CN211115999U - 一种穿越破碎带围岩的岩石开采装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了穿越破碎带围岩的岩石开采装置，属于矿山开采领域。本实用新型的装置，钢箱涵设在平板车上；平板车的动力由与其相连的电动机车提供，电动机车的另一端设有装渣罐车，三者的行程由铺设在地上的轨道提供；钢箱涵内设有钻进设备和自动排渣装置，自动排渣装置用于将钻进设备的矿渣由钢箱涵运送到装渣罐车内。解决了现有巷道掘进时易出现的片帮冒顶现象从而对工人造成伤害的问题。

Description

一种穿越破碎带围岩的岩石开采装置

技术领域

本实用新型属于矿山开采领域，具体涉及一种穿越破碎带围岩的岩石开采装置。

背景技术

在矿山巷道掘进过程中，受地质勘察技术的限制或由于勘察不到位，常常会遇到大量尺寸不同、形态各异的不连续面，如节理、层理、断层等。在破碎带开挖的过程中，安全性差，极易出现坍塌、冒落等工程事故。巷道冒顶塌方会造成机械设备损坏、投资费用增加、延误开挖进度，更对现场作业人员的生命安全构成巨大威胁，因此对支护质量提出了很高的要求。

目前，隧道施工中支护并穿越破碎带的主要方法有注浆充填法、超前小导管法、管棚超前支护法、TBM法和盾构法。(1)注浆充填对开挖机的压力要求高，由于岩体破碎使注浆量大，作业时间长，造价高，且围岩加固质量难以保证；(2)传统超前小导管注浆固结破碎围岩体时，通常需要建设钢筋混凝土止浆墙，不仅大幅增加了成本，而且经常出现钻孔困难、塌孔、卡钻等问题；(3)管棚需要先钻孔，再注浆，且需要配合修筑的衬砌才能发挥支护作用。(4)TBM和盾构机体积过大，不适于横断面积狭小的矿山巷道，且成本太高。由于矿山巷道不同于隧道开挖，具有开采后即废弃的特点，超前小导管法与管棚在矿山巷道中均不能实现重复使用而形成极大的浪费，而且前期支护工作量大严重影响掘进速度。综上所述，隧道施工中常用的支护方法在工作面狭小，追求高效益、低成本的矿山巷道中难以实现。

顶管法也是一项常用的支护方法。顶管开挖是一种不开挖或者少开挖的管道埋设开挖技术，其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内再吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。但工程上的顶管常用钢筋混凝土管，目前仅限于穿越土体，主要用于地下管线的铺设或更换。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有巷道掘进时易出现的片帮冒顶现象从而对工人造成伤害的缺点，提供一种穿越破碎带围岩的岩石开采装置。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种穿越破碎带围岩的岩石开采装置，包括钢箱涵，钢箱涵设在平板车上，钻进设备设在钢箱涵内；

平板车的动力由与其相连的电动机车提供，电动机车的另一端设有装渣罐车，三者的行程由铺设在地上的轨道提供；

钢箱涵内设有钻进设备和自动排渣装置，自动排渣装置用于将钻进设备的矿渣由钢箱涵运送到装渣罐车内。

进一步的，钢箱涵的底板的横截面为“凸”字形，所述底板包括上台阶和位于其两侧的下台阶；

平板车设在上台阶下方，通过锁口与钢箱涵底板连接固定。

进一步的，位于一侧的下台阶上设有排水设备，所述排水设备用于将钢箱涵内的液体排出；下台阶上设有与上台阶平齐的钻进工作站台。

进一步的，还包括设在钢箱涵顶部的散热装置和照明装置。

进一步的，自动排渣装置包括横向输送带和纵向输送带；

横向输送带设在位于挡头面下方的钢箱涵的底板上，纵向输送带设在另一侧的下台阶上；

落入横向输送带的渣石经收缩口运至纵向输送带，经纵向输送带运至装渣罐车内。

进一步的，横向输送带底部设有支座，横向输送带的输出端连有纵向输送带，纵向输送带底部设有行走轮和用于调节纵向输送带角度的伸缩杆。

进一步的，平板车与电动机车由钢套环固定连接；

电动机车与装渣罐车由钢套环连接固定。

进一步的，钢箱涵内还设有内支撑。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的穿越破碎带围岩的岩石开采装置，设备简单，操作方便灵活，可在不同巷道中循环使用，适用范围广；钢箱涵内的自动排渣装置克服了中小型矿山传统的人工排渣方法只能先开挖后排渣的弊端，使掘进和出渣能同步进行，弥补了因爆破除尘延误的掘进进度，而且降低了矿工的劳动强度，不仅提高了生产效率、节约了人力成本，更有效避免了挡头面下进行排渣发生危险事故；排渣的自动化，改变了传统的采矿模式，推进巷道矿石开采朝机械化、自动化的方向发展；用电动机车取代顶进油缸，实现钢箱涵的推进，既减少了大型设备的使用，又充分利用了矿井中的现有设备，降低了开采装置的成本。

进一步的，钢箱涵底板的结构，下台阶下悬设置，挨近巷道地面，不仅有效避免了单边现象，而且能防止矿渣掉入箱涵底板下轨道而影响箱涵的推进，且可用于放置工具，提高了箱涵的空间利用率。

进一步的，排水设备设在钻进工作站台下方，充分利用钢箱涵的空间，且有效解决了斜井开挖过程中产生的积水问题。

进一步的，掘进面开挖会有地热释放，特别是破碎带的掘进过程会释放大量地热，加之排渣装置和钻进设备产生的热量，破岩产生的缝隙水使巷道中形成很重的湿气，严重地会使矿工身体不适，束缚了矿工的作业时间，散热装置可以改善矿工的作业环境，提高工作的舒适度。

进一步的，内支撑用来增加箱涵在掘进过程中的整体刚度，提高破岩能力。

附图说明

图1为钢箱涵入口面示意图；

图2为钢箱涵侧面示意图；

图3为掘进过程中挡头面的断面图；

图4为钢箱涵的结构示意图，其中，图4(a)为正视图，4(b)为后视图；

图5为连接钢箱涵与平板车的锁口的侧视图；

图6为钢箱涵的刃脚构造示意图；

图7为连接的装渣罐车、电动机车、平板车示意图；

其中：1-钢箱涵，2-上台阶，3-矿车车轮，4-矿车车轴，5-平板车，6-下台阶，7-钻架，8-钻机气腿，9-内支撑，10-箱涵外延翼缘，11-钻机头，12-钻进工作站台，13-钢箱涵入口，14-注油器，15-气缸，16-钻杆，17-刃脚端，18-通风管，19-过渡区，20-支座，21-水泵，22-横向排水管，23-纵向排水管，24-横向输送带，25-巷道轮廓面，26-钢箱涵与永久支护的间隙，27-预制钢筋混凝土拱，28-混凝土空心砖，29-巷道永久支护，30-角钢，31-锁口，32-挡头面，33-钻进设备，34-矿渣，35-轨道，36-纵向输送带，37-行走轮，38-伸缩杆，39-钢套环，40-机车电动机，41-装渣罐车，42-电动机车受电弓，43-接触网导线，44-机车驾驶室，45-散热装置，46-照明装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型的穿越破碎带的岩石开采装置，包括钢箱涵1、上台阶2、矿车车轮3、矿车车轴4、平板车5、下台阶6、钻架7、钻机气腿8、内支撑9、箱涵外延翼缘10、钻机头11、钻进工作站台12、钢箱涵入口13、注油器14、气缸15、钻杆16、刃脚端17、通风管18、过渡区19、支座20、水泵21、横向排水管22、纵向排水管23、横向输送带24、角钢30、锁口31、钻进设备33、矿渣34、轨道35、纵向输送带36、行走轮37、伸缩杆38、钢套环39、机车电动机40、装渣罐车41、电动机车受电弓42、接触网导线43、机车驾驶室44、散热装置45和照明装置46。

参见图1和图2，图1和图2分别为钢箱涵的正视图和侧视图；在钢箱涵1拱顶与侧壁相交线上水平向设置箱涵外延翼缘10至巷道侧壁，与箱涵通过螺栓联结，故可收缩成贴紧侧壁竖向放置，用以防止已开挖空间顶部掉渣堵塞永久支护空间；钢箱涵1底板上台阶2和分布其两侧的下台阶6构成由，参见图4，图4为钢箱涵的结构示意图，图4(a)和4(b)分别为正视图和后视图，钢箱涵1底板大于平板车5的钢板，为使两者连接稳固，同时增大钢箱涵1的容纳空间，对钢箱涵1底板进行下悬处理，钢箱涵1的底板形成一个向上的上台阶2，刚好放置于平板车5的钢板上；在下台阶后侧与上方焊接钢板与上台阶2底板齐平，作为钻进工作站台12，钻进工作站台12底部的空间用于放置纵向排水管23；钻进工作站台12同时作为过道，便于工人行走；底板的下台阶处设有钻进工作站台12，钻进工作站台12与上台阶2相平齐，钻进工作站台12下设有纵向排水管23，钻架7支放在箱涵底板上，伸缩式气腿7可实现钻机对挡头面32不同高度的破岩；注油器14连接通风管18，位于钻机头11的端部；气缸15位于钻机头11上方，起消音作用；钻杆16通过钎套连接在钻机上，钻头插在钻杆前端。

参见图3，图3为掘进过程中挡头面的断面图；巷道永久支护29外的巷道轮廓面25为圆拱形，巷道永久支护29的上侧由预制钢筋混凝土拱27制成，下侧由混凝土空心砖28制成，巷道永久支护29与钢箱涵1之间为钢箱涵与永久支护的间隙26；排水设备输由水泵21、纵向排水管23和横向排水管22组成，水泵21放置在钢箱涵1上台阶2的前方，连接有横向排水管22用于接收破岩过程中流入箱涵的水，横向排水管22连接纵向排水管23，纵向排水管23沿下台阶铺设，并与钢箱涵1外部连通，用于将水输送至矿井内集水坑。水泵21可自动识别前区水量，达到一定量就会抽水进水管。斜井巷道通常有一定的俯坡，破岩产生的缝隙水容易积聚在挡头面，影响矿工正常作业，这种排水设备的设置既解决了这个问题，又合理利用了箱涵空间。

自动排渣装置包括横向输送带24和纵向传送带36，横向输送带24水平放置，与立在底板上的支座20铰接，距底板较低，紧贴挡头面32；而纵向传送带36底部设有行走轮37，行走轮37上两侧的缓冲胶垫均设有伸缩杆38，伸缩杆38另一端活动连接在纵向输送带36的底部。在两者的过渡区19，横向输送带24高于纵向传送带36，恰好置于其上方；横向输送带24用于收集掉落的矿渣34，并传送至过渡区，矿渣落在纵向输送带36上，通过调节伸缩杆38的长度，使纵向输送带携带矿渣由低处至合适高度处掉入罐车车厢。纵向、横向输送带两侧焊接挡边，防止矿渣掉出。平板车5底部设有矿车车轮3和矿车车轴4。自动排渣装置可以采用市场矿用皮带输送机。

参见图5，图5为钢箱涵与平板车的侧视图；在平板车5和钢箱涵底板接触面上下焊接反向角钢30形成锁口31，使两者成为紧密整体，进而平板车在电动机车的推动下，通过锁口的连接作用更有效地带动箱涵向前掘进。

参见图6，图6为钢箱涵的刃脚构造示意图，相比箱涵其他部分，与挡头面32接触的箱涵端部宜采用较高强度钢，且厚度加大，并在内侧作与沉井类似的刃脚处理，形成刃脚端17，以减小前进阻力，便于顺利推进，刃脚的式样如图6所示。同时，在箱涵的端部和中间焊接内支撑9，以增加箱涵在掘进过程中的整体刚度，提高破岩能力。

参见图7，图7为本实用新型的整体结构示意图，沿巷道掘进方向，装渣罐车41、电动机车、平板车5依次排布于轨道35上，两两由钢套环39相连接；钢箱涵1放置在平板车5上，电动机车在电力驱动下推动钢箱涵1向前掘进，钢箱涵1内设有自动排渣装置，装渣罐车41同步跟进以接收自动排渣装置传送的矿渣，装满矿渣的装渣罐车41立即由其他电动机车拉离开挖区域，并立即换上空罐车接渣；工人分别在机车驾驶室44和钻进工作站台12上操作。

电动机车上设有机车电动机40，机车电动机40连接有电动机车受电弓42，电动机车受电弓42与接触网导线43相接触为机车电动机40供电。

钢箱涵1顶板上设有散热装置45和照明装置46，由于掘进面开挖会有地热释放，特别是破碎带的掘进过程会释放大量地热，加之自动排渣装置和钻进设备产生的热量，破岩产生的缝隙水使巷道中形成很重的湿气，严重地会使矿工身体不适，束缚了矿工的作业时间，故利用散热装置来改善矿工的作业环境，提高工作的舒适度。

本实用新型的穿越破碎带的岩石开采装置的开采方法，包括以下步骤：

1)将装有平板车5的钢箱涵1、电动机车、装渣罐车41在轨道上顺次连接，驶向破碎带岩体；

2)矿工在钻进工作站台12操作钻机钻孔破岩，开启横向输送带24和纵向传送带36，对掉落的矿石进行自动排渣作业；

若遇到特殊围岩的情况时，可选择爆破处理，爆破方式宜选用光面爆破或聚能水压爆破，使产生的围岩断面轮廓整齐，使钢箱涵与断面能保持紧密接触；

开挖钻孔时，沿掘进方向成小角度向外辐射，使形成的开挖断面大于钢箱涵横截面积，为后期巷道顶部安装预制钢筋混凝土拱作永久支护预留空间，同时利于钢箱涵1的推进；

3)落入装渣罐车41内的渣石由预备电动机车运至井口，经轨道或卷扬机抬升至地表；

4)待钢箱涵1全部进入起始挡头面32后，对暴露出来的已开挖空间的巷道地面上铺筑轨道，巷道顶部铺设接触网导线，用混凝土空心砖紧贴巷道轮廓面砌墙，到达预定高度后，在墙顶用预制钢筋混凝土拱搭拱，形成巷道断面的永久支护；

5)重复步骤2)～4)，直至钢箱涵1穿过破碎带到达稳定岩体。

在完成破碎带全段的永久支护后，可撤出钢箱涵，继续对稳定岩体进行正常掘进作业；散热装置的排风扇在钢箱涵向前掘进支护的全过程均保持工作状态，根据巷道内的湿度情况合理调节。

可以根据各矿山巷道的实际尺寸确定钢箱涵的具体尺寸，采用钢板焊接或铆接成型，经竖井或斜井运入巷道。若钢箱涵的尺寸较大，无法经竖井进入巷道时，可采取井下制作；在钢箱涵的相应部位完成各装置的正确组装，形成一个集破岩、排渣、通风照明、排水于一体的多功能箱涵；钢箱涵的厚度和所用钢材的强度，应能满足箱涵正常工作状态下维持稳定和变形不超过允许值的要求；相比钢箱涵其他部分，与挡头面接触的箱涵端部宜采用较高强度钢，且厚度加大，并作与沉井类似的刃脚处理，以提高破岩能力，便于顺利推进。

本实用新型的穿越破碎带围岩的岩石开采装置的开采方法，相较于管棚和超前小导管的支护方法，无钻孔和注浆的工序，极大减少了钢筋和混凝土用量，且掘进和永久支护可同时进行，不产生附加费用行；同时克服了TBM和盾构机大体积、成本高的弊端；本实用新型的开采方法融合了顶管法的优点，利用钢箱涵的庇护作用达到了在破碎带岩体高效安全作业的目的，而且克服了顶管法仅用于土体的局限性。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种穿越破碎带围岩的岩石开采装置，其特征在于，包括钢箱涵(1)，钢箱涵(1)设在平板车(5)上，钻进设备(33)设在钢箱涵(1)内；

平板车(5)的动力由与其相连的电动机车提供，电动机车的另一端设有装渣罐车(41)，三者的行程由铺设在地上的轨道提供；

钢箱涵(1)内设有钻进设备(33)和自动排渣装置，自动排渣装置用于将钻进设备(33)的矿渣由钢箱涵(1)运送到装渣罐车(41)内。

2.根据权利要求1所述的穿越破碎带围岩的岩石开采装置，其特征在于，钢箱涵(1)的底板的横截面为“凸”字形，所述底板包括上台阶(2)和位于其两侧的下台阶；

平板车(5)设在上台阶(2)下方，通过锁口(31)与钢箱涵(1)底板连接固定。

3.根据权利要求2所述的穿越破碎带围岩的岩石开采装置，其特征在于，位于一侧的下台阶上设有排水设备，所述排水设备用于将钢箱涵(1)内的液体排出；所述下台阶上设有与上台阶(2)平齐的钻进工作站台(12)。

4.根据权利要求2所述的穿越破碎带围岩的岩石开采装置，其特征在于，还包括设在钢箱涵(1)顶部的散热装置(45)和照明装置(46)。

5.根据权利要求3所述的穿越破碎带围岩的岩石开采装置，其特征在于，自动排渣装置包括横向输送带(24)和纵向输送带(36)；

横向输送带(24)设在位于挡头面(42)下方的钢箱涵(1)的底板上，纵向输送带(36)设在另一侧的下台阶上；

落入横向输送带(24)的渣石经收缩口运至纵向输送带(36)，经纵向输送带(36)运至装渣罐车(41)内。

6.根据权利要求5所述的穿越破碎带围岩的岩石开采装置，其特征在于，还包括横向输送带(24)底部设有支座(20)，横向输送带(24)的输出端连有纵向输送带(36)，纵向输送带(36)底部设有行走轮(37)和用于调节纵向输送带(36)角度的伸缩杆(38)。

7.根据权利要求1所述的穿越破碎带围岩的岩石开采装置，其特征在于，平板车(5)与电动机车由钢套环(39)固定连接；

电动机车与装渣罐车(41)由钢套环连接固定。

8.根据权利要求1所述的穿越破碎带围岩的岩石开采装置，其特征在于，钢箱涵(1)内还设有内支撑(9)。

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