CN109184727B - 一种矿山硬岩掘进施工方法及施工装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山硬岩掘进施工方法，利用远程主控系统引导一个或多个移动式打桩机进场，将各移动式打桩机负责执行的击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；实现远程统一控制、多机协同作业，提升自动化水平及掘进速度。本发明还公开矿山硬岩掘进施工装备，采用该矿山硬岩掘进施工装备移动控制冲击锤进行掘进。在该施工装备设计一上下滑行连接机构，冲击锤与上下滑行连接机构可以相对滑动，避免了冲击过程中的反弹力直接传递到施工装备上，对施工装备的机件造成破损。显著提高整个施工装备的稳定性，避免部分部件失效。

Description

一种矿山硬岩掘进施工方法及施工装备

技术领域

本发明涉及打桩锤施工技术，具体涉及一种矿山硬岩掘进施工方法及施工装备。

背景技术

现有非开挖隧道掘进装备，通常采用盾构机，即直径略大于个截面的大刀盘旋挖掘进，多有土仓，在整个刀盘扭动时，需要巨大的驱动矩扭力和巨大的掘进推力，令整个旋挖掘进过程中存在能耗大和掘进速度低等缺陷，且对不同地质工况的适应能力有限，挖掘过程中遇到硬质岩石往往需要停工爆破，由于硬质岩石需要通过爆破施工，该爆破施工后的区域面会出现残缺不规则面，后续工序还需要其他方式补平修正，这样一来，影响整个工程交付；其次，目前国家政策也明确各施工单位减少对矿山硬岩爆破施工，为了响应该政策，降低矿山硬岩爆破施工，提出一种新型矿山硬岩掘进施工方法及施工装备，提升掘进速度、适应快速推进的施工装备。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于，提供一种矿山硬岩掘进施工方法，利用远程主控系统引导一个或多个移动式打桩机进场，将各移动式打桩机负责执行的击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；突出远程统一控制、多机协同作业，实现自动化水平及掘进速度。

本发明的目的还在于，提供一种矿山硬岩掘进施工装备，采用该矿山硬岩掘进施工装备移动控制冲击锤进行掘进。在该施工装备设计一上下滑行连接机构，冲击锤与上下滑行连接机构可以相对滑动，避免了冲击过程中的反弹力直接传递到施工装备上，对施工装备的机件造成破损。显著提高整个施工装备的稳定性，避免部分部件失效，提高设备整体的稳定性和使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种矿山硬岩掘进施工方法，该掘进施工方法包括以下：

S1：远程主控系统预先对所需掘进施工的矿山硬岩整体掘进区域进行三维运算分析，并根据掘进施工进度要求选取移动式打桩机的功率及数量，并以此为主要参数，运算、设定各击打中心点，同时设定各移动式打桩机的击打区域路径、速度和顺序；

S2：对待掘进区域进行清场、表面清障及整平处理，使其具备移动式打桩机进场施工的条件；

S3：远程主控系统引导一个或多个移动式打桩机进场，并将各移动式打桩机负责执行的第一击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；

S4：各移动式打桩机根据本机控制终端发送的具体执行指令，到达第一掘进区域的起点位置后，根据击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序，驱动本机的冲击锤完成对矿山硬岩面上各击打中心点的击打，完成本机第一次推进行程量的掘进任务，形成本机掘进区域；

S5：远程主控系统将第二击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；

S6：引导各移动式打桩机移动至第二掘进区域的起点位置，重复步骤S4，继续进行第二掘进区域的掘进，完成后形成与第一掘进区域部分叠合相连接的一个掘进区域；

S7：重复步骤S3至步骤S6，依次类推，重复完成若干个掘进区域，直至完成所需矿山硬岩掘进推进任务，使若干掘进区域相互连接而成为一个整体掘进区域。

作为本发明矿山硬岩掘进施工方法进一步改进，所述S5步骤还包括以下步骤：

S51：远程主控系统，对由若干掘进区域相连接而成的整体掘进区域进行检查，检查该整体掘进区域内是否存在遗漏区域、或掘进区域与掘进区域之间水平面是否一致；若存在遗漏区域、或掘进区域与掘进区域之间水平面不一致，移动控制冲击锤对补掘进区域进行推进行程量的掘进，形成与其它掘进区域相连接且保证掘进区域面水平一致。

作为本发明矿山硬岩掘进施工方法进一步改进，所述S3步骤还包括如下步骤：S31：主控系统引导各引导一个或多个移动式打桩机进场、到达起点位置，或者再完成上一掘进区域挖掘任务后移动到下一掘进区域的起点位置时，主控系统先控制移动式打桩机，以整体待掘进施工区域的中心为圆点的圆周切线方向变轨。

一种矿山硬岩掘进施工装备，其包括远程主控系统，及一个或多个移动式打桩机；该移动式打桩机包括终端控制系统及装备机体，该装备机体包括装备主体、掘进大臂、主臂油缸、动臂油缸、油管、上下滑行连接机构；所述掘进大臂一端连接在装备主体上，所述掘进大臂另一端连接在上下滑行连接机构上；所述主臂油缸一端连接在装备主体上，所述主臂油缸另一端连接在掘进大臂上；所述动臂油缸一端连接掘进大臂上，所述动臂油缸另一端连接在上下滑行连接机构上；所述冲击锤通过上下滑行连接机构与掘进大臂和动臂油缸连接一起组成整个施工装备；所述冲击锤与上下滑行连接机构可以相对滑动，避免了冲击过程中的反弹力直接传递到施工装备上，对施工装备的机件造成破损。

作为本发明矿山硬岩掘进施工装备进一步改进，所述上下滑行连接机构包括上下滑行连接架，以及能够在该上下滑行连接架上下行程移动的上下滑行座。

作为本发明矿山硬岩掘进施工装备进一步改进，所述上下滑行连接架整体轮廓呈一“[”型，该上下滑行连接架上下端为用于固定冲击锤之用的固定结构，该上下滑行连接架中段为供上下滑行座行程移动之用的滑轨结构。

作为本发明矿山硬岩掘进施工装备进一步改进，所述掘进大臂连接在上下滑行座下部，通过主臂油缸的伸缩来调节大臂前端的前后上下位置调节冲击锤的工作位置；所述动臂油缸连接在上下滑行座上部，通过动臂油缸的伸缩来调节冲击锤的前后倾斜度。

作为本发明矿山硬岩掘进施工装备进一步改进，所述冲击锤为液压锤或筒式柴油打桩锤。

作为本发明矿山硬岩掘进施工装备进一步改进，所述冲击锤可采用自身动力源控制作业冲击动作、或采用施工装备的动力源控制作业冲击动作。

作为本发明矿山硬岩掘进施工装备进一步改进，所述施工装备还包括用于控制冲击锤的动力源，所述施工装备动力源通过油管与冲击锤连接。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的矿山硬岩掘进施工方法，矿山硬岩掘进施工方法，利用远程主控系统引导一个或多个移动式打桩机进场，将各移动式打桩机负责执行的击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；实现远程统一控制、多机协同作业，提升自动化水平及掘进速度。

2、本发明提供的矿山硬岩掘进施工方法，将掘进区域分为若干个掘进区域，若干个掘进区域拼接为整体掘进区域，再对该整体掘进区域进行挖掘推进，直至完成所需矿山硬岩掘进推进任务，使若干掘进区域相互连接而成为一个整体掘进区域。该施工方法省掉遇到硬质岩石需要停工爆破，克服了现有技术中爆破施工后的区域面会出现残缺不规则面，提升掘进速度。

3、本发明提供的矿山硬岩掘进施工装备，采用该矿山硬岩掘进施工装备移动控制冲击锤进行掘进。在该施工装备设计一上下滑行连接机构，冲击锤与上下滑行连接机构可以相对滑动，避免了冲击过程中的反弹力直接传递到施工装备上，对施工装备的机件造成破损。显著提高整个施工装备的稳定性，避免部分部件失效，提高设备整体的稳定性和使用寿命。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1所示为远程主控系统与机载终端控制系统连接通信网络拓扑图；

图2所示为本发明矿山硬岩掘进施工流程图；

图3所示为本发明矿山硬岩掘进施工轨迹图；

图4所示为本发明矿山硬岩掘进施工装备图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅附图1-3，本实施例提供的一种矿山硬岩掘进施工方法，该掘进施工方法包括以下：

S1：远程主控系统预先对所需掘进施工的矿山硬岩整体掘进区域进行三维运算分析，并根据掘进施工进度要求选取移动式打桩机的功率及数量，并以此为主要参数，运算、设定各击打中心点，同时设定各移动式打桩机的击打区域路径、速度和顺序；

S2：对待掘进区域进行清场、表面清障及整平处理，使其具备移动式打桩机进场施工的条件；

S3：远程主控系统引导一个或多个移动式打桩机进场，并将各移动式打桩机负责执行的第一击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；

S4：各移动式打桩机根据本机控制终端发送的具体执行指令，到达第一掘进区域的起点位置后，根据击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序，驱动本机的冲击锤完成对矿山硬岩面上各击打中心点的击打，完成本机第一次推进行程量的掘进任务，形成本机掘进区域；

S5：远程主控系统将第二击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；

S6：引导各移动式打桩机移动至第二掘进区域的起点位置，重复步骤S4，继续进行第二掘进区域的掘进，完成后形成与第一掘进区域部分叠合相连接的一个掘进区域；

S7：重复步骤S3至步骤S6，依次类推，重复完成若干个掘进区域，直至完成所需矿山硬岩掘进推进任务，使若干掘进区域相互连接而成为一个整体掘进区域。

作为本发明矿山硬岩掘进施工方法进一步改进，所述S5步骤还包括以下步骤：

S51：远程主控系统，对由若干掘进区域相连接而成的整体掘进区域进行检查，检查该整体掘进区域内是否存在遗漏区域、或掘进区域与掘进区域之间水平面是否一致；若存在遗漏区域、或掘进区域与掘进区域之间水平面不一致，移动控制冲击锤对补掘进区域进行推进行程量的掘进，形成与其它掘进区域相连接且保证掘进区域面水平一致。

作为本发明矿山硬岩掘进施工方法进一步改进，所述S3步骤还包括如下步骤：S31：主控系统引导各引导一个或多个移动式打桩机进场、到达起点位置，或者再完成上一掘进区域挖掘任务后移动到下一掘进区域的起点位置时，主控系统先控制移动式打桩机，以整体待掘进施工区域的中心为圆点的圆周切线方向变轨。

参阅附图4，本实施例提供一种矿山硬岩掘进施工装备，其包括远程主控系统，及一个或多个移动式打桩机；该移动式打桩机包括终端控制系统及装备机体，该装备机体包括装备主体2、掘进大臂3、主臂油缸4、动臂油缸5、油管、上下滑行连接机构；所述掘进大臂3一端连接在装备主2体上，所述掘进大臂3另一端连接在上下滑行连接机构上；所述主臂油缸4一端连接在装备主体上，所述主臂油缸4另一端连接在掘进大臂3上；所述动臂油缸5一端连接掘进大臂3上，所述动臂油缸5另一端连接在上下滑行连接机构6上；所述冲击锤1通过上下滑行连接机构6与掘进大臂3和动臂油缸5连接一起组成整个施工装备；所述冲击锤1与上下滑行连接机构6可以相对滑动，避免了冲击过程中的反弹力直接传递到施工装备上，对施工装备的机件造成破损。

所述上下滑行连接机构6包括上下滑行连接架6.1，以及能够在该上下滑行连接架6.1上下行程移动的上下滑行座6.2。

所述上下滑行连接架6.1整体轮廓呈一“[”型，该上下滑行连接架6.1上下端为用于固定冲击锤1之用的固定结构，该上下滑行连接架6.1中段为供上下滑行座6.2行程移动之用的滑轨结构。

所述掘进大臂3连接在上下滑行座6.2下部，通过主臂油缸4的伸缩来调节大臂前端的前后上下位置调节冲击锤1的工作位置；所述动臂油缸5连接在上下滑行座6.2上部，通过动臂油缸5的伸缩来调节冲击锤的前后倾斜度。

所述施工装备还包括用于控制冲击锤的动力源，所述施工装备动力源通过油管与冲击锤连接。所述冲击锤可采用自身动力源控制作业冲击动作、或采用施工装备的动力源控制作业冲击动作。所述冲击锤1为液压锤或筒式柴油打桩锤。所述施工装备为挖掘机。

本发明的设计重点在于：

1、利用远程主控系统引导一个或多个移动式打桩机进场，将各移动式打桩机负责执行的击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；实现远程统一控制、多机协同作业，提升自动化水平及掘进速度。

2、将掘进区域分为若干个掘进区域，若干个掘进区域拼接为整体掘进区域，再对该整体掘进区域进行挖掘推进，直至完成所需矿山硬岩掘进推进任务，使若干掘进区域相互连接而成为一个整体掘进区域。该施工方法省掉遇到硬质岩石需要停工爆破，克服了现有技术中爆破施工后的区域面会出现残缺不规则面，提升掘进速度。

3、提供新型矿山硬岩掘进施工装备，采用该矿山硬岩掘进施工装备移动控制冲击锤进行掘进。在该施工装备设计一上下滑行连接机构6，冲击锤1与上下滑行连接机构6可以相对滑动，避免了冲击过程中的反弹力直接传递到施工装备上，对施工装备的机件造成破损。显著提高整个施工装备的稳定性，避免部分部件失效，提高设备整体的稳定性和使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种矿山硬岩掘进施工方法，其特征在于，该掘进施工方法包括以下步骤：

S1：远程主控系统预先对所需掘进施工的矿山硬岩整体掘进区域进行三维运算分析，并根据掘进施工进度要求选取移动式打桩机的功率及数量，并以此为主要参数，运算、设定各击打中心点，同时设定各移动式打桩机的击打区域路径、速度和顺序；

S2：对待掘进区域进行清场、表面清障及整平处理，使其具备移动式打桩机进场施工的条件；

S3：远程主控系统引导一个或多个移动式打桩机进场，并将各移动式打桩机负责执行的第一击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；

S4：各移动式打桩机根据本机控制终端发送的具体执行指令，到达第一掘进区域的起点位置后，根据击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序，驱动本机的冲击锤完成对矿山硬岩面上各击打中心点的击打，完成本机第一次推进行程量的掘进任务，形成本机掘进区域；

S5：远程主控系统将第二击打区域的起点坐标、各打击中心点坐标、工作路径、速度和顺序发送给机载终端控制系统，各终端控制系统收到信号后，将其转换为本移动式打桩机的具体执行指令；

S6：引导各移动式打桩机移动至第二掘进区域的起点位置，重复步骤S4，继续进行第二掘进区域的掘进，完成后形成与第一掘进区域部分叠合相连接的一个掘进区域；

S7：重复步骤S3至步骤S6，依次类推，重复完成若干个掘进区域，直至完成所需矿山硬岩掘进推进任务，使若干掘进区域相互连接而成为一个整体掘进区域。

2.根据权利要求1所述的矿山硬岩掘进施工方法，其特征在于，所述S5步骤还包括以下步骤：

S51：远程主控系统，对由若干掘进区域相连接而成的整体掘进区域进行检查，检查该整体掘进区域内是否存在遗漏区域、或掘进区域与掘进区域之间水平面是否一致；若存在遗漏区域、或掘进区域与掘进区域之间水平面不一致，移动控制冲击锤对补掘进区域进行推进行程量的掘进，形成与其它掘进区域相连接且保证掘进区域面水平一致。

3.根据权利要求1所述的矿山硬岩掘进施工方法，其特征在于，所述S3步骤还包括如下步骤：S31：主控系统引导一个或多个移动式打桩机进场、到达起点位置，或者在完成上一掘进区域挖掘任务后移动到下一掘进区域的起点位置时，主控系统先控制移动式打桩机，以整体待掘进施工区域的中心为圆点的圆周切线方向变轨。

4.一种实施权利要求1至3任意一项所述掘进施工方法的矿山硬岩掘进施工装备，其特征在于，其包括远程主控系统，及一个或多个移动式打桩机；该移动式打桩机包括终端控制系统及装备机体，该装备机体包括装备主体、掘进大臂、主臂油缸、动臂油缸、油管、上下滑行连接机构；所述掘进大臂一端连接在装备主体上，所述掘进大臂另一端连接在上下滑行连接机构上；所述主臂油缸一端连接在装备主体上，所述主臂油缸另一端连接在掘进大臂上；所述动臂油缸一端连接掘进大臂上，所述动臂油缸另一端连接在上下滑行连接机构上；所述冲击锤通过上下滑行连接机构与掘进大臂和动臂油缸连接一起组成整个施工装备；所述冲击锤与上下滑行连接机构可以相对滑动，避免了冲击过程中的反弹力直接传递到施工装备上，对施工装备的机件造成破损。

5.根据权利要求4所述的矿山硬岩掘进施工装备，其特征在于，所述上下滑行连接机构包括上下滑行连接架，以及能够在该上下滑行连接架上下行程移动的上下滑行座。

6.根据权利要求5所述的矿山硬岩掘进施工装备，其特征在于，所述上下滑行连接架整体轮廓呈一“[”型，该上下滑行连接架上下端为用于固定冲击锤之用的固定结构，该上下滑行连接架中段为供上下滑行座行程移动之用的滑轨结构。

7.根据权利要求5所述的矿山硬岩掘进施工装备，其特征在于，所述掘进大臂连接在上下滑行座下部，通过主臂油缸的伸缩来调节大臂前端的前后上下位置调节冲击锤的工作位置；所述动臂油缸连接在上下滑行座上部，通过动臂油缸的伸缩来调节冲击锤的前后倾斜度。

8.根据权利要求5至7任意一项所述的矿山硬岩掘进施工装备，其特征在于，所述冲击锤为液压锤或筒式柴油打桩锤。

9.根据权利要求8所述的矿山硬岩掘进施工装备，其特征在于，所述冲击锤可采用自身动力源控制作业冲击动作、或采用施工装备的动力源控制作业冲击动作。

10.根据权利要求9所述的矿山硬岩掘进施工装备，其特征在于，所述施工装备还包括用于控制冲击锤的动力源，所述施工装备动力源通过油管与冲击锤连接。