CN103924977B - 中心立柱全断面竖井钻机 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿产机械技术领域，特别是涉及一种中心立柱全断面竖井钻机。包括中心立柱、设备平台、井架、掘进系统、人员及物料输送系统、井壁支护系统和保障系统，以及操控室；在井口处安装有井架，所述井架上设有操控室，所述中心立柱由井底直接通到井口，并与地面井架所含的滑移架连接，在设备中心立柱的前端安装有掘进系统，在设备中心立柱上自后向前依次安装有多个设备平台，人员及物料输送系统和保障系统分别安装在掘进系统后部的设备平台上和地面，井壁支护系统安装在掘进系统后部的设备平台上及其四周。本发明解决了煤矿等大型竖井的施工问题，实现了竖井掘进、出渣、支护、排水、通风等一系列功能的自动化、机械化、集成化成套设备的平行施工作业，设备拆装方便，节省准备时间，提高施工效率，降低施工成本，增加施工安全性，并且应用范围广。

Description

中心立柱全断面竖井钻机

技术领域

本发明属于矿产机械技术领域，特别是涉及一种中心立柱全断面竖井钻机。

背景技术

现有竖井开凿方式历经长期的发展，主要凿井方式有钻爆法、钻井法等，施工工艺已经成熟。竖井开凿设备也经历同样的发展历程，设备技术已经成熟，依然沿用传统的施工方式，凿井设备难以实现自动化，平行施工困难，人员劳动强度大。我国现有的竖井开凿设备技术经多次改进已经发展成熟，通过提高单一设备的施工效率已经难以提高竖井开凿速度，急需全新的设备来提高施工效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服上述现有设备的不足，提供一种自动化、机械化程度高，竖井施工更加快速、安全，能够完成大直径、大深度的竖井施工，并且施工成本较低的中心立柱全断面竖井钻机。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种中心立柱全断面竖井钻机包括中心立柱、设备平台、井架、掘进系统、人员及物料输送系统、井壁支护系统和保障系统，以及操控室；在井口处安装有井架，所述井架上设有操控室，所述中心立柱由井底直接通到井口，并与地面井架所含的滑移架连接，在设备中心立柱的前端安装有掘进系统，在设备中心立柱上自后向前依次安装有多个设备平台，人员及物料输送系统和保障系统分别安装在掘进系统后部的设备平台上和地面，井壁支护系统安装在掘进系统后部的设备平台上及其四周，所述中心立柱由多段中空立柱主体通过法兰及紧固件连接而成，在立柱主体的四周分布有主提升机导轨、副提升机导轨、电缆、高压气管、混凝土管道、净水管、出浆管、进浆管和稳定器安装座，中心立柱内中空部分形成保障系统所含通风及通水模块的风道，保障系统所含通风及通水模块的风机直接安装在中心立柱内部。

所述设备平台包括固定平台和安装在衬砌模板段的伸缩平台，所述伸缩平台包括基础平台、小平台、伸缩油缸和密封条，基础平台与中心立柱固定连接，在基础平台四周水平固定设有伸缩油缸，伸缩油缸所含活塞杆末端固定连接有小平台，小平台外端部设有密封条，密封条外端与模板接触。

所述井架包括井架主体、滑移架、滑移立柱、举升油缸、行走装置、立柱吊机、立柱机械手、动力站、溜渣槽；井架主体下部安装有行走装置，上部安装有滑移立柱和动力站，滑移立柱为滑移架的滑动导轨，举升油缸一端安装在滑移架上，另一端安装在滑移立柱下端，立柱吊机安装在井架主体上部，立柱机械手和溜渣槽倾斜安装在井架下部。

所述掘进系统包括背装式刀具结构的刀盘、伸缩护盾、护盾定环、主驱动、护盾油缸、导柱、换步油缸、撑靴滑环、撑靴和撑靴油缸；所述刀盘与主驱动连接，主驱动上部与导柱连接，导柱上部与中心立柱连接，主驱动与护盾定环连接，护盾定环与伸缩护盾通过伸缩套结构及护盾油缸连接，形成可伸缩环形护盾，导柱上设有键结构与撑靴滑环滑动连接，同时二者之间分布的多个换步油缸连接，撑靴通过伸缩滑套结构及撑靴油缸与撑靴滑环连接，操控台安装撑靴上方的平台下部。

所述人员及物料输送系统包括泥浆泵、吸浆管、排浆管、一级振动筛、二级振动筛、三级振动筛、一级旋流器、二级旋流器、储渣仓、储浆池、快速上料装置、吊桶、主提升机、副提升机、回浆管、输送泵、出浆管、进浆管、一级渣浆泵、二级渣浆泵、一级泥浆池、二级泥浆池、罐笼；泥浆泵安装在主驱动内，吸浆管伸入到刀盘内，排浆管进浆口与泥浆泵连接，其出浆口连接一级振动筛，一级振动筛出渣口对应储渣仓，其出浆口连接一级泥浆池，一级泥浆池与二级泥浆池连通，二级泥浆池底部连接一级渣浆泵，泵的进浆口连接二级泥浆池，出浆口连接一级旋流器，一级旋流器出渣口连接二级振动筛，出浆口分别连接二级泥浆池和储浆池，二级振动筛出渣口对应储渣仓，出浆口连接二级泥浆池；储浆池底部连接二级渣浆泵，泵进口连接储浆池，出口连接二级旋流器，二级旋流器出渣口连接三级振动筛，出浆口连接储浆池，三级振动筛出渣口对应储渣仓，出浆口对应储浆池；进浆管通过中心立柱一直延伸至地面并连接地面泥浆池，其下端与回浆管相连，回浆管同时与储浆池连通，回浆管的出口端设置在刀盘工作面上；储浆池下部连接有输送泵，输送泵上连接有出浆管，该出浆管连接安装在中心立柱上的出浆管，出口设置在井口处并连接外部泥浆处理站；储渣仓下部设置有快速上料装置，中心立柱上安装有吊桶、罐笼导轨，主提升机、副提升机安装在井架上部。

所述井壁支护系统包括模筑系统和锚固系统，其中模筑系统包括辅助吊车、模板、混凝土输送管、缓冲器、井下混凝土搅拌罐、混凝土泵、注浆管和混凝土密封环，锚固系统包括钻机小车、钻机导轨、升降油缸、多功能钻机、喷浆机械手、物料吊机；模筑系统辅助吊车安装在后部设备平台，用于倒运模板，整体模板与混凝土密封环构成浇筑空间，在混凝土输送管上安装有多级缓冲器，混凝土输送管下端与混凝土搅拌罐连接，混凝土搅拌罐下部安装有混凝土泵，该泵出口通过注浆管与整体模板注浆口连接；锚固系统钻机导轨通过升降油缸连接于撑靴滑环，并与导柱滑动连接，钻机导轨上安装有钻机小车，钻机小车上安装有多功能钻机，在钻机导轨上还安装有喷浆机械手，物料吊机安装在钢筋绑扎平台上方平台的下部。

所述保障系统包括吊泵系统、电力及控制模块、通风及通水模块、稳定器、吊泵稳车、封口平车和备用立柱，其中电力及控制模块包括主控室、油脂泵、电器柜、变压器、空压机、泵站、动力电缆、通讯电缆及电缆卷筒，所述通风及通水模块包括风机、中心立柱内中空部分形成的风道和净水管，吊泵通过井架上部吊泵稳车直接悬吊于设备底部，吊泵进水口穿过掘进系统所含伸缩护盾深入到刀盘泥水仓，电力及控制模块分布安装于不同的设备平台及地面上，稳定器安装在中心立柱的稳定器安装座上，封口平车独立安装于地面单独的轨道上，备用立柱放置在设备一旁备用。

所述整体模板由多组独立模板拼装而成，直接固定于井壁四周。

所述井壁支护系统还包括超前注浆系统和混凝土添加剂加注装置，该超前注浆系统包括多功能钻机和注浆泵，注浆泵安装在后部设备平台上。

本发明技术方案的有益效果是：

1、在结构上，本发明中心立柱全断面竖井钻机包括中心立柱、设备平台、井架、掘进系统、人员及物料输送系统、井壁支护系统和保障系统以及操控室，采用竖井开凿的新方式，主要用于各种竖井的开凿，实现竖井全断面高效施工；本发明是集掘进、出渣、支护、排水、通风、超前探测等功能于一体的集成化成套设备，实现竖井开凿、支护、出渣等平行作业，机械自动化程度高，同时提高竖井施工效率，缩短竖井建井周期，大大节约了建井成本，减少矿场前期投入。

2、在结构上，本发明所述中心立柱由多段中空立柱主体连接而成，中心立柱一端连接在主驱动上，一端与地面井架滑移架相连，出渣设备轨道、副提升机导轨、电缆、高压气管、混凝土输送管、净水管、出浆管、进浆管及稳定器分布于中心立柱四周并由井底部通向地面；中心立柱的使用可以取消传统施工方式的稳车，设备重量由中心立柱承受，通过地面举升油缸控制作用于井底刀盘的重力大小，控制刀盘的掘进推力，简化井下推进装置，设备结构更加简单；设备与地面的各种管线依附于中心立柱，实现地上管道延伸，管道延伸更方便，避免井下管道运输，大大增加主提升机的出渣时间；提升设备采用刚性轨道，依附于中心立柱上，取代原稳绳设计，刚性轨道更安全，提升速度更快，提高物料运输速度；中心立柱中空，作为风筒，内部设计风机，快速的将井下废气排出井筒，保证井下空气质量。

3、在结构上，本发明所述伸缩平台包括基础平台、小平台、伸缩油缸、密封条，结构简单，既可满足模板的通过需要，又可快速封闭井筒断面，防止高空坠物伤人的事故发生，设计简单，使用可靠。

4、在结构上，本发明所述掘进系统包括刀盘、主驱动、伸缩护盾、护盾油缸等，实现竖井全断面掘进；掘进系统还包括调向油缸，该油缸杆端与护盾定环滑动连接，筒端与主驱动固定连接，通过控制调向油缸调整主驱动的位置，实现掘进方向的调整；中心立柱一端安装在主驱动上，一端与地面井架连接，通过井架滑移架控制设备加压力，实现不同地层的快速掘进，操作使用方便。

5、在结构上，本发明所述人员及物料的输送系统包括主、副提升机、吊桶、罐笼、泥浆管、渣浆泵、多级泥浆处理结构等，实现井上、井下人员、渣土、钢材等物料的运输；人员及施工物料上、下井通过副提升机完成，其渣土的输送分两步完成，首先泥浆泵将携带渣土的泥浆经排浆管送至泥浆处理设备，筛分出的大颗粒渣土进入储渣仓，通过储渣仓底部快速上料装置将渣土装入吊桶，通过提升机输送至井口，由井架溜渣槽装入渣车运输到指定位置；泥浆经过多级筛分，再经旋流器处理后进入储浆池，通过回浆管回流至工作面，进行循环利用，储浆池底部沉积的高浓度泥浆则进入输送泵，由输送泵通过出浆管将高浓度泥浆泵送至地面；地面优质泥浆通过进浆管输送到井下；以上各系统配合使用完成井上、井下人员、物料、渣土、泥浆的输送；整个输送系统整体结构设计合理，人员、物料、渣土、泥浆输送平行作业，增加设备利用率，提高工作效率。

6、在结构上，本发明所述井壁支护系统包括模板、混凝土输送管、缓冲器、活塞泵、注浆泵、多功能钻机、喷浆机械手等，实现井壁及时支护；还可以利用钻机小车、钻机油缸控制多功能钻机进行打锚杆、超前探测及超前注浆作业；因而，井壁支护系统可以进行喷锚、模筑、超前注浆等多种施工平行作业，支护可靠，同时可以满足不同地层施工的需要。

7、结构上，本发明所述保障系统包括电力设施、控制设施、通风设施及通水设施等，保证井下设备工作及人员生命保障的需要，保证设备、人员的正常工作；主提升机导轨、副提升机导轨、电缆、高压气管、混凝土输送管、净水管、出浆管、进浆管、稳定器等全部安装在中心立柱上，随设备向下延伸。当一根中心立柱及管线行程完成后，利用封口平车卡住中心立柱法兰，拆除连接螺栓，上移滑移架断开中心立柱，通过立柱吊车快速吊取备用立柱，通过立柱机械手精确控制完成立柱对接，进行中心立柱的延伸，无需将管道运至井下，全机械化操作，简便、快捷，减小人员劳动强度，提高设备效率。

8、在结构上，本发明所述整体模板采用多组独立模板拼接模板浇筑，可实现井壁连续浇筑，井壁凝固时间长，模板拆运方便，提高井壁浇筑效率及质量。

9、此外，本发明中心立柱全断面竖井钻机还可用于隧道、水电、核电、地下工程等竖井开凿，打开地下施工的通道，实现快速、安全的地下施工，应用范围广，适于推广实施。

10、综上，本发明全断面竖井钻机解决了煤矿等大型竖井的施工问题，实现了竖井掘进、出渣、支护、排水、通风等一系列功能的自动化、机械化、集成化成套设备的平行施工作业，设备拆装方便，节省准备时间，提高施工效率，降低施工成本，增加施工安全性，并且应用范围广，因此，非常适于推广实施。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明中心立柱全断面竖井钻机的结构示意图；

图2为本发明中心立柱全断面竖井钻机的立柱主体及其外设的结构示意图；

图3为图2所示中心立柱全断面竖井钻机的立柱主体及其外设的俯视结构示意图；

图4为本发明中心立柱全断面竖井钻机的设备平台的结构示意图；

图5为本发明中心立柱全断面竖井钻机的井架的结构示意图；

图6为本发明中心立柱全断面竖井钻机的掘进系统的结构示意图；

图7为本发明中心立柱全断面竖井钻机的人员及物料输送系统的结构示意图；

图8为图7所示中心立柱全断面竖井钻机的人员及物料输送系统的侧视结构示意图；

图9为本发明中心立柱全断面竖井钻机的井壁支护系统的结构示意图；

图10为本发明中心立柱全断面竖井钻机的保障系统的结构示意图；

图中序号：1、中心立柱，101、立柱主体，102、主提升机导轨，103、副提升机导轨，104、电缆，105、高压气管，106、混凝土管道，107、净水管，108、出浆管，109、进浆管，110、稳定器安装座，2、设备平台，201、固定平台，202、伸缩平台，202-1、基础平台，202-2、小平台，202-3、伸缩油缸，202-4、密封条，3、井架，301、井架主体，302、滑移架，303、滑移立柱，304、举升油缸，305、行走装置，306、立柱吊机，307、立柱机械手，308、动力站，309、溜渣槽，4、掘进系统，401、刀盘，402、伸缩护盾，403、护盾定环，404、主驱动，405、操纵台，406、护盾油缸，407、导柱，408、换步油缸，409、撑靴滑环，410、撑靴，411、撑靴油缸，5、人员及物料输送系统，501、泥浆泵，502、吸浆管，503、排浆管，504、一级振动筛，505、二级振动筛，506、三级振动筛，507、一级旋流器，508、二级旋流器，509、储渣仓，510、储浆池，511、快速上料装置，512、吊桶，513、主提升机，514、副提升机，515、回浆管，516、输送泵，517、出浆管，518、进浆管，519、一级渣浆泵，520、二级渣浆泵，521、一级泥浆池，522、二级泥浆池，523、罐笼；6、井壁支护系统，601、辅助吊车，602、模板，603、混凝土输送管，604、缓冲器，605、井下混凝土搅拌罐，606、混凝土泵，607、注浆管，608、混凝土密封环，609、钻机小车，610、钻机导轨，611、升降油缸，612、多功能钻机，613、喷浆机械手,614、物料吊机，615、注浆泵，7、保障系统，701、吊泵，702、电力及控制模块，703、通风及通水模块，704、稳定器，705、吊泵稳车，706、封口平车，707、备用立柱，8、操控室。

具体实施方式

实施例一：

参见图1，图中，本发明中心立柱全断面竖井钻机，该设备包括中心立柱1、设备平台2、井架3、掘进系统4、人员及物料输送系统5、井壁支护系统6和保障系统7、，以及操控室8，每个系统由独立的设备构成。在井口处安装有井架，所述井架上设有操控室，所述中心立柱由井底直接通到井口，并与地面井架所含的滑移架连接，在设备中心立柱的前端安装有掘进系统，在设备中心立柱上自后向前依次安装有多个设备平台，人员及物料输送系统和保障系统分别安装在掘进系统后部的设备平台上，井壁支护系统安装在掘进系统后部的设备平台上及其四周。

参见图2-3，图中，所述中心立柱由多段中空立柱主体101通过法兰及紧固件连接而成；主提升机导轨102、副提升机导轨103、电缆104、高压气管105、混凝土管道106、净水管107、出浆管108、进浆管109、稳定器安装座110均分布于立柱主体四周。

参见图4，图中，所述设备平台包括固定平台201和伸缩平台202，其中伸缩平台包括基础平台202-1、小平台202-2、伸缩油缸202-3、密封条202-4。伸缩平台202安装在衬砌模板段，基础平台202-1与中心立柱1固定连接，伸缩油缸202-3推动小平台202-2伸出或收回，密封条202-4防止小块物料由平台缝隙掉落。

参见图5，图中，所述井架包括井架主体301、滑移架302、滑移立柱303、举升油缸304、行走装置305、立柱吊机306、立柱机械手307、动力站308、溜渣槽309；井架主体301下部安装有行走装置305，上部安装滑移立柱303、动力站308，滑移立柱303为滑移架302的滑动导轨，举升油缸304一端安装在滑移架302上，一端安装在滑移立柱303下端，立柱吊机306安装在井架主体301上部，立柱机械手307、溜渣槽309倾斜安装在井架下部。

参见图6，图中，所述竖井掘进系统包括刀盘401、伸缩护盾402、护盾定环403、主驱动404、操作台405、护盾油缸406、导柱407、换步油缸408、撑靴滑环409、撑靴410、撑靴油缸411；所述刀盘401由主驱动404驱动，进行掘进破岩；所述伸缩护盾402有多个，且成环形结构，通过护盾油缸406撑紧作用于岩壁，产生摩擦力以提供设备的反扭矩；所述导柱407与撑靴滑环409通过滑键连接，撑靴410通过撑靴油缸411撑紧于井壁，产生摩擦力，以固定撑靴410及撑靴滑环409，防止导柱407转动，稳定设备掘进方向，为伸缩护盾402提供辅助反扭矩，换步油缸408完成撑靴掘进过程中的换步；所述中心立柱1贯通整个竖井，连接主机设备，通过地面井架3的举升油缸304，控制设备的推进力、掘进速度；控制护盾油缸406及撑靴油缸411的伸缩，控制主驱动404的发生偏移，实现刀盘401的调向控制，操纵台405安装于撑靴上方的平台下方，操纵方便，舒适。该系统设计简单、控制可靠，可提供快速掘进所需的推进力、扭矩，有效控制设备的掘进方向，保证成井质量及施工效率。

参见图7-8，图中，所述人员及物料输送系统5包括泥浆泵501、吸浆管502、排浆管503、一级振动筛504、二级振动筛505、三级振动筛506、一级旋流器507、二级旋流器508、储渣仓509、储浆池510、快速上料装置511、吊桶512、主提升机513、副提升机514、回浆管515、输送泵516、出浆管517、进浆管518、一级渣浆泵519、二级渣浆泵520、一级泥浆池521、二级泥浆池522、罐笼523等组成；人员、钢筋等物料由副提升机514及罐笼523完成，实现井上、井下人员及物料的运输；渣土的输送分为干渣和泥浆两部分完成，由刀盘401破碎的渣土，由泥浆携带，泥浆泵501通过深入刀盘的吸浆管502吸入，将渣浆经排浆管503输送至一级振动筛504，经一级振动筛504分离，部分大颗粒渣土进入储渣仓509，分离后泥浆进入一级泥浆池521，一级泥浆池521与二级泥浆池522联通，泥浆通过联通管道进入二级泥浆池522，二级泥浆池522底部的一级渣浆泵519，将泥浆泵送至一级旋流器507，经一级旋流器507分离，分离后的渣土经二级振动筛505进一步分离，干渣进入储渣仓509，泥浆进入二级泥浆池522循环处理，经一级旋流器507分离后的泥浆经管道输送至储浆池510或二级泥浆池522，泥浆经储浆池510底部安装的二级渣浆泵520泵送至二级旋流器，经二级旋流器508分离后，渣土经三级振动筛506进一步分离，干渣进入储渣仓509，泥浆则进入储浆池510，二级旋流器508分离后的泥浆进入储浆池510，储存使用。储存在储渣仓内的渣土经过其底部设置的快速上料装置511，快速装入吊桶512，经主提升机513提出井筒，通过地面溜渣槽309装车，运输到指定位置。储存在储浆池510内的泥浆通过回浆管515回流至刀盘泥水仓，进入新的循环；储浆池底部沉积的高浓度泥浆进入输送泵516，经输送泵516通过出浆管517、中心立柱出浆管108输送至地面处理站，进行进一步的处理；井下所需的优质泥浆通过进浆管518、中心立柱进浆管109直接输送至储浆池510，以满足设备的施工需求。该系统采用泥浆携渣，干湿分离出渣，渣、物、人分离输送，实现低能耗、高效率出渣，以上各系统配合使用完成井上、井下人员、物料、渣土、泥浆的输送，保证高效施工的排渣、物料输送需求。

参见图9，图中，所述井壁支护系统6包括模筑系统和锚固系统，其中模筑系统包括辅助吊车601、模板602、混凝土输送管603、缓冲器604、井下混凝土搅拌罐605、混凝土泵606、注浆管607、混凝土密封环608；锚固系统包括钻机小车609、钻机导轨610、升降油缸611、多功能钻机612、喷浆机械手613、物料吊机614；还包括超前注浆系统和混凝土添加剂加注装置，所述超前注浆系统包括多功能钻机612和注浆泵615；模筑系统辅助吊车601安装在上部设备平台，用于倒运模板，整体模板602由多组独立模板拼装而成，直接固定与井壁四周，模板下部钢筋网进行人工绑扎，井下用的钢筋、钢拱架等物料由副提升机513运送至设备下部后，由物料吊机614转运至施工位置；当钢筋绑扎完成后，拆除最上层模板，由辅助吊车601运输到下部立模位置，进行立模，并安装混凝土密封环608，完成后将注浆管607连接到模板的注浆孔；混凝土由地面通过中心立柱混凝土管道106、混凝土输送管603、缓冲器604输送到井下混凝土搅拌罐内，进行搅拌，保证混凝土质量，之后利用混凝土泵606通过注浆管607将混凝土泵送如模板602内部，完成井壁浇筑；井壁喷锚主要有多功能钻机612与喷浆机械手613完成，两者通过钻机小车609安装在钻机导轨610上，进行圆周运动，完成井壁四周锚杆、注浆、喷浆的工作，升降油缸611可控制设备的升降，以完成不同高度的使用需求。当遇到不稳定地质时，多功能钻机612可以转换角度同注浆泵615共同完成设备前方及周边的注浆工作，进行超前地质加固，防止事故的发生。

参见图10，图中，所述保障系统7包括吊泵701、电力及控制模块702、通风及通水模块703、稳定器704、吊泵稳车705、封口平车706、备用立柱707等组成，其中电力及控制模块702包括主控室、油脂泵、电器柜、变压器、空压机、泵站、动力电缆、通讯电缆及电缆卷筒，为整机设备提供能源动力、系统控制、密封润滑等；通风及通水模块703包括风机、中心立柱内中空部分形成的风道和净水管，风机安装在中心立柱内部，以中心立柱作为风筒，将井下污浊的空气迅速的排出井筒，设计结构紧凑、通风高效，水管、电缆等管线直接安装在中心立柱周围，随中心立柱一同延伸，管道延伸更简单、快捷；吊泵701通过井架上部吊泵稳车705直接悬吊于设备底部，吊泵701拥有独立的悬吊系统、，独立的运输通道，吊泵701进水口穿过伸缩护盾深入刀盘泥水仓，进行紧急排水；稳定器704安装在中心立柱稳定器安装座上，在设备的掘进过程中稳定中心立柱及整机设备；封口平车706独立安装于地面单独的轨道上，用于封闭井口，在中心立柱延伸时，承受设备重量，利用立柱吊机306吊起备用立柱707进行管道延伸。

本发明的工作过程如下：

主机设备通过中心立柱1悬吊与地面固定的井架3上，通过井架举升油缸304、滑移架302、滑移立柱303控制整机的上、下移动，实现设备的提升或掘进。掘进时伸缩护盾402由护盾油缸406撑紧于岩壁，以稳定刀盘401，提供设备反扭矩；撑靴油缸411将撑靴410撑紧于井壁，为伸缩护盾提供辅助反扭矩，防止设备在掘进过程中发生转动；启动主驱动404驱动刀盘401进行破岩掘进，利用地面举升油缸304控制刀盘401的加压力，实现高效掘进。刀盘401切削下的岩屑有高速流动的泥浆携带，由泥浆泵501泵送至泥浆处理站，经过一级振动筛504、二级振动筛505、三级振动筛506、一级旋流器507、二级旋流器508的分离，分别将渣土、泥浆储存在储渣仓509、储浆池510内，渣土经储渣仓509底部的快速上料装置装入吊桶512，由主提升机513提出地面，经溜渣槽309装入渣车运输到指定位置，储存在储浆池510内的泥浆则经过回浆管515回流至刀盘处，进入新的循环，实现连续出渣，储浆池510底部沉积的高浓度泥浆由输送泵516输送至地面处理站，长期使用后井下泥浆恶化，需要新的优质泥浆则通过中心立柱进浆管109、进浆管518输送至井下储浆池，恶化后的泥浆经输送泵516泵出，完成泥浆的置换，以满足施工的需要。

在设备掘进的同时，进行绑扎钢筋、打锚杆、喷浆、井壁浇筑等施工。利用副提升机514将井壁支护所需的物料输送至井下，利用物料吊机614将物料分送至施工位置，利用多功能钻机612进行锚杆施工，进行人工钢筋绑扎、立钢拱架，完成后利用喷浆机械手613进行井壁的喷浆支护，以防止井壁坍塌等事故的发生；在设备的后部进行二衬钢筋的绑扎，并安装混凝土密封环608，利用辅助吊车601将模板602运送至立模位置，进行立模，之后连接注浆管607，混凝土由地面经中心立柱混凝土管道106、混凝土输送管603、缓冲器604输送至井下混凝土搅拌罐605，之后利用混凝土泵606将混凝土泵送至模板内，完成井壁浇筑。

在施工过程中，可利用多功能钻机612进行超前地质探测，遇到特殊地层时利用多功能钻机612、注浆泵615对井壁四周及设备前方进行注浆加固，改良地质条件，保证施工安全。

随着设备的不断向下掘进，举升油缸304、中心立柱1及附属管道的行程使用完后，需要进行中心立柱的延伸，利用封口平车706卡住中心立柱1法兰，拆除连接螺栓，上移滑移架302断开中心立柱1，通过立柱吊机306快速吊取备用立柱707，通过立柱机械手307精确控制完成立柱对接，进行中心立柱1及其他管线的延伸，无需将管道运至井下，操作方便、高效。

本发明中心立柱全断面竖井钻机实现了竖井开凿、衬砌、出渣等施工的平行作业，提高了竖井的施工效率，适用性广泛、施工安全，缩短施工工期，节约施工成本，具有大范围推广的意义。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种中心立柱全断面竖井钻机，包括中心立柱、设备平台、井架、掘进系统、人员及物料输送系统、井壁支护系统和保障系统，以及操控室，其特征是：在井口处安装有井架，所述井架上设有操控室，所述中心立柱由井底直接通到井口，并与地面井架所含的滑移架连接，在设备中心立柱的前端安装有掘进系统，在设备中心立柱上自后向前依次安装有多个设备平台，人员及物料输送系统和保障系统分别安装在掘进系统后部的设备平台上和地面，井壁支护系统安装在掘进系统后部的设备平台上及其四周，所述中心立柱由多段中空立柱主体通过法兰及紧固件连接而成，在立柱主体的四周分布有主提升机导轨、副提升机导轨、电缆、高压气管、混凝土管道、净水管、出浆管、进浆管和稳定器安装座，中心立柱内中空部分形成保障系统所含通风及通水模块的风道，保障系统所含通风及通水模块的风机直接安装在中心立柱内部。

2.根据权利要求1所述的中心立柱全断面竖井钻机，其特征是：所述设备平台包括固定平台和安装在衬砌模板段的伸缩平台，所述伸缩平台包括基础平台、小平台、伸缩油缸和密封条，基础平台与中心立柱固定连接，在基础平台四周水平固定设有伸缩油缸，伸缩油缸所含活塞杆末端固定连接有小平台，小平台外端部设有密封条，密封条外端与衬砌模板接触。

3.根据权利要求1所述的中心立柱全断面竖井钻机，其特征是：所述井架包括井架主体、滑移架、滑移立柱、举升油缸、行走装置、立柱吊机、立柱机械手、动力站、溜渣槽；井架主体下部安装有行走装置，上部安装有滑移立柱和动力站，滑移立柱为滑移架的滑动导轨，举升油缸一端安装在滑移架上，另一端安装在滑移立柱下端，立柱吊机安装在井架主体上部，立柱机械手和溜渣槽倾斜安装在井架下部。

4.根据权利要求1所述的中心立柱全断面竖井钻机，其特征是：所述掘进系统包括背装式刀具结构的刀盘、伸缩护盾、护盾定环、主驱动、护盾油缸、导柱、换步油缸、撑靴滑环、撑靴和撑靴油缸；所述刀盘与主驱动连接，主驱动上部与导柱连接，导柱上部与中心立柱连接，主驱动与护盾定环连接，护盾定环与伸缩护盾通过伸缩套结构及护盾油缸连接，形成可伸缩环形护盾，导柱上设有键结构与撑靴滑环滑动连接，同时二者之间通过四周分布的多个换步油缸连接，撑靴通过伸缩滑套结构及撑靴油缸与撑靴滑环连接，操控台安装撑靴上方的平台下部。

5.根据权利要求1所述的中心立柱全断面竖井钻机，其特征是：所述人员及物料输送系统包括泥浆泵、吸浆管、排浆管、一级振动筛、二级振动筛、三级振动筛、一级旋流器、二级旋流器、储渣仓、储浆池、快速上料装置、吊桶、主提升机、副提升机、回浆管、输送泵、出浆管、进浆管、一级渣浆泵、二级渣浆泵、一级泥浆池、二级泥浆池、罐笼；泥浆泵安装在主驱动内，吸浆管伸入到刀盘内，排浆管进浆口与泥浆泵连接，其出浆口连接一级振动筛，一级振动筛出渣口对应储渣仓，其出浆口连接一级泥浆池，一级泥浆池与二级泥浆池连通，二级泥浆池底部连接一级渣浆泵，泵的进浆口连接二级泥浆池，出浆口连接一级旋流器，一级旋流器出渣口连接二级振动筛，出浆口分别连接二级泥浆池和储浆池，二级振动筛出渣口对应储渣仓，出浆口连接二级泥浆池；储浆池底部连接二级渣浆泵，泵进口连接储浆池，出口连接二级旋流器，二级旋流器出渣口连接三级振动筛，出浆口连接储浆池，三级振动筛出渣口对应储渣仓，出浆口对应储浆池；进浆管通过中心立柱一直延伸至地面并连接地面泥浆池，其下端与回浆管相连，回浆管同时与储浆池连通，回浆管的出口端设置在刀盘工作面上；储浆池下部连接有输送泵，输送泵上连接有出浆管，该出浆管连接安装在中心立柱上的出浆管，出口设置在井口处并连接外部泥浆处理站；储渣仓下部设置有快速上料装置，中心立柱上安装有吊桶、罐笼导轨，主提升机、副提升机安装在井架上部。

6.根据权利要求1所述的中心立柱全断面竖井钻机，其特征是：所述井壁支护系统包括模筑系统和锚固系统，其中模筑系统包括辅助吊车、模板、混凝土输送管、缓冲器、井下混凝土搅拌罐、混凝土泵、注浆管和混凝土密封环，锚固系统包括钻机小车、钻机导轨、升降油缸、多功能钻机、喷浆机械手、物料吊机；模筑系统辅助吊车安装在后部设备平台，用于倒运模板，整体模板与混凝土密封环构成浇筑空间，在混凝土输送管上安装有多级缓冲器，混凝土输送管下端与混凝土搅拌罐连接，混凝土搅拌罐下部安装有混凝土泵，该泵出口通过注浆管与整体模板注浆口连接；锚固系统钻机导轨通过升降油缸连接于撑靴滑环，并与导柱滑动连接，钻机导轨上安装有钻机小车，钻机小车上安装有多功能钻机，在钻机导轨上还安装有喷浆机械手，物料吊机安装在钢筋绑扎操作平台上方平台的下部。

7.根据权利要求1所述的中心立柱全断面竖井钻机，其特征是：所述保障系统包括吊泵系统、电力及控制模块、通风及通水模块、稳定器、吊泵稳车、封口平车和备用立柱，其中电力及控制模块包括主控室、油脂泵、电器柜、变压器、空压机、泵站、动力电缆、通讯电缆及电缆卷筒，所述通风及通水模块包括风机、中心立柱内中空部分形成的风道和净水管，吊泵通过井架上部吊泵稳车直接悬吊于设备底部，吊泵进水口穿过掘进系统所含伸缩护盾深入刀盘泥水仓，电力及控制模块分布安装于不同的设备平台和地面上，稳定器安装在中心立柱的稳定器安装座上，封口平车独立安装于地面单独的轨道上，备用立柱放置在设备一旁备用。

8.根据权利要求6所述的中心立柱全断面竖井钻机，其特征是：所述整体模板由多组独立模板拼装而成，直接固定于井壁四周。

9.根据权利要求6所述的中心立柱全断面竖井钻机，其特征是：所述井壁支护系统还包括超前注浆系统和混凝土添加剂加注装置，该超前注浆系统包括多功能钻机和注浆泵，注浆泵安装在后部设备平台上。