CN110735661A - 一种煤矿坍塌巷道用顶管救援装备及救援方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供涉及矿山坍塌巷道救援技术领域，一种煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，机体和顶管可移动的安装在主顶机构轨道上，机体包括设置在机体前端的刀盘和驱动刀盘转动的刀盘驱动装置，所述顶管逐一首位对接形成顶管组，顶管组的头端抵接在机体的尾端，运料轨道布置在机体、若干个顶管以及主顶机构的外部，运料轨道由顶管处向巷道外部延伸设置，使得刀盘切削出的渣石通过刮板机输送至运渣车，并通过运渣车由运渣车轨道和运料轨道转运出巷道。该设备能够解决排渣效率差等问题。本发明还提供一种煤矿坍塌巷道用顶管救援救援方法。
Description
技术领域
本发明提供涉及矿山坍塌巷道救援技术领域，特别是煤矿巷道坍塌用救援用设备及方法。
背景技术
目前，我国矿山坍塌巷道救援方法主要有两种：一、人工清障，二、大孔径钻机，这两种掘进方法都有自身的局限性。
其一、人工清障方式是指人工借助振动锤、凿岩机等辅助工具，将坍塌的渣石进行破碎及清除，采用木梁支架等简易支护方式，对坍塌巷道进行支护，采用这种边清障、边支护的方式，实现在坍塌巷道中构建一条救援通道。
其二、国内矿山大直径钻孔工艺技术普遍采用回转钻进工艺方法，大直径救援孔需采用二次或多次扩孔快速钻进成孔方案，一般采用可以有效控制钻孔方向的组合钻具(直径φ150mm-200mm)完成先导孔，再根据地层条件、钻机能力、钻杆强度和排粉情况等一次或多次扩孔，使钻孔孔径达到φ600mm的成孔方案。
随着矿山机械化程度的发展，近年来顶管技术在矿山掘进施工中得到了应用，但是矿山坍塌巷道具有其特殊性，传统的小直径岩石顶管机采用泥水排渣方式，坍塌巷道岩体具有较大的缝隙，采用泥水排渣方式并不能实现有效的保压和泥渣输送，另一方面，土压平衡顶管机采用螺旋输送机排渣方式，螺旋输送机仅适用于在泥土地层或含有少部分渣石地层进行施工，并不能完成大粒径的岩石颗粒的输送，因此，传统的顶管机的排渣方式并不适用于坍塌巷道中施工。
专利“CN105201522A”介绍了一种土压平衡顶管机，采用螺旋输送机排渣方式，螺旋输送机整体尺寸较大，遇到前端突发情况，人员并不能进入到机头的内部完成突发情况的处理，同时，排出渣石的颗粒度较小，这种排渣方式限制了整机的掘进速度，并不适用于坍塌巷道救援。“CN105156117A”介绍了一种隧道救援顶管机，本专利采用敞开式顶管技术，没有专用的破岩及切削刀盘，并不能使用于坍塌岩巷中施工。“CN103161473A”介绍了一种泥水平衡顶管机刀盘驱动装置，刀盘采用环向电机布置方式，在中心通过实心的输出轴带动刀盘的旋转，这种结构形式只能采用泥水排渣方式，并不具备布置干式排渣装置的空间，由于坍塌巷道的岩石缝隙较大，泥水排渣方式并不能满足要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，该设备能够解决排渣效率差等问题。本发明还提供一种煤矿坍塌巷道用顶管救援救援方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在第一个技术方案中，一种煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，包括机体、若干个顶管、主顶机构、主顶机构轨道和运料轨道，其中机体和顶管可移动的安装在主顶机构轨道上，机体包括设置在机体前端的刀盘和驱动刀盘转动的刀盘驱动装置，所述顶管逐一首位对接形成顶管组，所述顶管组的头端抵接在机体的尾端，所述主顶机构的主顶动力端抵接在顶管组的尾端，以通过顶管推动机体沿着主顶机构轨道前移；
所述顶管内部的地面设有运渣车轨道，运渣车轨道两端分别位于顶管内以及主顶机构处，运渣车轨道上设有可移动的运渣车，所述顶管的内部还设有刮板机，该刮板机的进料端位于刀盘的后方，出料端位于运渣车轨道前端处，所述运料轨道布置在机体、若干个顶管以及主顶机构的外部，所述运料轨道由顶管处向巷道外部延伸设置，使得所述刀盘切削出的渣石通过刮板机输送至运渣车，并通过运渣车由运渣车轨道和运料轨道转运出巷道。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述顶管内设有用于驱动运渣车双向移动的两个机内绞车，其中一个机内绞车设置在运渣车轨道的前方，另一个机内绞车设置在主顶机构处。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述主顶机构轨道上设有若干个压管器，该压管器环状结构，机体和顶管设置在压管器内，以限制机体和顶管顶入方向的限位。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述机体包括刀盘以及连接在刀盘后方的管状模块机体，该模块机体上开设有可封闭的救援门。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述主顶机构的尾部设有支撑在地面的后支腿装置，以提供对主顶机构的支撑力。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述刀盘驱动装置包括刀盘驱动面板、大齿轮和至少两组动力组件，其中刀盘驱动面板前端设有刀盘安装位，刀盘驱动面板的后端连接在大齿轮的端面，所述动力组件的输出端具外套小齿轮，该小齿轮与大齿轮啮合并通过刀盘驱动面板驱动刀盘转动。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述动力组件的动力驱动装置为电机和两级标准型减速箱。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述刀盘后方具有中心人孔作为排渣孔，所述刮板机的前端设置在中心人孔处。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述顶管救援装备还包括电控设备及操作台，电控设备及操作台底部均安装履带式底盘。
在第二个技术方案中，一种煤矿坍塌巷道用顶管救援方法，使用第一个技术方案中所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，包括
布置：矿山巷道出现坍塌事故之后，将主顶机构快速运输到矿山坍塌事故发生地点，沿着坍塌巷道的方向布置主顶机构轨道，在主顶机构轨道上放置机体，机体沿着轨道方向进行顶进，在主顶装备后端放置电控设备、注浆设备，在顶管救援设备运输到位之后，在主顶机构侧面布置顶管运料轨道，顶管及运渣车通过运料轨道进行运输；
在布置完成后顶进运渣：刀盘通过刀盘驱动装置驱动转动，并通过主顶机构顶进，刀盘切削下的渣土通过刮板机将渣土输送到运渣车，运渣车收集刮板机的渣石，当运渣车装满之后将运渣车拉出，重新更换新的运渣车，将空的运渣车重新拉入到机体处，实现渣石的输送和运输；
救援：机体侧面具有侧向的救援门，顶进到位后，救援人员在内侧将救援仓门打开，被困人员通过救援门进入到机体内侧，实现被困人员的脱困和逃生。
使用本发明的有益效果是：
本发明表述是一种矿山坍塌巷道顶管救援装备，针对顶管救援装备组成、机头结构及排渣方式等提出了新方法，解决了现有坍塌巷道顶管掘进设备复杂、适用性差、无法排渣等难题。
顶管救援装备排渣系统选择刮板机和运渣车配套使用形式，与传统的皮带排渣、螺旋输送机排渣及泥水排渣方式相比，刮板输送机具有尺寸紧凑、能够排出渣石粒径更大、排渣效率更高等优点，因此，将其应用于坍塌岩体的排渣设备。
附图说明
图1为本发明煤矿坍塌巷道用顶管救援装备中顶管救援装备硐室布置图。
图2为本发明煤矿坍塌巷道用顶管救援装备中顶管救援装备机体结构示意图。
图3为本发明煤矿坍塌巷道用顶管救援装备中机体内部布置示意图。
图4为本发明煤矿坍塌巷道用顶管救援装备中机体传动系统示意图。
图5为本发明煤矿坍塌巷道用顶管救援装备中机体施工布置图。
附图标记包括：
1-机体，2-顶管，3-主顶机构，4-电控设备，5-注浆泵，6-救援门，7-刀盘，8-第二段模块机体，9-第三段模块机体，10-第四段模块机体，11-运渣车轨道，12-中心人孔，13-两级标准型减速箱，14-刮板机，15-机内绞车，16-运渣车，17-运输车，18-主顶机构轨道；19-压管器，20-后支腿装置，21-运料轨道，22-驱动电机，23-小齿轮，24-大齿轮，25-三排滚子轴承，26-刀盘驱动面板，27-旋转内套，28-Y型密封圈，29-泥浆搅拌器，30-泥浆槽，31-操作台。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
实施例1
如图1-图5所示，本实施例提出一种煤矿坍塌巷道用顶管2救援装备，包括机体1、若干个顶管2、主顶机构3、主顶机构轨道18和运料轨道21，其中机体1和顶管2可移动的安装在主顶机构轨道18上，机体1包括设置在机体1前端的刀盘7和驱动刀盘7转动的刀盘7驱动装置，顶管2逐一首位对接形成顶管2组，顶管2组的头端抵接在机体1的尾端，主顶机构3的主顶动力端抵接在顶管2组的尾端，以通过顶管2推动机体1沿着主顶机构轨道18前移；
顶管2内部的地面设有运渣车轨道11，运渣车轨道11两端分别位于顶管2内以及主顶机构3处，运渣车轨道11上设有可移动的运渣车16，顶管2的内部还设有刮板机14，该刮板机14的进料端位于刀盘7的后方，出料端位于运渣车轨道11前端处，运料轨道21布置在机体1、若干个顶管2以及主顶机构3的外部，运料轨道21由顶管2处向巷道外部延伸设置，使得刀盘7切削出的渣石通过刮板机14输送至运渣车16，并通过运渣车16由运渣车轨道11和运料轨道21转运出巷道。
顶管2内设有用于驱动运渣车16双向移动的两个机内绞车15，其中一个机内绞车15设置在运渣车轨道11的前方，另一个机内绞车15设置在主顶机构3处。
主顶机构轨道18上设有若干个压管器19，该压管器19环状结构，机体1和顶管2设置在压管器19内，以限制机体1和顶管2顶入方向的限位。
机体1包括刀盘7以及连接在刀盘7后方的管状模块机体1，该模块机体1上开设有可封闭的救援门6。
主顶机构3的尾部设有支撑在地面的后支腿装置20，以提供对主顶机构3的支撑力。
刀盘7驱动装置包括刀盘驱动面板26、大齿轮24和至少两组动力组件，其中刀盘驱动面板26前端设有刀盘7安装位，刀盘驱动面板26的后端连接在大齿轮24的端面，动力组件的输出端具外套小齿轮23，该小齿轮23与大齿轮24啮合并通过刀盘驱动面板26驱动刀盘7转动。
动力组件的动力驱动装置为电机和两级标准型减速箱13。
刀盘7后方具有中心人孔12作为排渣孔，刮板机14的前端设置在中心人孔12处。
顶管2救援装备还包括电控设备4及操作台31，电控设备4及操作台31底部均安装履带式底盘。
实施例2
本实施例提出一种煤矿坍塌巷道用顶管2救援方法，使用实施例1中的煤矿坍塌巷道用顶管2救援装备，包括
布置：矿山巷道出现坍塌事故之后，将主顶机构3快速运输到矿山坍塌事故发生地点，沿着坍塌巷道的方向布置主顶机构轨道18，在主顶机构轨道18上放置机体1，机体1沿着轨道方向进行顶进，在主顶装备后端放置电控设备4、注浆设备，在顶管2救援设备运输到位之后，在主顶机构3侧面布置顶管2运料轨道21，顶管2及运渣车16通过运料轨道21进行运输；
在布置完成后顶进运渣：刀盘7通过刀盘7驱动装置驱动转动，并通过主顶机构3顶进，刀盘7切削下的渣土通过刮板机14将渣土输送到运渣车16，运渣车16收集刮板机14的渣石，当运渣车16装满之后将运渣车16拉出，重新更换新的运渣车16，将空的运渣车16重新拉入到机体1处，实现渣石的输送和运输；
救援：机体1侧面具有侧向的救援门6，顶进到位后，救援人员在内侧将救援仓门打开，被困人员通过救援门6进入到机体1内侧，实现被困人员的脱困和逃生。
实施例3
总体来说，顶管2救援装备由主顶机构3、电控设备4、顶管2、机体1及注浆设备组成，沿着坍塌巷道方向布置整套装备，主顶机构3布置在坍塌巷道的前侧，将机体11放置在主顶机构轨道18上端，主顶机构3通过压管器19实现对机头方向的定位，主顶机构3采用自支撑的后支腿装置20，在主顶侧向布置运料轨道21，运料轨道21上布置运输车17，用于运输工具管及运渣车16，主顶装置后侧布置电控设备4、注浆泵5、两台泥浆搅拌器29及注浆槽。
考虑到坍塌巷道施工场地及运输条件有限，机体1采用分段式模块化设计方法，机体1分为四个模块，包括刀盘7，第二段模块机体8，第三段模块机体9，第四段模块机体10，根据现场的实际情况，能够采用机体1分体运输或者整体运输的方式，机体1运输到位后，采用吊装设备将机体1进行组装，机体1侧面具有侧向的救援门6，救援门6通过铰链和螺钉进行连接。
顶管2救援装备传动系统是由驱动电机22、两级标准型减速箱13及大齿轮24组成，采用中心人孔12的方式，中心人孔12作为排渣孔，刮板机14能够在中心人孔12处伸入到刀盘7内部，将刀盘7切削过程中产生的渣石排出。采用台驱动电机22驱动方式，分别布置在正上方和两个侧面，每台电机各带动一个小齿轮23，与一个大齿轮24相啮合，这个大齿轮24通过螺栓和三排滚子轴承25的内圈及刀盘驱动面板26相连，从而通过旋转三台驱动电机22，能够带动整个刀盘7运转。在旋转内套27的两侧分别布置了Y型密封圈28，Y型密封圈28唇口方向相反，能够保证对内压和外压同时密封。
考虑到坍塌巷道多为破碎岩石，为了提高掘进速度，需减少渣石的破碎量，大部分中、小粒径岩石能够无需破碎直接被刀盘7排出，顶管2救援装备刀盘7采用大开口刀盘7结构，刀盘7进渣口尺寸为200～300mm，通过刮板机14将渣石运出，实现机头的破岩和排渣。
顶管2救援装备排渣系统选择刮板机14和运渣车16配套使用形式，将刀盘7切削排出的渣石通过刮板机14输送到运渣车16，在顶管2内焊接运渣车16的导轨。运渣车16在轨道上运行，依靠矿用绞车拖动，矿用绞车需要两台，一台设在顶管2机内，用来把空车拉进来，另一台设在主顶机构3处，用来把装满土的车拉出去。同时，为了提高运渣车16的出渣效率，在顶管2内布置了三台运渣车16，当三台运渣车16装满渣石后，通过绞车完成3台运渣车16的牵引。
电控设备4和操作台31采用履带运输集成化设计，电控设备4和操作台31底部安装了履带底盘，在履带底盘上布置了多台零散的电控设备4，事故发生后，能够通过履带车将电控设备4及操作台31快速运输到位，节约设备安装时间。
一种矿山坍塌巷道顶管2救援装备的救援方法:矿山巷道出现坍塌事故之后，顶管2救援装备主顶机构3快速运输到矿山坍塌事故发生地点，沿着坍塌巷道的方向布置主顶机构轨道18，在主顶机构轨道18上放置机体1，机体1沿着轨道方向进行顶进，在主顶装备后端放置操作台31、电控设备4、注浆泵5、两台泥浆搅拌器29及泥浆槽30。电控设备4和操作台31底部安装了履带底盘，事故发生后，能够通过履带车将电控设备4及操作台31快速运输到位，节约设备安装时间。注浆泵5、两台泥浆搅拌器29及泥浆槽30通过管路进行连接。
机体1侧面具有侧向的救援门6，救援门6通过铰链和螺钉进行连接，掘进到位后，救援人员在内侧将救援仓门打开，被困人员通过救援门6进入到机体1内侧，实现被困人员的脱困和逃生。
顶管2救援装备传动系统采用环向电机布置方式，内部留有排渣孔，渣石通过刀盘7的刮渣板、集渣环进入到中心的排渣孔里，排渣空内部布置了刮板机14，刮板机14能够将排渣孔里的渣石排出，刮板机14的布置了3台运渣车16，运渣车16收集刮板机14的渣石，当3台运渣车16装满之后，通过硐室的绞车将运渣车16拉出，重新更换新的运渣车16，布置在机头内部的绞车，将空的运渣车16重新拉入到机体1处，实现渣石的输送和运输。
下面结合图1、图2和图3对本发明进一步说明。矿山巷道出现坍塌事故之后，顶管2救援装备主顶机构3快速运输到矿山坍塌事故发生地点，沿着坍塌巷道的方向布置主顶机构轨道18，在主顶机构轨道18上放置机体1，机体1沿着轨道方向进行顶进，在主顶装备后端放置电控设备4、注浆设备。在顶管2救援设备运输到位之后，在主顶机构3侧面布置顶管2运料轨道21，顶管2及运渣车16通过运料轨道21进行运输。
机体1侧面具有侧向的救援门6，救援门6通过铰链和螺钉进行连接，掘进到位后，救援人员在内侧将救援仓门打开，被困人员通过救援门6进入到机体1内侧，实现被困人员的脱困和逃生。
顶管2救援装备传动系统采用环向电机布置方式，内部留有排渣孔，渣石通过刀盘7的刮渣板、集渣环进入到中心的排渣孔里，排渣空内部布置了刮板机14，刮板机14能够将排渣孔里的渣石排出，刮板机14的布置了3台运渣车16，运渣车16收集刮板机14的渣石，当3台运渣车16装满之后，通过硐室的绞车将运渣车16拉出，重新更换新的运渣车16，布置在机头内部的绞车，将空的运渣车16重新拉入到机体1处，实现渣石的输送和运输。
本发明表述是一种矿山坍塌巷道顶管2救援装备，针对顶管2救援装备组成、机头结构及排渣方式等提出了新方法，解决了现有坍塌巷道顶管2掘进设备复杂、适用性差、无法排渣等难题。
顶管2救援装备排渣系统选择刮板机14和运渣车16配套使用形式，与传统的皮带排渣、螺旋输送机排渣及泥水排渣方式相比，刮板机14具有尺寸紧凑、能够排出渣石粒径更大、排渣效率更高等优点，因此，将其应用于坍塌岩体的排渣设备。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：包括机体、若干个顶管、主顶机构、主顶机构轨道和运料轨道，其中机体和顶管可移动的安装在主顶机构轨道上，机体包括设置在机体前端的刀盘和驱动刀盘转动的刀盘驱动装置，所述顶管逐一首位对接形成顶管组，所述顶管组的头端抵接在机体的尾端，所述主顶机构的主顶动力端抵接在顶管组的尾端，以通过顶管推动机体沿着主顶机构轨道前移；
所述顶管内部的地面设有运渣车轨道，运渣车轨道两端分别位于顶管内以及主顶机构处，运渣车轨道上设有可移动的运渣车，所述顶管的内部还设有刮板机，该刮板机的进料端位于刀盘的后方，出料端位于运渣车轨道前端处，所述运料轨道布置在机体、若干个顶管以及主顶机构的外部，所述运料轨道由顶管处向巷道外部延伸设置，使得所述刀盘切削出的渣石通过刮板机输送至运渣车，并通过运渣车由运渣车轨道和运料轨道转运出巷道。
2.根据权利要求1所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：所述顶管内设有用于驱动运渣车双向移动的两个机内绞车，其中一个机内绞车设置在运渣车轨道的前方，另一个机内绞车设置在主顶机构处。
3.根据权利要求1所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：所述主顶机构轨道上设有若干个压管器，该压管器环状结构，机体和顶管设置在压管器内，以限制机体和顶管顶入方向的限位。
4.根据权利要求1所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：所述机体包括刀盘以及连接在刀盘后方的管状模块机体，该模块机体上开设有可封闭的救援门。
5.根据权利要求1所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：所述主顶机构的尾部设有支撑在地面的后支腿装置，以提供对主顶机构的支撑力。
6.根据权利要求1所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：所述刀盘驱动装置包括刀盘驱动面板、大齿轮和至少两组动力组件，其中刀盘驱动面板前端设有刀盘安装位，刀盘驱动面板的后端连接在大齿轮的端面，所述动力组件的输出端具外套小齿轮，该小齿轮与大齿轮啮合并通过刀盘驱动面板驱动刀盘转动。
7.根据权利要求6所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：所述动力组件的动力驱动装置为电机和两级标准型减速箱。
8.根据权利要求1所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：所述刀盘后方具有中心人孔作为排渣孔，所述刮板机的前端设置在中心人孔处。
9.根据权利要求1所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：所述顶管救援装备还包括电控设备及操作台，电控设备及操作台底部均安装履带式底盘。
10.一种煤矿坍塌巷道用顶管救援方法，使用如权利要求1-9任一项所述的煤矿坍塌巷道用顶管救援装备，其特征在于：包括
布置：矿山巷道出现坍塌事故之后，将主顶机构快速运输到矿山坍塌事故发生地点，沿着坍塌巷道的方向布置主顶机构轨道，在主顶机构轨道上放置机体，机体沿着轨道方向进行顶进，在主顶装备后端放置电控设备、注浆设备，在顶管救援设备运输到位之后，在主顶机构侧面布置顶管运料轨道，顶管及运渣车通过运料轨道进行运输；
在布置完成后顶进运渣：刀盘通过刀盘驱动装置驱动转动，并通过主顶机构顶进，刀盘切削下的渣土通过刮板机将渣土输送到运输车，运渣车收集刮板机的渣石，当运渣车装满之后将运渣车拉出，重新更换新的运渣车，将空的运渣车重新拉入到机体处，实现渣石的输送和运输；
救援：机体侧面具有侧向的救援门，顶进到位后，救援人员在内侧将救援仓门打开，被困人员通过救援门进入到机体内侧，实现被困人员的脱困和逃生。
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