CN106032756A - 岩石隧道掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石隧道掘进机，包括机架、绳锯机系统、钻机系统、卷扬机和吊机系统、控制系统、监测系统、导向系统、电器系统、液压系统、循环系统、数据收集系统、测量通讯系统、支护系统、出料车。本岩石隧道掘进机采用前置岩石钻机的方法，使钻孔、切割和岩石拖出能够同时进行，提高了岩石隧道挖掘的速度。

Description

岩石隧道掘进机

技术领域

本发明属岩石工程机械技术范围，涉及一种岩石隧道挖掘的机械设备。

背景技术

现代的隧道工程施工中使用比较多的是盾构机，其优点是自动化程度高，安全并且快速。但是盾构机也有避免不了的缺点，那就是机体庞大，造价高昂。尤其是TBM在面对纯粹的硬岩掘进时，它的工作原理是：把需要挖掘的隧道里所有的岩体搅碎再排出，这样不仅耗能高，而且降低了盾构机的掘进速度。现有的以绳锯锯切为原理的掘进机，其工作程序是先使用岩石钻机在岩石上钻孔，完成后再转换成绳锯工作，绳锯完成锯切后再使用卷扬机把岩块拖出，这样就是钻孔－锯切－拖出的一个工作循环，也就是说当一项工作进行时，是无法同时进行其它的操作，这样就大大减慢了掘进机的挖掘速度。这种情况下就有必要提出一种更为合理的岩石隧道掘进机，提高岩石隧道的挖掘速度。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，其目的在于克服现有岩石掘进机掘进速度不高，效率低下的难题。为了实现上述目的，本岩石隧道掘进机是由以下部分组成：机架、绳锯机系统、钻机系统、卷扬机和吊机系统、控制系统、监测系统、导向系统、电器系统、液压系统、循环系统、数据收集系统、测量通讯系统、支护系统、出料车。

所述机架的前视图外形为多边形，在多边形的中间部位设置通道，在多边形的每一个顶角位置分别设置一个顶杆滑道和顶杆，在多边行的边线上可以设置N（其中N≥1）个顶杆滑道和顶杆，顶杆在电机控制下可以在顶杆滑道上前后移动，顶杆是由多节套管组成，多节套管可以伸缩；顶杆内为中空，有电路、水路和光路从顶杆内部的中空通过；顶杆上设置N个导向轮；机架上面设置机架行走机构、支撑及调向机构、控制室、护盾、机壳；所述支撑及调向机构包括：多个支撑板和多个支撑油缸，支撑油缸控制支撑板从机架上向外伸出和向内缩回。

所述绳锯机系统设置在机架内，包括N台绳锯机、N个储绳器、N个导向轮，储绳器上设置锯绳张力检测调控机构，锯绳张力检测调控机构与PLC系统连接。

所述钻机系统是在每一个顶杆的前端，设置一台前置钻孔机，前置钻孔机具有调整钻孔方向的功能，前置钻孔机为不取岩芯钻机，前置钻孔机与钻机激光导向装置连接，通过PLC系统控制前置钻孔机的钻孔方向。

所述卷扬机和吊机系统设置在机架内，包括N台卷扬机和N台吊机，吊机可以从机架内伸出和缩回。

所述控制系统包括：人机界面和PLC系统，人机界面和PLC系统实现数据交换，用于控制操作绳锯机系统、钻机系统、液压系统、循环系统、导向系统、电器系统、数据收集系统、测量通讯系统、监测系统、机架行走机构、支撑及调向机构的数据、状态及故障报警信号，控制系统设置在控制室内。

所述监测系统包括甲烷检测报警装置、感烟器、消防灭火装置和摄像监测装置，监测系统设置在机架上，监测系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述导向系统包括机架激光导向装置和钻机激光导向装置，机架激光导向装置设置在机架上，钻机激光导向装置分别布置在机架上的每一个顶杆的后部，对前置钻孔机进行导向，导向系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述电器系统包括：变压器、配电盘、各种电器设备的断路器、应急发电机、具有电池后备的照明装置；电器系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述液压系统包括：液压泵站和各种液压油管，液压系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述循环系统包括：气循环和水循环，其中气循环由循环风机、进气管和排气管组成；水循环由进水泵、进水管、蓄水箱、排水泵、排水管组成，循环系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述数据收集系统包括：数据收集计算机和数据收集软件，数据收集系统实时显示所收集到的数据并记录数据，数据收集系统和PLC系统连接。

所述测量通讯系统包括：设置在机架上的全站仪、控制室与隧道外指挥中心的通讯连接、控制系统与互联网的通信连接、控制室与前作业区的通讯连接、控制室与后作业区的通讯连接，测量通讯系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述支护系统包括：超前钻机、锚杆钻机、混凝土喷射装置，支护系统设置在机架上。

所述出料车包括：车架、行走轮子；所述行走轮子由电机和减速机驱动，行走轮子可以转向，出料车设置独立的控制界面进行操作，出料车可以从机架中的通道内通过。

本发明的优点是结构简单，自动化程度较高，使用安全高效并且能节能环保。由于本岩石隧道掘进机的工作原理是：采用前置钻孔机、绳锯机、卷扬机对岩石进行的钻孔、锯切和拖出可以同时进行，它们之间的互相干扰相对较小。本发明可以大大提高本岩石掘进机的掘进速度，成为岩石地层中进行隧道挖掘的理想方案。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是本发明的前视图。

图3是本发明的侧视图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。根据图1、图2、图3所示，本岩石隧道掘进机由以下部分组成：机架1010、绳锯机系统、钻机系统、卷扬机和吊机系统、控制系统、监测系统、导向系统、电器系统、液压系统、循环系统、数据收集系统、测量通讯系统、支护系统、出料车。

所述机架1010的前视图外形为多边形，在多边形的中间部位设置通道1011，在多边形的每一个顶角位置分别设置一个顶杆滑道1012和顶杆1013，在多边行的边线上可以设置N（其中N≥1）个顶杆滑道1012和顶杆1013，顶杆1013在电机控制下可以在顶杆滑道1012上前后移动，顶杆1013是由多节套管组成，多节套管可以伸缩，顶杆1013内为中空，有电路、水路和光路从顶杆1013内部的中空通过，顶杆1013上设置N个导向轮1014；机架上面设置机架行走机构1015、支撑及调向机构、控制室1016、护盾1017、机壳1018；所述支撑及调向机构包括：多个支撑板1019和多个支撑油缸，支撑油缸控制支撑板1019可以从机架1010上向外伸出和向内缩回。

所述绳锯机系统设置在机架内1010，包括N台绳锯机2010、N个储绳器2011、N个导向轮1014，储绳器2011上设置锯绳张力检测调控机构，锯绳张力检测调控机构与PLC系统连接。

所述钻机系统是在每一个顶杆1013的前端，设置一台前置钻孔机3010，前置钻孔机3010具有调整钻孔方向的功能，前置钻孔机3010为不取岩芯钻机，前置钻孔机3010与钻机激光导向装置5010连接，通过PLC系统控制前置钻孔机3010的钻孔方向。

所述卷扬机和吊机系统设置在机架1010内，包括N台卷扬机6010和N台吊机6011，吊机6011可以从机架1010内伸出和缩回。

所述控制系统包括：人机界面和PLC系统，人机界面和PLC系统实现数据交换，用于控制操作绳锯机系统、钻机系统、液压系统、循环系统、导向系统、电器系统、数据收集系统、测量通讯系统、监测系统、机架行走机构1015、支撑及调向机构的数据、状态及故障报警信号，控制系统设置在控制室内。

所述监测系统包括甲烷检测报警装置、感烟器、消防灭火装置和摄像监测装置，监测系统设置在机架1010上，监测系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述导向系统包括机架激光导向装置和钻机激光导向装置5010，机架激光导向装置设置在机架1010上，钻机激光导向装置5010分别布置在机架1010上的每一个顶杆1013的后部，对前置钻孔机3010进行导向，导向系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述电器系统包括：变压器、配电盘、各种电器设备的断路器、应急发电机、具有电池后备的照明装置；电器系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述液压系统包括：液压泵站7010和各种液压油管，液压系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述循环系统包括：气循环和水循环，其中气循环由循环风机、进气管和排气管组成；水循环由进水泵、进水管、蓄水箱8010、排水泵、排水管组成，循环系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述数据收集系统包括：数据收集计算机和数据收集软件，数据收集系统实时显示所收集到的数据并记录数据，数据收集系统和PLC系统连接。

所述测量通讯系统包括：设置在机架1010上的全站仪、控制室1016与隧道外指挥中心的通讯连接、控制系统与互联网的通信连接、控制室1016与前作业区的通讯连接、控制室1016与后作业区的通讯连接，测量通讯系统与数据收集系统和PLC系统连接。

所述支护系统包括：超前钻机9010、锚杆钻机、混凝土喷射装置，支护系统设置在机架上。

所述出料车包括：车架9020、行走轮子9021，行走轮子9021由电机和减速机驱动，行走轮子9021可以转向，出料车设置独立的控制界面进行操作，出料车可以从机架1010中的通道1011内通过。

本岩石隧道掘进机的工作原理是使用钻机系统、绳锯机系统、卷扬机和吊机系统分别对岩石进行钻孔、锯切和拖出。其工作区间为钻机系统在最前面，绳锯机系统在中间，卷扬机和吊机系统在后面。岩石钻孔机3010工作时不需要取岩芯和换钻杆，粉碎后的岩石粉末随着水循环排出隧道。保证岩石钻孔机3010与后面绳锯机2010的锯切之间互不干扰。绳锯机2010在工作时，锯绳是在岩石钻孔内行走，暴露在外面的部分使用防护网进行防护，就可以进行其它的操作，使这三个系统之间的互相干扰最小，钻机系统、绳锯机系统、卷扬机和吊机系统同时工作，达到提高隧道掘进速度的目的。

本岩石隧道掘进机工作时，先使用测量通讯系统对需要开挖的隧道进行定位，再使用导向系统对机架1010和各个前置钻孔机3010进行导向，使前置钻孔机3010按照正确的方向钻孔。同时绳锯机系统安装上锯绳，锯绳通过顶杆1013上的导向轮1014对岩石进行盲切和套切。切割完成的岩块再使用卷扬机6010拖出，使用吊机6011吊上出料车排出隧道。在一段岩块排出后，钻机系统和绳锯机系统停止工作，支撑及调向机构配合机架行走机构1015使机架1010向前运行一段距离后支撑固定，钻机系统和绳锯机系统继续工作。

护盾1017和机壳1018保护施工人员不受掉落的破碎岩石和岩爆的伤害；监测系统和循环系统保证在出现甲烷超标、火灾或者涌水时人员装备的安全；支护系统是在本岩石隧道掘进机通过比较破碎的岩层时，对隧道壁进行加固防护的系统。

Claims (2)

1.岩石隧道掘进机，其特征在于它是由以下部分组成：机架1010、绳锯机系统、钻机系统、卷扬机和吊机系统、控制系统、监测系统、导向系统、电器系统、液压系统、循环系统、数据收集系统、测量通讯系统、支护系统、出料车；所述机架1010的前视图外形为多边形，在多边形的中间部位设置通道1011，在多边形的每一个顶角位置分别设置一个顶杆滑道1012和顶杆1013，在多边行的边线上可以设置N（其中N≥1）个顶杆滑道1012和顶杆1013，顶杆1013在电机控制下可以在顶杆滑道1012上前后移动，顶杆1013是由多节套管组成，多节套管可以伸缩，顶杆1013内为中空，有电路、水路和光路从顶杆1013内部的中空通过，顶杆1013上设置N个导向轮1014；机架上面设置机架行走机构1015、支撑及调向机构、控制室1016、护盾1017、机壳1018；所述支撑及调向机构包括：多个支撑板1019和多个支撑油缸，支撑油缸控制支撑板1019可以从机架1010上向外伸出和向内缩回； 所述绳锯机系统设置在机架1010内，包括N台绳锯机2010、N个储绳器2011、N个导向轮1014；所述钻机系统是在每一个顶杆1013的前端，设置一台前置钻孔机3010，前置钻孔机3010具有调整钻孔方向的功能，前置钻孔机3010为不取岩芯钻机，前置钻孔机3010与钻机激光导向装置5010连接，通过PLC系统控制前置钻孔机3010的钻孔方向；所述卷扬机和吊机系统设置在机架1010内，包括N台卷扬机6010和N台吊机6011，吊机6011可以从机架1010内伸出和缩回；所述控制系统包括：人机界面和PLC系统，人机界面和PLC系统实现数据交换，用于控制操作绳锯机系统、钻机系统、液压系统、循环系统、导向系统、电器系统、数据收集系统、测量通讯系统、监测系统、机架行走机构1015、支撑及调向机构的数据、状态及故障报警信号，控制系统设置在控制室内； 所述监测系统包括甲烷检测报警装置、感烟器、消防灭火装置和摄像监测装置，监测系统设置在机架1010上，监测系统与数据收集系统和PLC系统连接； 所述导向系统包括机架激光导向装置和钻机激光导向装置5010，机架激光导向装置设置在机架1010上，钻机激光导向装置5010分别布置在机架1010上的每一个顶杆1013的后部，导向系统与数据收集系统和PLC系统连接；所述电器系统包括：变压器、配电盘、各种电器设备的断路器、应急发电机、具有电池后备的照明装置；电器系统与数据收集系统和PLC系统连接；所述液压系统包括：液压泵站7010和各种液压油管，液压系统与数据收集系统和PLC系统连接；所述循环系统包括：气循环和水循环，其中气循环由循环风机、进气管和排气管组成；水循环由进水泵、进水管、蓄水箱8010、排水泵、排水管组成，循环系统与数据收集系统和PLC系统连接；所述数据收集系统包括：数据收集计算机和数据收集软件，数据收集系统实时显示所收集到的数据并记录数据，数据收集系统和PLC系统连接；所述测量通讯系统包括：设置在机架1010上的全站仪、控制室1016与隧道外指挥中心的通讯连接、控制室1016与互联网的通信连接、控制室1016与前作业区的通讯连接、控制室1016与后作业区的通讯连接，测量通讯系统与数据收集系统和PLC系统连接；所述支护系统包括：超前钻机9010、锚杆钻机、混凝土喷射装置，支护系统设置在机架上；所述出料车包括：车架9020、行走轮子9021，行走轮子9021由电机和减速机驱动，行走轮子9021可以转向，出料车设置独立的控制界面进行操作，出料车可以从机架1010中的通道1011内通过。

2.根据权利要求1所述的岩石隧道掘进机，其特征在于：储绳器2011上设置锯绳张力检测调控机构，锯绳张力检测调控机构与PLC系统连接。