘形部分以及居中地具有在盘形体任一侧上延伸的毂部分，该毂部分具有用于滚轮轴的孔。

在图7f中，以示意性部分表示形式、以切割头(如图7中的4)的二维形式示意性地示出了虚拟展开的包络表面4′。由此，图中的高度对应于切割头的外周周长，而图7f中的宽度对应于切割头的轴向宽度。以短划线a和b分别表示在展开的包络表面4′上示出的切割头4的多个(未全部示出)不同轴向级别中的两个。以此，示出了在同一个轴向级别上，两个切割滚轮是起作用的，由此在轴向级别a上，具有两个切割滚轮7，而在轴向级别b上，具有两个切割滚轮7′。这意味着在带有切割头4的钻机的操作期间，两个切割滚轮将起作用以便形成同一个槽，这提高了设备的作业速度。也可以具有多于两个的作用在同一槽的切割滚轮。

在图8中示出了本发明的又一实施方式，其用于大体水平地作业以便挖掘隧道或平巷等。基座单元2通过承载单元3支撑切割头4，承载单元3可绕竖直轴线B在侧摆动设备周围以对应于以上所述的方式进行移位。然而，根据图8的机器在以下重要一点上不同于例如图6a-6c中的机器，即：切割头4不是与切割头4的主旋转轴线R成直角地挤压到岩石中，而是布置有用于切割头的向前驱动装置，以通过一个或多个足够大功率的定尺寸的液压缸沿基座单元2的长度方向L作用，或以任何其它方式——例如通过使力增加的连杆系统。以此方式启动向前驱动设备，则意味着处在外摆动位置的切割头4将相对于主旋转轴线略倾斜地向前移动，其中，同一个组中的切割滚轮将沿着与已经在岩石材料中制出槽状凹部的滚轮所采取的路径略偏离的滚轮路径移行。然而，该偏离将会是小的，这是由于几何构形的原因，并由于所建议的是，在这种钻凿期间切割头的较小的向外摆动通常接近于与机器的长度方向L以及与隧道或平巷的主延伸方向的15°偏离，但是也可以向外摆动达大约20°。这对应于使切割头与切割头4的主旋转轴线R成19°直至70°角之间的角度。

在图9中，通过以下描述示出了上述情况：承载装备有切割头4的承载单元3的支撑单元60可以从用实线示出的位置被向前挤压到用虚线示出的位置，其中，切割头4也将进入到用虚线表示的位置。以此，岩石侧61相对平坦，使得略呈如在横截面中看到的滚圆形状，参见图10中的示意性简图。如果所需的隧道高度大于与切割头的直径对应的高度，那么图8中的设备/钻机可以在以更高水平高度作业期间相对于底部向上成一定角度。以此，顶部将获得与图6c中的壁对应的锯齿状构形。

在图11a-c中示出了用于挖掘隧道和平巷等的钻机，其大体上起到图8和9中示出的钻机的作用。在涉及图11a、b、c、12、13和14的以下描述中，对这种钻机进行更详细地描述。

基座单元2具有前向支撑单元60，前向支撑单元60具有前部，该前部带有局部圆形柱状部分，以便允许切割头4通过承载单元3进行角位移和侧位移。承载单元3通过位于支撑单元60的上部和下部上的局部圆形导引槽68的结合而被支撑单元60支撑，上述导引槽68朝向彼此指向。承载单元3具有用虚箭头69表示的导引元件(未示出)。可以包括例如滚轮或销或块体的这些导引元件接合在上述导引槽68中并在其中滑动或滚动，以便在致动转动设备67时沿着局部圆形路径导引承载单元3。转动设备67在图中形式为液压缸，在其一端处紧固到支撑单元60的边缘，而在其另一端处紧固在与承载单元3成一体的接合耳处。

基座单元2具有前向基座部分62，在该前向基座部分中，一体形成有挤压单元，该挤压单元用于使支撑单元及被支撑的切割头4沿基座单元2的长度方向移位。基座单元2还具有后基座部分64，后基座部分64在后稳定装置66中可锁定并可移位，而后稳定装置66又具有用于与隧道或平巷等中的顶部和底部接合的稳定单元S8和S9。另外，同样地，前稳定装置65具有与隧道或平巷等中的顶部和底部接合的稳定单元S6和S7。这些图中的钻机是移动式的并具有推进装置，该推进装置可以通过不动的稳定单元S6-S9而沿长度方向移动钻机。

在图11b中示出了钻机的侧视图，而在图11c中示出了钻机的俯视图，其中清楚地示出了带有被支撑的切割头4的承载单元3从中心位置偏转到侧位置。参照与图8和9相关的以上文字内容。

在图12中示出了处在第二位置的图11a-c中的钻机，其中，包括在前向基座部分62中的挤压单元已沿向前方向将带有被支撑的切割头4的支撑单元60挤压得如此远，以致于上述挤压单元的内部伸缩部分68被示出。挤压单元的驱动装置可以使用能够容置在基座单元2内部的大功率液压缸或增力连杆系统等。

在图12中示出的位置上，大体上示出了挤压单元62，其中支撑单元60及被支撑的切割头4处在最大向前驱动位置。当然，可以理解的是：在切割头4以连续方式旋转期间、在切割头4相继向前的条件下，相续地进行作业。

在图13中示出了处在另一位置的图11a-c和12中的钻机，其中，沿作业方向观察时，后基座部分64已倒退穿过后稳定装置66，使得其端部64′延伸超出该后稳定装置66。该位置允许将切割头从挖掘地点径向向后移位，例如，当在钻机前面需要空间以便要在该位置执行不同类型的作业时，这是有利的。

在图14中示出了钻机的位置，在该位置，带有被支撑的切割头4的承载单元3位于与基座单元2的长度方向一致的方向上。从该位置，带有被支撑的切割头4的承载单元可以在支撑单元60上移位到当切割头4转到旁边并偏转到右边的位置，如沿钻机(未示出)的作业方向观察。以此，所讨论的隧道或平巷的总宽度可以通过相对于彼此成一定角度的三个位置而得到作业。

再次参考图13，从该图看到切割头4的作业高度低于所讨论的隧道或平巷的现高度，相反，粗略地看，该现高度对应于稳定单元S6与S7以及S8与S9的外部部分之间的距离，实际上，这些稳定单元的最外部分别具有用于接合岩石的接触板。

为了可以在隧道的整个高度上进行作业，基座单元2可以相对于底部以这样的方式升起：下稳定单元S7被向外挤压并且对应于该措施允许上稳定单元S6被挤压，并且，后稳定装置66中的提升缸69被启动，以便以对应程度向上挤压基座单元2的后基座部分64。以此，切割头4可以被提升到对应于所需顶部水平高度的高度，据此，以如以上说明的相同方式继续进行钻凿。

在图11a-c和12-14中示出的钻机的修改变体中，由稳定单元支撑的、基座单元2的部分可绕着沿基座单元2的长度方向延伸的轴线旋转。以此，大体包括前和后基座部分62和64、支撑单元60、承载单元3和切割头4的单元可以相对于这些图中所示出的角度旋转90°。

在图15中示出了这一方面的另一变体，在该图中，不同地，示出了支撑单元60已相对于基座单元2旋转了90°。

以此，切割头4可以在其被提升状态下以及承载单元3和切割头4处在向上成角度状态下作用于隧道或平巷的顶部，使得在该顶部上得到拱形，该拱形在图16中以70示出，并且该拱形对所得到的隧道或平巷的抵抗性是有利的。应当指出的是，稳定装置65和66被示出为它们的稳定单元定位在钻机的下位置，并且通常，钻机被布置成在钻机处在向上提升的上述位置的情况下利用切割头4来作用以便形成拱形的顶部。

本发明可以在权利要求的范围内改变，并且例如，图1a-1b中的作业钻机1以及图3a-c中的钻机可以设置有数量不同的带有被支撑切割头4的承载单元。例如，图1a中的钻机可以设置有与切割头4相关联的两个或甚至更多的承载单元，而图3a-c中的钻机可以设置有例如绕中心轴线分布的三个或四个承载单元。参照图5a-c。

通过根据本发明的设备，操作面积可以在一定程度上简单地改变，这可以分别地根据情形通过以合适角度改变相应的承载单元3向外摆动旋转而容易地实现。特别地，本发明可以有利地适用于非常大的腔室尺寸。

切割头可以相对于图中所示出的形状另外成形。由此，相比于切割头的直径，切割头可以被构造成比所示出的切割头更细或更宽。切割滚轮上的岩石切割元件可以另外布置，或者利用保持器或者利用单独不同的岩石切割元件，使得轴向地位于同一级别的元件形成组，或者利用在一个相应的切割滚轮上的几个岩石切割元件，使得每个切割滚轮包括多个组内的岩石切割元件，其中，组意为作用在并形成同一个槽的岩石切割元件，见图7a。

切割头的驱动可以以本身已知的方式例如通过液压装置、使得液压驱动设备定位在承载单元中来获得。

合适地，岩石切割元件的尺寸是这样的：它们的意在穿入岩石的径向最外部分的宽度例如大约是8-25mm而它们的直径可以大约是200-500mm。取决于岩石的硬度和所使用的挤压功率，通常滚轮穿透范围是从大约3mm到大约12mm。滚轮被布置成使得所形成的槽以50-120mm的间隔形成，如以上所述，这取决于岩石的刚性、岩石形成裂缝的容易性等。

根据本发明的切割头可以具有非常大的尺寸，其直径高达并甚至超过4米。于是，切割头宽度可以例如大约1米。在这种情况下，对于硬岩石，切割头的驱动效能需要高达例如1400kW，其中旋转速度为从每分钟几转直至大约20rpm。作为另外的非限制性示例，伸缩功率可以达到200吨，并且摆动力可以达到大约150吨。

本发明的下面的可替代特征可以根据需要和应用自由结合。

当竖直向下地进行挖掘时，因钻凿而产生的竖直向上指向的力合适地与作用在装备上的重力平衡。

在正常情况下，旋转切割头4沿大体与主旋转轴线成直角的方向压靠在待被作业的岩石表面上是合适的。然而，本发明也包括有利变体，其中如以上所述地将切割头倾斜地压靠在上述岩石表面上。

由于槽的切割而疏松的材料合适地通过本身已知的、与钻机相关联的装置运送走。在切割槽之间存在且部分粘连的材料可以优选地通过机械作用而疏松并被运送走。被切削的材料合适地通过轴向穿过挖掘设备的开口而被运送走。

切割头合适地具有用于切割滚轮的保持器，其形式为从切割头4的主体大体径向延伸、带有轴孔的紧固耳8。优选地，根据本发明的切割头优选地在切割滚轮4的区域中具有材料刮具58，以便疏松部分粘连的岩石材料。切割头还合适地具有用于与承载单元3的驱动装置配合的居中贯穿驱动轴。切割滚轮优选地分布成使得在切割头的圆周上，两个或更多的切割滚轮被定位在同一轴向级别上并因此而在同一槽中进行操作切割。

根据本发明，用于挖掘隧道、平巷、井道等的设备包括用于承载、旋转以及移位切割头4的承载单元3。特别地，该设备合适地具有一个承载臂5、用于使切割头4绕旋转轴线R旋转的旋转单元、摆动接头6以及摆动马达11，其用于沿与主旋转轴线成直角的方向相对于基座单元摆动带有被支撑切割头的承载臂5。优选地，承载臂5可伸展、合适地伸缩，并包括伸展马达10。总之，合适地，承载单元3被模块化地构造。

在根据本发明的钻机中，基座单元2、15可以合适地包括用于每个承载单元3的摆动单元，以便绕摆动轴线B摆动相应的承载单元3，摆动轴线B与相应承载单元的枢转轴线4成一定角度。

在根据本发明的钻机中，基座单元优选地是移动式车辆，并包括用于与包括底部、第一侧壁、第二侧壁、顶部的组中的至少一个进行稳定接合的稳定单元。

当钻机具有包括多个承载单元的基座单元时，承载单元3合适地绕基座单元15的中心轴线C均匀分布，以便允许承载单元绕它们相应的摆动轴线进行摆动。于是，优选地，基座单元15通过互相可移位的步进单元24、25向前逐步移动，每一个步进单元具有多个稳定单元SA、SB；S，其绕中心轴线C分布，并从中心轴线C径向向外运动。以此，基座单元15合适地具有用于运送走被切削材料的轴向通口。

Claims (15)

1.一种用于利用挖掘设备(1；2；15)来挖掘隧道、平巷或井道等的方法，包括：

-抵靠着待被作业的岩石表面应用切割头(4)，所述切割头(4)绕主旋转轴线(R)旋转并具有大体径向向外定向的切割元件，以及

-运走通过切割被疏松的材料，

其特征在于，

-使所述岩石切割元件在所述切割头(4)压靠在岩石上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，所述岩石切割元件形成为至少在外周是盘形的切割滚轮，

-使所述岩石切割元件在滚动期间在岩石表面中切割出以彼此相距一定距离的方式侧向布置的槽。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在钻凿阶段，所述切割头(4)通过抵靠着待被作业的岩石沿挖掘方向线性地移位而压靠在岩石上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在某一挖掘阶段完成之后，为了进行新的挖掘阶段，从岩石中拔出所述切割头(4)、将所述切割头(4)移位到具有待被作业的新岩石的位置、并且重复地使所述切割头(4)线性地抵靠着岩石。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，旋转的所述切割头(4)沿相对于所述主旋转轴线形成大约70°到90°之间的角度的方向压靠在待被作业的岩石表面上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了将所述切割头(4)压靠在岩石上而施加的力作为下列组中的一项的函数被控制：用于旋转所述切割头(4)的所施加的转矩；用于旋转所述切割头(4)的所施加的效能。

6.一种用于适于挖掘隧道、平巷或井道等的设备的旋转切割头(4)，其中，所述切割头(4)具有绕主旋转轴线(R)延伸的主体，并在其外周上具有沿外周方向以及沿轴向方向分布的岩石切割元件，其特征在于，

-所述岩石切割元件构造为至少在外周是盘形的切割滚轮，所述切割滚轮能够绕相应的滚轮旋转轴线旋转，所述切割滚轮定向成使得所述切割滚轮能够在所述切割头(4)压靠在岩石表面上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，并且

-所述岩石切割元件定位成相对于彼此侧向布置，从而使得所述岩石切割元件在抵靠着岩石表面滚动期间切割出侧向定位的槽，所述槽以彼此相距一定距离的方式置于岩石表面中。

7.根据权利要求6的切割头，其特征在于，所述岩石切割元件(13)是下列组中的任一者：呈具有大体圆形周边的盘的形式的滚轮；具有径向延伸的外周盘状部分的滚轮，所述外周盘状部分具有大体圆形周边。

8.根据权利要求6或7所述的切割头，其特征在于，在所述切割头的外周、在所述切割滚轮(7)的区域中布置有用于使部分粘连的岩石材料疏松的材料刮具(8)。

9.一种用于挖掘隧道、平巷或井道等的包括基座单元(2；15)的钻机，其包括：

-稳定单元(S1、S2、S3、S4、S5；S)，所述稳定单元(S1、S2、S3、S4、S5；S)用于与包括底部、第一侧壁、第二侧壁、顶部的组中的至少一者稳定接合，

-挤压单元，所述挤压单元用于将至少一个旋转切割头压靠在待被作业的岩石上，以及

-驱动装置，所述驱动装置用于旋转驱动所述切割头，

其中，所述钻机具有用于将在切割期间正被疏松的材料运走的装置，其特征在于，

-所述切割头是根据权利要求6至8中任一项所述的切割头，并且

-所述挤压单元布置成用于在所述切割头旋转期间沿所述切割头压靠在岩石上的挤压方向挤压，从而使得布置在所述切割头上的岩石切割元件抵靠着岩石侧滚动，同时形成侧向定位的槽，所述槽以彼此相距一定距离的方式置于岩石侧中。

10.根据权利要求9所述的钻机，其特征在于，所述基座单元是移动式车辆，并且，所述挤压单元沿所述基座单元的主方向作用。

11.根据权利要求10所述的钻机，其特征在于，所述基座单元(2)通过支撑单元(60)支撑所述切割头(4)，其中，承载单元(3)能够通过侧摆动装置摆动，从而使得所述主旋转轴线将与所述挤压方向形成大约70°到90°之间的角度。

12.根据权利要求11所述的钻机，其特征在于，所述支撑单元(60)在相对边缘处具有相对的圆弧形导引槽，所述导引槽用于可移位地容纳所述承载单元的导引元件。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的钻机，其特征在于，沿竖向作用于底部或顶部的稳定单元布置成用于将所述基座单元从用于在较低的高度上操作的第一作业位置提升到用于在较高的高度上操作的第二操作位置。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的钻机，其特征在于，除了所述挤压单元之外，所述基座单元还具有可伸展/可缩短的后伸缩单元，并且沿所述挤压方向观察时所述后伸缩单元布置在所述挤压单元后面，所述后伸缩单元允许额外伸长/缩短所述基座单元的总长度。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的钻机，其特征在于，所述稳定单元包括前向稳定单元和后向稳定单元，其中，所述基座单元在所述后稳定单元的区域中具有接合部，以便增强所述钻机在狭窄通道中的可操纵性。

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