CN109281671A - 一种适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，包括可移动的车体、立设于所述车体上的工作钻杆、可拆卸地连接于所述工作钻杆底端的冲击破岩机构、设置于所述车体上并用于夹持所述工作钻杆顶端以驱动其进给的驱动机构、可移动地设置于所述车体表面上并用于在所述工作钻杆进给结束后将其顶端夹紧的若干根夹紧杆、设置于所述车体表面上并用于运输接续钻杆的运输带，以及设置于所述车体上、用于在所述工作钻杆进给结束后将所述运输带上的接续钻杆水平传递至所述驱动机构底部的机械臂。本发明所公开的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，能够在满足长距离掘进深度的基础上，减小接杆操作的垂向空间占用，同时方便地进行场地转运。
Description
技术领域
本发明涉及矿产钻探技术领域，特别涉及一种适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备。
背景技术
随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。
在矿产资源钻探领域，已经有各式各样的矿产机械设备投入生产和使用，比如勘探机、盾构机、钻井机、掘进机等。以掘进机为例，掘进机(Boring machine)是一种用于平直地面开凿巷道的大型工程机械，主要由行走机构、工作机构、装运机构和转载机构组成，在作业时，随着行走机构向前推进，工作机构中的切割头不断破碎岩石，并将碎岩运走。掘进机的种类也很多，按作业对象分为普通机子与隧道掘进机(Tunnel boring machine，TBM)。其中，立井掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备，具有安全、高效和成巷质量好等优点，但同时造价大，构造也较复杂。同时，按掘进机在工作面上的切削过程，还可分为全断面掘进机和部分断面掘进机。
深埋岩石地层、掩蔽性好、地面干扰小等优点，是诸多大型科学实验室、军事掩蔽工程、放射性污染物封存填埋等特殊需求的理想场所，但此类工程的掘进施工存在围岩强度高、完整性强、空间有限、壁面光滑平整等难点，目前的立井掘进装置难以满足岩石强度和施工空间的需求，一方面硬岩地层掘进效率低，安全性差，另一方面现有的立井设备自身体积过大，无法在某些空间受限或者在洞内进行掘进。尤其是在接杆的过程中，现有技术中的立井掘进装置必须在垂向上往复运动较大距离后才能实现旧杆与新杆的对接，这对于操作空间狭窄的施工场所而言无法实现。另外，立井掘进装置上的部件众多，重量较大，部件的运输、安装和场地的转运等均比较繁琐。
因此，如何在满足长距离掘进深度的基础上，减小接杆操作的垂向空间占用，同时方便地进行场地转运，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，能够在满足长距离掘进深度的基础上，减小接杆操作的垂向空间占用，同时方便地进行场地转运。
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，包括可移动的车体、立设于所述车体上的工作钻杆、可拆卸地连接于所述工作钻杆底端的冲击破岩机构、设置于所述车体上并用于夹持所述工作钻杆顶端以驱动其进给的驱动机构、可移动地设置于所述车体表面上并用于在所述工作钻杆进给结束后将其顶端夹紧的若干根夹紧杆、设置于所述车体表面上并用于运输接续钻杆的运输带，以及设置于所述车体上、用于在所述工作钻杆进给结束后将所述运输带上的接续钻杆水平传递至所述驱动机构底部的机械臂。
优选地，所述运输带呈环状，且其上顺序搭载有若干个垂直立设的所述接续钻杆。
优选地，所述机械臂可伸缩地设置于所述车体表面上，且所述机械臂的夹持端正对所述运输带上的预设转运位置。
优选地，所述夹持杆在所述车体上同时设置有两根，且所述夹持杆可在所述车体表面上相对或相向运动。
优选地，所述车体的表面上架设有安装框架，所述安装框架上立设有用于压紧隧道顶壁的稳定油缸和用于驱动所述工作钻杆下行至掘进地面的下压油缸。
优选地，所述安装框架的两侧壁上设置有沿垂向延伸的滑轨，且两侧所述滑轨之间可滑动地设置有横梁，所述下压油缸用于驱动所述横梁在所述滑轨上垂向升降，且所述驱动机构设置于所述横梁上。
优选地，所述驱动机构包括设置于所述车体上的驱动电机，以及安装于所述横梁上、用于将所述驱动电机的动力转化为所述工作钻杆的旋转进给运动的传动组件。
优选地，所述冲击破岩机构包括冲击破岩盘、设置于所述冲击破岩盘上并用于与所述工作钻杆的底端可拆卸连接的连接盘，以及连接在所述冲击破岩盘的表面和所述连接盘底面的支腿法兰。
优选地，所述冲击破岩盘的底面上嵌设有若干个潜孔锤和若干个用于通过负压吸引吸收掘进过程中产生的碎渣的吸渣孔。
优选地，所述冲击破岩机构的外端包裹有密封箱体，所述密封箱体内开设有储渣仓，所述吸渣孔与所述储渣仓连通；所述车体上设置有吸渣设备和吸渣泵，且所述吸渣设备与所述吸渣泵分别与所述储渣仓上的不同出渣口连通。
本发明所提供的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，主要包括车体、工作钻杆、冲击破岩机构、驱动机构、夹紧杆、运输带和机械臂。其中，车体为低净空立井掘进设备的主体结构，主要用于安装和承载其余零部件，该车体可以进行移动，以方便进行操作空间转场。工作钻杆设置在车体上，特指当前处于掘进工作状态的钻杆，与后续的接续钻杆相对应。冲击破岩机构也设置在车体上，并且可拆卸地连接在工作钻杆的底端上，主要用于对掘进地面进行凿孔。驱动机构设置在车体上，主要用于夹持工作钻杆的顶端，并通过动力驱动其进行实现进给运动。夹紧杆可移动地设置在车体的表面上，主要用于在工作钻杆的当前进给行程技术后，移动到对应位置并将工作钻杆的顶端夹紧，保持工作钻杆稳定不动。运输带设置在车体的表面上，主要用于运输接续钻杆，该接续钻杆可与工作钻杆进行接续安装，装配形成一根较长的钻杆。工作钻杆与接续钻杆的装配需要两者的端部进行对接，设置在车体上的机械臂即主要用于将运输带上搭载的接续钻杆水平夹持并传递至驱动机构的底部，从而方便驱动机构将新的接续钻杆的顶端进行夹持。接续钻杆夹持到位后，即可与悬空停滞的工作钻杆形成对接。而在工作钻杆与接续钻杆的安装结束后，各根夹紧杆可重新复位，放松工作钻杆。在此过程中，工作钻杆进给结束后，通过夹紧杆将工作钻杆夹持固定柱，此时驱动机构等部件无需在垂向上进行运动以让出操作空间，只需通过机械臂水平将运输带上搭载好的接续钻杆传递至驱动机构的底部即可，对垂向空间的需求很低，除了车体本身的高度之外，净空很低，几乎为零。因此，本发明所提供的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，一方面能够使工作钻杆与多根接续钻杆形成接杆配合操作，进而实现长距离掘进深度，另一方面在进行接杆操作时能够大幅减小对垂向空间的占用，减低净空，并且能够方便地进行场地转运。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1中所示的驱动机构的具体结构示意图。
图4为图1中所示的冲击破岩机构的具体结构示意图。
图5为图4中所示的冲击破岩盘的底面结构示意图。
其中，图1—图5中：
车体—1，工作钻杆—2，冲击破岩机构—3，冲击破岩盘—301，连接盘—302，支腿法兰—303，驱动机构—4，夹紧杆—5，运输带—6，机械臂—7，安装框架—8，稳定油缸—9，下压油缸—10，滑轨—11，横梁—12，驱动电机—13，传动组件—14，潜孔锤—15，吸渣孔—16，密封箱体—17，储渣仓—18，吸渣设备—19，吸渣泵—20，接续钻杆—21。
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。
请参考图1、图2、图3、图4和图5，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的俯视图，图3为图1中所示的驱动机构的具体结构示意图，图4为图1中所示的冲击破岩机构的具体结构示意图，图5为图4中所示的冲击破岩盘的底面结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备主要包括车体1、工作钻杆2、冲击破岩机构3、驱动机构4、夹紧杆5、运输带6和机械臂7。
其中，车体1为低净空立井掘进设备的主体结构，主要用于安装和承载其余零部件，该车体1可以进行移动，以方便进行操作空间转场。工作钻杆2设置在车体1上，特指当前处于掘进工作状态的钻杆，与后续的接续钻杆21相对应。
冲击破岩机构3也设置在车体1上，并且可拆卸地连接在工作钻杆2的底端上，主要用于对掘进地面进行凿孔。驱动机构4设置在车体1上，主要用于夹持工作钻杆2的顶端，并通过动力驱动其进行实现进给运动。
夹紧杆5可移动地设置在车体1的表面上，主要用于在工作钻杆2的当前进给行程技术后，移动到对应位置并将工作钻杆2的顶端夹紧，保持工作钻杆2稳定不动。
运输带6设置在车体1的表面上，主要用于运输接续钻杆21，该接续钻杆21可与工作钻杆2进行接续安装，装配形成一根较长的钻杆。工作钻杆2与接续钻杆21的装配需要两者的端部进行对接，设置在车体1上的机械臂7即主要用于将运输带6上搭载的接续钻杆21水平夹持并传递至驱动机构4的底部，从而方便驱动机构4将新的接续钻杆21的顶端进行夹持。接续钻杆21夹持到位后，即可与悬空停滞的工作钻杆2形成对接。而在工作钻杆2与接续钻杆21的安装结束后，各根夹紧杆5可重新复位，放松工作钻杆2。
在此过程中，工作钻杆2进给结束后，通过夹紧杆5将工作钻杆2夹持固定柱，此时驱动机构4等部件无需在垂向上进行运动以让出操作空间，只需通过机械臂7水平将运输带6上搭载好的接续钻杆21传递至驱动机构4的底部即可，对垂向空间的需求很低，除了车体1本身的高度之外，净空很低，几乎为零。
因此，本实施例所提供的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，一方面能够使工作钻杆2与多根接续钻杆21形成接杆配合操作，进而实现长距离掘进深度，另一方面在进行接杆操作时能够大幅减小对垂向空间的占用，减低净空，并且能够方便地进行场地转运。
在关于运输带6的一种优选实施方式中，该运输带6具体可呈环状，即环形运输带6，并且运输带6上搭载的各个持续钻杆均保持垂直立设运输。如此设置，通过机械臂7将其进行水平传递时，即无需进行多余的翻转动作，只需保持平移即可。
进一步的，为方便机械臂7对运输带6上的各个接续钻杆21的传递，本实施例中，该机械臂7具体为伸缩结构，机械臂7的前端可伸缩地设置在车体1表面上，并且机械臂7的前端上设置有夹持端，该夹持端正对着运输带6上的预设转运位置。如此，当接续钻杆21被运输带6运输到位后，机械臂7的前端即可伸出至运输带6的上方，将接续钻杆21夹持住后传递至驱动机构4的底部位置。
同时，考虑到工作钻杆2在结束进给行程后，需要夹持杆对其进行夹持固定，为保证夹持稳定性，本实施例在车体1上同时设置了两根夹持杆，并且该两根夹持杆可在车体1表面上进行相对或相向运动。比如，可在车体1中间开设沿水平横向或纵向的滑动轨道，然后将两根夹持杆均设置在该滑动轨道上，当两根夹持杆沿着滑动轨道相中心移动时，即可顺利将工作钻杆2夹紧，反之两根夹持杆相向运动时，即可将工作钻杆2放松。
另外，本实施例还在车体1的表面上架设有安装框架8，该安装框架8上设置有稳定油缸9和下压油缸10。其中，稳定油缸9可设置在安装框架8的顶部位置，并且朝向垂向方向。当稳定油缸9的伸缩杆垂向向上伸出时，可与隧道顶壁相抵接，从而将安装框架8稳固在车体1表面上。而下压油缸10也可设置于安装框架8的顶部位置，不过下压油缸10的伸出方向垂直向下。当下压油缸10向下伸出伸缩杆时，可带动工作钻杆2下行，以使工作钻杆2在开始作业前稳定、精确地接触到地面。
进一步的，本实施例还在安装框架8的两侧侧壁上设置了滑轨11，该滑轨11朝向垂向方向延伸，同时在两侧滑轨11之间连接有横梁12，如此横梁12即可在滑轨11上进行垂向升降。并且，下压油缸10的伸缩杆的末端可连接在该横梁12上，通过伸缩同步带动横梁12进行出垂向升降。同时，驱动机构4也可设置在横梁12上，如此，通过下压油缸10的伸缩可同时带动驱动机构4和工作钻杆2进行升降——当在安装接续钻杆21时，为方便操作，可通过下压油缸10对横梁12和驱动机构4进行适当上移，留出接续钻杆21和工作钻杆2之间的对接操作空间。
在关于驱动机构4的一种优选实施方式中，该驱动机构4主要包括驱动电机13和传动组件14。其中，该驱动电机13可设置在车体1上，或者放置在地面等位置，当然也可以集成安装在横梁12上，具体可为液压马达等。传动组件14安装在横梁12上，主要作为驱动机构4与工作钻杆2之间的动力传递链，可将驱动电机13的输出通过特定传动系(比如齿轮传动系等)转化为工作钻杆2的旋转进给运动。
在关于冲击破岩机构3的一种优选实施方式中，该冲击破岩机构3主要包括冲击破岩盘301、连接盘302和支腿法兰303。其中，冲击破岩盘301位于底部位置，而连接盘302位于顶部位置，两者之间通过支腿法兰303连接。具体的，冲击破岩盘301上主要用于冲击、破碎地面，而连接盘302主要用于与工作钻杆2的底端形成可拆卸连接。支腿法兰303连接在两者之间，起到加固和稳定作用。
进一步的，为提高冲击破岩盘301的掘进钻孔能力，本实施例在冲击破岩盘301的底面上嵌设了若干个潜孔锤15，各个潜孔锤15可进行垂向冲击运动，开凿地面，同时可在冲击破岩盘301的旋转运动下同步旋转(仅公转)。
另外，考虑到冲击破岩机构3的钻孔掘进能力较强，其产生碎渣的速率很快，为避免碎渣干扰冲击破岩机构3的正常运行，需要及时将碎渣进行清理。针对此，本实施例在冲击破岩机构3的外部包裹了一层密封箱体17，在该密封箱体17内开设有储渣仓18，同时在冲击破岩盘301的底面上开设有若干个吸渣孔16，可用于通过负压吸引吸收钻孔掘进过程中产生的碎渣。该吸渣孔16与储渣仓18连通，可将吸收的碎渣运输至储渣仓18进行暂存。
进一步的，为方便清理除渣仓中的残渣以及保持吸渣通道通常，本实施例还在车体1上设置了吸渣设备19和吸渣泵20，同时在储渣仓18上开设了两个出渣口，其中一个出渣口与冲击破岩盘301上的吸渣口相通，在掘进过程中，吸渣泵20通过该出渣口与储渣仓18相连，而在接杆时停止掘进，此时吸渣设备19通过另一个出渣口与储渣仓18相连，同时清理碎渣。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，包括可移动的车体(1)、立设于所述车体(1)上的工作钻杆(2)、可拆卸地连接于所述工作钻杆(2)底端的冲击破岩机构(3)、设置于所述车体(1)上并用于夹持所述工作钻杆(2)顶端以驱动其进给的驱动机构(4)、可移动地设置于所述车体(1)表面上并用于在所述工作钻杆(2)进给结束后将其顶端夹紧的若干根夹紧杆(5)、设置于所述车体(1)表面上并用于运输接续钻杆(21)的运输带(6)，以及设置于所述车体(1)上、用于在所述工作钻杆(2)进给结束后将所述运输带(6)上的接续钻杆(5)水平传递至所述驱动机构(4)底部的机械臂(7)。
2.根据权利要求1所述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述运输带(6)呈环状，且其上顺序搭载有若干个垂直立设的所述接续钻杆(21)。
3.根据权利要求2所述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述机械臂(7)可伸缩地设置于所述车体(1)表面上，且所述机械臂(7)的夹持端正对所述运输带(6)上的预设转运位置。
4.根据权利要求3所述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述夹持杆(5)在所述车体(1)上同时设置有两根，且所述夹持杆(5)可在所述车体(1)表面上相对或相向运动。
5.根据权利要求4所述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述车体(1)的表面上架设有安装框架(8)，所述安装框架(8)上立设有用于压紧隧道顶壁的稳定油缸(9)和用于驱动所述工作钻杆(2)下行至掘进地面的下压油缸(10)。
6.根据权利要求5所述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述安装框架(2)的两侧壁上设置有沿垂向延伸的滑轨(11)，且两侧所述滑轨(11)之间可滑动地设置有横梁(12)，所述下压油缸(10)用于驱动所述横梁(12)在所述滑轨(11)上垂向升降，且所述驱动机构(4)设置于所述横梁(12)上。
7.根据权利要求6述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述驱动机构(4)包括设置于所述车体(1)上的驱动电机(13)，以及安装于所述横梁(12)上、用于将所述驱动电机(13)的动力转化为所述工作钻杆(2)的旋转进给运动的传动组件(14)。
8.根据权利要求7述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述冲击破岩机构(3)包括冲击破岩盘(301)、设置于所述冲击破岩盘(301)上并用于与所述工作钻杆(2)的底端可拆卸连接的连接盘(302)，以及连接在所述冲击破岩盘(301)的表面和所述连接盘(302)底面的支腿法兰(303)。
9.根据权利要求8述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述冲击破岩盘(301)的底面上嵌设有若干个潜孔锤(15)和若干个用于通过负压吸引吸收掘进过程中产生的碎渣的吸渣孔(16)。
10.根据权利要求9述的适用于硬岩地层的低净空立井掘进设备，其特征在于，所述冲击破岩机构(3)的外部包裹有密封箱体(17)，所述密封箱体(7)内开设有储渣仓(18)，所述吸渣孔(16)与所述储渣仓(18)连通；所述车体(1)上设置有吸渣设备(19)和吸渣泵(20)，且所述吸渣设备(19)与所述吸渣泵(20)分别与所述储渣仓(18)上的不同出渣口连通。
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