CN118088035A - 一种架式钻孔装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种架式钻孔装置及施工方法，包括支撑框架，可移动且可偏转的设置在钻孔台车上给钻设提供支撑；钻孔设备，可移动设置在支撑框架上，且钻孔设备可在支撑框架限定的面内全方位移动；移动机构，驱动钻孔设备在支撑框架上移动，实现在岩体上任意方向的连孔钻设。本发明以装置面对开挖面，无需调节多臂，实现快速定位钻孔点位；通过全方位坐标移动、同心圆旋转等，实现不同形式钻头高效定位，提高效率，钻设任意成孔轮廓；交替作业，无需同步工作，操作简单，可实现智能化成孔，形成所需轮廓。

Description

一种架式钻孔装置及施工方法

技术领域

本发明涉及连孔钻孔领域，尤其涉及一种架式钻孔装置及施工方法。

背景技术

现有技术下隧道开挖时，掌子面需布置减震孔、开槽孔、定位孔等孔位，连续钻孔工序繁琐，钻孔工作量大，钻孔效率低，无法保证成孔质量和排孔走向，易造成超挖或欠挖、隧道轮廓成线差、炮眼错位等情况。

隧道掘进通常的做法是在岩体内打钻孔，在孔内填充炸药进行爆破破岩，然而这种工法在爆破时会产生较大的振动和噪音，不仅对周边环境造成较大影响，还会造成周边地基的沉降；而对于机械掘进在岩体较硬时往往容易造成掘进机刀头断裂，需经常更换刀头，导致掘进效率低下。现有解决隧道高效率掘削的方法主要利用单个或多个钻杆结合导向装置并配合凿岩台车对隧道内岩体进行掘进破碎，利用导向管可以形成形状规则且连续的钻孔用于岩体破碎。

但是，现有的钻孔装置每进行一次钻孔都要回退整个机械，造成设备灵活性降低，掘进效率不高。并且，连续钻孔工序繁琐，还可能存在排孔不具有连续性，排孔底部无法平齐，成孔质量低的问题。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提出一种架式钻孔装置及施工方法，用以解决现有技术中的连续钻孔工序繁琐的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种架式钻孔装置及施工方法，包括：

支撑框架，可移动且可偏转的设置在钻孔台车上给钻设提供支撑；

钻孔设备，可移动设置在支撑框架上，且钻孔设备可在支撑框架限定的面内全方位移动；

移动机构，驱动钻孔设备在支撑框架上移动，实现在岩体上任意方向的连孔钻设。

优选地，所述支撑框架为方形框架，所述移动机构包括可竖向移动连接在方形框架上的水平向移动梁和可横向移动连接在方形框架上的竖向移动梁，所述钻孔设备通过基座A分别与水平移动梁和竖向移动梁滑动连接，且钻孔设备位于在水平向移动梁和竖向移动梁的相交处。

优选地，所述支撑框架通过至少两个可伸缩的主臂与台车连接。

上述架式钻孔装置的施工方法，包括如下步骤：

S1.调整主臂使钻孔设备至相应位置进行钻孔形成初始孔位；

S2.以水平向移动梁为轨道，驱动竖向移动梁往上下移动至相对应点位与初始孔位的竖向差值；

S3.以竖向移动梁为轨道，驱动水平向移动梁往左右移动至相对应点位与初始孔位的水平向差值，到达相应点位，钻孔设备钻孔形成第二个孔位；

S4.依次重复步骤S2和S3，依次钻孔，形成所需钻孔轮廓

优选地，所述支撑框架为圆形框架，所述移动机构包括与圆形框架移动且转动连接的转盘A和驱动转盘A移动且转动的移转机构A；所述钻孔设备滑动连接在转盘A上。

优选地，所述移转机构A包括至少两个连接在圆形框架上的移转伸缩驱动件A，且移转伸缩驱动件A的工作端设有可转动的齿轮和驱动齿轮转动的驱动件；所述转盘A上设有与齿轮啮合连接的齿圈，且至少两个移转伸缩驱动件A的工作端设有对转盘A限位的限位挡板A防止转盘A与齿轮的轴向相对位移。

优选地，所述转盘A上设有移动梁A，钻孔设备通过基座B滑动连接在移动梁A上；所述基座B上设有至少两个钻孔设备，且其中一个钻孔设备位于转盘A的圆心上；相邻钻孔设备的钻杆之间通过连接套连接，连接套上设有破岩结构，且钻杆上设有推动连接套用于破岩的环形凸起。

优选地，所述圆形框架上还设有支撑基座的支撑伸缩驱动件，支撑伸缩驱动件的工作端设有与基座B配合的支撑器。

优选地，所述支撑框架通过至少两个可伸缩的主臂与台车连接。

上述架式钻孔装置的施工方法，包括如下步骤：

S1.调整主臂使钻孔设备至相应位置，推进移转伸缩驱动件A支撑转盘A和/或推进支撑伸缩驱动件支撑基座B，稳固后相邻钻孔设备的钻头平齐前进钻孔；

S2.环形凸起推动连接套前进破碎相邻钻头之间岩壁至钻设对应深度，形成“O-O”型排孔；

S3.排孔钻设完毕后，除了位于转盘A圆心处的钻孔设备的钻头保留在孔内，其他钻头共同回退，钻头带动连接套回退；

S4.回缩支撑伸缩驱动件，移转伸缩驱动件A驱动转盘A自转至相邻钻头到下个排孔对应位置，然后伸出支撑伸缩驱动件稳固基座B，然后钻孔设备的钻头平齐前进钻孔，形成“O-O-O”型排孔；

S5.重复步骤S3；

S6.回缩位于底部的移转伸缩驱动件A，通过移转伸缩驱动件A推动转盘A，支撑伸缩驱动件推动基座B相对移动梁A上滑动至相邻钻孔设备的钻头位于转盘A圆心处，然后伸出位于底部的移转伸缩驱动件A稳固转框；

S7.重复S4-S6，直至排孔完成。

优选地，所述支撑框架通过至少两个摇臂与台车连接；所述支撑框架为弧形框架，所述移动机构包括与弧形框架移动且转动连接的转盘B和驱动转盘B移动且转动的移转机构B；所述钻孔设备滑动连接在转盘B上；移转机构B包括至少两个连接在弧形框架上的移转伸缩驱动件B，且移转伸缩驱动件B的工作端设有可转动的齿轮和驱动齿轮转动的驱动件；所述转盘B上设有与齿轮啮合连接的齿圈；移转伸缩驱动件B的工作端设有对转盘B限位的限位挡板B防止转盘B与齿轮的轴向相对位移；所述限位挡板B的内侧设有滑动块，转盘B上设有与滑动块配合的环形滑槽。

本发明的有益效果：

1.通过三维移动转换为二维移动，形成以装置面对开挖面，无需调节多个关节臂才能到指定位置，实现快速定位钻孔点位；

2.通过全方位坐标移动，控制钻臂的X,Y坐标值，输入控制系统内，实现智能化高效定孔，钻设成所需孔位面；

3.通过多钻孔设备交替作业交换同心圆旋转，满足无需换孔即可高效钻设排孔，提高效率，实现旋转角度任意，钻设任意排孔轮廓；

4.多钻孔设备交替作业，无需同步工作，操作简单，可通过系统输入对应成孔轮廓坐标，实现智能化成孔，形成所需轮廓；

5.钻杆通过旋转改变使用功能，既为钻杆又为导向杆,除去导向杆的占用空间，实现多次前进或回退洗孔，减少后期洗孔次数；

6.支撑框架形式多样，根据不同断面制定，朝向多方位，根据开挖面朝向制定，满足不同工程需求；

7.搭载不同破岩装置，实现破岩高效，破岩手段多样。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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为本发明实施例1~3的结构示意图；

图2为本发明实施例1的支撑框架的主视结构示意图；

图3为本发明实施例2的支撑框架的主视结构示意图；

图4为本发明实施例3的支撑框架的主视结构示意图一；

图5为本发明实施例3的支撑框架的主视结构示意图二；

图6为本发明实施例3的支撑框架的主视结构示意图三；

图7为本发明实施例3的支撑框架的主视结构示意图四；

图8为本发明实施例3的支撑框架的主视结构示意图五；

图9为本发明实施例3的转盘A与齿轮和限位挡板A的结构示意图；

图10为本发明实施例3的钻孔示意图一；

图11为本发明实施例3的钻孔示意图二；

图12为本发明实施例3的钻孔示意图三；

图13为本发明实施例4的结构示意图；

图14为图13的侧视图；

图15为本发明实施例4的转盘B与齿轮和限位挡板B的结构示意图。

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1和图2所示，本发明的实施例所述的一种架式钻孔装置及施工方法，包括支撑框架3、钻孔设备和移动机构，支撑框架3可移动且可偏转的设置在钻孔台车1上给钻设提供支撑；具体地，所述支撑框架3通过至少两个可伸缩的主臂2与台车1连接，该主臂为伸缩驱动机构，本实施例中，主臂为油缸，通过油缸的同步伸缩实现支撑框架3移动。油缸的工作端通过铰接座与支撑框架3，通过部分油缸的不同程度伸长和/或另一部分不同程度的缩短，实现支撑框架3的偏转，从而带动钻孔设备多方位的钻孔。钻孔设备可移动设置在支撑框架3上，且钻孔设备可在支撑框架3限定的面内全方位移动；移动机构设置在支撑框架3并与钻孔设备连接，通过移动机构驱动钻孔设备在支撑框架3限定的面内全方位移动，实现在岩体上任意方向的连孔钻设。

优选地，如图2所示，所述支撑框架3为方形框架32，所述移动机构包括可竖向移动连接在方形框架32上的水平向移动梁309和可横向移动连接在方形框架32上的竖向移动梁308，所述钻孔设备通过基座A41分别与水平移动梁309和竖向移动梁308滑动连接，且钻孔设备位于在水平向移动梁309和竖向移动梁308的相交处。其中，水平向移动梁309的两端移动连接在方形框架32的两侧竖向边框上；竖向移动梁308的两端移动连接在方形框架32的上下侧横向边框上。本实施例中，水平向移动梁309的移动和竖向移动梁308的移动均通过设置在方形框架32上的直线模组带动。其他实施例中，也可在方形框架32上设置驱动竖向移动梁308或水平向移动梁309移动的驱动件。驱动件包括与方形框架配合且与竖向移动梁308或水平向移动梁309连接的移动架、转动连接在移动架上且与方形框架32滚动配合的滚轮和设置在移动架上驱动滚轮转动的驱动电机；其中，滚轮为摩擦轮或齿轮，通过驱动电机驱动摩擦轮或齿轮的转动使得移动架在方形框架32上移动，从而带动竖向移动梁308或水平向移动梁309的移动；当滚轮为齿轮时，方形框架32上设置相应的齿条。

进一步地，在所述基座A41的后侧设有十字滑套，基座A41通过十字滑套与水平向移动梁309和竖向移动梁308滑动连接，使得基座A41和钻孔设备可在竖向和横向上移动。

上述架式钻孔装置的施工方法，包括如下步骤：

S1.根据钻设排孔轮廓，调整主臂2使钻孔设备至相应位置进行钻孔形成初始孔位；

S2.以水平向移动梁309为轨道，驱动竖向移动梁308往上下移动至相对应点位与初始孔位的竖向差值；

S3.以竖向移动梁308为轨道，驱动水平向移动梁309往左右移动至相对应点位与初始孔位的水平向差值，到达相应点位，钻孔设备钻孔形成第二个孔位；

S4.依次重复步骤S2和S3，依次钻孔，形成所需钻孔轮廓。

实施例2，如图3所示，其与实施例1的区别在于，所述基座A41上设有至少两个钻孔设备，钻孔设备的钻头505可平齐前进钻孔，提高钻设效率；还可回退钻头505，并让其中一个钻头505在钻孔中，作为连孔钻设的导向。

实施例3，如图4~图12所示，其与实施例1的区别在于，优选地，所述支撑框架3为圆形框架31，所述移动机构包括与圆形框架31移动且转动连接的转盘A61和驱动转盘A61移动且转动的移转机构A；所述钻孔设备滑动连接在转盘A61上。其中，转盘A61位于圆形框架31内，通过移转机构A驱动转盘A61在圆形框架31限定的面内移动和转动，从而带动钻孔设备的移动和转动。

优选地，如图4~图9所示，所述移转机构A包括至少两个连接在圆形框架31上的移转伸缩驱动件A305，且移转伸缩驱动件A305的工作端设有可转动的齿轮和驱动齿轮转动的驱动件；所述转盘A61上设有与齿轮啮合连接的齿圈，且至少两个移转伸缩驱动件A305的工作端设有对转盘A61限位的限位挡板A306防止转盘A61与齿轮的轴向相对位移。本实施例中，设有三个移转伸缩驱动件A305，其中一个移转伸缩驱动件A305位于转盘A61底部；且移转伸缩驱动件A305为伸缩油缸，伸缩油缸一端与圆形框架31固定连接、另一端设有可转动的齿轮和驱动齿轮转动的驱动件，用于驱动转盘A61的转动，且三个移转伸缩驱动件A305的工作端设有对转盘A61限位的限位挡板A306防止转盘A61与齿轮的轴向相对位移，但不阻碍转盘A61的转动。

优选地，如图4~图9所示，所述转盘A61包括转框601和固定在转框601上的移动梁A602，钻孔设备通过基座B42滑动连接在移动梁A602上；所述基座B42上设有至少两个钻孔设备，且其中一个钻孔设备位于转盘A61的圆心上。如图1所示，基座B42为圆形结构，钻孔设备包括转臂5，转臂5包括驱动机构501、扶钎器座502、钻杆503、连接套504、钻头505、支架506、推进梁507。相邻钻孔设备的钻杆503之间通过连接套504连接，连接套504上设有破岩结构，且钻杆503上设有推动连接套504用于破岩的环形凸起508。

优选地，所述圆形框架31上还设有支撑基座4的支撑伸缩驱动件304，支撑伸缩驱动件304的工作端设有与基座B42配合的支撑器307。本实施例中，支撑伸缩驱动件304为伸缩油缸，该伸缩油缸一端与圆形框架31固定连接、另一端设有支撑器307用于支撑基座B42；支撑器307为与圆形的基座B42配合的弧形支撑板。

上述的架式钻孔装置的施工方法，如图10~图12所示，包括如下步骤：

S1.根据钻设排孔轮廓，调整主臂2使钻孔设备至相应位置，推进移转伸缩驱动件A305支撑转盘A61和/或推进支撑伸缩驱动件304支撑基座B42，稳固后相邻钻孔设备的钻头505平齐前进钻孔；

S2.步骤S1进行的同时，环形凸起508推动连接套504前进破碎相邻钻头之间岩壁至钻设对应深度，且排孔底部平齐，形成“O-O”型排孔；

S3.排孔钻设完毕后，为了钻设下个排孔，除了位于转盘A61圆心处的钻孔设备的钻头505保留在孔内，其他钻头505共同回退，钻头505带动连接套504回退；且回退过程中可以旋转洗孔，清除成孔内部积渣；

S4.回缩支撑伸缩驱动件304，移转伸缩驱动件A305驱动转盘A61自转至相邻钻头到下个排孔对应位置，然后伸出支撑伸缩驱动件304稳固基座B42，然后钻孔设备的钻头505平齐前进钻孔，形成“O-O-O”型排孔；

S5.重复步骤S3；

S6.回缩位于底部的移转伸缩驱动件A305，通过移转伸缩驱动件A305推动转盘A61，支撑伸缩驱动件304推动基座B42相对移动梁A602上滑动至相邻钻孔设备的钻头505位于转盘A61圆心处，然后伸出位于底部的移转伸缩驱动件A305稳固转框；

S7.重复S4-S6，直至排孔完成。

实施例4，如图13~图15所示，其与实施例1的区别在于，所述支撑框架3通过至少两个摇臂7与台车1连接；所述支撑框架3为弧形框架33，所述移动机构包括与弧形框架33移动且转动连接的转盘B62和驱动转盘B62移动且转动的移转机构B；所述钻孔设备滑动连接在转盘B62上；移转机构B包括至少两个连接在弧形框架33上的移转伸缩驱动件B310，且移转伸缩驱动件B310的工作端设有可转动的齿轮3101和驱动齿轮3101转动的驱动件；所述转盘B62上设有与齿轮3101啮合连接的齿圈；移转伸缩驱动件B310的工作端设有对转盘B62限位的限位挡板B3102防止转盘B62与齿轮3101的轴向相对位移；所述限位挡板B3102的内侧设有滑动块，转盘B62上设有与滑动块配合的环形滑槽。

其中，转盘B62上设有移动梁B621；所述钻孔设备为连续穿孔机8，连续穿孔机8包括推进梁、若干个钻头801和破壁器802；连续穿孔机8滑动连接在移动梁B621上。本实施例中，连续穿孔机8的移动通过设置在移动梁B621上的直线模组带动。其他实施例中，也可在移动梁B621上设置驱动连续穿孔机8移动的驱动件。驱动件包括与移动梁B621配合且与连续穿孔机8连接的移动架、转动连接在移动架上且与移动梁B621滚动配合的滚轮和设置在移动架上驱动滚轮转动的驱动电机；其中，滚轮为摩擦轮或齿轮，通过驱动电机驱动摩擦轮或齿轮的转动使得移动架在移动梁B621上移动，从而带动连续穿孔机8的移动；当滚轮为齿轮时，移动梁B621上设置相应的齿条。

本实施例中，设有两个摇臂7，设有两个移转伸缩驱动件B310，且两个移转伸缩驱动件B310分别水平设置在转盘B62两侧且沿转盘B62的径向延伸。

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 (7)

1.一种架式钻孔装置，其特征在于，包括：

支撑框架（3），可移动且可偏转的设置在钻孔台车（1）上给钻设提供支撑；

钻孔设备，可移动设置在支撑框架（3）上，且钻孔设备可在支撑框架（3）限定的面内全方位移动；

移动机构，驱动钻孔设备在支撑框架（3）上移动，实现在岩体上任意方向的连孔钻设；

所述支撑框架（3）通过至少两个摇臂（7）与台车（1）连接；所述支撑框架（3）为弧形框架（33），所述移动机构包括与弧形框架（33）移动且转动连接的转盘B（62）和驱动转盘B（62）移动且转动的移转机构B；所述钻孔设备滑动连接在转盘B（62）上。

2.根据权利要求1所述的架式钻孔装置，其特征在于；移转机构B包括至少两个连接在弧形框架（33）上的移转伸缩驱动件B（310），且移转伸缩驱动件B（310）的工作端设有可转动的齿轮（3101）和驱动齿轮（3101）转动的驱动件；所述转盘B（62）上设有与齿轮（3101）啮合连接的齿圈；移转伸缩驱动件B（310）的工作端设有对转盘B（62）限位的限位挡板B（3102）防止转盘B（62）与齿轮（3101）的轴向相对位移；所述限位挡板B（3102）的内侧设有滑动块，转盘B（62）上设有与滑动块配合的环形滑槽。

3.根据权利要求2所述的架式钻孔装置，其特征在于；所述转盘B（62）上设有移动梁B（621）。

4.根据权利要求3所述的架式钻孔装置，其特征在于；所述钻孔设备为连续穿孔机（8），连续穿孔机（8）包括推进梁、若干个钻头（801）和破壁器（802）；连续穿孔机（8）滑动连接在移动梁B（621）上。

5.根据权利要求4所述的架式钻孔装置，其特征在于；所述连续穿孔机（8）的移动通过设置在移动梁B（621）上的直线模组带动。

6.根据权利要求4所述的架式钻孔装置，其特征在于；所述移动梁B（621）上设置驱动连续穿孔机（8）移动的驱动件；驱动件包括与移动梁B（621）配合且与连续穿孔机（8）连接的移动架、转动连接在移动架上且与移动梁B（621）滚动配合的滚轮和设置在移动架上驱动滚轮转动的驱动电机。

7.根据权利要求2~6任一项所述的架式钻孔装置，其特征在于；设有两个摇臂（7），设有两个移转伸缩驱动件B（310），且两个移转伸缩驱动件B（310）分别水平设置在转盘B（62）两侧且沿转盘B（62）的径向延伸。