CN215057391U - 一种基于钻爆施工的硬岩掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于钻爆施工的硬岩掘进机，包括刀盘、支撑盾体和运渣机构，还包括设置在支撑盾体内的填药装置和钻机装置，所述填药装置和钻机装置靠近所述刀盘的一端设置，所述刀盘上设置有操作通孔，所述操作通孔用于所述填药装置和钻机装置的作业端伸出作业；所述填药装置和钻机装置间隔设置，所述刀盘靠近掌子面的一端设置有若干滚刀。本实用新型的基于钻爆施工的硬岩掘进机，提高了掘进效率，降低了滚刀的磨损，提高了施工安全性。

Description

一种基于钻爆施工的硬岩掘进机

技术领域

本实用新型涉及硬岩隧道施工技术领域，特别涉及一种基于钻爆施工的硬岩掘进机。

背景技术

在地下工程建设中，硬岩隧道占有相当大的比例，硬岩工程的施工主要通过钻爆法和盾构掘进法。钻爆法在小范围硬岩的掘进中有较大优势，但是大面积、长距离硬岩掘进效率低下，且工作环境差，安全性低，在施工中存在超欠挖现象，增加了回填成本。盾构掘进法在硬岩施工中刀具磨损快，盾构开仓风险高，掘进进度难以控制、施工效率低，且在全断面硬岩掘进中多采用敞开式掘进机，土仓压力小，管片与围岩间的空隙难以填充密实而出现渗漏，极大的降低了掘进机的寿命和掘进效率，增加了掘进安全风险。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于钻爆施工的硬岩掘进机，提高了掘进效率，降低了滚刀的磨损，提高了施工安全性。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于钻爆施工的硬岩掘进机，包括刀盘、支撑盾体和运渣机构，还包括设置在支撑盾体内的填药装置和钻机装置，所述填药装置和钻机装置靠近所述刀盘的一端设置，所述刀盘上设置有操作通孔，所述操作通孔用于所述填药装置和钻机装置的作业端伸出作业；所述填药装置和钻机装置间隔设置，所述刀盘靠近掌子面的一端设置有若干滚刀。

可选地，所述填药装置和钻机装置与所述刀盘的盘心距离相同；

所述填药装置和钻机装置关于所述刀盘的中心轴线中心对称设置。

可选地，所述填药装置和钻机装置环状设置在所述刀盘上；若干所述滚刀放射状排布在所述刀盘上。

可选地，所述填药装置和钻机装置设置三个环道，内环道设置一个所述钻机装置和一个所述填药装置；中环道设置三个所述钻机装置和三个所述填药装置，所述钻机装置和所述填药装置间隔均布；外环道设置两个所述钻机装置和一个所述填药装置。

可选地，所述钻机装置包括钻进设备、驱动设备和推进装置，所述钻进设备连接在所述驱动设备的输出端，所述驱动设备与所述推进装置的工作端相连接，所述推进装置的另一端固接于连接座上。

可选地，所述填药装置包括填药单元、爆破单元和推进装置，所述填药单元包括炸药装夹/分离结构，所述装夹/分离结构与所述推进装置的工作端相连接，所述推进装置的另一端固接于连接座上。

可选地，所述填药装置和钻机装置的作业端伸出所述刀盘时与掘进方向呈30°夹角。

可选地，所述钻进设备的冲击端嵌设有冲击齿。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的基于钻爆施工的硬岩掘进机，刀盘上组装有滚刀、填药装置和钻机装置，通过采用上述结构，对掌子面进行钻爆和滚压结合的施工，适用于硬岩的掘进，提高了掘进效率，降低了滚刀的磨损，不需要工作人员人工爆破，提高了施工安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的基于钻爆施工的硬岩掘进机的结构示意图；

图2为图1中的基于钻爆施工的硬岩掘进机的刀盘示意图；

图3为本实用新型实施例提供的填药装置和钻机装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的基于钻爆施工的硬岩掘进机对应的掌子面钻孔位置示意图；

图5为本实用新型实施例提供的基于钻爆施工的硬岩掘进机钻爆后的掌子面状态示意图。

其中：

1、刀盘，2、钻机轨道，3、填药轨道，4、支撑盾体，5、掘进机台车，6、运渣机构，7、钻机装置，8、填药装置，9、滚刀，10、钻机控制单元，11、填药控制单元。

具体实施方式

本实用新型公开了一种基于钻爆施工的硬岩掘进机，提高了掘进效率，降低了滚刀的磨损，提高了施工安全性。

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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图3，本实用新型的基于钻爆施工的硬岩掘进机，包括刀盘1、支撑盾体4和运渣机构6。支撑盾体4内设置有填药装置8和钻机装置7，填药装置8和钻机装置7靠近刀盘1的一端设置，刀盘1上设置有操作通孔，所述操作通孔用于填药装置8和钻机装置7的作业端伸出作业。填药装置8和钻机装置7间隔设置，刀盘1靠近掌子面的一端设置有若干滚刀9。

其中，填药装置8包括填药单元、爆破单元和推进装置，以上结构的具体结构及连接关系为现有技术，即填药装置8为现有的应用在隧道挖掘上的装置。滚刀9通过转轴转动连接在刀盘1靠近掌子面的一侧，用于滚压钻爆后的掌子面。钻机装置7用于在掌子面上挖孔，填药装置8用于在挖好的孔内放置炸药。填药装置8和钻机装置7通过控制器控制。钻机装置7为现有技术中常用的钻机。支撑盾体4内设置有掘进机台车5。

本实用新型的基于钻爆施工的硬岩掘进机，刀盘1上组装有滚刀9、填药装置8和钻机装置7，通过采用上述结构，对掌子面进行钻爆和滚压结合的施工，适用于硬岩的掘进，提高了掘进效率，降低了滚刀的磨损，不需要工作人员人工爆破，提高了施工安全性。

其中，填药装置8和钻机装置7与刀盘1的盘心距离相同。这种结构设置，使得在钻机装置7钻孔后，刀盘1旋转一定的角度，填药装置8恰好位于钻好的孔的位置，以便填药。进一步的，填药装置8和钻机装置7关于刀盘1的中心轴线中心对称设置。

在一具体实施例中，填药装置8和钻机装置7环状设置在刀盘1上，每环上均需要设置填药装置8和钻机装置7。若干滚刀9沿刀盘1的半径放射状排布在刀盘1上。具体的，如图2所示，若干滚刀9设置6排，每排设置多个滚刀9。

进一步的，如图2所示，填药装置8和钻机装置7设置三个环道，内环道设置一个钻机装置7和一个填药装置8，二者设置在刀盘1的同一个圆环上，间隔180°设置。中环道设置三个钻机装置7和三个填药装置8，钻机装置7和三个填药装置8间隔均布，相邻的装置之间间隔60°。外环道设置两个钻机装置7和一个填药装置8。在其他实施例中，也可以根据需要进行其他方式的设置。填药装置8上还设置有填药控制单元11，填药控制单元11用于控制填药装置8的工作。填药装置8的所述爆破单元用于引爆炸药。所述填药单元包括炸药装夹/分离结构，所述炸药装夹/分离结构可实现炸药的装夹与分离，所述装夹/分离结构与所述推进装置的工作端相连接，所述推进装置的另一端固接于连接座上。所述炸药装夹/分离结构、所述爆破单元均为本领域技术人员常用的结构，此处不再赘述。

具体的，钻机装置7包括钻进设备、驱动设备和推进装置。所述钻进设备包括但不限于凿岩机、潜孔锤、水锤等具备凿岩钻进的设备。所述驱动设备包括但不限于驱动电机。所述钻进设备连接在所述驱动设备的输出端，所述驱动设备与所述推进装置的工作端相连接，所述推进装置的另一端固接于连接座上。钻机装置7上还设置有钻机控制单元10，钻机控制单元10用于控制所述钻头的工作。位于刀盘1上同一环道的钻机装置7和填药装置8沿掘进刀盘1的盘面中垂线呈中心对称分布，钻机装置7和填药装置8伸出刀盘1时，其轴线与掘进方向之间角度一致，角度介于0°～90°。控制钻机装置7和填药装置8推进、回退的控制单元可由掘进机系统统一控制或各钻机装置7和填药装置8独立设置控制单元控制。

上述的钻机装置7和填药装置8中的推进装置为电动推进器。

在一具体实施例中，填药装置8和钻机装置7的作业端伸出刀盘1时与掘进方向呈30°夹角，便于钻孔。为了提高钻孔的能力，所述钻头的冲击端嵌设有冲击齿。

为了方便监控工作位置的情况，本实用新型的基于钻爆施工的硬岩掘进机还包括图像可视模块，所述图像可视模块用于监测掘进处的工作情况。所述图像可视模块具体包括摄像头，所述摄像头用于拍摄掌子面的图像。

本实用新型的基于钻爆施工的硬岩掘进机的施工方法，具体步骤包括：

a)、智能控制系统控制钻机装置7在掌子面上钻孔；

b)、钻好孔后，采用填药装置8进行填药和爆破；

c)、采用滚刀9滚压爆裂区域的掌子面，实现破岩掘进。

具体的，上述步骤a中的钻孔为多点钻孔，相应的，所述步骤b中的爆破为多点爆破。如图4和图5所示。

具体工作时，掘进机整体移动至刀盘1的盘面距掌子面不大于1.5m处，钻机控制单元10控制所述钻头伸出刀盘1的端面，在掌子面凿岩钻进打孔，直至所有设置所述钻头达到该位置钻进最大深度，钻机控制单元10控制所述钻头回退至初始位置。根据刀盘1上钻机装置7与填药装置8的位置关系，掘进机控制系统控制刀盘1以预设角度旋转，使填药装置8伸出位置与钻孔位置相对应，根据需要刀盘1可多次旋转实现钻头钻孔、填药装置8填药，在刀盘1旋转前，所述钻头和填药装置8回退至掌子面外侧，一次钻爆结束，控制单元控制钻头和填药装置8回退至初始位置，刀盘1旋转，滚刀9滚压破岩。掘进机系统发出爆破指令，其中各爆破点可根据围岩条件需要先后引爆。刀盘1前移接触掌子面后，刀盘1旋转开挖包含爆裂区块的岩层，刀盘1连续前移旋转实现岩层的开挖。上述步骤为完整单次掘进过程，掘进机可循环执行此过程实现全断面硬岩的快速掘进。

在一具体实施例中，如图2所示，在钻机轨道2中设置有用于控制钻机移动和钻进的钻机控制单元10和钻机装置7。在填药轨道3中设置有用于填药装置8移动和填药的填药控制单元11和填药装置8.掘进机整体移动至刀盘1的盘面距掌子面0.5米范围内，钻机装置7的钻头伸出刀盘1，并在掌子面开始钻进打孔，第一组打孔结束，钻头回退至掌子面外侧，刀盘1顺时针旋转60°，中间环道的填药装置8伸出刀盘1，在第一组中间环道孔位置填药。第二组打孔结束，钻机装置7与填药装置8退至掌子面外侧，刀盘1旋转60°，所有钻机装置7与填药装置8前移，在掌子面钻进打孔和已打孔位置完成填药。第三组打孔结束后，钻机装置7与填药装置8回退，其中中间环道钻机和填药装置回退至初始位置，内环道和外环道钻机装置7与填药装置8回退至掌子面外侧即可，刀盘1旋转60°；内环道和外环道钻机装置7与填药装置8前移，在掌子面钻进打孔和已打孔位置完成填药。……第五组打孔结束后，钻机装置7与填药装置8回退，内环道和外环道钻机装置7与填药装置8回退至掌子面外侧，刀盘1旋转60°；内环道和外环道钻机装置7与填药装置8前移，在掌子面钻进打孔和已打孔位置完成填药。第六组打孔结束后，钻机装置7与填药装置8回退，内环道和外环道钻机装置7与填药装置8回退至初始位置，掌子面岩层结构示意图如图4所示。掘进机系统发出爆破指令，所填炸药完成爆破，刀爆破后掌子面结构示意图如图5所示；爆破完成后，刀盘1整体前移，刀盘1旋转实现滚刀9掘进开挖；重复以上工序，实现硬岩连续掘进。该实施例中的控制单元为各钻机、填药装置独立控制。

在本方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本方案的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于钻爆施工的硬岩掘进机，包括刀盘、支撑盾体和运渣机构，其特征在于，还包括设置在支撑盾体内的填药装置和钻机装置，所述填药装置和钻机装置靠近所述刀盘的一端设置，所述刀盘上设置有操作通孔，所述操作通孔用于所述填药装置和钻机装置的作业端伸出作业；所述填药装置和钻机装置间隔设置，所述刀盘靠近掌子面的一端设置有若干滚刀。

2.根据权利要求1所述的基于钻爆施工的硬岩掘进机，其特征在于，所述填药装置和钻机装置与所述刀盘的盘心距离相同；

所述填药装置和钻机装置关于所述刀盘的中心轴线中心对称设置。

3.根据权利要求1所述的基于钻爆施工的硬岩掘进机，其特征在于，所述填药装置和钻机装置环状设置在所述刀盘上；若干所述滚刀放射状排布在所述刀盘上。

4.根据权利要求3所述的基于钻爆施工的硬岩掘进机，其特征在于，所述填药装置和钻机装置设置三个环道，内环道设置一个所述钻机装置和一个所述填药装置；中环道设置三个所述钻机装置和三个所述填药装置，所述钻机装置和所述填药装置间隔均布；外环道设置两个所述钻机装置和一个所述填药装置。

5.根据权利要求1所述的基于钻爆施工的硬岩掘进机，其特征在于，所述钻机装置包括钻进设备、驱动设备和推进装置，所述钻进设备连接在所述驱动设备的输出端，所述驱动设备与所述推进装置的工作端相连接，所述推进装置的另一端固接于连接座上。

6.根据权利要求1所述的基于钻爆施工的硬岩掘进机，其特征在于，所述填药装置包括填药单元、爆破单元和推进装置，所述填药单元包括炸药装夹/分离结构，所述装夹/分离结构与所述推进装置的工作端相连接，所述推进装置的另一端固接于连接座上。

7.根据权利要求1所述的基于钻爆施工的硬岩掘进机，其特征在于，所述填药装置和钻机装置的作业端伸出所述刀盘时与掘进方向呈30°夹角。

8.根据权利要求5所述的基于钻爆施工的硬岩掘进机，其特征在于，所述钻进设备的冲击端嵌设有冲击齿。

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