一种竖井连续出渣装置及其出渣施工方法与流程

本发明属于竖井施工技术领域，尤其是涉及一种竖井连续出渣装置及其出渣施工方法。

背景技术：

随着目前人们对地下空间的重视及大量需求，竖井施工越来越多，其中竖井施工的地下工程包括地下停车场，采矿巷道及地下防御工事等。随着竖井的应用越来越广泛，竖井掘进机使用的工况也越来越复杂多样，而出渣是限制竖井施工技术发展的主要因素。竖井掘进机目前常用的出渣方式如下：泥浆环流出渣、抓斗和垂直皮带机配合出渣、螺旋机和垂直皮带机配合出渣；但是以上三种出渣方式分别存在受到缺水因素局限、出渣机不能跟随竖井下挖进度变更运输长度、受地质因素影响的问题，往往限制地下工程的施工进度，增加施工工期及成本，不适用于连续的、动态的竖井出渣。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、安全性高的竖井连续出渣装置，同时，公开上述的竖井连续出渣装置实施的出渣施工方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种竖井连续出渣装置，其包括设置在竖井井口的水平机架、竖直机架，所述水平机架包括两根左立柱和两根右立柱，靠近竖井井口的两根左立柱分别为平行布置的前左立柱和后左立柱，远离竖井井口的两根右立柱分别为平行布置的前右立柱和后右立柱，两根左立柱和两根右立柱底端之间垂直设置有两根平行布置的连接杆；所述两根左立柱和两根右立柱之间由上至下间隔设置有若干组支撑板，每组支撑板为相对平行设置的两个支撑板，分别为第一支撑板、第二支撑板，每组支撑板分别连接在两根左立柱的前左立柱、后左立柱和两根右立柱的前右立柱、后右立柱两端；所述每组支撑板的右端均设置有滚筒及其旋转驱动机构，每组支撑板的底部均安装有滚筒的平移驱动机构，左端的两根左立柱上部通过转轴安装有相应的转向滚筒，转向滚筒位于此组支撑板上方、且位于此组支撑板上方的相邻组支撑板下方；所述若干组支撑板由下至上分别为第一组支撑板、第二组支撑板、……第n组支撑板，大倾角挡边输送带一端设置在第一组支撑板右端的第一滚筒外侧，另一端绕过相应的第一转向滚筒进行第一次转向后，大倾角挡边输送带继续由下至上分别穿过各组支撑板之间的空间依次绕设在相应组支撑板上的滚筒、转向滚筒进行多次转向，直至绕设在第n组支撑板右端的第n滚筒外侧，再绕经设置在两根左立柱顶部外侧的导向滚轮组，大倾角挡边输送带由水平状态转为竖直状态，穿设在竖直机架上，大倾角挡边输送带的末端设置在竖直机架底部的副滚筒外侧；所述竖直机架设置在水平机架的两根左立柱外侧。

进一步地，上述的每组支撑板上，滚筒及其旋转驱动机构通过安装架设置在支撑板上，旋转驱动机构包括第一电机、减速机，第一电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴与滚筒一端固连，带动滚筒旋转。

进一步地，上述的每组支撑板底部安装的滚筒的平移驱动机构，包括固定安装在第一支撑板底部右端的直线电机，直线电机的初级定子固定在第一支撑板上，次级动子与滚筒的安装架连接。

更进一步地，上述的每组支撑板底部安装的滚筒的平移驱动机构，还包括固定安装在第二支撑板底部右端的直线电机，直线电机的初级定子固定在第二支撑板上，次级动子与滚筒的安装架连接。

进一步地，上述的每组支撑板中，沿其长度方向间隔均匀布置有若干个用于支撑大倾角挡边输送带的托辊机构，托辊机构设置在第一支撑板外侧，由底座、支柱和托辊，底座固定安装在第一支撑板外侧面上，支柱底端固定安装在底座顶面上，顶端与托辊一端铰接，支柱为中空结构，且内部安装有微型驱动电机，微型驱动电机的输出轴与托辊一端固定的转轴连接，以使得该转轴受微型驱动电机驱动带动托辊抬起。

更进一步地，上述的托辊机构上安装有距离传感器。

进一步地，上述的导向滚轮组由若干个滚轮组成，滚轮的圆心位于同一段圆弧线上。

进一步地，上述的竖直机架包括两根平行分布的支撑导轨架、以及与支撑导轨架配合连接的移动连接架，所述支撑导轨架一侧面沿长度方向开设有纵向凹槽，且位于凹槽的外部一侧安装有若干个沿导轨架长度方向间隔均匀分布的滚轮，另一侧安装有若干个沿导轨架长度方向间隔均匀分布的齿轮，且最顶部、最底部的齿轮均连接有第二电机，齿轮安装在第二电机的输出轴上；所述移动连接架由若干根单元架体依次连接组成，每根单元架体包括两根平行分布的立杆，两根立杆相对应的内侧面均沿长度方向对称设有纵向凸条，纵向凸条与支撑导轨架上的纵向凹槽相配合，纵向凸条一侧设置有与支撑导轨架上的齿轮相啮合的齿条，另一侧与支撑导轨架上的滚轮相贴；除最底部的单元架体之外，每个单元架体的两根立杆外侧设置有与二者连接的防护架。

更进一步地，上述的防护架为u形、v形、圆弧形、半圆形或一侧开口的多边形。

更进一步地，上述的移动连接架中，最底部的单元架体的两根平行分布的立杆外侧均固定连接有与之垂直的横杆，两立杆之间安装有第一限位轮，两横杆靠近立杆的端部之间通过限位板安装有位于横杆上方的第二限位轮，大倾角挡边输送带穿过第一限位轮、第二限位轮之间且两侧面分别与二者紧贴，副滚筒安装在两横杆远离立杆的端部之间，且两横杆的此端底部均安装有与之垂直的支撑腿，两支撑腿的底端与两立杆的底端齐平，且底端均安装有垫脚块。

进一步地，上述的大倾角挡边输送带的末端上表面设置有料斗。

进一步地，上述的水平机架靠近竖直机架端部的两侧对称设置有支撑架，支撑架上部固定有站台，站台上设置有机械臂；两站台之间安装有位于水平机架上方的平台，平台用于放置移动连接架的若干根单元架体。

一种竖井连续出渣装置的出渣施工方法，其竖井连续出渣装置采用控制系统控制运行，包括以下步骤：

步骤1、竖直机架置于竖井井口内，每组支撑板上的滚筒由旋转驱动机构驱动旋转，带动大倾角挡边输送带向前移动，滚筒旋转启动的同时，在托辊机构中的微型驱动电机驱动下将托辊抬起，使托辊由竖直状态转为水平状态，对大倾角挡边输送带进行支撑，以保证大倾角挡边输送带平稳运行；

步骤2、随着竖井深度的变化，由下至上依次使若干组支撑板上的滚筒在平移驱动机构的驱动下，沿支撑板的长度方向由右端向左端移动，在滚筒水平移动过程中，从右向左间隔布置的若干个托辊机构上的距离传感器发出信号，依次使相应的微型驱动电机驱动各托辊降下，由水平状态转为竖直状态；与此同时，竖直机架中的大倾角挡边输送带随若干组支撑板上的滚筒依次水平向右移动而逐渐下降，同时不断增加竖直机架上端的单元架体数量，使之适应竖井不断变化的深度；渣土置于竖直机架最底部的单元架体外侧连接的横杆上的大倾角挡边输送带上的料斗内；

步骤3、由上至下若干组支撑板上的滚筒依次在平移驱动机构的驱动下，沿支撑板的长度方向由左端向右端移动，竖直机架中的大倾角挡边输送带逐渐上升，将渣土带出竖井再外运。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该竖井连续出渣装置，其结构设计合理紧凑，操作简单，机械化程度高，实用性强，在水平机架上的大倾角挡边输送带经由每组支撑板上的滚筒、转向滚筒以呈折叠状态，利用滚筒及其旋转驱动机构、平移驱动机构能够使大倾角挡边输送带实现动态伸缩式变化，随着竖井深度一起不断变化，进而实现连续出渣，出渣平稳可靠，出渣效率高，能有效保证施工工期，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明竖井连续出渣装置一实施例的立体结构示意图；

图2是图1中的大倾角挡边输送带与滚筒、转向滚筒的结构示意图；

图3是本发明竖井连续出渣装置的托辊机构工作状态之一的结构示意图；

图4是本发明竖井连续出渣装置的托辊机构工作状态之二的结构示意图；

图5是本发明竖井连续出渣装置的支撑导轨架的结构示意图；

图6是本发明竖井连续出渣装置的单元架体的结构示意图；

图中：1－平台；2－机械臂；3－站台；4－大倾角挡边输送带；5－水平机架；6－旋转驱动机构；7－滚筒；8－第一支撑板；9－托辊机构；10－支撑架；11－第一限位轮；12－第二限位轮；13－横杆；14－支撑腿；15－垫脚块；16－副滚筒；17－料斗；18－导向滚轮组；19－竖直机架；20－第二滚筒；21－第二转向滚筒；22－提升辊；23－直线电机；24－底座；25－支柱；26－托辊；27－支撑导轨架；28－齿轮；29－第二电机；30－纵向凹槽；31－滚轮；32－耳板；33－纵向凸条；34－齿条；35－防护架；36－立杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1～6所示，该竖井连续出渣装置，其包括设置在竖井井口的水平机架5、竖直机架19，所述水平机架包括两根左立柱和两根右立柱，靠近竖井井口的两根左立柱分别为平行布置的前左立柱和后左立柱，远离竖井井口的两根右立柱分别为平行布置的前右立柱和后右立柱，两根左立柱和两根右立柱底端之间垂直设置有两根平行布置的连接杆；所述两根左立柱和两根右立柱之间由上至下间隔设置有若干组支撑板，每组支撑板为相对平行设置的两个支撑板，分别为第一支撑板8、第二支撑板，每组支撑板分别连接在两根左立柱的前左立柱、后左立柱和两根右立柱的前右立柱、后右立柱两端；所述每组支撑板的右端均设置有滚筒7及其旋转驱动机构6，每组支撑板的底部均安装有滚筒的平移驱动机构，左端的两根左立柱上部通过转轴安装有相应的转向滚筒，转向滚筒位于此组支撑板上方、且位于此组支撑板上方的相邻组支撑板下方；所述若干组支撑板由下至上分别为第一组支撑板、第二组支撑板、……第n组支撑板，大倾角挡边输送带4水平位于第一组支撑板上方，且大倾角挡边输送带一端设置在第一组支撑板右端的第一滚筒外侧，另一端绕过相应的第一转向滚筒进行第一次转向后，由下向上穿过第二组支撑板之间的空间依次绕设在第二组支撑板上的第二滚筒20、第二转向滚筒21进行第二次转向；大倾角挡边输送带继续由下至上分别穿过各组支撑板之间的空间依次绕设在相应组支撑板上的滚筒、转向滚筒进行多次转向，直至绕设在第n组支撑板右端的第n滚筒外侧，再绕经设置在两根左立柱顶部外侧的导向滚轮组18，大倾角挡边输送带由水平状态转为竖直状态，穿设在竖直机架上，大倾角挡边输送带的末端设置在竖直机架19底部的副滚筒16外侧；所述竖直机架设置在水平机架的两根左立柱外侧。

上述的水平机架5中，若干组支撑板的数量、以及每组支撑板的长度依据大倾角挡边输送带的长度来确定；每组支撑板的长度优选7～10m，随支撑板数量的增加，支撑板的长度也随之减小。

上述的每组支撑板上，滚筒及其旋转驱动机构通过安装架设置在支撑板上，旋转驱动机构包括第一电机、减速机，第一电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴与滚筒一端固连，带动滚筒旋转。

上述的每组支撑板底部安装的滚筒的平移驱动机构，包括固定安装在第一支撑板8底部底部右端的直线电机23，直线电机的初级定子固定在第一支撑板上，次级动子与滚筒的安装架连接。

上述的每组支撑板底部安装的滚筒的平移驱动机构，还包括固定安装在第二支撑板底部底部右端的直线电机，直线电机的初级定子固定在第二支撑板上，次级动子与滚筒的安装架连接。

上述的每组支撑板上的滚筒相应的转向滚筒，其上方设置有提升辊22，大倾角挡边输送带4绕设在转向滚筒上后再绕经提升辊，用以对大倾角挡边输送带高度进行提升。

上述的每组支撑板中，沿其长度方向间隔均匀布置有若干个用于支撑大倾角挡边输送带的托辊机构9，托辊机构设置在第一支撑板8外侧，由底座24、支柱25和托辊26，底座24固定安装在第一支撑板外侧面上，支柱25底端固定安装在底座顶面上，顶端与托辊26一端铰接，支柱为中空结构，且内部安装有微型驱动电机，微型驱动电机的输出轴与托辊一端固定的转轴连接，以使得该转轴受微型驱动电机驱动带动托辊抬起；所述的托辊机构上安装有距离传感器，当每组支撑板的右端设置的滚筒在平移驱动机构的作用下水平移动，靠近托辊机构时，距离传感器发出信号，使微型驱动电机带动托辊由水平状态转为竖直状态，不影响滚筒的水平移动。

上述的导向滚轮组18由若干个滚轮组成，滚轮的圆心位于同一段圆弧线上。

上述的竖直机架19包括两根平行分布的支撑导轨架27、以及与支撑导轨架配合连接的移动连接架，所述支撑导轨架一侧面沿长度方向开设有纵向凹槽30，且位于凹槽的外部一侧安装有若干个沿导轨架长度方向间隔均匀分布的滚轮31，另一侧安装有若干个沿导轨架长度方向间隔均匀分布的齿轮28，且最顶部、最底部的齿轮均连接有第二电机29，齿轮安装在第二电机的输出轴上；所述移动连接架由若干根单元架体依次连接组成，每根单元架体包括两根平行分布的立杆36，立杆上端部设置有耳板32，相邻单元架体之间通过耳板连接并采用螺栓紧固，两根立杆相对应的内侧面均沿长度方向对称设有纵向凸条33，纵向凸条与支撑导轨架27上的纵向凹槽30相配合，纵向凸条一侧设置有与支撑导轨架上的齿轮28相啮合的齿条34，另一侧与支撑导轨架上的滚轮31相贴，能够使移动连接架平稳上下移动；除最底部的单元架体之外，每个单元架体的两根立杆外侧设置有与二者连接的防护架35。

上述的防护架35为u形、v形、圆弧形、半圆形或一侧开口的多边形。

上述的移动连接架中，最底部的单元架体的两根平行分布的立杆外侧均固定连接有与之垂直的横杆13，两立杆之间安装有第一限位轮11，两横杆靠近立杆的端部之间通过限位板安装有位于横杆上方的第二限位轮12，大倾角挡边输送带4穿过第一限位轮、第二限位轮之间且两侧面分别与二者紧贴，副滚筒16安装在两横杆远离立杆的端部之间，使大倾角挡边输送带的尾部由竖直状转为水平状，呈l形，且两横杆的此端底部均安装有与之垂直的支撑腿14，两支撑腿的底端与两立杆的底端齐平，且底端均安装有垫脚块15。

上述的水平机架靠近竖直机架端部的两侧对称设置有支撑架10，支撑架上部固定有站台3，站台上设置有机械臂2，站台顶部外侧设置有防护栏；两站台之间安装有位于水平机架上方的平台1。

上述的竖井连续出渣装置的出渣施工方法，其竖井连续出渣装置采用控制系统控制运行，包括以下步骤：

步骤1、竖直机架19置于竖井井口内，每组支撑板上的滚筒由旋转驱动机构驱动旋转，带动大倾角挡边输送带4向前移动，滚筒旋转启动的同时，在托辊机构中的微型驱动电机驱动下将托辊26抬起，使托辊由竖直状态转为水平状态，对大倾角挡边输送带进行支撑，以保证大倾角挡边输送带平稳运行；

步骤2、随着竖井深度的变化，由下至上依次使若干组支撑板上的滚筒在平移驱动机构的驱动下，沿支撑板的长度方向由右端向左端移动，在滚筒水平移动过程中，从右向左间隔布置的若干个托辊机构上的距离传感器发出信号，依次使相应的微型驱动电机驱动各托辊降下，由水平状态转为竖直状态；与此同时，竖直机架中的移动连接架通过与支撑导轨架27的传动配合带动大倾角挡边输送带随若干组支撑板上的滚筒依次水平向右移动而逐渐下降，同时不断增加竖直机架上端的单元架体数量，使之适应竖井不断变化的深度；渣土置于竖直机架19最底部的单元架体外侧连接的横杆13上的大倾角挡边输送带4上的料斗16内；

步骤3、由上至下若干组支撑板上的滚筒依次在平移驱动机构的驱动下，沿支撑板的长度方向由左端向右端移动，竖直机架19中的大倾角挡边输送带4逐渐上升，将渣土带出竖井再外运；同时，从竖直机架的顶端依次拆卸单元架体，并将之放置于支撑架10的平台1上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的专利保护范围之内。