CN109763765A - 一种下沉法摆动式竖井掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种下沉法摆动式竖井掘进机，其包括掘进机构和设置在地面上的用于提放掘进机构的动力提升机构、用于将竖井内在掘进机构破土后产生的泥浆提升排出并进行处理的渣浆分离机构以及用于控制上述各个机构运行的操作控制系统；所述的掘进机构包括掘进机架、钻臂、用于带动钻臂作旋转运动的主驱动装置、钻具、带动钻具作旋转运动的副驱动装置，主驱动装置安装在掘进机架上，主驱动装置输出端连接在钻臂上；钻臂上安装至少两个副驱动装置，每个副驱动装置输出端与钻具连接。本发明占地空间小，生产周期短，自动化程度高，安全性高，能够实现竖井全断面掘进，满足土及软岩等多种复杂地层。

Description

一种下沉法摆动式竖井掘进机

技术领域

本发明涉及竖井掘进施工机械设备技术领域，尤其是涉及一种下沉法摆动式竖井掘进机。

背景技术

随着国民经济的发展，近年来城市轨道交通建设和城市地下管廊建设发展迅猛。在地下工程建造，比如盾构始发接受竖井、采矿竖井、隧道通风竖井、地下防御工事竖井、地下停车场、矿山巷道、交通隧道等地下工程建设中，为了保证施工的顺利进行，需要开凿用于运输物资及通风的竖井。竖井的上端连通地面，竖井的下端连通巷道或者隧道。竖井掘进是由地面垂直向下挖掘竖井(又称立井)的施工过程。目前的竖向地下空间施工中，大多采用传统的人工基坑支护与挖掘方法，即人工在井底开挖，边开挖边制作井壁或下沉井壁进行支护，这种施工方法存在的缺点是开挖土速度慢，机械化程度低，施工周期长，施工成本高，施工人员安全性低，风险大，因此迫切需要一种适合城市地下空间开发的下沉法竖井施工装备。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种自动化程度高、安全性高的下沉法摆动式竖井掘进机。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种下沉法摆动式竖井掘进机，其包括掘进机构和设置在地面上的用于提放掘进机构的动力提升机构、用于将竖井内在掘进机构破土后产生的泥浆提升排出并进行处理的渣浆分离机构以及用于控制上述各个机构运行的操作控制系统；所述的掘进机构包括掘进机架、钻臂、用于带动钻臂作旋转运动的主驱动装置、钻具、带动钻具作旋转运动的副驱动装置，主驱动装置包括外壳体、第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸，外壳体内安装有同轴心的传动轴，传动轴上、下部与外壳体内壁均通过轴承连接，且传动轴下部伸出外壳体，位于外壳体外部的传动轴上套装有连接板，第一液压缸、第二液压缸呈八字形转动连接在掘进机架上，且二者的活塞杆端部转动连接在连接板上，第三液压缸、第四液压缸呈八字形转动连接在连接板外端部，且二者的活塞杆端部转动连接在钻臂上；钻臂上安装至少两个副驱动装置；每个副驱动装置包括外箱体、以及安装在外箱体内的副驱动电机和齿轮箱，外箱体固定安装在钻臂上，副驱动电机的输出轴与齿轮箱内的主动齿轮连接，齿轮箱内与主动齿轮啮合的从动齿轮下部延伸出外箱体外，且此延伸部与钻具连接。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其掘进机架为多臂式掘进机架，包括中间架、边梁、卡块和导向轮，中间架的外侧面间隔均匀拆卸式连接有若干个呈放射状布置的边梁，且每相邻边梁之间的夹角均相同，若干个边梁的末端均固定有卡块，卡块外侧面安装有导向轮A。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其钻臂包括中部具有空腔的安装座，安装座上端与主驱动装置的传动轴转动连接，安装座外侧面呈放射状均布有至少两根支撑臂，第三液压缸、第四液压缸的活塞杆端部转动连接在其中一根支撑臂上。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其钻臂的每根支撑臂均为固定一体式结构，每根支撑臂上均沿其长度方向间隔安装有若干个副驱动装置，每个副驱动装置连接有位于支撑臂下方的钻具。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其钻臂的每根支撑臂均为伸缩式结构，每根支撑臂的外端部均安装有一副驱动装置，副驱动装置连接有位于支撑臂下方的钻具。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其钻具包括刀盘和刀具，刀盘由连接环和三个辐条支臂组成，连接环的上端与副驱动装置中的延伸部固定连接，三个辐条支臂沿连接环中心在其外圆周面上呈放射状均匀分布，每个辐条支臂底面外边缘处安装有一个刀具，或沿辐条支臂长度方向安装有两个及以上刀具且其中一个刀具位于辐条支臂底面外边缘处。

进一步的，上述的钻臂为伸缩式结构时，每个刀盘的直径小于等于切割断面的半径。

进一步的，上述的钻臂为固定一体式结构时，多个刀盘直径之和大于等于切割面的直径。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其多个刀盘的位置和尺寸满足竖井切割断面的全覆盖掘进。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其动力提升机构为提升机，提升机包括多个提升架，多个提升架分别一一对应于掘进机架的边梁布置，其中第一提升架上安装有提升滚筒、以及为提升滚筒旋转提供动力的马达，所述提升滚筒上沿提升滚筒中心轴线方向缠绕有若干根与掘进机架的边梁数量相同的钢丝绳，每根钢丝绳对应绕过提升滚筒上的每个绳槽；每个提升架上均安装有两个定滑轮A，提升滚筒上缠绕的第一根钢丝绳绕过两个定滑轮A与相对应的掘进机架的边梁顶部设置的动滑轮相连接，其余的每根钢丝绳分别依次绕过定滑轮B、多个导向轮B、另一个定滑轮B后，再绕过相应的提升架上安装的定滑轮A与相对应的掘进机架的边梁顶部设置的动滑轮相连接。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其动力提升机构包括多台结构相同的同步绞车系统，同步绞车系统分别一一对应于掘进机架的边梁布置，边梁的上部均安装有动滑轮，每台同步绞车系统由同步绞车、钢丝绳和提升架组成，提升架上水平方向布置有两个定滑轮A，钢丝绳的一端缠绕在同步绞车的滚筒上，另一端依次绕过两个定滑轮A后与掘进机架的边梁上相应的动滑轮连接，在滚筒的一侧设有为滚筒提供动力的电机。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其渣浆分离机构包括渣浆泵、泥浆管路和泥水分离设备，渣浆泵的出口端通过排浆管与地面上的泥水分离设备连接，渣浆泵固定安装在主驱动装置的外壳体的上部，泥浆管路的上端通过第一回转接头与渣浆泵的吸浆口连接，泥浆管路的下端依次穿过主驱动装置的外壳体、钻臂具有空腔的安装座后连接三通接头的一端，三通接头的另外两端分别连接有分支管路，副驱动装置的外箱体顶部安装有第二回转接头，分支管路的下端通过第二回转接头与副驱动装置的外箱体内的连接管一端连接，连接管另一端穿过副驱动装置的外箱体、钻具的连接环后连接多通接头的一端，多通接头的其余各端分别连接有分流管路，分流管路的下端与三个辐条支臂下部的吸渣口连通。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其还包括用于提放管片并将之安装在竖井内壁的若干个管片吊装装置，若干个管片吊装装置在地面上沿竖井圆周方向间隔均匀分布，管片吊装装置包括穿芯液压缸、放线盘和控制系统，放线盘上缠绕有钢绞线，钢绞线一端与穿芯液压缸的活塞杆连接，另一端穿过穿芯液压缸与竖井井壁最下部的管片的刃脚相连并通过锚板连接锁紧；穿芯液压缸的安装座一侧下部安装有激光测距仪，管片上部内侧安装有倾斜传感器，穿芯液压缸、激光测距仪、倾斜传感器均与控制系统通过导线连接。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其管片表面还固定安装有滑槽式抗扭矩装置，滑槽式抗扭矩装置包括导向滑槽，导向滑槽的横截面呈U形，导向滑槽通过螺栓固定在竖井井壁的管片上，导向滑槽两侧臂下端之间设有挡臂，导向滑槽两侧臂上端均设有向外扩的引导臂，两引导臂之间呈倒八字形，导向滑槽的上部边缘处设有位置传感器，导向滑槽的上部后端设有卡板，卡板底面外端与导向滑槽上端面形成台阶状，卡板通过此台阶部与管片上的螺母板卡接。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该下沉法摆动式竖井掘进机，其结构简单，设计合理，设备尺寸紧凑，占地空间小，生产周期短，掘进机架为拆卸式组装结构，便于运输，自动化程度高，安全性高，能够满足土及软岩等多种复杂地层。

该下沉法摆动式竖井掘进机，其主驱动装置通过第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸活塞杆的伸缩来实现钻臂的±90°旋转，即可实现全断面掘进，无需全回转，省去了复杂的旋转接头，同时钻臂上的副驱动装置带动钻具转动，通过钻臂与钻具的转动实现全断面掘进，钻臂与钻具的转速、转向均可调节，适用于不同的地质条件，钻臂与钻具同时旋转的破岩原理使钻具运动速度、切割方向均为可变，运动轨迹和刀间距均可调整，通过钻具的刀片形成破碎网，钻具在运动过程中不断转变运动方向，无一定的切刃，因此不易附着粘结物，及时附着了也能不断刮落，钻具运行轨迹不相重合，重复破碎率低，不易产生粉状岩渣，造成高粘度泥浆。

该下沉法摆动式竖井掘进机，其刀盘面积为全断面刀盘一半甚至更小，能够实现小功率、轻量化设计，制造成本低，不需要很大的起吊设备，占用场地面积小，方便运输，利于城市狭窄空间的施工，安装拆卸方便，减少准备及转场时间，提高有效使用效率。

该下沉法摆动式竖井掘进机，其通过在钻具上设置泥浆管路，渣浆泵通过泥浆管路将掘进所产生的泥渣输送到地面上的泥浆分离设备，分离出来的水可以继续注入井内，循环利用，节约水资源。

该下沉法摆动式竖井掘进机，其通过安装滑槽式抗扭矩装置，利用导向滑槽的上部的倒八字形扩口，便于边梁末端的卡块通过导向轮在导向滑槽内上下滑动控制掘进机构在上下固定方向运动，设置的导向轮减小了掘进机架与导向滑槽的摩擦阻力，钻井过程中通过掘进机架将扭矩传递到滑槽式抗扭矩装置，为掘进机机架提供支反力，同时在导向滑槽的上部边缘处设置位置传感器在导向滑槽的下部设置挡板，用于控制掘进行程。

附图说明

图1是本发明下沉法摆动式竖井掘进机的结构示意图；

图2是图1中的掘进机构的结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图；

图4是图1中的掘进机架的结构示意图；

图5是图1中的主驱动装置的立体结构示意图；

图6是图1中的主驱动装置的结构示意图；

图7是图6的A－A向剖视结构示意图；

图8是图1中的副驱动装置的结构示意图；

图9是图1中的钻臂与钻具的结构示意图；

图10是图9中的钻具的俯视结构示意图；

图11是本发明支撑臂为一体式结构时，多个刀盘直径之和等于切割断面直径的实施例之一的示意图；

图12是本发明支撑臂为一体式结构时，多个刀盘直径之和等于切割断面直径的实施例之二的示意图；

图13是本发明支撑臂为一体式结构时，多个刀盘直径之和等于切割断面直径的实施例之三的示意图；

图14是本发明支撑臂为一体式结构时，多个刀盘直径之和大于切割断面直径的实施例的示意图；

图15是本发明支撑臂为伸缩式时，刀盘直径小于切割断面半径的结构示意图；

图16是图1中的动力提升机构实施例之一的结构示意图；

图17是图16的D－D向剖视结构示意图；

图18是图1中的动力提升机构实施例之二的结构示意图；

图19是图1中的渣浆分离机构的结构示意图；

图20是图1中的管片吊装装置的结构示意图；

图21是滑槽式抗扭矩装置的结构示意图；

图22是图21的侧视结构示意图；

图23是掘进机架滑动在滑槽式抗扭矩装置中的结构示意图；

图中：1－动力提升机构；2－掘进机架；3－管片；4－主驱动装置；5－钻臂；5.1－支撑臂；6－副驱动装置；6.1－外箱体；6.2－从动齿轮；6.3－延伸部；6.4－主动齿轮；6.5－副驱动电机；7－钻具；7.1－刀盘；8－渣浆泵；9－泥水分离设备；10－泥浆管路；11－刀具；12－滑槽式抗扭矩装置；13－边梁；14－中间架；15－卡块；16－外壳体；17－第一液压缸；18－第二液压缸；19－第三液压缸；20－连接板；21－第四液压缸；22－传动轴；23－刀具；24－辐条支臂；25－提升架；26－定滑轮B；27－定滑轮A；28－提升滚筒；29－导向轮B；30－动滑轮；31－滑轮支架；32－钢丝绳；33－同步绞车；34－排浆管；35－吸渣口；36－穿芯液压缸；37－倾斜传感器；38－刃脚；39－放线盘；40－钢绞线；41－安装座；42－激光测距仪；43－引导臂；44－导向滑槽；45－挡臂；46－卡板；47－导向轮A；48－连接座；49－铰接座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1～23所示，该下沉法摆动式竖井掘进机，其包括掘进机构和设置在地面上的用于提放掘进机构的动力提升机构1、用于将竖井内在掘进机构破土后的泥浆提升排出并进行处理的渣浆分离机构以及用于控制上述机构运行的操作控制系统；所述的掘进机构包括掘进机架2、钻臂5、用于带动钻臂作旋转运动的主驱动装置4、钻具7、带动钻具作旋转运动的副驱动装置6，主驱动装置包括外壳体16、第一液压缸17、第二液压缸18、第三液压缸19和第四液压缸21，外壳体内安装有同轴心的传动轴22，传动轴上、下部与外壳体16内壁均通过轴承连接，且传动轴下部伸出外壳体，位于外壳体外部的传动轴上套装有连接板20，第一液压缸17、第二液压缸18的缸筒分别与两连接座48铰接，两连接座固定安装在竖井掘进机的机架上，使第一液压缸17、第二液压缸18呈八字形转动连接在掘进机架2上，且二者的活塞杆端部铰接在连接板20上，第三液压缸19、第四液压缸21的缸筒呈八字形分别铰接在连接板20两外端部，且二者的活塞杆端部通过铰接座49转动连接在钻臂5上；钻臂上安装至少两个副驱动装置6；每个副驱动装置包括外箱体6.1、以及安装在外箱体内的副驱动电机6.5和齿轮箱，外箱体固定安装在钻臂上，副驱动电机的输出轴与齿轮箱内的主动齿轮6.4连接，齿轮箱内与主动齿轮啮合的从动齿轮6.2下部延伸出外箱体外，且此延伸部6.3与钻具7连接。

上述的掘进机架2为多臂式掘进机架，包括中间架14、边梁13和卡块15，中间架为正多边形结构，中间架14的外侧面间隔均匀拆卸式连接有若干个呈放射状布置的边梁13，且每相邻边梁之间的夹角均相同，若干个边梁的末端均固定有卡块15，卡块外侧面安装有导向轮A 47 。

上述的钻臂5包括中部具有空腔的安装座，安装座上端与主驱动装置4的传动轴22转动连接，安装座外侧面呈放射状均布有至少两根支撑臂5.1，第三液压缸19、第四液压缸21的活塞杆端部通过铰接座49转动连接在其中一根支撑臂上。

上述的钻臂5的每根支撑臂5.1均为固定一体式结构，每根支撑臂上均沿其长度方向间隔安装有若干个副驱动装置6，每个副驱动装置连接有位于支撑臂5.1下方的钻具7。

上述的钻臂5的每根支撑臂均为伸缩式结构，每根支撑臂的外端部均安装有一副驱动装置6，副驱动装置连接有位于支撑臂5.1下方的钻具7。

上述的钻臂5的安装座底部也可以安装有一个副驱动装置6，如图12所示。

上述的钻具7包括刀盘7.1和刀具11，刀盘由连接环和三个辐条支臂24组成，连接环的上端与副驱动装置中的延伸部固定连接，三个辐条支臂沿连接环中心在其外圆周面上呈放射状均匀分布，每个辐条支臂底面外边缘处安装有一个刀具，或沿辐条支臂长度方向安装有两个及以上刀具11且其中一个刀具位于辐条支臂底面外边缘处11。

上述的钻臂为伸缩式结构时，钻具7的每个刀盘的直径小于等于切割断面的半径。

上述的钻臂为固定一体式结构时，各个钻具7的多个刀盘直径之和大于等于切割面的直径。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其多个刀盘的位置和尺寸满足竖井切割断面的全覆盖掘进。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其动力提升机构为提升机，提升机包括多个提升架25，多个提升架分别一一对应于掘进机架2的边梁13布置，其中第一提升架上安装有提升滚筒28、以及为滚筒旋转提供动力的马达，所述提升滚筒上沿提升滚筒中心轴线方向缠绕有若干根与掘进机架的边梁数量相同的钢丝绳，每根钢丝绳对应绕过提升滚筒上的每个绳槽；每个提升架上均安装有两个定滑轮A 27，提升滚筒上缠绕的第一根钢丝绳32绕过两个定滑轮A与相对应的掘进机架的边梁顶部设置的动滑轮30相连接，其余的每根钢丝绳分别依次绕过定滑轮B 26、多个导向轮B 28、另一个定滑轮B 26后，再绕过相应的提升架上安装的定滑轮A 27与相对应的掘进机架的边梁顶部设置的动滑轮30相连接，上述的多个定滑轮B、多个导向轮B分别安装在相应的滑轮支架31上，通过滑轮支架固定在地面上，且能够自由转动。

结合图16、17可知，上述的动力提升机构在工作时，提升滚筒28上缠绕的第一根钢丝绳绕过A处的第一提升架上的两个定滑轮A 27到达动滑轮30；第二根钢丝绳从提升滚筒出发先经过一个定滑轮B 26，钢丝绳的方向由竖直改为水平，然后经过多个导向轮B 28，到达另一个定滑轮B 26，通过此定滑轮B使第二根钢丝绳的方向由水平改为竖直，再经由位于B处的第二提升架上布置的2个定滑轮A 27到达动滑轮30；第三根钢丝绳与第二根钢丝绳原理相同，经由位于C处的第三提升架上布置的2个定滑轮A 27到达动滑轮30；在需要提升或下放掘进机构时，通过提升滚筒28旋转来实现动滑轮30的升降，从而实现掘进机构的升降，由于A、B、C三点通过同一提升滚筒实现升降，同步性较好，钢丝绳下放长度不会出现偏差，因此，掘进机构不会出现高低不平，而且由于只需要一台提升机，大大降低了成本。

所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其动力提升机构的另一种结构包括多台同步绞车系统，多台同步绞车系统分别一一对应于掘进机架2的边梁13布置，边梁的上部均安装有动滑轮30，同步绞车系统由同步绞车33、钢丝绳32和提升架组成，同步绞车一侧设置的提升架上水平方向布置有两个定滑轮A 27，两个定滑轮A分别安装在提升架上部两端的滑轮安装座上，钢丝绳的一端缠绕在同步绞车的滚筒上，另一端依次绕过两个定滑轮A 27后与掘进机架2的边梁13上相应的动滑轮30连接，在滚筒的一侧设有为滚筒提供动力的电机。

结合附图18可知，上述动力提升机构在工作时，每根钢丝绳32一端缠绕在每台同步绞车33的滚筒上，另一端分别绕过相应的提升架上水平设置的两个定滑轮A 27，使钢丝绳32的方向由水平改为竖直，与相应的掘进机架2的边梁13上部的动滑轮30连接，启动多台同步绞车33，使多根钢丝绳32同时收紧或下放，实现掘进机构的平稳升降，保证作业的安全性。

如图19所示，所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其渣浆分离机构包括渣浆泵8、泥浆管路10和泥水分离设备9，渣浆泵8的出口端通过排浆管25与地面上的泥水分离设备9连接，渣浆泵8固定安装在主驱动装置4的外壳体的上部，泥浆管路10的上端通过第一回转接头与渣浆泵8的吸浆口连接，泥浆管路的下端依次穿过主驱动装置4的外壳体、钻臂5具有空腔的安装座后连接三通接头的一端，三通接头的另外两端分别连接有分支管路，副驱动装置6的外箱体顶部安装有第二回转接头，分支管路的下端通过第二回转接头与副驱动装置的外箱体内的连接管一端连接，连接管另一端穿过副驱动装置6的外箱体、钻具7的连接环后连接多通接头的一端，多通接头的其余各端分别连接有分流管路，分流管路的下端与三个辐条支臂24下部的吸渣口35相连通。

钻具7在副驱动装置6的带动下旋转掘进，吸渣口35也随之旋转，掘进产生的泥渣、岩屑与注入井内的水在钻具的搅动下形成泥浆液，在渣浆泵8的作用下，钻具下部的多个吸渣口同时开始吸渣，覆盖竖井半径内的所有渣量，泥浆由钻具下部的多个吸渣口依次经分流管路、连接管、第二回转接头、分支管路、三通接头进入泥浆管路10，再通过第一回转接头、渣浆泵8、排浆管25进入地面上的泥水分离设备中进行处理；当钻进到一定深度后，利用气举方式进行洗井排渣，即停止渣浆泵8运行或直接将其拆除，在排浆管25中注入压缩空气，降低泥浆管路10内泥浆的密度，使泥浆管路内外形成压差，将泥浆提升到洞外，经分离沉淀后泥水返回井内循环使用，在泥浆不断的搅动过程中能够及时起到平衡竖井周围水压作用。

如图20所示，所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其还包括用于提放管片并将之安装在竖井内壁的若干个管片吊装装置，若干个管片吊装装置在地面上沿竖井圆周方向间隔均匀分布，管片吊装装置包括穿芯液压缸36、放线盘39和控制系统，放线盘上缠绕有钢绞线40，钢绞线一端与穿芯液压缸的活塞杆连接，另一端穿过穿芯液压缸与竖井井壁最下部的管片3的刃脚38相连，且钢绞线位于穿芯液压缸内的首末两端分别通过上、下锚板连接锁紧；穿芯液压缸的安装座41一侧下部安装有激光测距仪42，激光测距仪用于测量管片的提放距离，管片上部内侧安装有倾斜传感器37，倾斜传感器用于测量管片提放时的倾斜角度，穿芯液压缸、激光测距仪、倾斜传感器与控制系统通过导线连接。管片吊装装置能够有效的防止竖井内壁上的管片出现下沉过快、突沉、倾斜和超沉等突发问题，很好的满足现场施工要求。

每个管片提放装置中，激光测距仪42采集的测量数据、倾斜传感器37采集的检测数据发送至控制系统中，控制系统通过分析处理对比各个管片3提放距离和倾斜角度，控制穿芯液压缸36工作，根据需要锁定/松开钢绞线40完成管片提放，调整竖井管片的下放姿态，控制竖井管片的下沉，保证沉井工作的安全。每次竖井管片提放到位后，激光测距仪数据重新校对清零，倾斜传感器重新安装于最上部竖井管片上以继续进行测倾斜角度的测量。

钢绞线随竖井管片进入已开挖的竖井中，竖井完成后仍然留在井内，不再回收重复利用。

上述的每个管片吊装装置实现一个循环的竖井管片提放步骤如下：

步骤1、在管片3提放前，锁紧钢绞线40的上、下锚板均处于锁紧状态，穿芯液压缸36为回缩状态，开始提放，下锚板不动作处于锁紧状态，上锚板松开；步骤2、穿芯液压缸的活塞杆伸出，上锚板随活塞杆整体上移一个提放行程；步骤3、上锚板锁紧钢绞线；步骤4、下锚板松开钢绞线；步骤5、下锚板松开钢绞线，穿芯液压缸的活塞杆收回，完成此循环管片提放工作。需继续提放管片就开始新的循环。

如图21、22、23所示，所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其管片表面还固定安装有滑槽式抗扭矩装置，滑槽式抗扭矩装置包括导向滑槽44，导向滑槽的横截面呈U形，导向滑槽通过螺栓固定在竖井井壁的管片3上，掘进机架2的卡块外侧面的导向轮A 47滑动装配在导向滑槽内，导向滑槽两侧臂下端之间设有挡臂45，导向滑槽两侧臂上端均设有向外扩的引导臂43，两引导臂之间呈倒八字形，导向滑槽的上部边缘处设有位置传感器，导向滑槽的上部后端设有卡板46，卡板底面外端与导向滑槽上端面形成台阶状，卡板通过此台阶部与管片上的螺母板卡接。

掘进机架2端部的卡块滑动设置在导向滑槽44内，起到左右限位作用，同时为钻井时的掘进机提供反扭矩，该反扭矩通过导向滑槽44传递到竖井井壁上，在导向滑槽44上、下两端分别设置位置传感器和挡臂45，双重保护来控制沉井掘进机的掘进行程，既安全可靠地保证了设备的正常运行，又为操作室进入下一步工序提供有力依据。利用管片表面安装的滑槽式抗扭矩装置能够使掘进机架2经由导向轮A 47沿导向滑槽向下滑动，一方面起到导向作用，另一方面能够防止掘进机架转动。

下面描述本发明下沉法摆动式竖井掘进机的工作过程。

首先，利用多个管片吊装装置分别将多个管片下放至竖井内壁上形成最底层环形管片组，利用起吊装置将多个环形管片组依次下放在最底层环形管片组上，下放完成后形成对整个竖井内壁的围护；然后，在竖井内壁上安装多个分布均匀的滑槽式抗扭矩装置，再利用动力提升机构将掘进机构放入竖井内，掘进机构经由掘进机架上的导向轮在滑槽式抗扭矩装置内向下滑动竖井底部；然后，启动主驱动装置4、副驱动装置6，副驱动装置6的驱动电机6.5的动力通过输出轴传递至末端的主动齿轮6.4，再通过主动齿轮与从动齿轮6.2的啮合带动钻具7旋转运动；第三液压缸19、第二液压缸18的无杆腔进油，活塞杆伸出，推动钻臂2和连接板20绕着竖井中心顺时针转动，同时第一液压缸17、第四液压缸21的有杆腔进油，活塞杆收缩，当钻臂2顺时针转动角度等于90度时，切割完成整个断面的一半；此时第一液压缸17、第四液压缸21的无杆腔进油，活塞杆伸出，推动钻臂和连接板绕着竖井中心逆时针转动，同时第三液压缸19、第二液压缸18的有杆腔进油，活塞杆收缩，钻臂转动回到起始位置，继续逆时针旋转，当旋转角度等于-90°时，完成一次全断面切割；循环重复进行上述步骤，即可实现对竖井的全断面切割。

上述的钻臂旋转也可以从-90°位置开始旋转，到达90°位置，完成全断面切割。为了保证断面切割完整，钻臂的旋转角度也可以是-95°到95°。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的专利保护范围之内。

Claims (14)

1.一种下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其包括掘进机构和设置在地面上的用于提放掘进机构的动力提升机构、用于将竖井内在掘进机构破土后产生的泥浆提升排出并进行处理的渣浆分离机构以及用于控制上述各个机构运行的操作控制系统；所述的掘进机构包括掘进机架、钻臂、用于带动钻臂作旋转运动的主驱动装置、钻具、带动钻具作旋转运动的副驱动装置，主驱动装置包括外壳体、第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸，外壳体内安装有同轴心的传动轴，传动轴上、下部与外壳体内壁均通过轴承连接，且传动轴下部伸出外壳体，位于外壳体外部的传动轴上套装有连接板，第一液压缸、第二液压缸呈八字形转动连接在掘进机架上，且二者的活塞杆端部转动连接在连接板上，第三液压缸、第四液压缸呈八字形转动连接在连接板外端部，且二者的活塞杆端部转动连接在钻臂上；钻臂上安装至少两个副驱动装置；每个副驱动装置包括外箱体、以及安装在外箱体内的副驱动电机和齿轮箱，外箱体固定安装在钻臂上，副驱动电机的输出轴与齿轮箱内的主动齿轮连接，齿轮箱内与主动齿轮啮合的从动齿轮下部延伸出外箱体外，且此延伸部与钻具连接。

2.根据权利要求1所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其掘进机架为多臂式掘进机架，包括中间架、边梁、卡块和导向轮，中间架的外侧面间隔均匀拆卸式连接有若干个呈放射状布置的边梁，且每相邻边梁之间的夹角均相同，若干个边梁的末端均固定有卡块，卡块外侧面安装有导向轮A。

3.根据权利要求1所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其钻臂包括中部具有空腔的安装座，安装座上端与主驱动装置的传动轴转动连接，安装座外侧面呈放射状均布有至少两根支撑臂，第三液压缸、第四液压缸的活塞杆端部转动连接在其中一根支撑臂上。

4.根据权利要求3所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其钻臂的每根支撑臂均为固定一体式结构，每根支撑臂上均沿其长度方向间隔安装有若干个副驱动装置，每个副驱动装置连接有位于支撑臂下方的钻具。

5.根据权利要求3所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其钻臂的每根支撑臂均为伸缩式结构，每根支撑臂的外端部均安装有一副驱动装置，副驱动装置连接有位于支撑臂下方的钻具。

6.根据权利要求1所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其钻具包括刀盘和刀具，刀盘由连接环和三个辐条支臂组成，连接环的上端与副驱动装置中的延伸部固定连接，三个辐条支臂沿连接环中心在其外圆周面上呈放射状均匀分布，每个辐条支臂底面外边缘处安装有一个刀具，或沿辐条支臂长度方向安装有两个及以上刀具且其中一个刀具位于辐条支臂底面外边缘处。

7.根据权利要求3、5或6所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其钻臂为伸缩式结构时，每个刀盘的直径小于等于切割断面的半径。

8.根据权利要求3、4或6所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其钻臂为固定一体式结构时，多个刀盘直径之和大于等于切割面的直径。

9.根据权利要求6所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其多个刀盘的位置和尺寸满足竖井切割断面的全覆盖掘进。

10.根据权利要求1所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其动力提升机构为提升机，提升机包括多个提升架，多个提升架分别一一对应于掘进机架的边梁布置，其中第一提升架上安装有提升滚筒、以及为提升滚筒旋转提供动力的马达，所述提升滚筒上沿提升滚筒中心轴线方向缠绕有若干根与掘进机架的边梁数量相同的钢丝绳，每根钢丝绳对应绕过提升滚筒上的每个绳槽；每个提升架上均安装有两个定滑轮A，提升滚筒上缠绕的第一根钢丝绳绕过两个定滑轮A与相对应的掘进机架的边梁顶部设置的动滑轮相连接，其余的每根钢丝绳分别依次绕过定滑轮B、多个导向轮B、另一个定滑轮B后，再绕过相应的提升架上安装的定滑轮A与相对应的掘进机架的边梁顶部设置的动滑轮相连接。

11.根据权利要求1所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其动力提升机构包括多台结构相同的同步绞车系统，同步绞车系统分别一一对应于掘进机架的边梁布置，边梁的上部均安装有动滑轮，每台同步绞车系统由同步绞车、钢丝绳和提升架组成，提升架上水平方向布置有两个定滑轮A，钢丝绳的一端缠绕在同步绞车的滚筒上，另一端依次绕过两个定滑轮A后与掘进机架的边梁上相应的动滑轮连接，在滚筒的一侧设有为滚筒提供动力的电机。

12.根据权利要求1所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其渣浆分离机构包括渣浆泵、泥浆管路和泥水分离设备，渣浆泵的出口端通过排浆管与地面上的泥水分离设备连接，渣浆泵固定安装在主驱动装置的外壳体的上部，泥浆管路的上端通过第一回转接头与渣浆泵的吸浆口连接，泥浆管路的下端依次穿过主驱动装置的外壳体、钻臂具有空腔的安装座后连接三通接头的一端，三通接头的另外两端分别连接有分支管路，副驱动装置的外箱体顶部安装有第二回转接头，分支管路的下端通过第二回转接头与副驱动装置的外箱体内的连接管一端连接，连接管另一端穿过副驱动装置的外箱体、钻具的连接环后连接多通接头的一端，多通接头的其余各端分别连接有分流管路，分流管路的下端与三个辐条支臂下部的吸渣口连通。

13.根据权利要求1所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其还包括用于提放管片并将之安装在竖井内壁的若干个管片吊装装置，若干个管片吊装装置在地面上沿竖井圆周方向间隔均匀分布，管片吊装装置包括穿芯液压缸、放线盘和控制系统，放线盘上缠绕有钢绞线，钢绞线一端与穿芯液压缸的活塞杆连接，另一端穿过穿芯液压缸与竖井井壁最下部的管片的刃脚相连并通过锚板连接锁紧；穿芯液压缸的安装座一侧下部安装有激光测距仪，管片上部内侧安装有倾斜传感器，穿芯液压缸、激光测距仪、倾斜传感器均与控制系统通过导线连接。

14.根据权利要求2所述的下沉法摆动式竖井掘进机，其特征是：其管片表面还固定安装有滑槽式抗扭矩装置，滑槽式抗扭矩装置包括导向滑槽，导向滑槽的横截面呈U形，导向滑槽通过螺栓固定在竖井井壁的管片上，导向滑槽两侧臂下端之间设有挡臂，导向滑槽两侧臂上端均设有向外扩的引导臂，两引导臂之间呈倒八字形，导向滑槽的上部边缘处设有位置传感器，导向滑槽的上部后端设有卡板，卡板底面外端与导向滑槽上端面形成台阶状，卡板通过此台阶部与管片上的螺母板卡接。