一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备及工艺的制作方法

本发明属于硬岩掘进技术领域，具体涉及一种基于辅助液压凿岩的硬岩快速掘进设备及工艺。

背景技术：

无论是在地下硐室(包括隧道和地铁等)施工，还是煤矿巷道掘进，硬岩掘进一直是世界性难题。单纯采用硬岩掘进机或盾构机来实现f8以上硬岩的掘进，存在速度慢，截齿和刀盘消耗巨大，盾构刀盘易卡死等问题。而钻爆法，在城市环境(地铁施工)、煤矿巷道掘进和水利工程施工，因日益受到生态、环保、安全和政治等因素，未来必然会更加受到限制。相关技术技术中，公开了一种硬岩掘进设备，其钻臂固定安装于截割臂的左右两侧，所有运动都需要截割臂的参与，无法自主的摆动和俯仰，因而也存在非常多的钻孔盲区，致使钻孔对硬岩掘进的辅助效果不佳。此外，由于与截割臂的固定连接关系，钻臂在截割臂左右两个截割极限位置会与岩壁干涉，严重影响整个硬岩设备的使用。

因此，实有必要提供一种新的基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备及工艺解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题提供了一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备，其中，包括掘进机、固定连接座和凿岩装置；

所述掘进机包括截割臂；

所述凿岩装置安装于所述固定连接座上，所述固定连接座安装于所述截割臂上；

所述凿岩机装置包括：直角型安装座、第一回转减速器、托架、凿岩部；

所述凿岩机装置还包括：第二回转减速器、平衡连接座、伸缩钻臂、平衡油缸、摆动连接座、钻臂俯仰油缸、滑动连接板、钻臂俯仰轴、钻臂俯仰轴支撑座、摆动油缸、推移油缸、俯仰控制座；

所述直接型安装座包括相互垂直设置的直角型安装座第一安装板和直角型安装座第二安装板；

所述第一回转减速器包括第一回转减速器外壳和第一回转减速器输出轴；

所述第一回转减速器外壳固定于所述直角型安装座第一安装板上，所述第一回转减速器输出轴与所述托架相连；所述第一回转减速器用于驱动所述托架绕所述第一回转减速器输出轴的轴线旋转；

所述凿岩部设于所述托架上且与所述托架构成移动副；

所述凿岩部与所述托架之间设有补偿油缸，所述补偿油缸用于驱动所述凿岩部相对于所述托架进行直线往返移动；

所述第二回转减速器包括第二回转减速器外壳和第二回转减速器输出轴；

所述平衡连接座包括平衡连接座安装板、与所述平衡连接座安装板固定连接的平衡连接座上耳座和位于所述平衡连接座上耳座下方的平衡连接座下耳座；

所述第二回转减速器输出轴与所述直角型安装座第二安装板连接，所述第二回转减速器外壳与所述平衡连接座安装板固定，

所述第二回转减速器用于驱动所述直接型安装座绕所述第二回转减速器输出轴的轴线旋转；

所述平衡连接座上耳座与所述伸缩钻臂的一端铰接，所述平衡连接座下耳座与所述平衡油缸的一端铰接；

所述平衡油缸的另一端与所述伸缩钻臂的下方连接；

所述伸缩钻臂的另一端与所述摆动连接座的一端铰接相连；

所述摆动连接座通过花键与所述钻臂俯仰轴连接；

所述钻臂俯仰轴设于所述钻臂俯仰轴支撑座上；

所述钻臂俯仰轴支撑座焊接于所述滑动连接板上；

所述摆动油缸的一端铰接于所述滑动连接板上，所述摆动油缸的另一端铰接于所述托架上；

所述推移油缸的一端铰接于所述滑动连接板上，所述推移油缸的另一端焊接于所述截割臂上；

所述滑动连接板设于所述固定连接座上且与所述固定连接座构成移动副；

所述推移油缸用于驱动所述滑动连接板相对于所述固定连接座进行直线往返移动；

所述俯仰控制座通过花键与所述钻臂俯仰轴连接。

优选的，所述凿岩部包括：导轨、液压凿岩机、顶钎器、凿岩机安装板、推进油缸；

所述导轨安装于所述托架上，所述补偿油缸设于导轨与所述托架之间，所述补偿油缸用于驱动所述导轨相对于所述托架进行直线往返移动；

所述液压凿岩机固定于所述凿岩机安装板上；

所述凿岩机安装板设于所述导轨上且与所述导轨构成移动副；

所述推进油缸设于所述凿岩机安装板和所述导轨之间；

所述推进油缸用于驱动凿岩机安装板相对于所述导轨进行直线往返移动；

所述顶钎器安装于所述导轨的前端。

优选的，所述固定连接座与所述截割臂之间通过螺纹连接件可拆卸连接。

优选的，所述掘进机还包括本体、行走部、铲板部、回转座；

所述行走部设于所述本体下方；

所述铲板部设于所述本体的前方下部；

所述回转座设于所述本体的前方上部；

所述截割臂与所述回转座相连。

优选的，所述凿岩装置的数量为2套，分别设于所述截割臂的左右两侧。

优选的，所述摆动连接座的另一端通过花键与所述钻臂俯仰轴连接。

优选的，所述顶钎器通过螺纹连接件安装于所述导轨的前端。

优选的，所述推移油缸的另一端通过缸体连接耳座配焊在所述截割臂上。

本发明为解决上述技术问题还提供了一种硬岩掘进工艺，所述硬岩掘进工艺应用上述的基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备进行硬岩掘进，所述硬岩掘进工艺包括如下步骤：

s1，分区

根据所述凿岩装置在所述掘进机上的安装位置，相应地将工作面由左到右依次分为a区、b区和c区；

s2，调节截割臂的位置

在钻孔作业前，调节所述截割臂的位置，使所述截割臂下垂至所述掘进机的中央最低位置；

s3，a区钻孔作业

利用位于所述截割臂的左侧的所述凿岩装置完成a区所有钻孔的作业；

位于所述截割臂的左侧的所述凿岩装置在所述摆动油缸、所述钻臂伸缩油缸、所述平衡油缸、所述第二回转减速器、所述第一回转减速器、所述补偿油缸和所述推进油缸共同作用下，实现a区所有钻孔的作业；

s4，c区钻孔作业

利用位于所述截割臂的右侧的所述凿岩装置完成c区所有钻孔的作业；

位于所述截割臂的右侧的所述凿岩装置在所述摆动油缸、所述钻臂伸缩油缸、所述平衡油缸、所述第二回转减速器、所述第一回转减速器、所述补偿油缸和所述推进油缸共同作用下，实现c区所有钻孔的作业；

s5，b区钻孔作业

在a区和c区钻孔完成之后，将所述截割臂摆动至右侧极限位置，所述截割臂的下垂的角度不变；

将位于所述截割臂的右侧的所述凿岩装置收缩至最短长度的状态，避免与岩壁发生干涉，由位于所述截割臂的左侧的所述凿岩装置负责b区全部钻孔的作业；或，

在a区和c区钻孔完成之后，将所述截割臂摆动至左侧极限位置，所述截割臂的下垂的角度不变；

将位于所述截割臂的左侧的所述凿岩装置收缩至最短长度的状态，避免与岩壁发生干涉，由位于所述截割臂的右侧的所述凿岩装置负责b区全部钻孔的作业；在完成以上步骤后，通过对a区、b区和c区的钻孔作业，破坏了工作面岩石的整体性，形成若干自由面，工作面岩石的抗剪切能力下降；

s6截割作业

用所述截割臂的硬岩截割头对工作面进行截割破碎。

优选的，在截割臂作业一段时间后，重复上述s1-s6步骤，实现连续掘进作业。

与相关技术相比，本申请可对现有掘进机改装而成，具有良好的适装性，凿岩钻壁和截隔臂互不干涉。本申请一种硬岩掘进工艺，采用钻孔加截割的方法实现硬岩的掘进。降低了截齿和刀盘的消耗，避免了盾构刀盘易卡死的问题，提高了掘进效率。

附图说明

图1为本发明一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备的整体结构主视示意图；

图2为本发明一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备的整体结构俯视示意图；

图3为本发明一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备中凿岩装置的整体结构左视示意图；

图4为本发明一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备中凿岩装置的整体结构右视示意图；

图5为本发明一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备中凿岩装置的整体结构俯视示意图；

图6为本发明一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备中凿岩装置的整体结构剖视图；

图7为本发明一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备中的摆动连接座与钻臂俯仰轴螺栓连接示意图；

图8为本发明一种硬岩掘进工艺中工作面分区的结构示意图；

图9为本发明一种硬岩掘进工艺中一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备在a区钻孔作业和c区钻孔作业的状态图的主视图；

图10为本发明一种硬岩掘进工艺中一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备在a区钻孔作业和c区钻孔作业的状态图的俯视图；

图11为本发明一种硬岩掘进工艺中一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备在a区钻孔作业和c区钻孔作业的状态图的左视图；

图12为本发明一种硬岩掘进工艺中一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备在b区钻孔作业的状态图的主视图；

图13为本发明一种硬岩掘进工艺中一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备在b区钻孔作业的状态图的俯视图；

图14为本发明一种硬岩掘进工艺中一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备在b区钻孔作业的状态图的左视图。

图中：

截割臂01，凿岩装置02，回转座03，本体04，行走部05，铲板部06，顶钎器07，导轨08，托架09，第一回转减速器10，液压凿岩机11，补偿油缸12，钻臂俯仰油缸13，俯仰控制座14，伸缩钻臂15，平衡油缸16，平衡连接座17，第二回转减速器18，直角型安装座19，推移油缸20，滑动连接板21，钻臂俯仰轴22，卡口23，固定连接座24，摆动油缸25，摆动连接座26，推进油缸27，钻臂伸缩油缸28。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施例1

参见附图1-7，一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备，包括掘进机、固定连接座24和凿岩装置02；掘进机包括截割臂01；凿岩装置02安装于固定连接座24上，固定连接座24安装于截割臂01上；凿岩机装置包括：直角型安装座19、第一回转减速器10、托架09、凿岩部；凿岩机装置还包括：第二回转减速器18、平衡连接座17、伸缩钻臂15、平衡油缸16、摆动连接座26、钻臂俯仰油缸13、滑动连接板21、钻臂俯仰轴22、钻臂俯仰轴支撑座、摆动油缸25、推移油缸20、俯仰控制座14；直接型安装座包括相互垂直设置的直角型安装座第一安装板和直角型安装座第二安装板；第一回转减速器10包括第一回转减速器外壳和第一回转减速器输出轴；第一回转减速器外壳固定于直角型安装座第一安装板上，第一回转减速器输出轴与托架09相连；第一回转减速器10用于驱动托架09绕第一回转减速器输出轴的轴线旋转；凿岩部设于托架09上且与托架09构成移动副；凿岩部与托架09之间设有补偿油缸12，补偿油缸12用于驱动凿岩部相对于托架09进行直线往返移动；第二回转减速器18包括第二回转减速器外壳和第二回转减速器输出轴；平衡连接座17包括平衡连接座安装板、与平衡连接座安装板固定连接的平衡连接座上耳座和位于平衡连接座上耳座下方的平衡连接座下耳座；第二回转减速器输出轴与直角型安装座第二安装板连接，第二回转减速器外壳与平衡连接座安装板固定，第二回转减速器18用于驱动直接型安装座绕第二回转减速器输出轴的轴线旋转；平衡连接座上耳座与伸缩钻臂15的一端铰接，平衡连接座下耳座与平衡油缸16的一端铰接；平衡油缸16的另一端与伸缩钻臂15的下方连接；伸缩钻臂15的另一端与摆动连接座26的一端铰接相连；摆动连接座26通过花键与钻臂俯仰轴22连接；钻臂俯仰轴22设于钻臂俯仰轴支撑座上；钻臂俯仰轴支撑座焊接于滑动连接板21上；摆动油缸25的一端铰接于滑动连接板21上，摆动油缸25的另一端铰接于托架9上；推移油缸20的一端铰接于滑动连接板21上，推移油缸20的另一端焊接于截割臂01上；滑动连接板21设于固定连接座24上且与固定连接座24构成移动副；推移油缸20用于驱动滑动连接板21相对于固定连接座24进行直线往返移动；俯仰控制座14通过花键与钻臂俯仰轴22连接。凿岩部包括：导轨08、液压凿岩机11、顶钎器07、凿岩机安装板、推进油缸27；导轨08安装于托架09上，补偿油缸12设于导轨08与托架09之间，补偿油缸12用于驱动导轨08相对于托架09进行直线往返移动；液压凿岩机11固定于凿岩机安装板上；凿岩机安装板设于导轨08上且与导轨08构成移动副；推进油缸27设于凿岩机安装板和导轨08之间；推进油缸27用于驱动凿岩机安装板相对于导轨08进行直线往返移动；顶钎器07安装于导轨08的前端。固定连接座24与截割臂01之间通过螺纹连接件可拆卸连接。掘进机还包括本体04、行走部05、铲板部06、回转座03；行走部05设于本体04下方；铲板部06设于本体04的前方下部；回转座03设于本体04的前方上部；截割臂01与回转座03相连。凿岩装置02的数量为2套，分别设于截割臂01的左右两侧。摆动连接座26的另一端通过花键与钻臂俯仰轴22连接。顶钎器07通过螺纹连接件安装于导轨08的前端。推移油缸20的另一端通过缸体连接耳座配焊在截割臂01上。

本申请中，截割臂01，回转座03，本体04，行走部05与铲板部06一起，组成了典型的硬岩掘进机。凿岩装置02通过固定连接座24与硬岩掘进机的截割臂01螺栓连接，通过卡口23来承受钻孔和截割过程的剪切力载荷。顶钎器07安装在导轨08的前端，采用螺栓连接。导轨08可在托架09上，在补偿油缸12的作用下，前后滑动。导轨08其它方向的运动都被托架09约束。托架09的下法兰通过螺栓与第一回转减速器10输出端相连。第一回转减速器10的外壳通过螺栓把接在直角型安装座19上。这样，托架09及上方导轨08等均可在第一回转减速器10的驱动下，绕其轴线转动。液压凿岩机11通过安装板和螺栓连接在导轨08上，可在推进油缸27的作用下，实现钻孔过程液压凿岩机11在导轨08上的前后运动。液压凿岩机11在导轨08其它方向的运动都被约束。直角型安装座19的另一端与第二回转减速器18的输出端用螺栓把接，第二回转减速器18的外壳通过螺栓与平衡连接座17连接。这样，直角型安装座19连同其以上部件(托架09和导轨08等)均可绕第二回转减速器18的轴线转动。平衡连接座17的上耳座与伸缩钻臂15的外伸端铰接，下耳座与平衡油缸16的活塞杆耳座铰接。钻臂根部与摆动连接座26铰接，在摆动油缸25作用下，可实现单方向(钻臂相对截割臂01的外侧方向)的摆动。摆动连接座26通过花键跟钻臂俯仰轴22连接，再通过螺栓29进行轴向限位。钻臂俯仰轴22支撑座、摆动油缸25的缸体连接耳座以及推移油缸20的活塞杆连接耳座都焊接在滑动连接板21上。滑动连接板21在推移油缸20的作用下在固定连接座24的滑道内前后滑动。推移油缸20缸体的连接耳座配焊在截割臂01上。俯仰控制座1414通过花键与钻臂俯仰轴22连接，在钻臂俯仰油缸13的作用下，可以通过两侧的摆动连接座26，实现对钻臂的俯仰控制。钻臂的伸缩功能由其内部的伸缩油缸28来实现。

具体实施例2

参见附图1-14，一种基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备，一种应用如上述实施例中的基于辅助液压凿岩的硬岩掘进设备的掘进工艺，包括如下步骤：

s1，分区

根据凿岩装置02在掘进机上的安装位置，相应地将工作面由左到右依次分为a区、b区和c区；

s2，调节截割臂01的位置

在钻孔作业前，调节截割臂01的位置，使截割臂01下垂至掘进机的中央最低位置；

s3，a区钻孔作业

利用位于截割臂01的左侧的凿岩装置02完成a区所有钻孔的作业；位于截割臂01的左侧的凿岩装置02在摆动油缸25、钻臂伸缩油缸28、平衡油缸16、第二回转减速器18、第一回转减速器10、补偿油缸12和推进油缸27共同作用下，实现a区所有钻孔的作业；

s4，c区钻孔作业

利用位于截割臂01的右侧的凿岩装置02完成c区所有钻孔的作业；位于截割臂01的右侧的凿岩装置02在摆动油缸25、钻臂伸缩油缸28、平衡油缸16、第二回转减速器18、第一回转减速器10、补偿油缸12和推进油缸27共同作用下，实现c区所有钻孔的作业；

s5，b区钻孔作业

在a区和c区钻孔完成之后，将截割臂01摆动至右侧极限位置，截割臂01的下垂的角度不变；将位于截割臂01的右侧的凿岩装置02收缩至最短长度的状态，避免与岩壁发生干涉，由位于截割臂01的左侧的凿岩装置02负责b区全部钻孔的作业；或：在a区和c区钻孔完成之后，将截割臂01摆动至左侧极限位置，截割臂01的下垂的角度不变；将位于截割臂01的左侧的凿岩装置02收缩至最短长度的状态，避免与岩壁发生干涉，由位于截割臂01的右侧的凿岩装置02负责b区全部钻孔的作业；在完成以上步骤后，通过对a区、b区和c区的钻孔作业，破坏了工作面岩石的整体性，形成若干自由面，工作面岩石的抗剪切能力下降；

s6截割作业

用截割臂01的硬岩截割头对工作面进行截割破碎。在截割臂01作业一段时间后，重复上述s1-s6步骤，实现连续掘进作业。

工作过程：工作面根据设备凿岩装置02的布置可分为a区、b区和c区。在钻孔作业前，截割臂01下垂至中央最低位置，然后左侧凿岩装置02)负责a区所有钻孔的作业，右侧钻孔负责c区所有钻孔的作业。左右凿岩装置02除俯仰不能单独控制之外，所有其它动作均可独立操作。即，凿岩装置02可在摆动油缸25、钻臂伸缩油缸2828、平衡油缸16、第二回转减速器18、第一回转减速器10、补偿油缸12和推进油缸27共同作用下，实现各位置的水平钻孔。

在a区和c区钻孔完成之后，需将截割臂01摆动至一侧的极限位置，下垂的角度不变。此时，同侧凿岩装置02收缩至最短长度和姿态，避免与岩壁发生干涉，由另一侧凿岩装置02负责b区全部钻孔的作业。

在a区和c区钻孔完成之后，将截割臂01摆动至右侧极限位置，截割臂01的下垂的角度不变；

将位于截割臂01的右侧的凿岩装置02收缩至最短长度的状态，避免与岩壁发生干涉，由位于截割臂01的左侧的凿岩装置02负责b区全部钻孔的作业；或：在a区和c区钻孔完成之后，将截割臂01摆动至左侧极限位置，截割臂01的下垂的角度不变；将位于截割臂01的左侧的凿岩装置02收缩至最短长度的状态，避免与岩壁发生干涉，由位于截割臂01的右侧的凿岩装置02负责b区全部钻孔的作业；在完成以上步骤后，通过对a区、b区和c区的钻孔作业，破坏了工作面岩石的整体性，形成大量自由面，工作面岩石的抗剪切能力下降；用截割臂01的硬岩截割头对工作面进行截割破碎。在截割臂01作业一段时间后，重复上述步骤，实现连续掘进作业。

与相关技术相比，本申请的有效效果如下：

1)采用钻孔加截割的工法，即先用布置在截割臂两侧的液压凿岩机在工作面密集水平钻孔，破坏岩石的整体性，形成众多的自由面；然后，再利用岩石抗剪切能力弱的特点，用硬岩截割头对工作面进行截割破碎。

2)本申请的机械部分与硬岩掘进机截割臂之间采用螺栓连接的形式，不需要对掘进机的截割臂进行较大的结构改动，对基本上所有硬岩掘进机都具有良好的适装性。整套设备和工艺可以适装任何硬岩掘进机；

3)本发明专利的左右钻臂采用一体式的俯仰和前后滑动结构，整个钻孔过程截割臂除了摆动一次外，其余过程完全不需要截割臂的参与，因而钻孔没有盲区，钻孔效能提升显著。而且一体式的前后滑动结构，会大大增加钻臂收缩至最后位置时前端与截割头的距离，完全避免了钻臂在截割臂左右两个截割极限位置会与岩壁干涉。左右钻臂除俯仰动作外，所有钻孔动作都可独立完成，互相不干扰。

4)整套钻孔设备可在截割臂上沿安装座前后滑动，避免截割臂在左右两个极限位置时与岩壁的可能碰撞。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。