CN115977645A - 一种矩形轨道式竖井钻井设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矩形轨道式竖井钻井设备，属于竖井挖掘技术领域。该竖井钻井设备包括沉井井壁、轨道系统、提吊单元和钻井单元；沉井井壁为矩形结构，沉井井壁为轨道系统提供安装和固定基础；轨道系统为钻井单元提供安装基础并能带动钻井单元沿纵向运动，同时为钻井单元提供横向运行的轨道；提吊单元用于提吊整个轨道系统，使安装在轨道系统上的钻井单元处于不同深度的工作断面；钻井单元安装在轨道系统上，其自身能够调整钻井深度和进尺。本发明采用在井底轨道上纵向、横向行走，通过分幅分块的小断面开挖实现整个竖井断面的钻井，能够适应大跨度、长断面的矩形竖井施工，并且保持钻井设备的结构轻巧。
Description
技术领域
本发明涉及一种竖井钻井设备，具体涉及一种矩形轨道式竖井钻井设备，属于竖井钻井技术领域。
背景技术
近年来，城市发展迅速，地下空间业务不断发展，从而推动地下空间机械工程装备的发展，特别是竖井钻井设备技术得到快速发展。
然而，目前已有的竖井钻井设备技术方案主要是回转式竖井钻井设备，此类型钻井设备刀盘及动力驱动结构复杂，体积大，设备成本高，运输、安拆不便，并且该类型竖井钻井设备不适用矩形断面竖井钻井。
因此，针对矩形竖井施工，竖井钻井设备如何适应大跨度、长断面，并且保持结构轻巧是急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种矩形轨道式竖井钻井设备，采用在井底轨道上纵向、横向行走，通过分幅分块的小断面开挖实现整个竖井断面的钻井，能够适应大跨度、长断面的矩形竖井施工，并且保持钻井设备的结构轻巧。
一种矩形轨道式竖井钻井设备，包括沉井井壁、轨道系统、提吊单元和钻井单元；
所述沉井井壁为矩形结构，沉井井壁为轨道系统提供安装和固定基础；
所述轨道系统为钻井单元提供安装基础并能带动钻井单元沿纵向运动，同时为钻井单元提供横向运行的轨道；
所述提吊单元用于提吊整个轨道系统，使安装在轨道系统上的钻井单元处于不同深度的工作断面；
所述钻井单元安装在轨道系统上，其自身能够调整钻井深度和进尺。
进一步地，所述沉井井壁的刃脚上预埋有四个固定支座，所述提吊单元提吊轨道系统下放到位后锁紧在固定支座上，固定支座提供运行时的反力，起到固定作用。
进一步地，所述轨道系统包括两根以上的加强固定横梁、两根纵向轨道、一根主横梁和两个驱动单元；两根加强固定横梁与两根纵向轨道固定连接成一个矩形框架结构，所述加强固定横梁端头设置有锁止机构，所述锁止机构与沉井井壁上的固定支座连接后锁定，起到固定作用；所述加强固定横梁的数量根据井的长度进行增加；所述主横梁通过两个驱动单元下挂在纵向轨道上，所述驱动单元安装有液压马达，液压马达驱动主横梁沿着轨道纵向正反运行。
进一步地，所述提吊单元为设置在井口的多台绞车，所述加强固定横梁端头设有吊点，绞车通过吊点提吊和下放整个轨道系统，实现钻井设备出井检修维护。
进一步地，所述钻井单元包括动力头、伸缩臂和刀盘；所述动力头下挂在主横梁上，动力头通过液压马达驱动，使得整个钻井单元沿着主横梁横向正反运行；所述伸缩臂在油缸驱动下能在一定长度范围伸缩，用以调整钻井深度和进尺；所述刀盘采用两臂及以上辐条式全回转刀盘，刀盘能够360°正反转，每个刀臂端头设置一把刀具，刀具采用双面刮刀，双面刮刀能够适应正反转钻井。
进一步地，所述双面刮刀采用方形刀座，刀座下两个三角形截面刀刃成180°对称分布，刀刃上焊有合金材料，刀刃与水平面之间的夹角为5-10°，刀刃宽度在300-400mm之间。
有益效果：
1、本发明的竖井钻井设备采用纵、横轨道运行结构，通过钻井单元分幅钻井，实现矩形竖井断面开挖。该种钻井方式适应性强，通过调整纵横轨道长度便可满足矩形竖井的长宽变化，因此能够适应大跨度、长断面的矩形竖井施工。
2、本发明的轨道系统采用两根以上的加强固定横梁、两根纵向轨道、一根主横梁和两个驱动单元，两根加强固定横梁与两根纵向轨道固定连接成一个矩形框架结构，主横梁通过两个驱动单元下挂在纵向轨道上，所述驱动单元安装有液压马达，液压马达驱动主横梁沿着轨道纵向正反运行，能够将竖井断面沿纵向轨道走向分为若干幅，主横梁停在不同幅，然后钻井单元沿着主横梁运动，刀盘回转运行，钻井单元运行一个周期，通过刀具轨迹复合完成整个幅面开挖。
3、本发明的钻井单元采用全回转小刀盘，刀盘只需完成小范围的钻井，通过纵、横运行覆盖整个断面；刀盘直径可覆盖刃脚底部土面及超挖土面，不需要通过设置摆动油缸来实现超挖。使得钻井单元轻量化、小型化，在成本、安装、运输等方面都具有优势。
4、本发明的刀盘采用方形刀座的双面刮刀，三角形截面刀刃成180°对称分布，能够适应刀盘正反转并适用于较软的地层，刀刃上焊有合金材料使其具有良好的综合效率和刀具强度，刀刃与水平面的夹角为5-10°，刀刃宽度在300-400mm之间，刀刃能将土块破碎后呈50mm左右的块状，大幅度减小造浆量，特别是在黏土地层，抽排后分离效率高，泥浆量少，大大降低泥浆分离能耗。
附图说明
图1为本发明矩形轨道式竖井钻井设备的透视图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的纵断面视图；
图4为钻井单元的结构示意图。
其中，1-沉井井壁、2-轨道系统、2-1-加强固定梁、2-2-纵向轨道、2-3-主横梁、2-4-驱动单元、3-钻井单元、3-1-动力头、3-2-伸缩臂、3-3-刀盘、4-固定支座。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种矩形轨道式竖井钻井设备，如附图1所示，包括轨道系统2、提吊单元、沉井井壁1和钻井单元3，其中，提吊单元在图中未示出。
如附图2所示，轨道系统2包括：两根加强固定横梁2-1、两根纵向轨道2-2、一根主横梁2-3及其驱动单元2-4。两根加强固定横梁2-1与两根纵向轨道2-2通过螺栓固定连接成一个矩形框架结构，加强固定横梁2-1端头设置有锁止机构，锁止机构与沉井井壁1上的固定支座4连接后锁定，起到固定作用。加强固定横梁2-1的数量根据井的长度可进行增加，至少为两根；主横梁2-3通过两个驱动单元2-4下挂在纵向轨道2-2上，驱动单元2-4内部安装有液压马达，驱动单元2-4可驱动主横梁2-3沿着纵向轨道2-2的正反方向运行，主横梁2-3为箱型粱，主横梁2-3同时也是钻井单元3横向运行的轨道。
提吊单元为设置在井口的四台绞车，由于加强固定横梁2-1的端头设有吊点，采用四台绞车提吊整个轨道系统，通过绞车同步提升下放，实现钻井设备出井检修维护。绞车数量根据竖井的长度可进行增加，与加强固定横梁数量匹配，至少为四台绞车。
如附图3所示，沉井井壁1的刃脚上预埋有四个固定支座4，提吊单元提吊轨道系统2下放到位后，轨道系统2通过加强固定横梁2-1端头设置的锁止机构锁紧在固定支座4上，固定支座4提供运行时的反力，起到对轨道系统2的固定作用。
如附图4所示，钻井单元3由动力头3-1、伸缩臂3-2和刀盘3-3组成，动力头3-1下挂在主横梁2-3上，动力头3-1通过液压马达驱动，使得整个钻井单元3沿着主横梁2-3横向正反运行；伸缩臂3-2通过油缸驱动，可一定长度范围伸缩，用以调整钻井深度和进尺；刀盘3-3采用两臂及以上辐条式全回转小刀盘，刀盘3-3可360°正反转，每个刀臂端头设置一把刀具，刀具采用双面刮刀，双面刮刀采用方形刀座，刀座下两个三角形截面刀刃成180°对称分布，刀刃上焊有合金材料，可提升刀具的综合效率和刀具强度，刀刃与水平面之间的夹角为5-10°，刀刃宽度在300-400mm之间，可适应正反转钻井。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (6)
1.一种矩形轨道式竖井钻井设备，其特征在于，包括沉井井壁、轨道系统、提吊单元和钻井单元；
所述沉井井壁为矩形结构，沉井井壁为轨道系统提供安装和固定基础；
所述轨道系统为钻井单元提供安装基础并能带动钻井单元沿纵向运动，同时为钻井单元提供横向运行的轨道；
所述提吊单元用于提吊整个轨道系统，使安装在轨道系统上的钻井单元处于不同深度的工作断面；
所述钻井单元安装在轨道系统上，其自身能够调整钻井深度和进尺。
2.如权利要求1所述的矩形轨道式竖井钻井设备，其特征在于，所述沉井井壁的刃脚上预埋有四个固定支座，所述提吊单元提吊轨道系统下放到位后锁紧在固定支座上，固定支座提供运行时的反力，起到固定作用。
3.如权利要求2所述的矩形轨道式竖井钻井设备，其特征在于，所述轨道系统包括两根以上的加强固定横梁、两根纵向轨道、一根主横梁和两个驱动单元；两根加强固定横梁与两根纵向轨道固定连接成一个矩形框架结构，所述加强固定横梁端头设置有锁止机构，所述锁止机构与沉井井壁上的固定支座连接后锁定，起到固定作用；所述加强固定横梁的数量根据井的长度进行增加；所述主横梁通过两个驱动单元下挂在纵向轨道上，所述驱动单元安装有液压马达，液压马达驱动主横梁沿着纵向轨道正反运行。
4.如权利要求3所述的矩形轨道式竖井钻井设备，其特征在于，所述提吊单元为设置在井口的多台绞车，所述加强固定横梁端头设有吊点，绞车通过吊点提吊和下放整个轨道系统，实现钻井设备出井检修维护。
5.如权利要求4所述的矩形轨道式竖井钻井设备，其特征在于，所述钻井单元包括动力头、伸缩臂和刀盘；所述动力头下挂在主横梁上，动力头通过液压马达驱动，使得整个钻井单元沿着主横梁横向正反运行；所述伸缩臂在油缸驱动下能在一定长度范围伸缩，用以调整钻井深度和进尺；所述刀盘采用两臂及以上辐条式全回转小刀盘，刀盘能够360°正反转，每个刀臂端头设置一把刀具，刀具采用双面刮刀，双面刮刀能够适应正反转钻井。
6.如权利要求5所述的矩形轨道式竖井钻井设备，其特征在于，所述双面刮刀采用方形刀座，刀座下两个三角形截面刀刃成180°对称分布，刀刃上焊有合金材料，刀刃与水平面之间的夹角为5-10°，刀刃宽度在300-400mm之间。
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