CN113685193A - 一种适用于tbm超前钻探的环形钻孔方法及钻机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤矿开采设备技术领域。涉及一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法及钻机，采用环形钻孔钻机进行钻进，通过转动周向调节转盘，驱动下转盘连接体沿周向调节转盘中心旋转，带动钻进机构同步周向旋转，进行钻孔孔位周向位置调节；环形钻孔钻机包括下转盘底座、周向调节转盘、下转盘连接体、用于钻孔施工的钻进机构；钻进机构设于下转盘连接体上，下转盘连接体通过周向调节转盘与下转盘底座转动连接；下转盘底座与TBM隧道掘进机固定连接。本发明中钻机的周向角、方位角、倾角调节采用回转式驱动控制，可调节范围大，结构紧凑，将钻机底座安装固定后能够实现180°环形钻孔施工，通过调节钻孔方位角和倾角，实现与掘进轴线一定夹角的前探钻孔。

Description

一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法及钻机
技术领域
本发明属于煤矿开采设备技术领域，涉及一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法及钻机。
背景技术
近年来随着我国煤炭向深部开采，传统矿山工法已无法满足高地压、高地温环境下安全、快速施工岩石巷道的要求。为了提高煤矿挖掘效率、降低成本，越来越多的煤矿采用TBM隧道掘进机代替传统的岩巷掘进。
煤矿操作规程要求对新开掘巷道均应开展超前钻探施工，因此TBM隧道掘进机需要在掘进前对周边地质条件进行探测，特别是掌子面前端地质条件的探测尤为重要。目前煤矿井下地质探测方法主要有地球物理探测和超前钻孔探测，由于地球物理探测的深度和精度有限，在掘进施工前通常采用钻孔探测准确掌握前端地层岩性、构造等详细信息，较常用的钻探方位是掌子面环形布置孔位并沿掘进巷道轴线钻进。
目前集成在TBM隧道掘进机上的超前钻探钻机结构较为简单，固定在TBM前端，其钻孔姿态通常不可能调节或姿态调节有限，不能满足大直径环形多角度钻探的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于实现大直径环形多角度钻探，提出一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法及钻机。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机，包括下转盘底座、周向调节转盘、下转盘连接体、用于钻孔施工的钻进机构；所述钻进机构设于下转盘连接体上，下转盘连接体通过周向调节转盘与下转盘底座转动连接；所述下转盘底座与TBM隧道掘进机固定连接。
进一步，所述下转盘连接体上设有方位角调节转盘，所述钻进机构通过方位调节转盘与下转盘连接体转动连接。
进一步，所述钻进机构包括钻机动力头、夹持器、推进机架，所述钻机动力头、夹持器均设于推进机架上；所述推进机架通过方位调节转盘与下转盘连接体转动连接。
进一步，所述钻进机构还包括钻进底座、立柱、倾角调节转盘；所述钻进底座通过方位调节转盘与下转盘连接体转动连接；所述立柱设于钻进底座上，所述推进机架通过倾角调节转盘与立柱转动连接。
进一步，所述钻进机构还包括水平提升机构，所述倾角调节转盘与立柱滑动连接，所述水平提升机构设于钻进底座上，并与倾角调节转盘连接，驱动倾角调节转盘沿立柱滑动。
进一步，所述下转盘底座包括安装底板、下转盘底座体，安装底板固定设于TBM隧道掘进机上，所述下转盘底座体与安装底板固定连接。
一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法，采用权利要求上述的环形钻孔钻机进行钻进，通过转动周向调节转盘，驱动下转盘连接体沿周向调节转盘中心旋转，带动钻进机构同步周向旋转，进行钻孔孔位周向位置调节。钻机具有周向转角无级调节功能，可实现掌子面环形钻孔施工。
进一步，通过转动方位角调节转盘，驱动钻进机构沿方位角调节转盘中心旋转，进行钻孔孔位方位调节。
进一步，通过水平提升机构驱动倾角调节转盘及推进机架上下移动，进行钻机的水平开孔高度调节。水平提升机构配合周向转角调节功能，可实现掌子面多直径环形阵列式钻孔施工。
进一步，通过转动倾角调节转盘，驱动推进机架沿转动倾角调节转盘中心旋转，进行钻孔孔位倾角调节。方位角和倾角调节功能，可实现钻孔方向与掘进隧道轴线任意夹角的调节。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种适用TBM超前钻探的多姿态钻机及环形钻孔方法，以解决在TBM前端有限空间内钻孔施工平行于巷道轴线的环形钻孔问题。本发明中钻机的周向角、方位角、倾角调节采用回转式驱动控制，可调节范围大，且结构紧凑，将钻机底座安装固定后能够实现180°环形钻孔施工，通过调节钻孔方位角和倾角，实现与掘进轴线一定夹角的前探钻孔。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机的整体结构示意图；
图2为本发明中适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机的俯视图；
图3为本发明中周向调节转盘的示意图；
图4为本发明中适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法的应用示意图。
附图标记：1-下转盘底座；2-周向调节转盘；3-下转盘连接体；4-钻机动力头；5-立柱；6-夹持器；7-水平提升机构；8-推进机架；9-倾角调节转盘；10-方位角调节转盘；11-安装底板；12-下转盘底座体。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～3，为一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机，包括下转盘底座1、周向调节转盘2、下转盘连接体3以及用于钻孔施工的钻进机构；钻进机构安装在下转盘连接体3上，下转盘连接体3通过周向调节转盘2与下转盘底座1转动连接；下转盘底座1包括安装底板11、下转盘底座体12，安装底板11通过螺栓固定安装在TBM隧道掘进机的前部正中位置，下转盘底座体12通过螺栓固定安装在安装底板11上；下转盘连接体3上安装有方位角调节转盘10，钻进机构通过方位调节转盘转动安装在下转盘连接体3上。
钻进机构包括钻机动力头4、夹持器6、推进机架8、钻进底座、立柱5、倾角调节转盘9、水平提升机构7，其中，钻机动力头4、夹持器6、均安装在推进机架8上；推进机架8通过方位调节转盘转动安装在下转盘连接体3上；钻进底座通过方位调节转盘与下转盘连接体3转动连接；立柱5安装在钻进底座上，推进机架8通过倾角调节转盘9与立柱5转动连接；倾角调节转盘9与立柱5滑动连接，水平提升机构7安装在钻进底座上，并与倾角调节转盘9连接，驱动倾角调节转盘9沿立柱5滑动。
请参阅图4，为一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法应用示意，采用本实施例中的环形钻孔钻机进行钻进，通过转动周向调节转盘2，驱动下转盘连接体3沿周向调节转盘2中心旋转，带动钻进机构同步周向旋转，进行钻孔孔位周向位置调节。本实施例中的钻机具有周向转角无级调节功能，可实现掌子面环形钻孔施工。
通过转动方位角调节转盘10，驱动钻进机构沿方位角调节转盘10中心旋转，进行钻孔孔位方位调节。通过水平提升机构7驱动倾角调节转盘9及推进机架8上下移动，进行钻机的水平开孔高度调节。水平提升机构7配合周向转角调节功能，可实现掌子面多直径环形阵列式钻孔施工。
通过转动倾角调节转盘9，驱动推进机架8沿转动倾角调节转盘9中心旋转，进行钻孔孔位倾角调节。方位角和倾角调节功能，可实现钻孔方向与掘进隧道轴线任意夹角的调节。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机，其特征在于：包括下转盘底座、周向调节转盘、下转盘连接体、用于钻孔施工的钻进机构；所述钻进机构设于下转盘连接体上，下转盘连接体通过周向调节转盘与下转盘底座转动连接；所述下转盘底座与TBM隧道掘进机固定连接。
2.根据权利要求1所述的适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机，其特征在于：所述下转盘连接体上设有方位角调节转盘，所述钻进机构通过方位调节转盘与下转盘连接体转动连接。
3.根据权利要求2所述的适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机，其特征在于：所述钻进机构包括钻机动力头、夹持器、推进机架，所述钻机动力头、夹持器均设于推进机架上；所述推进机架通过方位调节转盘与下转盘连接体转动连接。
4.根据权利要求3所述的适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机，其特征在于：所述钻进机构还包括钻进底座、立柱、倾角调节转盘；所述钻进底座通过方位调节转盘与下转盘连接体转动连接；所述立柱设于钻进底座上，所述推进机架通过倾角调节转盘与立柱转动连接。
5.根据权利要求4所述的适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机，其特征在于：所述钻进机构还包括水平提升机构，所述倾角调节转盘与立柱滑动连接，所述水平提升机构设于钻进底座上，并与倾角调节转盘连接，驱动倾角调节转盘沿立柱滑动。
6.根据权利要求1所述的适用于TBM超前钻探的环形钻孔钻机，其特征在于：所述下转盘底座包括安装底板、下转盘底座体，安装底板固定设于TBM隧道掘进机上，下转盘底座体与安装底板固定连接。
7.一种适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法，其特征在于：采用权利要求1～6任一项所述的环形钻孔钻机进行钻进，通过转动周向调节转盘，驱动下转盘连接体沿周向调节转盘中心旋转，带动钻进机构同步周向旋转，进行钻孔孔位周向位置调节。
8.根据权利要求7所述的适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法，其特征在于：通过转动方位角调节转盘，驱动钻进机构沿方位角调节转盘中心旋转，进行钻孔孔位方位调节。
9.根据权利要求7所述的适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法，其特征在于：通过水平提升机构驱动倾角调节转盘及推进机架上下移动，进行钻机的水平开孔高度调节。
10.根据权利要求7所述的适用于TBM超前钻探的环形钻孔方法，其特征在于：通过转动倾角调节转盘，驱动推进机架沿转动倾角调节转盘中心旋转，进行钻孔孔位倾角调节。
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