CN103244125A - 一种液压整体迈步式凿井吊盘及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压整体迈步式凿井吊盘及其应用，由上层盘、加强环、迈步盘、下层盘、迈步油缸、牛腿、立柱、液压泵站及液压控制系统等组成。其中所述上层盘是主要承载盘，沿环向布置八只可伸缩运动的承载牛腿，所述上层盘与加强环之间由主立柱连接，和主立柱平行间隔安装六个迈步油缸；所述迈步盘是迈步运动部件，其结构形状与上层盘相同，径向安装了八只可伸缩运动的牛腿；所述液压控制系统采用开式系统，多路换向阀换向，节流调速。本发明的迈步式吊盘尤其适用于千米深级别的立井开凿，可有效地解决目前深井施工中稳车超载、悬吊钢丝绳超长等问题，从根本上解决了超深井施工中井壁模板悬吊的难题。

Description

一种液压整体迈步式凿井吊盘及其应用

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种适用于千米深级别的立井施工的液压整体迈步式凿井吊盘及其应用。

背景技术

建国60年来我国矿山建设大致经历了一个由东部到西部开发，由浅到深的发展过程，这与我国经济建设的发展是相适应的。目前国产凿井稳车最大悬吊能力40t，其最大悬吊深度在1000m左右，已经不能满足千米以上立井施工要求。然而当前东部地区老矿改扩建主要向深部挖潜，东西部新建矿井也多数是以千米以上大型矿井为主。因此由井深引发的一系列技术难题困扰着施工，亟待我们研究解决。

为了满足千米以上深井施工要求，除研制悬吊深度更大的稳车外，为了有效地减轻井架悬吊重量，进行井壁吊挂迈步式吊盘的研究开发是解决问题的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压整体迈步式凿井吊盘，该装置可有效地解决目前深井施工中稳车超载、悬吊钢丝绳超长等问题，从根本上解决了超深井施工中井壁模板悬吊的难题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种液压整体迈步式凿井吊盘，由上层盘1、加强环6、迈步盘7、下层盘9、迈步油缸3、牛腿2、立柱、液压泵站8及液压控制系统组成，其中，通过螺栓将牛腿2的牛腿座安装在上层盘1的下方，上层盘1与加强环6之间通过主立柱进行连接，与主立柱平行间隔安装六个迈步油缸3，牛腿座上焊接有横向筋板和竖向筋板，加强环6与迈步油缸3的对应部位开有圆孔，迈步油缸3由圆孔穿入，迈步盘7通过悬吊模板钢丝绳10与下层盘9连接，液压泵站8设置在迈步盘7上部。

其中，所述上层盘1是主要承载盘，沿环向布置八只可伸缩运动的牛腿2，所述上层盘1下方有孔用于安装牛腿座。

其中，上层盘外径为7700mm、环高320mm。

其中，所述加强环6外径与所述上层盘1外径相同，为环形钢梁结构，在与迈步油缸3对应部位开出圆孔供迈步油缸3穿入，使用U形卡将所述迈步油缸3连接在所述上层盘1上。

其中，所述迈步盘7是迈步运动部件，其结构形式与上层盘1相同，径向安装了八只可伸缩运动的牛腿2，所述迈步盘7的铺板上开一定的圆孔便于安装油路，圆孔的尺寸根据油路的尺寸来确定。

其中，所述下层盘9的结构形式和几何尺寸与上层盘1一样，无牛腿设置，用于放置设备及增加迈步盘7下部整体性。

其中，所述立柱分主立柱4和导向立柱两种，主立柱4为上层盘1与加强环6之间的立柱，为“工”字钢连接；导向立柱是预选的与主立柱4大小相同的矩形钢管，所述牛腿2共16只分为2层，每只牛腿的构造形式完全相同，采用截面为300mm×300mm的组合箱体结构，其箱体内装有牛腿液压缸。

其中，迈步吊盘的主要尺寸为：上层盘1到加强环6距离4200mm；加强环6到下层盘9距离12160mm；迈步盘7在加强环6与下层盘9之间，能够做迈步运动，从距离加强环64000mm运行到距离加强环68500mm处，总距离16360mm，迈步液压缸3体长度为7000mm，行程4500mm。

其中，所述液压控制系统采用开式系统，采用滑阀机能为Y型的多路换向阀，用于油泵13卸荷及控制油路泄压，采用定量泵供油，用溢流阀调节系统所需压力并保持系统压力基本恒定，采用锁紧回路使迈步油缸能够在任意位置停止并防止窜动，多路换向阀采用串联并联型，使各组液压缸互锁。

一种所述迈步式凿井吊盘的应用，包括如下步骤：

当迈步式吊盘下行砌壁时，上层盘在第一层梁窝位置，牛腿伸入井壁的预留梁窝中撑紧

第一步：当工作面爆破出矸石达到一个支护段高，平整工作面矸石，使其基本水平，用快速接头连通油泵与迈步式吊盘液压油路，开动油泵给模板伸缩油缸供油，模板收缩脱离井壁，然后给迈步油缸供油，迈步油缸伸出，迈步盘通过钢丝绳组悬吊着模板缓慢下落一个砌壁支护段高，到工作面矸石上为止，由于各迈步油缸间相互平行且油路是相互连通的，迈步吊盘和模板下落时有自动找平功能，再给模板伸缩油缸供油，使模板恢复砌壁直径；浇注前先将模板预埋盒安装在模板主体上，然后开始浇注混凝土；

第二步：待浇注混凝土完成后，给迈步油缸供油缓慢下放迈步盘达到第四层梁窝位置时，将迈步盘上的伸缩式牛腿伸入井壁的预留梁窝中撑紧并受力；

第三步：继续给迈步油缸供油将上层盘托起一点，将上层盘上的牛腿收回，收缩迈步油缸，使上层盘下放到第二层梁窝位置时将上层盘上的牛腿伸入井壁的预留梁窝中撑紧;

第四步：迈步油缸继续收缩使迈步盘上升一点，同时将迈步盘上的牛腿收回，继续收缩迈步油缸直到收紧悬吊模板钢丝绳，使模板找平，这样就完成一个下行砌壁循环。

上层盘

上层盘是承载盘。根据所建井筒的尺寸可确定井筒的整体金属模板外径尺寸。由模板外径尺寸和工艺要求可确定出迈步吊盘外径和内径尺寸。根据所选择实验矿井大海则8m风井井筒参数经优化后确定外径为7700mm、环高320mm；在上层盘下方，布置八个可自行伸缩的牛腿，牛腿座螺栓安装在上层盘下方。该盘与加强环间由主立柱连接，和主立柱平行间隔安装六个迈步油缸。为了增加牛腿座与上层盘间的刚度，焊接座有横向筋板和竖向筋板。为了便于油管线路布置，在吊盘铺板上开挖一定直径的圆孔。

加强环

加强环外径与上层盘外径相同，其尺寸为Φ7700mm。加强环结构形式比较简化，基本为环形钢梁结构，主要是起加强作用。在与迈步油缸对应部位开出圆孔供迈步油缸穿入，使用U形卡将油缸连接在盘上。加强环的作用是使迈步油缸连为一体，使之更加稳定可靠，使整个吊盘受力性能更加合理，增强了设备的刚度和抗失稳能力。

迈步盘

迈步盘是迈步运动部件，其结构形状与上层盘基本相同，也安装了可伸缩的牛腿用来支撑在预留梁窝中，待迈步盘稳定后通过收缩迈步油缸可使液压迈步盘沿着井壁下行移动，从而实现迈步动作。迈步盘的铺板同样要开一定的圆孔便于油路安装。

下层盘

下层盘除没有牛腿布置外其结构形式和几何尺寸与上层盘一样，都与大海则风井原吊盘直径相同，其除了放置设备的作用并使迈步盘下部形成整体，增加整体刚度外，还起着迈步盘沿着井壁移动时的导向作用。

立柱

立柱分主立柱和导向立柱两种，主立柱为下层盘与加强环之间立柱，为工字钢连接；导向立柱是预选用同主立柱相同大小的矩形钢管。立柱是吊盘的重要结构材料，除起到连接加强环、迈步盘、下层盘的导向作用外，还起到了迈步式吊盘的骨架作用。立柱安装时的垂直度要有保证，且安装时要防止弯曲、变形，否则将影响整体结构安装及迈步架行走平稳。

牛腿

牛腿共有16只分为2层。每只牛腿的构造形式完全相同以便于现场安装。经计算确定牛腿采用截面为300*300mm的组合箱体结构。为了便于牛腿伸缩运动，其箱体内装有牛腿液压缸。牛腿液压缸的设计参数为：缸径100mm、杆径60mm、行程1400mm、工作油压16-32Mpa。牛腿座安装在吊盘上，吊盘上有若干孔，可使牛腿座整体向外以适应不同直径的吊盘。

预埋盒（预埋梁窝）

预埋盒为预埋在浇筑混凝土里的方形焊接盒结构，截面大小为340*340mm，用于迈步式吊盘行走时，牛腿的承载作用；预埋时要求井口30米内的预埋盒必须保证垂直一条线。

液压系统

液压系统是液压迈步式吊盘实现动作的关键，其工作环境恶劣，因此液压系统除满足实现规定动作的要求外，还需克服井下严格防爆、灰尘多、不便使用水冷、维修不便等困难，要求液压系统节能、高效以减少系统发热，避免使用防爆阀，尽量减少使用电控元件，液压阀、管接头和胶管要耐磨耐脏，液压元件的安装要求集中、有序，并留出检修空间。

迈步式吊盘液压系统性能要求

由于迈步油缸垂直安装，整套吊盘的重量都施加在上面，为防止迈步油缸在下降工况时吊盘在重力作用下自行下落，要求迈步油缸可以在任意位置停止，且为了牛腿油缸能够定位准确，迈步油缸在停止时应防止窜动。

在各组油缸运动到位后，应采取卸荷措施，使油泵处于无负荷运转状态，以延长油泵寿命、节省动力消耗、降低系统发热，提高系统效率。

为防止迈步油缸动作时，由于牛腿油缸的误操作而动作发生坠盘危险的重大事故，要求迈步油缸与牛腿油缸互锁，各组油缸只能单独动作。

液压系统操作阀的安装应便于井下施工。

根据迈步式吊盘初步的结构方案，上层盘与迈步盘分别设置8个牛腿液压缸，吊盘设置6个迈步油缸。

由迈步式吊盘液压系统的性能要求，采用开式系统，多路换向阀换向，节流调速。采用滑阀机能为Y型的多路换向阀，用于油泵卸荷及控制油路泄压。负载恒定，故采用定量泵供油，用溢流阀调节系统所需压力并保持系统压力基本恒定。

由于迈步油缸垂直动作且整个吊盘重量较大，采用锁紧回路使迈步油缸可以在任意位置停止并防止窜动。为防止误操作造成坠盘的重大事故，多路阀采用串联并联型，使各组液压缸互锁。

迈步吊盘主要尺寸：

1）各吊盘距离:

上层盘到加强环距离4200mm；加强环到下层盘距离12160mm；迈步盘在加强环与下层盘之间，可做迈步运动，从距离加强环4000mm运行到距离加强环8500mm处，总距离16360mm。

2）液压缸长度：

选迈步液压缸体长度为7000mm，行程4500mm的迈步油缸即可满足。

附图说明

图1为本发明的迈步式吊盘的结构示意图；

图2为本发明的液压系统原理图。

其中，1为上层盘；2为牛腿；3为迈步油缸；4为主立柱；5为预埋盒；6为加强环；7为迈步盘；8为液压泵站；9为下层盘；10为悬吊模板钢丝绳；11为模板；12为电机；13为油泵；14为溢流阀；15为迈步油缸控制阀；16为迈步牛腿液压缸控制阀；17为上层牛腿液压缸控制多路阀；18为双向液压锁；19为上层牛腿液压缸组；20为迈步牛腿液压缸组；21为迈步油缸组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种液压整体迈步式凿井吊盘，以大海则直径8m的风井为设计参考原型，设计出三层迈步式吊盘方案，由上层盘1、加强环6、迈步盘7、下层盘9、迈步油缸3、牛腿2、立柱4、液压泵站8及液压控制系统组成。

其中所述上层盘1是主要承载盘，沿环向布置八只可伸缩运动的承载牛腿2，所述上层盘下方有孔用于安装牛腿座。根据所建井筒的尺寸可确定井筒的整体金属模板外径尺寸。由模板外径尺寸和工艺要求可确定出迈步吊盘外径和内径尺寸。根据所选择实验矿井大海则8m风井井筒参数经优化后确定外径为7700mm、环高320mm。所述上层盘1与加强环6之间由主立柱4连接，和主立柱4平行间隔安装六个迈步油缸3。为了增加牛腿座与上层盘间的刚度，焊接座有横向筋板和竖向筋板。为了便于油管线路布置，在吊盘铺板上开一定直径的圆孔。

所述加强环6外径与所述上层盘1外径相同，为环形钢梁结构，在与迈步油缸3对应部位开出圆孔供迈步油缸穿入，使用U形卡将所述迈步油缸3连接在所述上层盘1上。加强环6的作用是使迈步油缸3连为一体，使之更加稳定可靠，使整个吊盘受力性能更加合理，增强了设备的刚度和抗失稳能力。

所述迈步盘7是迈步运动部件，其结构形状与上层盘1相同，径向安装了八只可伸缩运动的牛腿2，迈步盘7的铺板上开一定直径的圆孔便于安装油路。

所述下层盘9的结构形式和几何尺寸与上层盘1一样，无牛腿设置，用于放置设备及增加迈步盘7下部整体性，还起着迈步盘7沿着井壁移动时的导向作用。

所述立柱分主立柱4和导向立柱两种，主立柱4为上层盘与加强环之间的立柱，为工字钢连接；导向立柱是预选的与主立柱大小相同的矩形钢管。立柱是吊盘的重要结构材料，除起到连接加强环、迈步盘、下层盘的导向作用外，还起到了迈步式吊盘的骨架作用。立柱安装时的垂直度要有保证，且安装时要防止弯曲、变形，否则将影响整体结构安装及迈步架行走平稳。

所述牛腿2共16只分为2层，每只牛腿的构造形式完全相同，采用截面为300×300mm的组合箱体结构，其箱体内装有牛腿液压缸。牛腿座安装在吊盘上，吊盘上有若干孔，可使牛腿座整体向外以适应不同直径的吊盘。牛腿液压缸的设计参数为：缸径100mm、杆径60mm、行程1400mm、工作油压16-32Mpa。牛腿座安装在吊盘上，吊盘上有若干孔，可使牛腿座整体向外以适应不同直径的吊盘。

其中，凿井壁的浇筑混凝土中要预留预埋盒5，所述预埋盒5为方形焊接盒结构，截面大小为340mm*340mm，用于迈步式吊盘行走时，支撑所述牛腿2；预埋时要求井口30米内的预埋盒5必须保证垂直一条线。

其中，迈步吊盘的主要尺寸为：上层盘1到加强环6距离4200mm；加强环6到下层盘9的距离12160mm；迈步盘7在加强环6与下层盘9之间，可做迈步运动，从距离加强环4000mm运行到距离加强环8500mm处，总距离16360mm，迈步油缸3体长度为7000mm，行程4500mm。

所述液压控制系统采用开式系统，采用滑阀机能为Y型的多路换向阀，用于油泵卸荷及控制油路泄压。采用定量泵供油，用溢流阀14调节系统所需压力并保持系统压力基本恒定。采用锁紧回路使迈步油缸可以在任意位置停止并防止窜动，多路换向阀采用串联并联型，使各组液压缸互锁，防止误操作而造成坠盘的重大事故。

本发明的迈步式吊盘工作原理为：为了有效地悬吊整体吊盘及凿井设备，可以将吊盘荷载传递给井壁，由井壁中预埋盒（预埋梁窝）5支撑可沿井壁面竖直运动的迈步式吊盘装置，实施砌壁工作。当迈步式吊盘下行砌壁时，上层盘1在第一层梁窝位置，牛腿2伸入井壁的预留梁窝5中撑紧，第一步：当工作面爆破出矸石达到一个支护段高，平整工作面矸石，使其基本水平，用快速接头连通油泵与迈步式吊盘液压油路，开动油泵13给模板伸缩油缸供油，模板11收缩脱离井壁，然后给迈步油缸3供油，迈步油缸3伸出，迈步盘7通过钢丝绳组悬吊着模板11缓慢下落一个砌壁支护段高，到工作面矸石上为止，由于各迈步油缸3间相互平行且油路是相互连通的，迈步吊盘和模板11下落时有自动找平功能。再给模板伸缩油缸供油，使模板11恢复砌壁直径；浇注前先将模板预埋盒安装在模板主体上，然后开始浇注混凝土。第二步：待浇注混凝土完成后，给迈步油缸3供油缓慢下放迈步盘7达到第四层梁窝位置时，将迈步盘7上的伸缩式牛腿2伸入井壁的预留梁窝5中撑紧并受力；第三步：继续给迈步油缸3供油将上层盘1托起一点，将上层盘1上的牛腿2收回，收缩迈步油缸3，使上层盘1下放到第二层梁窝位置时将上层盘1上的牛腿2伸入井壁的预留梁窝5中撑紧;第四步：迈步油缸3继续收缩使迈步盘7上升一点，同时将迈步盘7上的牛腿2收回，继续收缩迈步油缸3直到收紧悬吊模板钢丝绳10，使模板11找平，这样就完成一个下行砌壁循环。

技术参数

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种液压整体迈步式凿井吊盘，其特征在于：由上层盘（1）、加强环（6）、迈步盘（7）、下层盘（9）、迈步油缸（3）、牛腿（2）、立柱、液压泵站（8）及液压控制系统组成，其中，通过螺栓将牛腿（2）的牛腿座安装在上层盘（1）的下方，上层盘（1）与加强环（6）之间通过主立柱进行连接，与主立柱平行间隔安装六个迈步油缸（3），牛腿座上焊接有横向筋板和竖向筋板，加强环（6）与迈步油缸（3）的对应部位开有圆孔，迈步油缸（3）由圆孔穿入，迈步盘（7）通过悬吊模板钢丝绳（10）与下层盘（9）连接，液压泵站（8）设置在迈步盘（7）上部。

2.根据权利要求1所述的迈步式凿井吊盘，其特征在于：所述上层盘（1）是主要承载盘，沿环向布置八只可伸缩运动的牛腿（2），所述上层盘（1）下方有孔用于安装牛腿座。

3.根据权利要求1所述的迈步式凿井吊盘，其特征在于：所述加强环（6）外径与所述上层盘（1）外径相同，为环形钢梁结构，在与迈步油缸（3）对应部位开出圆孔供迈步油缸（3）穿入，使用U形卡将所述迈步油缸（3）连接在所述上层盘（1）上。

4.根据权利要求1所述的迈步式凿井吊盘，其特征在于：所述迈步盘（7）是迈步运动部件，其结构形式与上层盘（1）相同，径向安装了八只可伸缩运动的牛腿（2），所述迈步盘（7）的铺板上开一定的圆孔便于安装油路。

5.根据权利要求1所述的迈步式凿井吊盘，其特征在于：所述下层盘（9）的结构形式和几何尺寸与上层盘（1）一样，无牛腿设置，用于放置设备及增加迈步盘（7）下部整体性。

6.根据权利要求1所述的迈步式凿井吊盘，其特征在于：所述立柱分主立柱（4）和导向立柱两种，主立柱（4）为上层盘（1）与加强环（6）之间的立柱，为“工”字钢连接；导向立柱是预选的与主立柱（4）大小相同的矩形钢管，所述牛腿（2）共16只分为两层，每只牛腿的构造形式完全相同，采用组合箱体结构，其箱体内装有牛腿液压缸。

7.根据权利要求1所述的迈步式凿井吊盘，其特征在于：所述液压控制系统采用开式系统，采用滑阀机能为Y型的多路换向阀，用于油泵（13）卸荷及控制油路泄压，采用定量泵供油，用溢流阀调节系统所需压力并保持系统压力基本恒定，采用锁紧回路使迈步油缸能够在任意位置停止并防止窜动，多路换向阀采用串联并联型，使各组液压缸互锁。

8.一种权利要求1所述迈步式凿井吊盘的应用，其特征在于，包括如下步骤：

当迈步式吊盘下行砌壁时，上层盘在第一层梁窝位置，牛腿伸入井壁的预留梁窝中撑紧

第一步：当工作面爆破出矸石达到一个支护段高，平整工作面矸石，使其基本水平，用快速接头连通油泵与迈步式吊盘液压油路，开动油泵给模板伸缩油缸供油，模板收缩脱离井壁，然后给迈步油缸供油，迈步油缸伸出，迈步盘通过钢丝绳组悬吊着模板缓慢下落一个砌壁支护段高，到工作面矸石上为止，由于各迈步油缸间相互平行且油路是相互连通的，迈步吊盘和模板下落时有自动找平功能，再给模板伸缩油缸供油，使模板恢复砌壁直径；浇注前先将模板预埋盒安装在模板主体上，然后开始浇注混凝土；

第二步：待浇注混凝土完成后，给迈步油缸供油缓慢下放迈步盘达到第四层梁窝位置时，将迈步盘上的伸缩式牛腿伸入井壁的预留梁窝中撑紧并受力；

第三步：继续给迈步油缸供油将上层盘托起一点，将上层盘上的牛腿收回，收缩迈步油缸，使上层盘下放到第二层梁窝位置时将上层盘上的牛腿伸入井壁的预留梁窝中撑紧;

第四步：迈步油缸继续收缩使迈步盘上升一点，同时将迈步盘上的牛腿收回，继续收缩迈步油缸直到收紧悬吊模板钢丝绳，使模板找平，这样就完成一个下行砌壁循环。

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