CN111852481B - 一种竖井施工方法及掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竖井施工方法及掘进机，解决了现有技术中竖井掘进机出渣和拆装难度大的问题。本发明竖井施工方法，步骤如下：S1：在地面指定位置处开挖出与水平巷道相通的先行导洞；S2：沿先行导洞施工开挖始发竖井，并对始发竖井井口周边进行硬化加强处理；S3：将竖井掘进机吊运至始发竖井底部，并对竖井掘进机的各部件和系统进行调试；S4：竖井掘进机的掘进主机配合推进系统对始发竖井底部进行沿先行导洞的扩挖，开挖面形成以先行导洞为中心的圆锥形坡面；本发明的掘进机采用掘进主机、井壁支护系统和撑靴推进系统配合使用，向下扩挖掘进的同时进行对洞壁的衬砌作业；提高施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及竖井施工技术领域，特别是指一种竖井施工方法及其使用的掘进机。
背景技术
目前用于竖井开挖的工法和掘进机种类很多，有竖井扩挖掘进机、竖井钻机和反井钻机等如申请号为201310589632.1的一种竖井掘进机扩大反井钻机导井的凿井工艺。但是对于先行导洞施工的竖井开挖工法，就需要用反井钻机、竖井扩挖掘进机如申请号为201911163689.9的一种大断面竖井掘进机及其施工方法。但是上述现有技术需要结合地层、出渣方式、结构设计、成本控制、开挖直径、安全性等多方面进行综合考虑，造成竖井扩挖掘进机往往设备复杂，出渣和拆装难度大，进而影响施工效率；且现有设备成本高、无法实现井下无人化，在地面配套设备占地大，需要对掘进机做进一步改进优化。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种竖井施工方法及掘进机，解决了现有技术中竖井掘进机出渣和拆装难度大的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种竖井施工方法，步骤如下：
S1：在地面指定位置处开挖出与水平巷道相通的先行导洞；
S2：沿步骤S1中的先行导洞施工开挖始发竖井，并对始发竖井井口周边进行硬化加强处理；
S3：将竖井掘进机吊运至步骤S2中的始发竖井底部，并对竖井掘进机的各部件和系统进行调试；
S4：竖井掘进机的掘进主机配合推进系统对始发竖井底部进行沿先行导洞的扩挖，开挖面形成以先行导洞为中心的圆锥形坡面；竖井掘进机完成一个步进行程的开挖后，掘进主机在撑靴推进系统作用下，向下扩挖掘进，同时进行对洞壁的衬砌作业；
S5：在步骤S4扩挖过程中，开挖的渣石沿圆锥形坡面滑落至先行导洞内，然后经先行导洞溜进水平巷道，然后经出渣装置进行水平巷道内出渣，完成扩挖过程中的出渣作业；
S6：重复步骤S4~S5直至完成整个施工段的竖井施工。
所述步骤S4中的掘进主机包括与撑靴推进系统相连接的回转装置，回转装置的下部铰接有截割部，截割部通过摆臂油缸与回转装置相连接，截割部上设有铣挖刀组；
基于所述掘进主机的步骤S4的具体步骤如下：
S4.1：将井壁支护系统和撑靴推进系统撑紧在井壁上，稳定掘进主机；
S4.2：操作摆臂油缸，使铣挖刀组位于竖井中心位置；
S4.3：启动铣挖刀组的驱动装置，铣挖刀组开始自传，同时启动回转装置的驱动装置，带动截割部回转；同时推进系统将掘进主机向下推进，开挖竖井底部岩石形成圆锥形坡面的开挖面；
S4.4：开挖过程中产生的开挖渣石沿圆锥坡面滑入先行导洞内；
S4.5：当掘进主机向下推进，完成一个步进行程时，关闭启动铣挖刀组的驱动装置和回转装置的驱动装置，掘进主机在推进系统的作用下向上提升，并完全收回摆臂油缸，使铣挖刀组处于竖井中心位置；
S4.6：回收井壁支护系统，使井壁支护系统脱离井壁，掘进主机及井壁支护系统在撑靴推进系统的撑靴推进油缸的作用下向下推进；
S4.7：当井壁支护系统到达井底时，井壁支护系统重新撑紧在井壁上，然后撑靴推进系统的撑靴支撑油缸收回，撑靴推进系统脱离井壁；撑靴推进系统在撑靴推进油缸的收缩过程中，向下移动到设定的距离，然后撑靴推进系统的撑靴支撑油伸出，撑靴推进系统重新撑紧在井壁上；
S4.8：井壁支护系统和撑靴推进系统稳定后，在撑靴推进系统上方安装井壁砼模板，井壁砼模板安装完毕后，开始向井壁砼模板内浇筑混凝土，待混凝土凝固稳定后，拆除井壁砼模板，完成一个步进行程洞壁的衬砌作业；
S4.9：重复步骤S4.1~S4.8，进行一个步进行程的开挖。
所述撑靴推进系统包括支护基座，支护基座的外圆周上沿径向设有撑靴支撑油缸，撑靴支撑油缸的伸缩端设有与井壁相配合的撑靴板；所述支护基座的下部通过撑靴推进油缸与井壁支护系统相连接。
所述支护基座的外壁上等角度设有若干个撑靴支撑油缸；所述撑靴板为外圆弧撑板。
所述回转装置包括外圈固定座和内圈回转座，内圈回转座与外圈固定座转动连接，外圈固定座上设有回转驱动装置，回转驱动装置的输出端与内圈回转座相连接。
所述外圈固定座与推进系统相连接，截割部与内圈回转座铰接。
所述推进系统包括轴向推进油缸，轴向推进油缸的伸缩端与掘进主机相连接、固定端通过固定座与井壁支护系统相连接。
所述井壁支护系统包括刃角管节和标准管节，刃角管节固定在标准管节下部，所述标准管节内设有稳定器。
所述刃角管节下部的内壁上设有刃角，刃角管节与标准管节同轴线设置。
一种竖井掘进机，包括所述的掘进主机、井壁支护系统和撑靴推进系统。
本发明的掘进机采用掘进主机、井壁支护系统和撑靴推进系统配合使用，向下扩挖掘进的同时进行对洞壁的衬砌作业；提高施工效率，同时避免复杂的刀盘式掘进，整个设备简单，机械化程度高，便于安装和拆装、能实现远程操作和井下开采无人化，提高施工安全系数，同时降低施工成本。本发明的整个出渣过程采用向下溜渣水平出渣的方式，改变传统上提式出渣，简化掘进机构设计，掘进更加灵活，提高了出渣效率和施工效率，是竖井施工的一大创新。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明掘进机结构示意图。
图3为本发明撑靴推进系统俯视示意图。
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付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。
如图2所示，实施例1，一种竖井掘进机，包括掘进主机1、井壁支护系统2和撑靴推进系统3，掘进主机1和撑靴推进系统3分别与井壁支护系统2相连接，掘进主机1能相对井壁支护系统2进行轴向运动，撑靴推进系统能相对井壁支护系统进行径向运动。三者配合使用，完成对竖井的步进开挖。
进一步，所述掘进主机1包括与撑靴推进系统3相连接的回转装置103，回转装置103的下部铰接有截割部101，截割部至少设为一个，根据需要也可有多个。截割部101通过摆臂油缸102与回转装置103相连接，截割部101上设有铣挖刀组105；即截割部的上部与回转装置的内圈回转座铰接，截割部的中部铰接有摆臂油缸，摆臂油缸的另一端与回转装置的内圈回转座铰接；铣挖刀组105固定在截割部的下部，且自动驱动装置，在自身的驱动装置作用下，铣挖刀组能进行自转。摆臂油缸伸缩，通过截割部带动铣挖刀组进行摆动，可用于不同直径竖井的开挖。所述回转装置103包括外圈固定座103-3和内圈回转座103-1，内圈回转座103-1与外圈固定座103-3转动连接，外圈固定座103-3上设有回转驱动装置103-2，回转驱动装置103-2可采用电机。回转驱动装置103-2的输出端可通过齿轮副与内圈回转座103-1相连接，在回转驱动装置的作用下，带动内圈回转座转动，进而实现铣挖刀组105的旋转。所述外圈固定座103-3与推进系统104相连接，在推进系统的作用下，掘进主机轴向运动，进行向下开挖。
优选地，所述推进系统104包括轴向推进油缸104-1，轴向推进油缸沿竖井轴向设置，其数量根据需要设置。轴向推进油缸104-1的伸缩端与掘进主机1相连接、固定端通过固定座104-2与井壁支护系统2相连接。在轴向推进油缸的作用下，掘进主机的回转装置带动截割部和铣挖刀组相对井壁支护系统上下运动。
进一步，如图3所示，所述撑靴推进系统3包括支护基座303，支护基座303可采用环形基座。支护基座303的外圆周上沿径向设有撑靴支撑油缸302，撑靴支撑油缸302的伸缩方向沿径向。撑靴支撑油缸302的伸缩端设有与井壁相配合的撑靴板301，即所述撑靴板301为外圆弧撑板，能更好撑紧在井壁上。所述支护基座303的下部通过撑靴推进油缸304与井壁支护系统2相连接。在撑靴推进油缸的作用下，井壁支护系统能相对支护基座沿轴向上下运动。所述支护基座303的外壁上等角度设有若干个撑靴支撑油缸302，优选设置四个撑靴支撑油缸；也可根据需要设置多个，使其能均匀支撑在井壁上，保证撑靴推进系统的稳定性。
进一步，所述井壁支护系统2包括刃角管节201和标准管节202，刃角管节201通过螺栓固定在标准管节202下部，所述标准管节202内设有稳定器203，稳定器203内嵌在标准管节内，其数量根据需要设置。所述刃角管节201下部的内壁上设有刃角，提高刃角管节向下的贯入力，刃角管节201与标准管节202同轴线设置。
如图1所示，实施例2，一种如实施例1中所述的竖井掘进机的施工方法，步骤如下：
S1：在地面指定位置处开挖出与水平巷道200相通的先行导洞6；
S2：沿步骤S1中的先行导洞6施工开挖始发竖井，用于安装井壁支护系统的管节，并对始发竖井井口周边进行硬化加强处理；
S3：将竖井掘进机吊运至步骤S2中的始发竖井底部，并对竖井掘进机的各部件和系统进行调试；即在在S2中始发竖井的底部安装井内工作的各个部件与子系统，并安装各种管线，在地面安装控制系统，并将系统调试至工作状态。
S4：竖井掘进机的掘进主机1配合推进系统104对始发竖井底部进行沿先行导洞6的扩挖，开挖面形成以先行导洞6为中心的圆锥形坡面，完成扩挖的同时，便于渣石顺利溜进先行导洞内；竖井掘进机完成一个步进行程的开挖后，掘进主机1在撑靴推进系统3作用下，向下扩挖掘进，同时进行对洞壁的衬砌作业；避免复杂的刀盘式掘进、设备简单，机械化程度高。
S5：在步骤S4扩挖过程中，开挖的渣石沿圆锥形坡面滑落至先行导洞6内，然后经先行导洞6溜进水平巷道200，然后经出渣装置进行水平巷道200内出渣，完成扩挖过程中的出渣作业；整个出渣过程采用向下溜渣水平出渣的方式，改变传统上提式出渣，简化掘进机构设计，掘进更加灵活，大大提高出渣效率。
S6：重复步骤S4~S5直至完成整个施工段的竖井施工。
其中，步骤S4的具体步骤如下：
S4.1：将井壁支护系统2和撑靴推进系统3撑紧在井壁上，稳定掘进主机1；即井壁支护系统2的稳定器顶紧在井壁上，撑靴推进系统3的撑靴板也顶紧在井壁上，保证掘进主机的稳定掘进。
S4.2：操作摆臂油缸102，使铣挖刀组105位于竖井中心位置；
S4.3：启动铣挖刀组105的驱动装置，铣挖刀组105开始自传，同时启动回转装置103的驱动装置，带动截割部101回转；同时推进系统104将掘进主机1向下推进，开挖竖井底部岩石形成圆锥形坡面的开挖面；
S4.4：开挖过程中产生的开挖渣石沿圆锥坡面滑入先行导洞6内；
S4.5：当掘进主机1向下推进，完成一个步进行程时，关闭启动铣挖刀组105的驱动装置和回转装置103的回转驱动装置103-3，掘进主机1在推进系统104的作用下向上提升，并完全收回摆臂油缸102，使铣挖刀组105处于竖井中心位置；
S4.6：回收井壁支护系统2，即井壁支护系统的稳定器收回，使井壁支护系统2脱离井壁，掘进主机1及井壁支护系统2在撑靴推进系统3的撑靴推进油缸的作用下向下推进；
S4.7：当井壁支护系统2到达井底时，井壁支护系统2重新撑紧在井壁上，然后撑靴推进系统3的撑靴支撑油缸收回，撑靴推进系统3脱离井壁；撑靴推进系统3在撑靴推进油缸的收缩过程中，向下移动到设定的距离，然后撑靴推进系统3的撑靴支撑油伸出，撑靴推进系统3重新撑紧在井壁上；
S4.8：井壁支护系统2和撑靴推进系统3稳定后，在撑靴推进系统3上方安装井壁砼模板4，井壁砼模板4安装完毕后，开始向井壁砼模板4内浇筑混凝土，待混凝土凝固稳定后，拆除井壁砼模板，完成一个步进行程洞壁的衬砌作业；
S4.9：重复步骤S4.1~S4.8，进行一个步进行程的开挖。
其他结构与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种竖井施工方法，其特征在于：步骤如下：
S1：在地面指定位置处开挖出与水平巷道（200）相通的先行导洞（6）；
S2：沿步骤S1中的先行导洞（6）施工开挖始发竖井，并对始发竖井井口周边进行硬化加强处理；
S3：将竖井掘进机吊运至步骤S2中的始发竖井底部，并对竖井掘进机的各部件和系统进行调试；
S4：竖井掘进机的掘进主机（1）配合推进系统（104）对始发竖井底部进行沿先行导洞（6）的扩挖，开挖面形成以先行导洞（6）为中心的圆锥形坡面；竖井掘进机完成一个步进行程的开挖后，掘进主机（1）在撑靴推进系统（3）作用下，向下扩挖掘进，同时进行对洞壁的衬砌作业；
S5：在步骤S4扩挖过程中，开挖的渣石沿圆锥形坡面滑落至先行导洞（6）内，然后经先行导洞（6）溜进水平巷道（200），然后经出渣装置进行水平巷道（200）内出渣，完成扩挖过程中的出渣作业；
S6：重复步骤S4~S5直至完成整个施工段的竖井施工；
其中，掘进主机（1）包括与撑靴推进系统（3）相连接的回转装置（103），回转装置（103）的下部铰接有截割部（101），截割部（101）通过摆臂油缸（102）与回转装置（103）相连接，截割部（101）上设有铣挖刀组（105）；所述推进系统（104）包括轴向推进油缸（104-1），轴向推进油缸（104-1）的伸缩端与掘进主机（1）相连接、固定端通过固定座（104-2）与井壁支护系统（2）相连接；
步骤S4的具体步骤如下：
S4.1：将井壁支护系统（2）和撑靴推进系统（3）撑紧在井壁上，稳定掘进主机（1）；
S4.2：操作摆臂油缸（102），使铣挖刀组（105）位于竖井中心位置；
S4.3：启动铣挖刀组（105）的驱动装置，铣挖刀组（105）开始自传，同时启动回转装置（103）的驱动装置，带动截割部（101）回转；同时推进系统（104）将掘进主机（1）向下推进，开挖竖井底部岩石形成圆锥形坡面的开挖面；
S4.4：开挖过程中产生的开挖渣石沿圆锥坡面滑入先行导洞（6）内；
S4.5：当掘进主机（1）向下推进，完成一个步进行程时，关闭启动铣挖刀组（105）的驱动装置和回转装置（103）的驱动装置，掘进主机（1）在推进系统（104）的作用下向上提升，并完全收回摆臂油缸（102），使铣挖刀组（105）处于竖井中心位置；
S4.6：回收井壁支护系统（2），使井壁支护系统（2）脱离井壁，掘进主机（1）及井壁支护系统（2）在撑靴推进系统（3）的撑靴推进油缸的作用下向下推进；
S4.7：当井壁支护系统（2）到达井底时，井壁支护系统（2）重新撑紧在井壁上，然后撑靴推进系统（3）的撑靴支撑油缸收回，撑靴推进系统（3）脱离井壁；撑靴推进系统（3）在撑靴推进油缸的收缩过程中，向下移动到设定的距离，然后撑靴推进系统（3）的撑靴支撑油伸出，撑靴推进系统（3）重新撑紧在井壁上；
S4.8：井壁支护系统（2）和撑靴推进系统（3）稳定后，在撑靴推进系统（3）上方安装井壁砼模板（4），井壁砼模板（4）安装完毕后，开始向井壁砼模板（4）内浇筑混凝土，待混凝土凝固稳定后，拆除井壁砼模板，完成一个步进行程洞壁的衬砌作业；
S4.9：重复步骤S4.1~S4.8，进行一个步进行程的开挖。
2.根据权利要求1所述的竖井施工方法，其特征在于：所述撑靴推进系统（3）包括支护基座（303），支护基座（303）的外圆周上沿径向设有撑靴支撑油缸（302），撑靴支撑油缸（302）的伸缩端设有与井壁相配合的撑靴板（301）；所述支护基座（303）的下部通过撑靴推进油缸（304）与井壁支护系统（2）相连接。
3.根据权利要求2所述的竖井施工方法，其特征在于：所述支护基座（303）的外壁上等角度设有若干个撑靴支撑油缸（302）；所述撑靴板（301）为外圆弧撑板。
4.根据权利要求1~3任一项所述的竖井施工方法，其特征在于：所述回转装置（103）包括外圈固定座（103-3）和内圈回转座（103-1），内圈回转座（103-1）与外圈固定座（103-3）转动连接，外圈固定座（103-3）上设有回转驱动装置（103-2），回转驱动装置（103-2）的输出端与内圈回转座（103-1）相连接。
5.根据权利要求4所述的竖井施工方法，其特征在于：所述外圈固定座（103-3）与推进系统（104）相连接，截割部（101）与内圈回转座（103-1）铰接。
6.根据权利要求1~3、5任一项所述的竖井施工方法，其特征在于：所述井壁支护系统（2）包括刃角管节（201）和标准管节（202），刃角管节（201）固定在标准管节（202）下部，所述标准管节（202）内设有稳定器（203）。
7.根据权利要求6所述的竖井施工方法，其特征在于：所述刃角管节（201）下部的内壁上设有刃角，刃角管节（201）与标准管节（202）同轴线设置。
8.一种竖井掘进机，其特征在于：包括如权利要求7所述的掘进主机（1）、井壁支护系统（2）和撑靴推进系统（3）。
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