CN111535813B - 一种全断面竖井掘进机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种全断面竖井掘进机，包括刀盘、渣土转运机构和出渣机构；其中，刀盘的中心和边缘之间具有环形的凹陷区域，渣土转运机构用于将凹陷区域的渣土转运至出渣机构的进料端；出渣机构用于将渣土转运机构运输来的渣土排出至地表。应用本申请提供的全断面竖井掘进机，刀盘开挖过程中产生的渣土会由于重力作用滑落并堆积在至凹陷区域上，而后渣土转运机构和出渣机构进行出渣，通过刀盘的结构实现渣土在凹陷区域的自动聚集，无需利用传动机构带动渣板使渣土向中心区域聚拢，因此提高了清渣效果和清渣效率。

Description

一种全断面竖井掘进机

技术领域

本申请涉及掘进机技术领域，更具体地说，涉及一种全断面竖井掘进机。

背景技术

竖井掘进机是目前较为安全、高效的一种竖井施工设备，其主要通过竖井刀盘实现全断面开挖。全断面开挖法是指按设计开挖面一次开挖成型，其可以减少开挖对围岩的反复扰动，有利于保护围岩的天然承载能力且施工方便。但随着竖井工程朝着大埋深、大直径的方向发展，现有技术所伴有的不足也逐渐显现。

发明人发现，目前竖井掘进机存在排渣效率低的问题。由于竖井刀盘的掘进方向与重力方向一致，渣土无法自动聚集，不利于刀盘排渣。现有技术中通过传动机构带动刮板使渣土向中心区域聚拢，但是刮板在推土的过程中，渣土容易从刮板两侧漏出且需要一定的时间，这导致竖井刀盘的清渣效果较差、效率较低。与此同时，渣土在输送至地表的过程中，已有的竖井掘进机普遍采用机械式非连续排渣（如料斗式）或流体吸抽式排渣，排渣效率低。大直径竖井钻机则采用全井筒泥浆反循环排渣技术，但对于竖井掘进机施工，由于不易获得所需排渣动力，且泥浆污染严重，难以照搬使用。并且，竖井的排渣效率是影响刀盘开挖效率的重大因素，排渣效率低还进一步造成刀盘开挖效率低的问题。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种全断面竖井掘进机，提高竖井工程的施工效率。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种全断面竖井掘进机，包括：

刀盘，所述刀盘的中心和边缘之间具有环形的凹陷区域，所述刀盘的高度从所述刀盘的中心至所述凹陷区域逐渐降低，从所述刀盘的边缘至所述凹陷区域逐渐降低；

渣土转运机构，用于将所述凹陷区域的渣土转运至出渣机构的进料端；

所述出渣机构，用于将所述渣土转运机构运输来的渣土排出至地表。

可选的，所述出渣机构包括垂直皮带机和吊桶出渣系统，所述垂直皮带机的出料端与吊桶出渣系统的渣桶的进口连接。

可选的，所述渣土转运机构至少有两个，全部所述渣土转运机构沿所述全断面竖井掘进机的周向间隔分布。

可选的，所述全断面竖井掘进机还包括：锚杆钻机系统、滑模衬砌系统和缩口模板衬砌系统，所述刀盘、所述锚杆钻机系统、所述滑模衬砌系统和所述缩口模板衬砌系统沿所述全断面竖井掘进机的轴向依次分布。

可选的，所述滑模衬砌系统与滑模油缸固定，所述滑模油缸与设置于井筒内部已浇筑混凝土内的竖直的支撑杆滑动配合。

可选的，所述缩口模板衬砌系统通过平移油缸固定于所述全断面竖井掘进机的主梁上。

可选的，所述渣土转运机构包括斗轮机和转运装置，所述转运装置的进料端与所述斗轮机的出料位置连接，所述转运装置的出料端与所述出渣机构的进料端连接。

可选的，所述渣土转运机构还包括铲斗，所述铲斗将所述凹陷区域的渣土铲取至所述斗轮机的进料位置。

可选的，所述转运装置为将渣土从所述斗轮机的出料位置运输至所述出渣机构的进料端的刮板机。

可选的，所述转运装置为接渣斗，所述接渣斗的底板为用于使渣土从接渣斗进料端向接渣斗出料端滑动的导向斜面。

通过上述方案，本申请提供的全断面竖井掘进机的有益效果在于：

本申请提供的全断面竖井掘进机包括刀盘、渣土转运机构和出渣机构；其中，刀盘的中心和边缘之间具有环形的凹陷区域，渣土转运机构将凹陷区域的渣土转运至出渣机构的进料端，出渣机构将渣土转运机构运输来的渣土排出至地表。

应用本申请提供的全断面竖井掘进机，由于刀盘的高度从刀盘的中心至凹陷区域逐渐降低，从刀盘的边缘至凹陷区域逐渐降低；因此，刀盘开挖过程中产生的渣土会由于重力作用滑落并堆积在至凹陷区域上，而后渣土转运机构和出渣机构进行出渣。相比于现有技术，本申请中利用刀盘的结构实现渣土在凹陷区域的自动聚集，无需如现有技术中利用传动机构带动刮板使渣土向中心区域聚拢，也因此渣土不会在刮板推动的过程中从刮板两侧漏出，从而提高了清渣效果和清渣效率，并进一步提高全断面竖井掘进机的施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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1a为本申请实施例提供的一种全断面竖井掘进机的第一部分的结构示意图；

图1b为本申请实施例提供的一种全断面竖井掘进机的第二部分的结构示意图；

图1c为本申请实施例提供的一种全断面竖井掘进机的第三部分的结构示意图；

图1d为本申请实施例提供的一种全断面竖井掘进机的第四部分的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种渣土转运机构的结构示意图；

图3为图2所示的渣土转运机构中的铲斗、斗轮机和刮板机配合的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种渣土转运机构的结构示意图；

图5为图4所示的渣土转运机构中的铲斗、斗轮机和接渣斗配合的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种刀盘的仰视图。

图中的附图标记为：1-刀盘，2-主驱动，3-前盾，4-撑紧盾，5-锚杆钻机系统，6-垂直皮带机，7-滑模衬砌系统，8-主梁，9-缩口模板衬砌系统，10-吊桶出渣系统，11-后配套系统，12-刀具，13-斗轮机，14-铲斗，15-刮板机，16-驱动机构，17-撑紧机构，18-推进油缸，19-滑模油缸，20-支撑杆，21-平移油缸，22-混凝土输送系统，23-水系统，24-液压系统，25-电气系统，26-地面配套设施，27-洞口启闭系统，28-线缆水管延伸系统，29-线缆水管下方卷扬系统，30-出渣卷扬系统，31-井架，32-自动座钩翻矸装置，33-溜渣槽，34-接渣斗、35-掌子面最低位置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1a至图1d，图1a至图1d为全断面竖井掘进机中从上至下依次分布的四部分的结构示意图，本申请提供的全断面竖井掘进机可以包括刀盘1、渣土转运机构和出渣机构。

刀盘1主要作用是对竖井进行全断面开挖，使竖井全断面一次成型。刀盘1在主驱动2的带动下旋转，刀盘1上的刀具12对岩层进行破碎。现有技术中的刀盘1一般为平面刀盘，本申请中采用非平面刀盘，即，刀盘1的中心和边缘之间具有环形的凹陷区域，具体来说，刀盘1的中心和边缘均高于凹陷区域，刀盘1的高度从刀盘1的中心至凹陷区域逐渐降低，从刀盘1的边缘至凹陷区域逐渐降低。更具体的，如图2和图4所示，刀盘1沿自身轴线的剖视图大体呈“W”形，“W”形指图中的曲线abcdd′c′b′a′，图中a和a′为刀盘1的边缘，dd′段为刀盘1的中心，bc段和b′c′段为凹陷区域，掌子面最低位置35为刀盘1凹陷区域的底面。

渣土转运机构用于将凹陷区域的渣土转运至出渣机构的进料端。

其中，在一个实施例中，渣土转运机构包括铲斗14、斗轮机13和转运装置，斗轮机13有多个沿圆周间隔分布的料斗，在驱动机构16的控制下，斗轮机13的多个料斗绕斗轮机13的中心轴进行旋转，斗轮机13有一个进料位置和一个出料位置，铲斗14从掌子面最低位置35将凹陷区域的渣土铲取至斗轮机13的进料位置的料斗中，转运装置的进料端与斗轮机13的出料位置连接，转运装置的出料端与出渣机构的进料端连接。在工作过程中，刀盘1和刀具12破碎岩石后，岩渣由于重力作用滑落至掌子面最低位置35，铲斗14将岩渣铲起，由斗轮机13将岩渣提升至转运装置，渣土由重力作用滑落至出渣机构，实现渣土的连续、高效输送。

其中，在另一个实施例中，渣土转运机构也可以省略铲斗14，此时斗轮机13的料斗直接从凹陷区域铲取渣土。

其中，在另一个实施例中，请参考图2和图3，转运装置为刮板机15。刮板机15的进料端与斗轮机13的出料端连接，刮板机15的出料端与出渣机构的进料端的连接，从而将渣土从斗轮机13的出料端运输至出渣机构的进料端。

其中，在另一个实施例中，请参考图4和图5，转运装置为接渣斗34，接渣斗34一端为接渣斗进料端、另一端为接渣斗出料端，进料端和出料端之间通过底板和侧板连接，底板为导向斜面，其高度从接渣斗进料端向接渣斗出料端逐渐降低，从而使渣土从接渣斗进料端向接渣斗出料端滑动；侧板对渣土拦截，防止渣土从接渣斗34的侧面漏出。

其中，在另一个实施例中，请参考图6，渣土转运机构的数量为两个或两个以上，全部渣土转运机构沿全断面竖井掘进机的周向间隔分布。对凹陷区域的不同位置的渣土进行转运。

出渣机构用于将渣土转运机构运输来的渣土排出至地表。出渣机构的结构有多种选择，例如，出渣机构包括垂直皮带机6和吊桶出渣系统10，垂直皮带机6的出料端与吊桶出渣系统10的渣桶的进口连接。在工作过程中，渣土转运机构将渣土转运至垂直皮带机6的最下方的进料端，垂直皮带机6将渣土向上运输至自身的出料端，并排放至吊桶中，再由吊桶出渣系统10运输至地面。

可以理解的，全断面竖井掘进机在正常工作时还可以配备以下机构：

衬砌系统，用于保证掘进过程中对于地层的衬砌。衬砌系统的结构有多种选择，本申请提供的一种优选实施例中，衬砌系统包括锚杆钻机系统5、滑模衬砌系统7和缩口模板衬砌系统9，刀盘1、锚杆钻机系统5、滑模衬砌系统7和缩口模板衬砌系统9沿全断面竖井掘进机的轴向依次分布。

其中，锚杆钻机系统5用于开挖后初期支护。滑模衬砌系统7通过滑模油缸19固定在支撑杆20上，支撑杆20向下延伸，并且支撑杆20固定于井筒内部已浇筑混凝土内，滑模油缸19与支撑杆20滑动配合，滑模衬砌系统7可随滑模油缸19向下移动，紧跟锚杆钻机系统5，在破碎地层可及时支护，在稳定岩层可选择性不支护，提高衬砌便利性和成井速度。缩口模板衬砌系统9紧跟滑模衬砌系统7，缩口模板衬砌系统9通过平移油缸21固定于主梁8上，具有缩径功能，用于补充衬砌滑模衬砌系统7未衬砌井壁。可以理解的，滑模衬砌系统7和缩口模板衬砌系统9也可以采用现有技术中的其他结构。

在应用中，锚杆钻机系统5、滑模衬砌系统7和缩口模板衬砌系统9三套独立的系统相辅相成，提高衬砌的效率。并且使得全断面竖井掘进机地质适应性广，可在软土、卵砾石、软岩、硬岩地层进行竖井掘进。

撑靴，包括撑紧盾4，撑紧盾4内设置撑紧机构17，撑紧盾4通过推进油缸18与前盾3相连，撑紧机构17撑紧洞壁，推进油缸18顶推前盾3，实现刀盘1开挖岩石。在工作时，撑紧机构17撑紧洞壁可以减轻刀盘1转动开挖切削过程中产生的振动，降低对地层稳定性的影响，提高了全断面竖井掘进机的可靠性及使用寿命，保证施工安全进行。

后配套系统11，包括混凝土输送系统22、水系统23、液压系统24和电气系统25，凝土输送系统22用于输送混凝土，水系统23、液压系统24和电气系统25为设备提供必要的冷却、动力和控制能力。后配套系统11通过螺栓连接主梁8。

地面配套设施26，包括洞口启闭系统27、线缆水管延伸系统28、线缆水管下方卷扬系统29、出渣卷扬系统30、井架31、自动座钩翻矸装置32和溜渣槽33。洞口启闭系统27用于启闭井口，水管延伸系统28和线缆水管下方卷扬系统29用于延伸下方管线，出渣卷扬系统30、自动座钩翻矸装置32和溜渣槽33配合吊桶出渣系统10运输渣土至地面，井架31用于支撑相关设备。

由上述实施方式可以见，本申请提供的全断面竖井掘进机的有益效果在于：

通过对刀盘1的结构进行改进，可以合理地设置内部渣土转运机构和出渣机构的结构形式。在工作过程中，刀盘1开挖过程中产生的渣土会由于重力作用滑落并堆积在至凹陷区域上，而后渣土转运机构和出渣机构进行出渣，连续高效地将破碎渣土输送至地面，保证了排渣与掘进的匹配。相比于现有技术，本申请中利用刀盘1的结构实现渣土在凹陷区域的自动聚集，无需像现有技术中利用传动机构带动刮板使渣土向中心区域聚拢，也因此渣土不会在刮板推动的过程中从刮板两侧漏出，从而提高了清渣效果和清渣效率，并进一步提高了全断面竖井掘进机的施工效率，解决了现有掘进机开挖速度慢、排渣效率低的问题，使得竖井可以朝着大埋深、大直径方向的发展。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的全断面竖井掘进机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种全断面竖井掘进机，其特征在于，包括：

刀盘（1），所述刀盘（1）的中心和边缘之间具有环形的凹陷区域，所述刀盘（1）的高度从所述刀盘（1）的中心至所述凹陷区域逐渐降低，从所述刀盘（1）的边缘至所述凹陷区域逐渐降低；

渣土转运机构，用于将所述凹陷区域的渣土转运至出渣机构的进料端；所述渣土转运机构包括铲斗（14）、斗轮机（13）和转运装置，所述铲斗（14）将所述凹陷区域的渣土铲取至所述斗轮机（13）的进料位置，所述转运装置的进料端与所述斗轮机（13）的出料位置连接，所述转运装置的出料端与所述出渣机构的进料端连接；所述转运装置为接渣斗（34），所述接渣斗（34）的一端为接渣斗进料端、另一端为接渣斗出料端，所述接渣斗（34）包括底板和侧板，所述底板为导向斜面，所述导向斜面的高度从所述接渣斗进料端向所述接渣斗出料端逐渐降低，以使渣土从所述接渣斗进料端向接所述渣斗出料端滑动；所述侧板对渣土拦截，防止渣土从所述接渣斗（34）的侧面漏出；

所述出渣机构，用于将所述渣土转运机构运输来的渣土排出至地表；

衬砌系统，包括锚杆钻机系统（5）、滑模衬砌系统（7）和缩口模板衬砌系统（9），所述刀盘（1）、所述锚杆钻机系统（5）、所述滑模衬砌系统（7）和所述缩口模板衬砌系统（9）沿所述全断面竖井掘进机的轴向依次分布；所述滑模衬砌系统（7）与滑模油缸（19）固定，所述滑模油缸（19）与设置于井筒内部已浇筑混凝土内的竖直的支撑杆（20）滑动配合；所述缩口模板衬砌系统（9）通过平移油缸（21）固定于所述全断面竖井掘进机的主梁（8）上。

2.根据权利要求1所述的全断面竖井掘进机，其特征在于，所述出渣机构包括垂直皮带机（6）和吊桶出渣系统（10），所述垂直皮带机（6）的出料端与吊桶出渣系统（10）的渣桶的进口连接。

3.根据权利要求1所述的全断面竖井掘进机，其特征在于，所述渣土转运机构至少有两个，全部所述渣土转运机构沿所述全断面竖井掘进机的周向间隔分布。

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