CN105649632A - 竖井掘进机及其刀头组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖井掘进机及其刀头组件，所述竖井掘进机的刀头组件包括：刀盘、先导钻以及驱动装置，所述先导钻设在所述刀盘的下方，所述先导钻的挖孔直径小于所述刀盘的挖孔直径，所述驱动装置与所述刀盘和所述先导钻相连以驱动所述刀盘和所述先导钻。根据本发明的竖井掘进机的刀头组件，排渣效率高、施工进度快、承受扭矩小、工作可靠性高、遇涌水安全系数高。

Description

竖井掘进机及其刀头组件

技术领域

本发明涉及竖井挖掘技术领域，尤其是涉及一种竖井掘进机及其刀头组件。

背景技术

煤矿竖井开挖技术形成至今，无论是原始的人工开挖，还是当前的机械化掘砌，都需要凿井工人下井后在地层中、窄小的空间内操作，存在工作条件差、劳动强度大、施工进度较慢、施工成本高等问题。

相关技术中的各种开挖方法，如钻井法、注浆法、沉井法、冻结法、爆破法等，受开挖地质的限制展现出不同的缺点。例如，有些钻具遇到硬岩等地层开挖效率非常低，掘进开挖直径对于钻杆承受扭矩有硬性要求，直径较大的立井必须通过开挖、扩孔才能实现，不能一次性完成开挖，钻杆发生断裂后修复起来比较麻烦，对整个施工有很大影响。又例如，有些钻具工作之前，需要配合地层周边冷冻打眼爆破，工人井下工作条件恶劣，安全系数低，渣土开挖后出渣效率低，地层周边冷冻成本较高。再例如，有些掘进设备工作过程中一旦遇到富水层，地下涌水就会对整机的密封设备、刀具设备造成很大负荷，如果涌水量太大来不及处理可能会造成设备损坏或人员伤害。另外，掘进刀盘渣土处理比较麻烦，经常产生糊刀盘的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种竖井掘进机的刀头组件，所述刀头组件的可靠性高、工作效率高、掘进安全性高。

本发明还提出一种具有上述刀头组件的竖井掘进机。

根据本发明第一方面的竖井掘进机的刀头组件，包括：刀盘和先导钻，所述先导钻设在所述刀盘的下方，所述先导钻的挖孔直径小于所述刀盘的挖孔直径；以及驱动装置，所述驱动装置与所述刀盘和所述先导钻相连以驱动所述刀盘和所述先导钻。

根据本发明的竖井掘进机的刀头组件，排渣效率高、施工进度快、承受扭矩小、工作可靠性高、遇涌水安全系数高。

在一些实施例中，所述刀盘的工作面形成为从上向下横截面逐渐减小的截圆锥形。

在一些实施例中，所述刀盘包括可替换的复合式刀盘。

在一些实施例中，所述先导钻包括从上向下依次排布的多个钻头，每相邻的两个所述钻头中的位于上方的所述钻头的挖孔直径大于位于下方的所述钻头的挖孔直径。

在一些实施例中，至少一个所述钻头的工作面形成为从上向下横截面逐渐减小的截圆锥形。

在一些实施例中，每个所述钻头上均具有多个贯穿的穿孔。

在一些实施例中，所述先导钻包括空心钻杆和连接在所述空心钻杆上的钻头，所述驱动装置与所述空心钻杆相连以通过所述空心钻杆驱动所述钻头开挖先导孔，所述空心钻杆与所述先导孔的底部连通。

在一些实施例中，所述驱动装置包括：第一驱动件，所述第一驱动件与刀盘相连以单独驱动所述刀盘；和第二驱动件，所述第二驱动件与先导钻相连以单独驱动所述先导钻。

根据本发明第二方面的竖井掘进机，包括根据本发明第一方面的刀头组件；和泥浆系统，所述泥浆系统用于向所述刀盘和/或所述先导钻的开挖面注入浆液并将开挖渣土抽出。

根据本发明的竖井掘进机，通过设置上述第一方面的刀头组件，从而提高了竖井掘进机的整体性能，使得竖井掘进机可以克服相关技术中的各种施工缺点，能够更快、更好地针对各种地质开展竖井挖掘施工。

在一些实施例中，所述刀盘构造成其开挖的渣土可滑入所述先导钻开挖的先导孔内的底部，所述先导钻构造成其开挖的渣土可滑入所述先导孔的底部，所述泥浆系统包括：注浆系统，所述注浆系统用于向所述刀盘和/或所述先导钻的开挖面注入浆液以使开挖渣土改良成泥石浆；抽浆系统，所述抽浆系统包括抽浆管道和抽浆泵，所述抽浆管道与所述先导孔的底部连通，所述抽浆泵通过所述抽浆管道将所述泥石浆抽出。

在一些实施例中，所述先导钻包括空心钻杆和连接在所述空心钻杆上的钻头，所述驱动装置与所述空心钻杆相连以通过所述空心钻杆驱动所述钻头挖孔，所述抽浆管道包括所述空心钻杆。

在一些实施例中，所述竖井掘进机进一步包括支护系统，所述支护系统包括：盾体，与所述刀头组件固定相连且构造成圆筒形以支撑所述刀盘开挖的开挖洞壁；模板拼装系统，包括安装在所述盾体上的第一推进油缸和模板拼装机，所述模板拼装机用于将模板拼装成与所述开挖洞壁同轴的圆筒形筒壁；以及挤压混凝土系统，包括安装在所述盾体上的第二推进油缸和设在所述筒壁与所述开挖洞壁之间的压紧环，其中，所述第一推进油缸用于向上推压所述筒壁，所述第二推进油缸用于向上推压所述压紧环以浇筑混凝土，同时所述第一推进油缸和所述第二油缸向所述盾体提供向下的推进反力。

在一些实施例中，所述竖井掘进机进一步包括：辅助系统，所述辅助系统包括空气系统、电气液压系统、水循环系统、避难系统、控制辅助系统、超前探测系统中的至少一个。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的竖井掘进机的示意图；

图2是图1中所示的一级钻头的示意图；

图3是图1中所示的二级钻头的示意图。

附图标记：

先导钻1；先导孔10；一级钻头101；二级钻头102；钻杆103；刀盘2；

驱动装置3；第一驱动件301；第二驱动件302；泥浆系统4；

盾体5；挤压混凝土系统6；第二推进油缸601；压紧环602；

模板拼装系统7；第一推进油缸701；模板702；模板拼装机703。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面参考图1-图3，描述根据本发明实施例的竖井掘进机。

具体而言，本发明实施例的竖井掘进机特别适用于大直径竖井隧道的开挖掘进施工作业，具有开挖效率高、安全性高等优势。具体地，根据本发明实施例的竖井掘进机可以包括：刀头组件和泥浆系统4，而且还可以包括：支护系统、辅助系统等。

下面，参照图1-图3，介绍根据本发明实施例的刀头组件。

具体而言，刀头组件可以包括刀盘2、先导钻1以及驱动装置3。具体而言，先导钻1设在刀盘2的下方，先导钻1和刀盘2的工作面均朝下设置，从而当刀头组件整体向下移动时，先导钻1开挖的土层地势低于刀盘2开挖的土层地势，先导钻1的挖孔直径小于刀盘2的挖孔直径，从而先导钻1开挖的孔洞的最终洞径小于从而刀盘2开挖的孔洞的最终洞径。进一步地，驱动装置3可以固定安装在下文所述的盾体5上，驱动装置3与刀盘2和先导钻1相连以驱动刀盘2和先导钻1进行挖孔施工作业，也就是说，刀盘2和先导钻1均通过驱动装置3提供扭矩转动以实施挖孔掘进作业。

这样，刀头组件作为竖井掘进机的开挖部分，在工作的过程中可以采用分段开挖同步进行，也就是说，在同一时刻，先导钻1进行下一竖井孔段的先导孔10的开挖工序，刀盘2进行上一竖井孔段的刀盘扩孔的开挖工序，由此，可以实现连续两段竖井孔段的同步开挖，极大地提高了开挖效率。或者说，对于同一竖井孔段，首先由先导钻1对土体进行一次开挖、形成圆形先导孔10，然后由刀盘2对土体进行二次开挖、形成环绕在先导孔10外的环形扩孔，从而使得每一竖井孔段都通过先导钻1和刀盘2的先后连续开挖得到，从而提高了开挖效率和挖孔效果。

由此，根据本发明实施例的刀头组件，可以有效地提高施工的进度，减小刀盘2和先导钻1承受的扭矩，提高刀头组件的工作可靠性。而且，由于先导钻1始终先于刀盘2在其下方挖掘出先导孔10，从而刀盘2开挖的渣土可以在先导孔10中与先导钻1挖掘的渣土充分混合，并通过下文所述的泥浆系统4有效排出，从而方便出渣且出渣效率高。另外，由于刀头组件在挖掘的过程中，由于先导孔10总是位于最下方，当挖掘过程中出现大涌水等紧急情况时，先导孔10可以用于贮存涌水并并通过下文所述的泥浆系统4及时将涌水排出，为应急处理预留更多时间，提高挖掘的安全系数。

在本发明的一个具体实施例中，先导钻1包括从上向下依次排布的多个钻头(即先导钻1采用分级钻头)，每相邻的两个钻头中的位于上方的钻头(例如二级钻头102)的挖孔直径大于位于下方的钻头(例如一级钻头101)的挖孔直径。由此，先导孔10可以通过多个钻头的先后多次连续开挖得到，从而进一步减小先导钻1承受的扭矩，提高先导钻1的工作可靠性和工作效率。

在本发明的一个具体实施例中，先导钻1还可以包括钻杆103，钻杆103可以与多个钻头相连，驱动装置3与钻杆103相连，以通过钻杆103提供扭矩驱动多个钻头转动作业，这样，当钻头为多个时，可以有效地降低钻杆103承受的扭矩，提高钻杆103的工作可靠性和使用寿命。例如在图1中所示的示例中，先导钻1包括钻杆103和连接在钻杆103上的两个钻头，两个钻头分别为一级钻头101和二级钻头102，二级钻头102设在一级钻头101的上方，且二级钻头102的挖孔直径大于一级钻头101的挖孔直径，由此，可以有效地降低钻杆103承受的扭矩，提高钻杆103的使用寿命，以有效地提高先导孔10的钻孔直径。

这里，需要说明的是，钻头的级数、以及每级钻头的直径均可以根据所需挖钻的先导孔10的直径进行适应性选择，例如，当所需挖钻的先导孔10的直径较大时，则可以选择级数较多的钻头(例如三级，即三个钻头)，以及直径较大的钻头，当所需挖钻的先导孔10的直径较小时，则可以选择级数较少的钻头(例如一级、即一个钻头)，以及直径较小的钻头，特别地，当直径扭矩满足要求时，可以采用稍大直径的钻头一次开挖成型。

在本发明的一个具体实施例中，先导钻1构造成其(即先导钻1)开挖的渣土可滑入先导孔10的底部，例如，至少一个钻头的工作面形成为从上向下横截面逐渐减小的截圆锥形。也就是说，至少一个钻头的具有刀具的表面(即下表面)大体形成为倒伞形，从而相应的开挖面可以形成为倒伞形，使得相应的开挖面的开挖渣土可以沿着开挖面向下滑落至先导孔10的底部汇合。简言之，根据本发明实施例的钻头可以采用锥形设计，以使开挖出的渣土顺着开挖面锥面滑落至先导孔10的底部。由此，方便开挖渣土的集中处理及抽排。

优选地，除多个钻头中的位于最下方的钻头(例如一级钻头101)以外，其余每个钻头的工作面均形成为从上向下横截面逐渐减小的截圆锥形。由此，可以确保开挖的渣土在先导孔10的底部汇聚混合。进一步优选地，每个钻头上均具有多个贯穿的穿孔。由此，每个钻头开挖的渣土均可以通过穿孔以及钻头与钻头之间的空隙，更可靠地落入先导孔10的底部，以方便开挖渣土的集中处理，方便出渣，且有效地改善了开挖渣土糊在刀具上的问题，从而提高了挖掘效果和钻头的使用寿命。

在本发明的一个具体实施例中，刀盘2包括可替换的复合式刀盘。也就是说，刀盘2可以包括多种可替换的刀盘，其中，至少有一个可替换的刀盘为复合式刀盘，即刀盘2上的工作面上具有复合式刀具，从而可以满足不同地质的快速掘进要求，尤其是满足复合地层的挖掘需求。优选地，复合式刀具中具有适于硬岩开挖的刀具，以提高刀头组件在硬岩等复杂地层中的掘进效率。

在本发明的一个具体实施例中，刀盘2构造成其(即刀盘2)开挖的渣土可滑入先导钻1开挖的先导孔10内的底部，例如，刀盘2的工作面可以形成为从上向下横截面逐渐减小的截圆锥形。也就是说，刀盘2的具有刀具的表面(即下表面)大体形成为倒伞形，从而刀盘2开挖的扩孔的底面可以形成为倒伞形，从而刀盘2开挖的渣土可以沿着扩孔的底面以及刀盘2的工作面向下滑落至先导孔10内，以与先导孔10内的开挖渣土混合并一起处理。简言之，根据本发明实施例的刀盘2可以采用锥形设计，以使开挖出的渣土顺着开挖面锥面滑落至先导孔10内以便集中处理。另外，当刀盘2采用锥形设计时，还可以有效地减小刀盘2的开挖扭矩。

优选地，刀盘2构造成其开挖的渣土可滑入先导钻1开挖的先导孔10内的底部，先导钻1构造成其开挖的渣土可滑入先导孔10的底部，钻杆103为空心结构，即钻杆103可以为空心钻杆且与先导孔10的底部连通。由此，当挖掘过程中出现大涌水等紧急情况时，先导孔10可以用于贮存涌水，空心钻杆103可以及时将涌水排出，从而为应急处理预留更多时间，提高挖掘的安全系数。

在本发明的一个具体实施例中，驱动装置3包括：第一驱动件301和第二驱动件302，其中，第一驱动件301与刀盘2相连以单独驱动刀盘2挖孔，第二驱动件302与先导钻1相连以单独驱动先导钻1挖孔，其中，第一驱动件301和第二驱动件302可以相互独立工作，从而可以实现刀盘2和先导钻1的单独且同时工作，例如，刀盘2和先导钻1可以同时以不同的转速旋转，又例如刀盘2和先导钻1可以同时以不同的转向旋转等。由此，可以满足不同的掘进需求，达到更好的挖掘效果，提高刀头组件的土质适应性，且由于刀盘2和先导钻1的驱动分别单独设置，从而降低了驱动扭矩，提高了使用寿命。

优选地，第一驱动件301和第二驱动件302均可以采用液压马达驱动系统或者电机驱动系统，由此，驱动装置3的驱动扭矩大，能够满足大直径开挖的一次成井作业，加快施工进度，提高竖井掘进效率。

下面，参照图1，介绍根据本发明实施例的泥浆系统4。

具体而言，泥浆系统4用于向刀盘2和/或先导钻1的开挖面注入浆液以将开挖渣土抽出。也就是说，泥浆系统4可以向开挖面注入泥浆或水等浆液，一方面冲刷刀盘2开挖的渣土使其滑落至先导孔10的底部，并冲刷多级钻头开挖的渣土至先导孔10的底部，从而使得刀盘2开挖的渣土和先导钻1开挖的渣土混合在一起，另一方面可以改善开挖渣土性质，使开挖渣土以泥石浆的流体状态顺利排出至竖井外，从而提高了排渣效率和排渣可靠性。

具体而言，泥浆系统4可以包括注浆系统和抽浆系统，其中，注浆系统用于向刀盘2的开挖面和/或先导钻1的开挖面注入浆液以使开挖渣土汇聚到先导孔10的底部并改良成泥石浆，抽浆系统包括抽浆管道和抽浆泵，抽浆管道与先导孔10的底部连通，抽浆泵通过抽浆管道将泥石浆抽出。由此，泥浆系统4可以采用泥浆循环原理，通过泵送将渣浆排出至竖井外，实现高效率出渣。

优选地，上文所述的钻杆103可以形成为空心结构，即形成为空心钻杆103，此时，空心钻杆103可以构造为抽浆管道的一部分(即抽浆管道包括空心钻杆103)，以使改良后的泥石浆从其内部向上流出，也就是说，抽浆管道的一段(即空心钻杆103)可以布置在钻头内，以使开挖改良后的开挖渣土排出，换言之，钻头的中间设有抽浆管道的一段(即空心钻杆103)以将改良后的渣土排出至竖井外。由此，由于开挖后的渣土可以通过先导钻1上的空心钻杆103排出到竖井外，从而降低了竖井掘进机的结构复杂度，提高了竖井掘进机的工作可靠性。

综上所述，根据本发明实施例的竖井掘进机，可以实现刀盘2和先导钻1的同时开挖以及开挖渣土的混合排出，具体而言，第一驱动件301和第二驱动件302各自驱动刀盘2和先导钻1分别独立工作，先导钻1开挖出的渣土汇聚到先导孔10的底部并可以通过泥浆系统4处理改良后排出到竖井外，刀盘2开挖出的渣土可以顺着刀盘2扩孔底面的斜坡下滑至先导孔10中，并通过多级钻头之间的空隙以及每个钻头上的穿孔落入到先导孔10的底部，与先导钻1开挖的渣土混合，也通过泥浆系统4处理改良后排出到竖井外。

下面，参照图1，介绍根据本发明实施例的支护系统。

具体而言，支护系统可以包括盾体5、模板拼装系统7和挤压混凝土系统6。其中，盾体5与刀头组件固定相连且构造成圆筒形以支撑刀盘2开挖的开挖洞壁。也就是说，刀头组件与盾体5是同步运动的，在刀头组件向下掘进的同时，盾体5同步向下运动，以作为开挖出的开挖洞壁的支撑结构。

模板拼装系统7和挤压混凝土系统6均安装在盾体5上以共同完成掘进过程中的开挖洞壁支护工作。具体而言，模板拼装系统7包括安装在盾体5上的第一推进油缸701和模板拼装机703，模板拼装机703用于将模板702拼装成与开挖洞壁(即刀盘扩孔)同轴的圆筒形筒壁，第一推进油缸701用于向上推压模板702组成的筒壁，挤压混凝土系统6包括安装在盾体5上的第二推进油缸601和设在模板702组成的筒壁与开挖洞壁之间的压紧环602，第二推进油缸601用于向上推压压紧环602以现场浇筑混凝土。

具体而言，压紧环602与筒壁、开挖洞壁之间形成封闭区间，第二推进油缸601向上推挤压紧环602时，可以在压紧环602的上方挤压混凝土，混凝土凝固后作为混凝土管片支护开挖洞壁。

另外，当第一推进油缸701向上推挤模板702，第二推进油缸601向上推挤压紧环602时，第一推进油缸701和第二推进油缸601可以向盾体5提供向下的推进反力，也就是说，第一推进油缸701和第二推进油缸601同时给整个竖井掘进机提供向下推进反力。

这里，可以理解的是，模板702的数量通常是固定的且循环利用，通常地，当上方的混凝土管片浇注完成后，可以将最上层的模板702拆卸下来安装在最下层的模板702与第一推进油缸701之间，以方便进行下方的混凝土管片浇注。另外，模板拼装系统7和挤压混凝土系统6的概念为本领域技术人员所熟知，这里不再详述。

简单地说，盾体5上安装有模板拼装系统7及挤压混凝土系统6，在刀盘2及先导钻1开挖过程中，支护系统通过模板拼装系统7及挤压混凝土系统6现场浇筑成混凝土管片，以对开挖的开挖洞壁进行支护。综上所述，通过设置支护系统，可以实现混凝土的现场浇筑挤压作业，使混凝土现场浇筑形成管片，作为开挖井支护，与掘进同步进行，提高安全性并保证工程效率，通过设置第一推进油缸701和第二推进油缸601，可以加快混凝土的凝固周期，同时为刀头组件提供向下掘进开挖所需的部分推力。

优选地，竖井掘进机中的每个部分均可以加工成可拆卸的结构，这样，当竖井掘进机挖掘结束后，如果想要从开挖井洞中取出竖井掘进机，则可以将竖井掘进机拆卸后顺利取出，以便再次利用，降低投入成本。

下面，参照图1，介绍根据本发明实施例的辅助系统。

具体而言，辅助系统可以包括空气系统、电气液压系统、水循环系统、避难系统(例如避难仓)、控制辅助系统(例如控制室等设备辅助设施)、超前探测系统(例如超前钻探)中的至少一个。由此，根据本发明实施例的竖井掘进机具有更加强大的功能及适用性。这里，需要说明的是，空气系统、电气液压系统、水循环系统、避难系统、控制辅助系统、超前探测系统的概念为本领域技术人员所熟知，这里不再详述。

综上所述，根据本发明实施例的竖井掘进机，采用组合式驱动装置3分别驱动刀盘2和先导钻1，并配备泥浆系统4，从而实现分段开挖同步进行并排土，在提高工程施工效率和速度的同时，减小了驱动装置3承受的扭矩，更好地满足大直径断面掘进；另外，根据本发明实施例的竖井掘进机的机械化程度高，通过开挖先导孔10，使得其更加适合于大埋深、富含水冲积层的竖井施工；驱动装置3通过独立运行的第一驱动件301和第二驱动件302以分别驱动刀盘2和先导钻1，从而在提高掘进效率的同时，能够减小单个驱动承受的扭矩，更好地满足大直径全断面掘进；通过泥浆系统4实现高校出渣；刀盘2可配备能够适用于硬岩开挖的刀具，在硬岩等复杂地层中具有很高的掘进效率；通过具备超前钻探功能，从而可以进行地质预报处理，提高挖掘效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种竖井掘进机的刀头组件，其特征在于，包括：

刀盘和先导钻，所述先导钻设在所述刀盘的下方，所述先导钻的挖孔直径小于所述刀盘的挖孔直径；以及

驱动装置，所述驱动装置与所述刀盘和所述先导钻相连以驱动所述刀盘和所述先导钻。

2.根据权利要求1所述的竖井掘进机的刀头组件，其特征在于，所述刀盘的工作面形成为从上向下横截面逐渐减小的截圆锥形。

3.根据权利要求1所述的竖井掘进机的刀头组件，其特征在于，所述刀盘包括可替换的复合式刀盘。

4.根据权利要求1所述的竖井掘进机的刀头组件，其特征在于，所述先导钻包括从上向下依次排布的多个钻头，每相邻的两个所述钻头中的位于上方的所述钻头的挖孔直径大于位于下方的所述钻头的挖孔直径。

5.根据权利要求4所述的竖井掘进机的刀头组件，其特征在于，至少一个所述钻头的工作面形成为从上向下横截面逐渐减小的截圆锥形。

6.根据权利要求5所述的竖井掘进机的刀头组件，其特征在于，每个所述钻头上均具有多个贯穿的穿孔。

7.根据权利要求1所述的竖井掘进机的刀头组件，其特征在于，所述先导钻包括空心钻杆和连接在所述空心钻杆上的钻头，所述驱动装置与所述空心钻杆相连以通过所述空心钻杆驱动所述钻头开挖先导孔，所述空心钻杆与所述先导孔的底部连通。

8.根据权利要求1所述的竖井掘进机的刀头组件，其特征在于，所述驱动装置包括：

第一驱动件，所述第一驱动件与刀盘相连以单独驱动所述刀盘；和

第二驱动件，所述第二驱动件与先导钻相连以单独驱动所述先导钻。

9.一种竖井掘进机，其特征在于，包括：

根据权利要求1-8中任一项所述的刀头组件；和

泥浆系统，所述泥浆系统用于向所述刀盘和/或所述先导钻的开挖面注入浆液并将开挖渣土抽出。

10.根据权利要求9所述的竖井掘进机，其特征在于，所述刀盘构造成其开挖的渣土可滑入所述先导钻开挖的先导孔内的底部，所述先导钻构造成其开挖的渣土可滑入所述先导孔的底部，所述泥浆系统包括：

注浆系统，所述注浆系统用于向所述刀盘和/或所述先导钻的开挖面注入浆液以使开挖渣土改良成泥石浆；

抽浆系统，所述抽浆系统包括抽浆管道和抽浆泵，所述抽浆管道与所述先导孔的底部连通，所述抽浆泵通过所述抽浆管道将所述泥石浆抽出。

11.根据权利要求10所述的竖井掘进机，其特征在于，所述先导钻包括空心钻杆和连接在所述空心钻杆上的钻头，所述驱动装置与所述空心钻杆相连以通过所述空心钻杆驱动所述钻头挖孔，所述抽浆管道包括所述空心钻杆。

12.根据权利要求9所述的竖井掘进机，其特征在于，进一步包括支护系统，所述支护系统包括：

盾体，与所述刀头组件固定相连且构造成圆筒形以支撑所述刀盘开挖的开挖洞壁；

模板拼装系统，包括安装在所述盾体上的第一推进油缸和模板拼装机，所述模板拼装机用于将模板拼装成与所述开挖洞壁同轴的圆筒形筒壁；以及

挤压混凝土系统，包括安装在所述盾体上的第二推进油缸和设在所述筒壁与所述开挖洞壁之间的压紧环，其中，所述第一推进油缸用于向上推压所述筒壁，所述第二推进油缸用于向上推压所述压紧环以浇筑混凝土，同时所述第一推进油缸和所述第二油缸向所述盾体提供向下的推进反力。

13.根据权利要求9所述的竖井掘进机，其特征在于，所述竖井掘进机进一步包括：

辅助系统，所述辅助系统包括空气系统、电气液压系统、水循环系统、避难系统、控制辅助系统、超前探测系统中的至少一个。