CN210977488U - 一种敞开式外护盾掘进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于矿山坍塌巷道救援技术领域，一种敞开式外护盾掘进装置，包括前壳体、后壳体、截割系统和运渣系统，其中前壳体和后壳体均为筒状结构，所述前壳体尾端对接在后壳体前端形成筒状的掘进主体外壳，截割系统和运渣系统置于掘进主体外壳内部，所述截割系统包括截割头，该截割头至少部分工作段伸出前壳体的前端，所述运渣系统的主运输方向由掘进主体外壳的前端向掘进主体外壳后端反向延伸；所述掘进主体外壳由尾端受力顶入坍塌巷道。其能够解决现有技术坍塌巷道掘进速度慢、大粒径漂石破碎效率低、切削腔无法进人等问题。

Description

一种敞开式外护盾掘进装置

技术领域

本实用新型属于矿山坍塌巷道救援技术领域，特别是坍塌巷道掘进装备及方法。

背景技术

目前，我国矿山坍塌巷道救援方法主要有两种：一、人工清障，二、大孔径钻机，这两种掘进方法都有自身的局限性，掘进速度较低，施工人员安全性无法得到保证。

专利“CN202266293”开发出一种隧道塌方救生机对受困人员进行救援，此方法采用多层套管方式，由于该法涉及到多重套管的顶入，工序较为繁琐，而且出土于顶管并不同步，每顶入2m才会进行出渣，而且土体采用人工排渣，速度较慢。专利“CN207212342U”介绍了一种应用于卵石结构的新型顶管机，通过驱动电机带动螺旋出土机及外壳旋转，整套装置为固定式，遇到前端突发情况，人员并不能进入到机头的内部完成突发情况的处理。“CN105156117A”介绍了一种隧道救援顶管机，本专利采用敞开式顶管技术，没有专用的破岩及切削刀盘，并不能使用于坍塌岩巷中施工。“CN201410661849.3”介绍了一种隧道关门塌方快速救援方法，本专利采用螺旋输送排渣方法，通过刀盘开挖坍塌土体，但是，刀盘没有破岩能力，仅适用于软土救援，同时，管径较小，内部还有螺旋输送机，前端遇到突发情况时，救援人员并不能及时进入刀盘处进行干预，处理突发情况较弱。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出的敞开式外护盾掘进装置，其能够解决现有技术坍塌巷道掘进速度慢、大粒径漂石破碎效率低、切削腔无法进人等问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，一种敞开式外护盾掘进装置，包括前壳体、后壳体、截割系统和运渣系统，其中前壳体和后壳体均为筒状结构，所述前壳体尾端对接在后壳体前端形成筒状的掘进主体外壳，截割系统和运渣系统置于掘进主体外壳内部，所述截割系统包括截割头，该截割头至少部分工作段伸出前壳体的前端，所述运渣系统的主运输方向由掘进主体外壳的前端向掘进主体外壳后端反向延伸；所述掘进主体外壳由尾端受力顶入坍塌巷道。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述后壳体前端的内壁具有若干个等间隔设置的纠偏油缸，该纠偏油缸的缸体或伸出端之一固定在后壳体，缸体或伸出端之另一固定在前壳体，纠偏油缸非等长伸出，使前壳体和后壳体的轴心交错，以导向掘进装置的掘进方向。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述截割系统尾部具有用于调整截割头朝向角度的角度调整系统，角度调整系统包括固定板、旋转盘、水平角度油缸和竖直角度油缸，其中固定板固定安装在后壳体的内壁，固定板与旋转盘铰接使两者可相对转动，旋转盘的与截割系统尾部铰接，所述水平角度油缸的伸出端与旋转盘铰接，以带动旋转盘和截割系统水平方向偏转；所述竖直角度油缸的伸出端与截割系统尾部铰接，以带动截割系统在竖直方向偏转。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述掘进主体外壳内部具有操作位，该操作位临济角度调整系统，以方便操作员观察掘进装置掌子面情况。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述前壳体的前端到尾端的壁厚逐渐增大，使前壳体壁纵向截面形成铲状。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述运渣系统刮板机、轨道和置于轨道上的排渣车，其中刮板机由掘进主体外壳前端向掘进主体外壳内中部上方延伸，所述轨道前端铺设在刮板机末段的下方，进入掘进主体外壳的坍塌物经过刮板机输送至排渣车，并由排渣车从掘进装置尾部运出。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述掘进主体外壳内置有便携式破拆设备，该破拆设备至少包括水射流切割机和火焰切割机。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述掘进主体外壳尾部具有顶管，顶管与后壳体尾部对接，该顶管作为掘进装置的掘进动力源。

在第二个技术方案中，坍塌巷道掘进方法，使用如在第一个技术方案中提出的敞开式外护盾掘进装置，掘进方法如下：

将敞开式外护盾掘进装置置于坍塌巷道中，将敞开式外护盾掘进装置由尾部施力顶入坍塌巷道中，敞开式外护盾掘进装置顶入坍塌巷道过程中，将坍塌物相对推入掘进主体外壳中，通过运渣系统将坍塌物由敞开式外护盾掘进装置尾部排出。

使用本实用新型的有益效果是：

本实用新型适用于坍塌巷道的快速救援，本装置采用敞开式顶进工艺，高效排渣，小粒径渣石能够快速排出，大颗粒通过截割头破碎，人员离作业面近，能够对救援过程中的突发情况及时处理，解决了现有坍塌巷道掘进设备掘进速度慢、无法处理突发情况等问题。

附图说明

图1为本实用新型敞开式外护盾掘进装置的俯视结构示意图。

图2为本实用新型敞开式外护盾掘进装置的正视结构示意图。

图3为本实用新型敞开式外护盾掘进装置的的轴侧结构示意图。

图4为本实用新型敞开式外护盾掘进装置中运渣系统结构示意图。

图5为本实用新型敞开式外护盾掘进装置中截割系统结构示意图。

附图标记包括：

1-截割头，2-前壳体，3-后壳体，4-截割臂防护壳，5-固定板，6-旋转盘，7-刮板机，8-排渣车，9-顶管，10-轨道，11-刮板电机，12-水平角度油缸，13-纠偏油缸，14-竖直角度油缸，15-绞车，16-操作员，17-减速器，18-截割电机，19-后盖板，20-排渣腔，21-上部铰支点；22-下部铰支点，23-破拆设备。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

实施例1

如图1-图5所示，本实施例提出的一种敞开式外护盾掘进装置，包括前壳体2、后壳体3、截割系统和运渣系统，其中前壳体2和后壳体3均为筒状结构，前壳体2尾端对接在后壳体3前端形成筒状的掘进主体外壳，截割系统和运渣系统置于掘进主体外壳内部，截割系统包括截割头1，该截割头1至少部分工作段伸出前壳体2的前端，运渣系统的主运输方向由掘进主体外壳的前端向掘进主体外壳后端反向延伸；掘进主体外壳由尾端受力顶入坍塌巷道。

本实施例中，后壳体3前端的内壁具有若干个等间隔设置的纠偏油缸13，该纠偏油缸13的缸体或伸出端之一固定在后壳体3，缸体或伸出端之另一固定在前壳体2，纠偏油缸13非等长伸出，使前壳体2和后壳体3的轴心交错，以导向掘进装置的掘进方向。

本实施例中，截割系统尾部具有用于调整截割头1朝向角度的角度调整系统，角度调整系统包括固定板5、旋转盘6、水平角度油缸12和竖直角度油缸14，其中固定板5固定安装在后壳体3的内壁，固定板5与旋转盘6铰接使两者可相对转动，旋转盘6的与截割系统尾部铰接，水平角度油缸12的伸出端与旋转盘6铰接，以带动旋转盘6和截割系统水平方向偏转；竖直角度油缸14的伸出端与截割系统尾部铰接，以带动截割系统在竖直方向偏转。

作为优选的，掘进主体外壳内部具有操作位，该操作位临济角度调整系统，以方便操作员16观察掘进装置掌子面情况。前壳体2的前端到尾端的壁厚逐渐增大，使前壳体2壁纵向截面形成铲状。运渣系统刮板机7、轨道10和置于轨道10上的排渣车8，其中刮板机7由掘进主体外壳前端向掘进主体外壳内中部上方延伸，轨道10前端铺设在刮板机7末段的下方，进入掘进主体外壳的坍塌物经过刮板机7输送至排渣车8，并由排渣车8从掘进装置尾部运出。

掘进主体外壳内置有便携式破拆设备23，该破拆设备23至少包括水射流切割机和火焰切割机。掘进主体外壳尾部具有顶管9，顶管9与后壳体3尾部对接，该顶管9作为掘进装置的掘进动力源。

具体的，考虑到坍塌岩石界面内的高速掘进需求，对破岩要求并不高，主要是对高速顶进、高速排渣具有较高的要求。因此，采用大开口率刀盘结构，不需要破碎的渣石快速进入排渣腔20内，借助刮板机7将这些渣石快速排出。

敞开式顶管9救援装备采用大开口设计，截割头1仅占据小部分截面，前壳体2采用斜坡导向装置，大部分坍塌渣石能够直接进入到排渣腔20内，排渣腔20底端布置大排渣能力的刮板机7，刮板电机11布置在后端，通过刮板电机11带动刮板7机运转，刮板机7将排渣腔20的渣石排出，排渣车8布置在刮板机7后端，刮板机7将渣石排入到排渣车8内之后，在机头内部设置绞车15，通过绞车15牵引完成排渣车8的转运。

由于坍塌巷道岩石的尺寸大小不一，大部分以小颗粒岩石为主，如果遇到大颗粒岩石的时候，需要采用截割头1对其进行破碎。截割头1采用类似综掘机的截齿破岩原理，通过截割头1旋转及截割臂的锤击实现对大块岩石的磨碎，截齿按照流线型布置，通过流线型截齿的旋转，能够将一部分渣石带入到后端的排渣腔20内，便于排渣系统将渣石带走。

由于煤矿坍塌巷道易出现瓦斯等易燃气体，同时，截割头1工况较为恶劣，截割电机18易被顶端滑落的碎石砸中而造成破坏，因此，在截割电机18、减速器17外端安装截割臂防护壳4，截割臂防护壳4和后盖板19的结合面采用防爆设计，截割臂防护壳4不仅能够能够起到防爆的作用，还能够保护内部设备，防止电机、减速器17被落石砸坏。

由于煤矿或其他矿山巷道空间较为有限，需要在小尺寸设备空间内实现截割臂的移动，本专利采用紧凑化设计方案，通过截割臂的后盖上留有两个铰支点，上部铰支点21和旋转盘6固定，下部铰支点22和竖直角度油缸14固定，当竖直角度油缸14伸出或缩回时，截割臂在竖直方向的角度会出现改变，进而，截割头1可以实现在竖直方向上的移动。同理，旋转盘6的一端和固定板5相连，另一端连接有水平角度油缸12，当水平角度油缸12伸出或缩回时，旋转盘6带动截割臂一起旋转，进而，截割头1实现在水平方向上移动。竖直角度油缸14和水平角度油缸12可以同时伸缩运动，实现截割头1在全断面的移动，完成对完整截面的切削和破碎。

敞开式顶管9救援装备不同于其他顶管9救援装备的一点在于操作员16的工作位置离敞开的掌子面仅有2米，这样，操作员16就可以精确地控制挖掘操作，对地层变化做出快速反应并采取必要的措施。遇到钢筋、锚杆、锚索或其它障碍时，即可就地排除。由于可以直接目视地质状况，方向掌控也更加容易。遇到人员被埋或者其他情况，操作员16能够及时地观察到前端状况进而进行及时的处置。

传统的顶管9机纠偏装置是导向切削刀盘，通过改变切削刀盘的切削角度实现定向功能。敞开式顶管9纠偏装置是导向前壳体2，前壳体2具有锥向的导向面，前壳体2和后壳体3采用纠偏油缸13纠偏方式，通过在壳体四周设置4个纠偏油缸13，4个纠偏油缸13伸出不同的长度，能够实现壳体的导向作用。

实施例2

坍塌巷道掘进方法，使用实施例1中提出的敞开式外护盾掘进装置，掘进方法如下：

将敞开式外护盾掘进装置置于坍塌巷道中，将敞开式外护盾掘进装置由尾部施力顶入坍塌巷道中，敞开式外护盾掘进装置顶入坍塌巷道过程中，将坍塌物相对推入掘进主体外壳中，通过运渣系统将坍塌物由敞开式外护盾掘进装置尾部排出。

情况1：当遇到大粒径岩石整体塌落，降低敞开式外护盾掘进装置的顶进速度，通过截割系统对大粒径岩石进行破碎，并形成小粒径岩石，小粒径岩石通过运渣系统将坍塌物由敞开式外护盾掘进装置尾部排出；

情况2：遇到巷道金属建构物体时，停止敞开式外护盾掘进装置掘进并停止截割系统工作，将截割系统移植掘进主体外壳内部的上方固定，人工切割金属建构物体，将切割后小尺寸金属建构物体搬运到运渣系统进入端，通过运渣系统将切割后小尺寸金属建构物体由敞开式外护盾掘进装置尾部排出。

具体的，遇到坍塌巷道多为小粒径岩石的情况，小粒径碎石能够从机头的开口处直接进入排渣腔20内部，为了防止大部分渣石快速进入而造成坍塌巷道失稳等情况，需要降低顶管9装备的推进速度，随着渣石的逐渐进入，刮板机7能够将进入的渣石逐渐排出，保持了掌子面的整体动态稳定性。

敞开式顶管9救援装备采用大开口设计，截割头1仅占据小部分截面，前壳体2采用斜坡导向装置，小粒径坍塌渣石能够直接进入到排渣腔20内，排渣腔20底端布置大排渣能力的刮板机7，刮板电机11布置在后端，通过刮板电机11带动刮板机7运转，刮板机77将排渣腔20的渣石排出，排渣车8布置在刮板机7后端，刮板机7将渣石排入到排渣车8内之后，在机头内部设置绞车15，通过绞车15牵引完成排渣车8的转运。

为了保证掌子面的稳定和掘进装备的定向性，截割头1需要在掌子面上按照“Z”字形进行扫面操作，从上层到下层的逐渐清扫，尤其需要注意清扫管壁边缘的渣石，这样能够防止顶管9顶进的卡死。截割臂的后盖板19上留有两个铰支点，上部铰支点21和旋转盘6固定，下部铰支点22和竖直角度油缸14固定，当竖直角度油缸14伸出或缩回时，截割臂在竖直方向的角度会出现改变，进而，截割头1可以实现在竖直方向上的移动。同理，旋转盘6的一端和固定板5相连，另一端连接有水平角度油缸12，当水平角度油缸12伸出或缩回时，旋转盘6带动截割臂一起旋转，进而，截割头1实现在水平方向上移动。竖直角度油缸14和水平角度油缸12可以同时伸缩运动，实现截割头11在全断面的移动，在掌子面上按照“Z”字形进行扫面操作，从上层到下层的逐渐清扫，完成对完整截面的小粒径渣石的破碎和搅动。截齿按照流线型布置，通过流线型截齿的旋转，能够将一部分渣石带入到后端的排渣腔20内，便于排渣系统将渣石带走。

遇到大粒径岩石整体塌落，岩石粒径为300-1000mm。如果遇到大颗粒岩石的时候，需要采用截割头1对其进行破碎，截割头1采用类似综掘机的截齿破岩原理，通过截割头1旋转及截割臂的锤击实现对大块岩石的磨碎，截齿按照流线型布置，通过流线型截齿的旋转，能够将一部分渣石带入到后端的排渣腔20内，便于排渣系统将渣石带走。截割头1对大粒径岩石进行破碎的时候，需要降低顶管9的顶进速度，防止截割头1进入岩石的深度过大，而造成截割头1堵转、卡死问题，随着截齿对岩石的逐渐破碎，操作人员控制设备逐渐顶进，能够保证将大粒径渣石逐渐破碎成几块小粒径渣石，小粒径渣石能够按照上面的方式顺利排出。

遇到锚杆、锚索、钢梁等情况。敞开式顶管9救援装备的操作人员的工作位置离敞开的掌子面仅有2米距离，这样，就可以精确地控制挖掘操作，对地层变化做出快速反应并采取必要的措施。遇到钢筋、锚杆、锚索或其它障碍时，操作人员首先停止设备掘进及截割头1旋转，操作截割臂的竖直角度油缸14和水平角度油缸12，将截割头11移动到左上角或者右上角。操作人员取出布置在顶管9处的破拆设备23，主要包括水射流切割机、火焰切割机设备，将这些设备搬运到掌子面处，操作人员操作这些便携的破拆设备23对锚杆、锚索及钢梁进行破拆操作，将这些大尺寸障碍物分成几部分小尺寸的障碍物，人工将其搬入到刮板机7上，通过刮板机7运输到后端的排渣车8内，进而，完成了整体的障碍去除动作。人员将破拆设备23搬运回位，恢复顶进及截割。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本实用新型的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种敞开式外护盾掘进装置，其特征在于：包括前壳体、后壳体、截割系统和运渣系统，其中前壳体和后壳体均为筒状结构，所述前壳体尾端对接在后壳体前端形成筒状的掘进主体外壳，截割系统和运渣系统置于掘进主体外壳内部，所述截割系统包括截割头，该截割头至少部分工作段伸出前壳体的前端，所述运渣系统的主运输方向由掘进主体外壳的前端向掘进主体外壳后端反向延伸；所述掘进主体外壳由尾端受力顶入坍塌巷道。

2.根据权利要求1所述的敞开式外护盾掘进装置，其特征在于：所述后壳体前端的内壁具有若干个等间隔设置的纠偏油缸，该纠偏油缸的缸体或伸出端之一固定在后壳体，缸体或伸出端之另一固定在前壳体，纠偏油缸非等长伸出，使前壳体和后壳体的轴心交错，以导向掘进装置的掘进方向。

3.根据权利要求1所述的敞开式外护盾掘进装置，其特征在于：所述截割系统尾部具有用于调整截割头朝向角度的角度调整系统，角度调整系统包括固定板、旋转盘、水平角度油缸和竖直角度油缸，其中固定板固定安装在后壳体的内壁，固定板与旋转盘铰接使两者可相对转动，旋转盘的与截割系统尾部铰接，所述水平角度油缸的伸出端与旋转盘铰接，以带动旋转盘和截割系统水平方向偏转；所述竖直角度油缸的伸出端与截割系统尾部铰接，以带动截割系统在竖直方向偏转。

4.根据权利要求3所述的敞开式外护盾掘进装置，其特征在于：所述掘进主体外壳内部具有操作位，该操作位临济角度调整系统，以方便操作员观察掘进装置掌子面情况。

5.根据权利要求1所述的敞开式外护盾掘进装置，其特征在于：所述前壳体的前端到尾端的壁厚逐渐增大，使前壳体壁纵向截面形成铲状。

6.根据权利要求1所述的敞开式外护盾掘进装置，其特征在于：所述运渣系统刮板机、轨道和置于轨道上的排渣车，其中刮板机由掘进主体外壳前端向掘进主体外壳内中部上方延伸，所述轨道前端铺设在刮板机末段的下方，进入掘进主体外壳的坍塌物经过刮板机输送至排渣车，并由排渣车从掘进装置尾部运出。

7.根据权利要求1所述的敞开式外护盾掘进装置，其特征在于：所述掘进主体外壳内置有便携式破拆设备，该破拆设备至少包括水射流切割机和火焰切割机。

8.根据权利要求1所述的敞开式外护盾掘进装置，其特征在于：所述掘进主体外壳尾部具有顶管，顶管与后壳体尾部对接，该顶管作为掘进装置的掘进动力源。

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