CN106640106B - 一种矿用全断面硬岩掘进机及其循环掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用全断面硬岩掘进机及其循环掘进方法，包括掘进机主机，所述掘进机主机包括依次连接的掘进刀盘、盾体与驱动件、梁体、撑紧推进机构、后支撑机构、后配套构件；所述撑紧推进机构包括推进油缸和撑靴，所述撑靴沿掘进机主机的水平方向设置；所述梁体包括依次连接的主梁、环形梁、过度梁和滑梁，所述推进油缸的一端连接梁体，另一端驱动撑靴，所述撑靴套设在滑梁上，所述后支撑机构通过拖拉油缸连接后配套构件。本发明实现高度机械化、自动化、信息化，实现了传统岩巷掘进技术和装备的历史性突破，为解决煤矿发展的岩巷瓶颈问题奠定了坚实基础，对确保矿井正常接替、实现高产高效建设目标具有重要意义。

Description

一种矿用全断面硬岩掘进机及其循环掘进方法

技术领域

本发明涉及一种用于煤矿采掘用的硬岩掘进机，尤其涉及的是一种矿用全断面硬岩掘进机及其循环掘进方法。

背景技术

煤矿采掘接替矛盾一直是矿井难以有效解决的主要矛盾之一。对于矿区岩巷进尺总量大(如年均量为16万米左右)，瓦斯治理巷道占比高(如年均6～7万米，占比40％)。

盾构机的基本工作原理是，前面的圆形刀盘在千斤顶的推动下旋转并向前推进，圆柱体的钢组件(即护盾)对挖掘的隧洞起临时支撑作用，挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行；盾体后方传送带运输挖下的土壤、岩石和砂砾，先进入土仓并被阶段性传送到井口。目前国内正在施工的盾构机大部分进口。

目前，现有的盾构机主要适用于土质地质结构，用于城市地铁隧道工程建设。煤矿岩石巷道通常采用风动凿岩机、液压钻车或掘进机进行凿岩，全断面硬岩掘进机(TunnelBoringMachine，简称TBM)，TBM的基本工作原理是，旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石使隧洞全断面一次成型。它与盾构机的主要区别是不具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能。传统硬岩掘进机械化程度低、施工安全性和作业环境差，平均月进尺单进只有75米，制约矿井的安全高效生产，发展安全快速高效掘进对煤矿意义重大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种矿用全断面硬岩掘进机及其循环掘进方法，满足煤矿的硬岩工况，实现高效掘进。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的一种矿用全断面硬岩掘进机，包括掘进机主机，所述掘进机主机包括依次连接的掘进刀盘、盾体与驱动件、梁体、撑紧推进机构、后支撑机构、后配套构件；所述撑紧推进机构包括推进油缸和撑靴，所述撑靴沿掘进机主机的水平方向设置；所述梁体包括依次连接的主梁、环形梁、过度梁和滑梁，所述推进油缸的一端连接梁体，另一端驱动撑靴，所述撑靴套设在滑梁上，所述后支撑机构通过拖拉油缸连接后配套构件。

所述掘进机还包括运输系统，所述运输系统位于后配套构件之后，所述运输系统包括设置于巷道内的单轨吊机构、皮带运料机构和人行通道，所述单轨吊机构设置在巷道的顶部，皮带运料机构和人行通道分别设置于巷道的底部，所述单轨吊机构包括固定底座、连接锚链、连接环和轨道；所述固定底座固定在盾构机巷道的顶部，所述连接锚链的一端连接在固定底座上，另一端连接在连接环上，所述轨道的顶部与连接环相连。

在圆形巷道的顶部吊设单轨吊机构，能够满足矿用TBM的打运需要，同时不占下部空间，实现对巷道的合理布局，在长距离运输上优点更为突出，解决了矿用TBM施工时由于巷道空间有限，无法使用地轨进行物料运输的问题，在设备拆除期间避免了巷道地面轨道运输用电机车的重复充电问题，还免去了巷道地面轨道运输中专为电机车铺设的车场，在盾构机的安装拆除和皮带机的安装拆除中，解决了重复装卸车的起吊难题，可以使用单轨吊直接进行起吊。为立井开采煤矿应用盾构机快速掘进提供了技术支持。

所述人行通道包括多组托架和多个踏板，所述多组托架依次平行设置，每组托架包括横向支撑架和竖向支撑架，所述横向支撑架的沿巷道横截面的横向设置，所述横向支撑架的首端搭设在巷道的侧壁，末端与竖向支撑架垂直连接，所述踏板铺设在所述相邻两组托架的两个横向支撑架之间。

综合考虑巷道内设施的布置情况，同时考虑到巷道上部空间需作为单轨吊物料运输空间，不能占用，最终确定行人通道只能布置在巷道底部侧边。能够满足在“O”型断面的巷道内顺利行走，同时不占物料运输空间，合理布局。

所述掘进机还包括除尘系统，所述除尘系统包括机载吸风管道、机载排风管路、机载供风管路、除尘风机、供风风机、供风风筒、调风装置；所述机载吸风管道沿矿用TBM的主机长度方向设置，所述除尘风机设置矿用TBM的主机上，所述除尘风机前端与机载吸风管道相连，后端与机载排风管道相连，所述供风风机与供风风筒相连，所述供风风筒上设有第一供风口和第二供风口，所述调风装置分别设置于第一供风口和第二供风口上，所述第一供风口位于除尘风机之后，所述第二供风口连接机载供风管路，所述机载供风管路的出口位于矿用TBM的工作面小于或等于10m处

所述调风装置选自手摇式调风装置和绑扎式调风装置中的任一种，所述手摇式调风装置包括调节筒体、多个调节叶片和旋转把手，所述调节叶片设置于所述调节筒体的横截面上，所述多个调节叶片通过旋转把手依次串接，所述旋转把手的端部设置于调节筒体上；所述绑扎式调风装置包括调节风筒和三通管道，所述三通管道设置在调节风筒上。

除尘系统能够满足工作面回风流、F2粉尘检测探头值为1.5-2mg/m³。有效改善了工作人员的作业环境，为矿井安全可持续发展提供了强有力的保障。

所述掘进机还包括水循环系统，所述水循环系统包括外部水源、内循环供水管、内循环水路、内循环出水管；所述外部水源连接内循环供水管的进口，所述内循环供水管的出口连接内循环水路的进口，所述内循环水路的出口连接内循环出水管，所述内循环出水管的出口连接到各个矿用TBM的外部设备的用水进口。

所述内循环水泵有两个，分别为第一内循环水泵和第二内循环水泵，所述矿用TBM的内部设备有两组，分别为第一组矿用TBM的内部设备和第二组矿用TBM的内部设备；所述内循环水箱的进口连接内循环供水管的出口，所述内循环水箱的出口分别连接第一内循环水泵和第二内循环水泵的进口，所述第一内循环水泵的出口连接第一组矿用TBM的内部设备的用水进口，所述第二内循环水泵的出口连接第二组矿用TBM的内部设备的用水进口，所述第一组矿用TBM的内部设备和第二组矿用TBM的内部设备的用水出口分别连接到内循环出水管的进口。

省去了外循环水系统，去除了热水箱、冷水箱和相应的水泵，同时省去了热交换器，另外减少了一路回水管路的安装工作量，减少了设备安装和维护的工作量，同时省去了看泵人员以及部分管路延伸工程，并且改造后的水循环系统降温效果大大改善，能满足设备用水和降温要求，提高设备开机率，为矿用TBM快速高效掘进提供了有力保障。

所述掘进机还包括支护系统，所述支护系统包括支撑架与分别设置于矿用TBM的环形梁上支护平台、升降机构和支撑立柱；所述支护平台设置于环形梁的侧边形成用于站立的空间，所述升降机构的一端铰接在环形梁上，另一端铰接在支撑立柱上，所述支撑立柱的一端铰接在环形梁上，另一端铰接在支撑架上，所述支撑立柱和升降机构构成曲柄连杆机构用于驱动支撑架上下运动。

所述支撑架包括多个支撑杆和连接杆，所述连接杆为弧形，所述支撑立柱带动连接杆上下运动，所述多个支撑杆依次沿连接杆的弧形方向固定在连接杆上。

本发明解决了矿用TBM支护时，人员的站位、临时支护和网片托举问题，不仅可以对巷道顶板的临时支撑，同时可以用于托举网片，而且采用液压控制，相对于传统的综掘巷道临时支护，安全性较高，操作人员劳动强度低，工序简单，操作方便，在现场非常实用。

一种矿用全断面硬岩掘进机的循环掘进方法，包括以下步骤：

(1)通过掘进刀盘将岩石打碎，碎石向后输送，通过连续皮带运料机向后运输；

(2)对巷道进行临时支护，然后安装锚杆，永久支护巷道；

(3)一个掘进行程结束，掘进刀盘停止旋转并后退一定距离，防止刀盘下次重载启动；

(4)后支撑机构伸出支撑牢固；

(5)撑靴收回并前移一个循环距离，然后撑靴伸出并与硐壁夹紧；

(6)收回后支撑机构，并通过拖拉油缸带动后配套构件前行一个循环距离，进入下一个循环作业。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的煤矿全断面硬岩掘进机掘进试验巷道700米，实际进尺天数52天，平均单进13.5米/天，最高小班进尺14.5米，最高日进尺30.7米，综合单进404米/月。全断面硬岩掘进机(TBM)掘进单进、生产效率可以比普通炮掘提高5至10倍，大幅提高单进水平和施工安全保障水平，实现高度机械化、自动化、信息化，实现了传统岩巷掘进技术和装备的历史性突破，为解决煤矿发展的岩巷瓶颈问题奠定了坚实基础，对确保矿井正常接替、实现高产高效建设目标具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A部分的局部示意图；

图3是图1中B部分的局部示意图；

图4是图1中C部分的局部示意图；

图5是调风装置的局部示意图；

图6是调节叶片的左视图；

图7是支护系统的结构示意图；

图8是图7的左视图；

图9是水循环示意图；

图10是运输系统的结构示意图；

图11是单轨吊机构的结构示意图；

图12是巷道的结构示意图；

图13是人行通道的俯视图；

图14是托架的局部示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1～4所示，本实施例的矿用TBM包括掘进机主机，所述掘进机主机包括依次连接的掘进刀盘11、盾体与驱动件12、梁体13、撑紧推进机构14、后支撑机构15、后配套构件16；所述撑紧推进机构14包括推进油缸141和撑靴142，所述撑靴142沿掘进机主机的水平方向垂直对称设置，所述推进油缸141的一端连接梁体，另一端驱动撑靴142，所述后支撑机构15通过拖拉油缸17连接后配套构件16。梁体13包括依次连接的主梁131、环形梁132、过度梁133和滑梁134。

设备长度：主机全长50米(含二运73m长)；

设备总重量：350吨；

推力：最大推力：12000kN(1200吨)，额定推力：8000kN(800吨)；

扭矩：最大扭矩2100kN.m，脱困扭矩2500kN.m；

刀盘转速：0～10.6rpm，速度选择应确保刀盘推力在允许范围；

推进速度：最大推进速度100mm/min；

整机装机功率：2000kVA；

输送能力：带速2.5m/s，运量为350t/h。

操作方式：可视化、键盘式操作；

除尘系统：高压内喷雾、除尘风机、通风管道、调风装置，防尘水幕帘

破岩方式：盾构机是旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩；传统的综掘机是旋转炮头的截齿挤压、破碎岩体。

出货方式：刮刀将破碎的矸石装卸到自身的皮带中。

巷道断面：盾构机全断面一次成O型；传统综掘机切割半圆拱型和矩形。

工效：2040米，平均单进13.2米/天，最高小班进尺14.5米，最高日进尺30.7米，最高月单进560米/月，综合单进404米/月。全队人数120人，人均单效率3.31m/人.月；炮掘综合单进75米/月，全队人数75人，人均单效率1m/人.月。

本实施例选用的试验巷道，选择张集矿1413A高抽巷。1413A高抽巷设计长度1600米，前期已施工900米，剩余700米采用TBM掘进。巷道设计为圆形，直径4.53米。该巷布置在1煤层顶板，距1煤顶板法距22～24m，揭露的主要岩性为石英砂岩、中砂岩、粉细砂岩，岩石力学性能试验f值大于6，最大可达12。本实施例的矿用TBM包括除尘系统2、运输系统5、水循环系统4、支护系统3。各个系统具体的结构如下：

本实施例的除尘系统2包括机载吸风管道21、机载排风管路26、除尘风机22、机载供风管路25、供风风机(图中未显示)、供风风筒23和调风装置24；

所述机载吸风管道21沿矿用TBM的主机长度方向设置，所述除尘风机22设置矿用TBM的主机上，所述除尘风机22前端与机载吸风管道21相连，后端与机载排风管道26相连，所述供风风筒23上设有第一供风口231和第二供风口232，所述调风装置24分别设置在第一供风口231和第二供风口232上，所述第一供风口231位于除尘风机22之后，所述第二供风口232连接机载供风管路25，所述机载供风管路25的出口位于矿用TBM的工作面小于或等于10m处。

除尘风机22为KCS500D湿式除尘风机，其设计除尘风量为500m³/min，额定除尘率92％，电机功率为2×30kW。

需要考虑巷道的延伸，巷道散热量、风阻和风量，要满足供风量不少于850m3/min左右。

供风风机包括第一风机和第二风机，第一风机的额定供风量为300m³/min，第一风机连接第一供风口231，所述第二风机连接第二供风口232，第二风机的额定供风量为600m³/min。

第一风机选用型号为：FBD-NO.6.3；第二风机选用型号为：FBD-NO.8.0。第一供风口231供应到工作面的风量为至少145m³/min，所述机载供风管路25供应到工作面的风量不大于355m³/min。除尘风机22停机时，第一供风口231的风可以自然扩散通风，能够确保风流流向设备后方(300m³/min)，除尘风机22开启时，一部分通过巷道风流向工作面配风，供风量不小于145m³/min；其余部分流向后方，风量不小于145m³/min，供风量要保证300m³/min。

机载吸风管道21的首端位于矿用TBM的工作面，所述机载排风管道26的末端的排风口上设有网罩式除尘器211。能够有效的过滤较大的颗粒。

机载排风管道26的排风处依次设有三道防尘水幕帘212。实现进一步除尘。

所述防尘水幕帘212包括风流过滤网214和气动高压喷雾头213，所述气动高压喷雾头213设置于风流过滤网214的出风口。

如图5和图6所示，本实施例的调风装置24为手摇式调风装置，包括调节筒体241、多个调节叶片242和旋转把手243，所述调节叶片242设置于所述调节筒体241的横截面上，所述多个调节叶片242通过旋转把手243依次串接，所述旋转把手243的端部设置于调节筒体241上。通过调节叶片242的开合实现对风量的调节。

所述手摇式调风装置的调节筒体241上沿进风口到调节叶片242处设有多个放风孔244。通过放风孔244将新风扩散到设备中。

其他实施例中，可以选用绑扎式调风装置，包括调节风筒和三通管道，所述三通管道设置在调节风筒上。所述绑扎式调风装置可以通过扎紧和放松锁口控制管路中的风流流向。具体的工作过程如下：

(1)矿用TBM工作时，刀盘旋转破碎岩石，产生大量的灰尘，开启除尘风机22；

(2)调节调风装置24，将第一供风口231上的调节叶片242关闭，供风向设备吹，将第二供风口232的上的调节叶片242打开，控制机载供风管路25的风量为355m³/min，保证第一供风口231至工作面的风不小于145m³/min，第一供风口231至第二供风口232风量不小于145m³/min，除尘风机22的吸风量不小于工作面的供风，工作面的污风不向外扩散，各段风流速度符合《煤矿安全规程》；

(3)要确保供风风口的风量不能超过吸风口，防止灰尘受风流吹向外扩散，因此除尘风机22将灰尘通过机载吸风管道21抽入到设备后端，实现长压短抽的作业；

(4)设备运行时(刀盘切割时)，多余风量利用调风装置24对设备进行降温；设备停止掘进时，机载供风管路的风供不到工作面(出风口距离工作面约有10米)此时自然扩散通风，实现降温设备。

调风装置24在风流的调节中起到关键性作用，直接关系到除尘效果的好坏，利用它控制工作面风量，促使巷道各段的风向能满足高效粉尘治理的要求。

TBM首次在煤矿深部巷道掘进，支护没有类似经验，支护由一开始的锚杆间排距800*800mm，钢筋网片规格为1700*900mm，每排施工7根锚杆更改为锚杆间排距1100*1100mm，钢筋网片规格为2300*1200mm，每排施工5根锚杆。

如图7和图8所示，本实施例的支撑架32与分别设置于矿用TBM的环形梁132上支护平台31、升降机构33和支撑立柱34；所述支护平台31设置于环形梁1的侧边形成用于站立的空间，所述升降机构33的一端铰接在环形梁132上，另一端铰接在支撑立柱34上，所述支撑立柱34的一端铰接在环形梁132上，另一端铰接在支撑架32上，所述支撑立柱34和升降机构33构成曲柄连杆机构用于驱动支撑架32上下运动。

本实施例的升降机构33为液压油缸。本发明的动力为全液压控制操作，机械化程度高，安全可靠。液压油缸的液压动力源通过三通阀连接到矿用TBM上。与矿用TBM共用一泵站，无需另加动力装置。

所述支撑架32包括10个支撑杆321和2个连接杆322，所述连接杆322为弧形，所述支撑立柱34带动连接杆322上下运动，所述多个支撑杆321依次沿连接杆322的弧形方向固定在连接杆322上，本实施例可以选用焊接固定。

相邻支撑杆321之间设有用于施工操作的间距，所述间距为0.5m。方便锚杆钻机的通过以及便于施工人员通行。

整个支撑架32的直径4米，长4米，宽(弦长)3.5米，弧长5米，本实施例支撑杆321为10根方管形钢材。便于选材，价格低廉。

支撑架32的顶部铺设钢筋网片。支护作业前，将钢筋网片铺设到支撑架32上方，将支撑架32升起到与顶板接触后，作业人员即可在该临时支护装置下安全作业。

支护平台31的两侧设有用于人员上下的扶梯311。支护平台31为网格式踏板。不仅便于安装、更换，也可以增强防滑效果

支护平台31安装在环形梁132两侧，分左侧平台和右侧平台两部分，单侧宽1米，长4.5米，支护平台31主要用于承载作业人员和支护工具，同时可以作用迎头支护材料的临时存放场地。支护平台31的设计和应用为现场施工人员提供了一个安全、宽敞的作业空间，彻底解决了矿用TBM支护施工人员站位问题。

煤矿全断面硬岩掘进机(TBM)最适用于硬岩掘进，岩石越硬整体性越好越能发挥发挥设备效能。但试验的巷道还是遇到软分层，总长度达到260米，软岩滑面发育，帮、顶岩石在弧顶和肩窝掉落，影响掘进进度。

对于异常带的围岩和顶板，具体控制方法如下：

(1)利用超前锚杆将暴露出来的破碎顶板进行超前支护，同时对局部岩石进行点锚杆固定，在顶板具备支护条件时立即进行永久支护，以缩短顶板暴露时间，能起到良好的顶板控制作用；

(2)司机调整TBM掘进机主要运行参数，推进度降低至正常掘进的一半以下：刀盘转速一般控制在3～4转/分钟，刀盘扭矩控制在300N.m，推进压力在1500KN左右，以减少刀盘振动，从而对围岩的扰动；

(3)护盾前方的矸石在未掉落前利用临时支护装置将其转出，并在矸石易掉落的地方设备防护钢板，减少矸石掉落过程中对设备的伤害；在TBM的环型架梁上方开一个洞口，掉落的矸石人工直接搬运从洞口通过一运皮带运出；

(4)主梁下的堆积矸石人工转运到二运皮带机处，皮带机运行时人员进行矸石清理，保证设备底部推进空间。

(5)异常带的围岩破碎处采取补打锚索的强化支护措施，锚索规格为Φ22mm×6300mm，间排距1500mm×1500mm，提升支护强度，减少围岩的变形，确保巷道的断面。

本实施例的超前支护具体过程如下：

施工作业人员站在支护平台最前端，锚杆机操作人员在临时支护下将锚杆钻机向斜前方倾倒，找好锚杆眼位，对暴露出指型护盾外的岩体进行钻眼，锚杆角度选择上：一是要便于施工，二是锚杆可以锚入至稳定围岩中。锚杆长度可以根据围岩的破碎程度，常备的有2.0m、2.5m，根据锚杆长度定眼的深度，再锚注锚杆，若是围岩较破碎，点锚杆作用不大时，可以在上锚杆时上钢筋网片组成网兜支护，最后用锚杆机将锚杆破锚紧固。

本实施例的永久支护具体过程如下：

施工作业人员站在支护平台上，将钢筋网片(网片规格1700×1000mm，φ6.5mm钢筋焊接，网格100×100mm)放置于临时支护装置上，通过临时支护装置固定在顶板，并利用双股14#铁丝与原有的网片每隔200mm绑扎一道，锚杆机操作人员在临时支护下施工锚杆，根据设计锚杆眼的深度，找好锚杆眼位用气动锚杆机由巷道中间向两帮打锚杆眼，用组装好的锚杆将树脂药卷送入锚杆眼内，用锚杆机带动锚杆搅拌30秒，搅拌先慢后快(送入孔底后搅拌时间不小于10秒)，2分钟后用锚杆机拧紧螺母直至垫片变形为止,接着打其它眼孔完成顶部锚杆的全部安装。1小时后用风动扳手或手动扳手对所有安装好的锚杆进行再次预紧和检验。

如图9所示，本实施例的水循环系统4包括外部水源41、内循环供水管42、内循环水路43、内循环出水管44和多个矿用TBM的外部设备45；所述外部水源41连接内循环供水管42的进口，所述内循环供水管42的出口连接内循环水路43的进口，所述内循环水路43的出口连接内循环出水管44，所述内循环出水管44的出口连接到各个矿用TBM的外部设备45的用水进口。外部水源41上设有路管，所述路管上设有闸阀46，所述路管的出口直接连接各个矿用TBM的外部设备45的用水进口。当设备停机进行支护或者内循环水路43泵出的热水压力不能满足刀盘喷雾等系统用水要求时实现外部水源41直接供水。

本实施例的内循环水路43包括内循环水箱431、第一内循环水泵432、第二内循环水泵433、第一组矿用TBM的内部设备434和第二组矿用TBM的内部设备435，所述内循环水箱431的进口连接内循环供水管42的出口，所述内循环水箱431的出口分别连接第一内循环水泵432和第二内循环水泵433的进口，所述第一内循环水泵432的出口连接第一组矿用TBM的内部设备434的用水进口，所述第二内循环水泵433的出口连接第二组矿用TBM的内部设备435的用水进口，所述第一组矿用TBM的内部设备434和第二组矿用TBM的内部设备435的用水出口分别连接到内循环出水管44的进口。

本实施例中，矿用TBM的外部设备45包括锚杆机、皮带机、除尘风机、刀盘喷雾，以及其他生活用水等。

第一组矿用TBM的内部设备434包括液压站、配电柜、变频器等内部设备，第二组矿用TBM的内部设备435包括主驱动润滑部件、刀盘电机和减速器等。

本实施例的外部水源41为直供水源。直接连接矿井直供的高压水，约5MPa，方便使用，外部水源41水温≤28℃。可以确保冷却效果。

本实施例的内循环水箱431为封闭式水箱。放置在矿用TBM拖车上，可随机移动。

一种矿用TBM水循环方法，包括以下步骤：

(1)外部水源41供水到内循环水箱431，再分配到各个水泵；

(2)由水泵将水供给对应的矿用TBM的内部设备使用，使用后再将水循环排放到外部设备供水管供矿用TBM的外部设备45使用；

(3)矿用TBM的外部设备45使用后直接将水排放到巷道地板；

(4)当矿用TBM的内部设备使用后的水不能满足矿用TBM的外部设备45的使用要求，则打开闸阀46，外部水源41直接对矿用TBM的外部设备45进行供水。

将外部水源41直接引入内循环水箱431，内循环水通过第一内循环水泵432和第二内循环水泵433泵出用来冷却液压站、配电柜、变频器、主驱动润滑以及刀盘电机和减速器，从这几个设备流出的水直接供锚杆机、皮带机、除尘风机、刀盘喷雾以及其他生活用水使用，同时在外部水源41引出一路管，当设备停机进行支护或者水泵泵出的热水压力不能满足刀盘喷雾等系统用水要求时，可直接通过外部水源41提供的高压水进行供水，这样也就省去了外循环水系统，同时又能满足系统降温和用水要求。

如图10和图11所示，本实施例的运输系统5包括单轨吊机构51，所述单轨吊机构51设置在盾构机巷道52的顶部，盾构机巷道52的横截面为圆形，所述巷道的底板设有皮带运料机构53和人行通道54，所述单轨吊机构51包括承重锚杆511、固定底座512、连接锚链513、连接环514和轨道515；所述固定底座512固定在盾构机巷道52的顶部，所述连接锚链513的一端连接在固定底座512上，另一端连接在连接环514上，所述轨道515的顶部与连接环514相连；所述固定底座512上开设连接孔，所述连接孔通过承重锚杆511固定在巷道的顶部。通过承重锚杆511对整个单轨吊机构51进行固定，既能够固定单轨吊机构51又能够对巷道的顶部进行加固。

本实施例的轨道515为工字钢，所述工字钢的顶部连接在连接环514上，所述工字钢的底部连接待运输部件。工字钢选材方便，便于获得。

本实施例的连接锚链513的顶部通过连接螺栓连接在固定底座512上。可以根据连接锚链513的磨损程度进行更换。

本实施例的连接环514具有开口端和封闭端，所述封闭段穿套在所述连接锚链513的底部，所述开口端内卡设连接块516，所述开口端和连接块516通过紧固螺栓连接。连接环514具有开口能够方便拆卸，便于更换磨损的工字钢。

本实施例的连接块516的顶端与所述开口端通过紧固螺栓连接，所述连接块516的底端焊接在工字钢的顶部。工字钢与连接块516的焊接处出现脱焊或其他磨损的情况，只需要拆卸紧固螺栓进行再次焊接或更换即可。方便后期的维护。

本实施例在安装时首先通过承重锚杆511将固定底座512固定在巷道顶部的顶板上，然后通过连接锚链513和连接环514相连，轨道515固定在连接环514下方。

轨道515底部连接吊篮，用于运输物料。运输线路保证运输空间，斜巷运输能力留足富余系数；天轨和皮带运输相结合，小件利用皮带运输机构地轨运输，大件利用单轨吊机构运输。

如图12～14所示，本实施例的人行通道54包括多组托架541和多个踏板542，所述多组托架541依次平行设置，每组托架541包括横向支撑架543和竖向支撑架544，所述横向支撑架543的沿巷道横截面的横向设置，所述横向支撑架543的首端搭设在巷道的侧壁，末端与竖向支撑架544垂直连接，所述踏板542铺设在所述相邻两组托架541的两个横向支撑架543之间。

所述竖向支撑架544为12#槽钢，所述竖向支撑架544的中上部与横向支撑架543的末端垂直连接，所述竖向支撑架544的凹槽开口上夹持设置支柱。用凹槽结构来卡持支柱，实现整个行人装置的定位。

所述支柱为矿用TBM的皮带运输机构53的H架531。将凹槽开口卡持在H架531的架体上，能够依附在运输系统上，简单方便。

横向支撑架543首端放置于巷道底板上，间距根据矿用TBM的皮带运料机构53的H架531间距确定，取3米一组，横向支撑架543设计长370mm，其上方放置三根12#槽钢，作为行人踏板542，每根踏板542的长度刚好3米，与每组托架541的间距相匹配，竖向支撑架544的高度根据“O”型巷道断面的半径和横向支撑架543的长度确定，设计高度为270mm。

所述横向支撑架543的首端设有垂直向上的安全挡板545。用安全挡板545对行人踏板进行限位，保证行人行走安全。

所述多个踏板542的宽度与所述横向支撑架543的长度相匹配。踏板542紧密排布在横向支撑架543上，能保证形成没有缝隙的行走通道。

本实施例的踏板542为12#槽钢，所述槽钢的底部朝上，开口朝下。选用槽钢比钢板具有优势，槽钢在人踩踏在中间位置时两端不易起翘，整体为框型，更为安全。

本实施例的人行通道54安装时，只需将竖向支撑架544分别卡在皮带运料机构53的H架531上，横向支撑架543的首端与巷道底板要保证接触良好，然后在每两组托架541间放置三根踏板542即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，包括掘进机主机，所述掘进机主机包括依次连接的掘进刀盘、盾体与驱动件、梁体、撑紧推进机构、后支撑机构、后配套构件；所述撑紧推进机构包括推进油缸和撑靴，所述撑靴沿掘进机主机的水平方向设置；所述梁体包括依次连接的主梁、环形梁、过度梁和滑梁，所述推进油缸的一端连接梁体，另一端驱动撑靴，所述撑靴套设在滑梁上，所述后支撑机构通过拖拉油缸连接后配套构件。

2.根据权利要求1所述的一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，所述掘进机还包括运输系统，所述运输系统位于后配套构件之后，所述运输系统包括设置于巷道内的单轨吊机构、皮带运料机构和人行通道，所述单轨吊机构设置在巷道的顶部，皮带运料机构和人行通道分别设置于巷道的底部，所述单轨吊机构包括固定底座、连接锚链、连接环和轨道；所述固定底座固定在盾构机巷道的顶部，所述连接锚链的一端连接在固定底座上，另一端连接在连接环上，所述轨道的顶部与连接环相连。

3.根据权利要求2所述的一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，所述人行通道包括多组托架和多个踏板，所述多组托架依次平行设置，每组托架包括横向支撑架和竖向支撑架，所述横向支撑架的沿巷道横截面的横向设置，所述横向支撑架的首端搭设在巷道的侧壁，末端与竖向支撑架垂直连接，所述踏板铺设在所述相邻两组托架的两个横向支撑架之间。

4.根据权利要求1所述的一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，所述掘进机还包括除尘系统，所述除尘系统包括机载吸风管道、机载排风管路、机载供风管路、除尘风机、供风风机、供风风筒、调风装置；所述机载吸风管道沿矿用TBM的主机长度方向设置，所述除尘风机设置矿用TBM的主机上，所述除尘风机前端与机载吸风管道相连，后端与机载排风管道相连，所述供风风机与供风风筒相连，所述供风风筒上设有第一供风口和第二供风口，所述调风装置分别设置于第一供风口和第二供风口上，所述第一供风口位于除尘风机之后，所述第二供风口连接机载供风管路，所述机载供风管路的出口位于矿用TBM的工作面小于或等于10m处。

5.根据权利要求4所述的一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，所述调风装置选自手摇式调风装置和绑扎式调风装置中的任一种，所述手摇式调风装置包括调节筒体、多个调节叶片和旋转把手，所述调节叶片设置于所述调节筒体的横截面上，所述多个调节叶片通过旋转把手依次串接，所述旋转把手的端部设置于调节筒体上；所述绑扎式调风装置包括调节风筒和三通管道，所述三通管道设置在调节风筒上。

6.根据权利要求1所述的一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，所述掘进机还包括水循环系统，所述水循环系统包括外部水源、内循环供水管、内循环水路、内循环出水管；所述外部水源连接内循环供水管的进口，所述内循环供水管的出口连接内循环水路的进口，所述内循环水路的出口连接内循环出水管，所述内循环出水管的出口连接到各个矿用TBM的外部设备的用水进口。

7.根据权利要求6所述的一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，所述内循环水泵有两个，分别为第一内循环水泵和第二内循环水泵，所述矿用TBM的内部设备有两组，分别为第一组矿用TBM的内部设备和第二组矿用TBM的内部设备；所述内循环水箱的进口连接内循环供水管的出口，所述内循环水箱的出口分别连接第一内循环水泵和第二内循环水泵的进口，所述第一内循环水泵的出口连接第一组矿用TBM的内部设备的用水进口，所述第二内循环水泵的出口连接第二组矿用TBM的内部设备的用水进口，所述第一组矿用TBM的内部设备和第二组矿用TBM的内部设备的用水出口分别连接到内循环出水管的进口。

8.根据权利要求1所述的一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，所述掘进机还包括支护系统，所述支护系统包括支撑架与分别设置于矿用TBM的环形梁上支护平台、升降机构和支撑立柱；所述支护平台设置于环形梁的侧边形成用于站立的空间，所述升降机构的一端铰接在环形梁上，另一端铰接在支撑立柱上，所述支撑立柱的一端铰接在环形梁上，另一端铰接在支撑架上，所述支撑立柱和升降机构构成曲柄连杆机构用于驱动支撑架上下运动。

9.根据权利要求8所述的一种矿用全断面硬岩掘进机，其特征在于，所述支撑架包括多个支撑杆和连接杆，所述连接杆为弧形，所述支撑立柱带动连接杆上下运动，所述多个支撑杆依次沿连接杆的弧形方向固定在连接杆上。

10.如权利要求1～9任一项所述的一种矿用全断面硬岩掘进机的循环掘进方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过掘进刀盘将岩石打碎，碎石向后输送，通过连续皮带运料机向后运输；

(2)对巷道进行临时支护，然后安装锚杆，永久支护巷道；

(3)一个掘进行程结束，掘进刀盘停止旋转并后退一定距离，防止刀盘下次重载启动；

(4)后支撑机构伸出支撑牢固；

(5)撑靴收回并前移一个循环距离，然后撑靴伸出并与硐壁夹紧；

(6)收回后支撑机构，并通过拖拉油缸带动后配套构件前行一个循环距离，进入下一个循环作业。