一种竖井掘进刀盘和竖井掘进设备的制作方法

1.本实用新型涉及掘进设备技术领域，特别涉及一种竖井掘进刀盘和竖井掘进设备。


背景技术：

2.竖井是指在岩、土中垂直地面逐渐向下挖掘出的具有一定尺寸和形状的并进行支护形成的筒形立体地下工程结构。目前，常用的凿井方法是普通凿井法和钻井法。
3.普通凿井法是指采用凿岩机，在井筒开挖断面内钻出小直径爆破孔，通过装药爆破将岩石破碎下来，并对围岩进行支护形成井筒的方法，是目前应用最多的凿井方法。根据井筒的直径和深度，在地面和井筒内布置相适的凿井设施，包括凿井井架、提升绞车和悬吊稳车、压风机、通风机以及供水、供电和安全监测措施等。该法施工需要大量人员下井作业，容易受到塌方、落物、机械等伤害，伤亡事故时有发生。井筒内作业环境恶劣，潮气、有害气体、粉尘以及设备产生的高强度噪声，对作业人员产生不同程度的职业伤害。且每年井筒爆破需要消耗大量炸药，爆破产生的大量有害气体排放到空气中对环境产生污染。爆破还使井帮岩体不同程度受到破坏，需要增加支护强度。另在掘进过程中，爆破破岩、通风排烟阶段无法进行平行作业，效率难以提升。随着科学技术与装备制造的快速发展，井巷工程掘进更多使用机械破岩方式钻进，替代人工井下钻爆破岩方式凿井。
4.井筒机械化钻进方法主要有：
①
采用竖井钻机钻进形成井筒的钻井法；
②
采用反井钻机经过正向导孔和反向扩孔钻进形成井筒的反井钻井法；
③
利用竖井掘进机一次全断面钻进形成井筒的掘进机钻井法。以上3种凿井方法均以可控的机械破岩代替爆破破岩，是井筒施工技术的主要发展方向。
5.钻井法凿井技术：该法的优势在于工作人员不需下井作业，主要作业在地面进行。在设计的断面上，利用竖井钻机的钻杆带动钻头旋转钻进、滚刀破岩，利用泥浆临时支护井帮和冷却钻头，利用压气反循环的方式冲洗滚刀破岩在井底形成的岩屑，利用泥浆运动将岩屑输送到地面进行分离，最后形成符合设计直径和深度的充满泥浆的裸井。之后把在地面预制好的井壁通过悬浮下沉方式安装至钻井井底，在井帮和井壁外部环形空间内以凝胶材料进行充填固井，形成井筒永久支护。适用于含水冲积层软岩井筒，实现了“打井不下井”的施工工艺，具有安全性高等优点。包括：钻井工艺、竖井钻机、破岩刀具、预制井壁和壁后填充、钻井泥浆等技术与装备。通过直径7m井筒的“一钻成井”和直径9m井筒的“一扩成井”快速凿井关键技术攻关，有效提高了钻井法成井速度，但月成井速度仍达不到40m，综合成井速度较低，井筒施工深度有限，而且对于坚硬基岩并不适用。此外，随着凿井深度加深，钻杆加长，动力传递时损失逐步增大，钻头钻进精度也愈难保证，且存在泥浆输送能耗较高、携渣能力较弱、输送高度有限等问题。
6.反井钻井凿井技术：反井法凿井采用反向破岩方式，岩渣依靠自重下落，钻进速度快、效率高。根据煤矿、金属矿山、水电、交通隧道的井筒工程围岩特点，通过大型反井钻机研制、导孔钻进轨迹控制技术等,形成适用于不同类型的反井钻井工艺与装备。bmc系列反
井钻机可以实现钻孔直径5m、钻井深度600m井筒的施工。反井钻井法尚需研究和解决的问题有：
①
偏斜控制，不能实现导孔出露点偏移和导孔平直顺滑的有效控制；
②
井帮稳定性，不能实现随扩孔钻进对井帮进行支护处理；
③
需要下部具有巷道。
7.竖井掘进机凿井技术：竖井掘进机一种能够实现在空间和时间上掘进和支护平行作业的综合机械化装备，可以使井筒机械化施工速度达到月成井100-200m水平,与普通法施工速度相当。根据凿井工艺与装备，分为：采用掘进机直接破岩钻进，排渣，并进行支护，使用液力排渣的上排渣方式的全断面掘进机；或采用反井钻机钻进导井作为溜矸孔，掘进机扩钻成井,并进行支护，使用导孔排渣的下排渣方式的部分断面掘进机。竖井掘进机系统能够实现掘进破岩、排渣、井壁支护同时作业，互不干扰，并可以大幅减少井下作业人员，加快凿井速度，缩短工期，降低成本。但液力上排渣输送能耗较高、携渣能力较弱、输送高度有限，效率不高；下排渣竖井掘进机需要具备井下巷道条件，且岩层要较为稳定，透水性不能太高，有塌孔风险，适用范围很小。


技术实现要素：

8.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种出渣效率高、耗能低，输送高度不受限的竖井掘进刀盘，还相应提供一种具有该竖井掘进刀盘的竖井掘进设备。
9.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
10.一种竖井掘进刀盘，包括刀盘体、从上至下依次设于刀盘体上的储料机构、支撑机构、驱动机构和刀盘，以及设于刀盘体内的斗提机，所述斗提机包括竖向布置的带传动机构，以及设于带传动机构上的多个接渣斗，所述带传动机构最下端的接渣斗伸出刀盘体外，
11.所述支撑机构用于与已挖掘成型的竖井井壁抵接，以将竖井掘进刀盘支撑于竖井内，所述驱动机构包括推进部和旋转驱动部，所述推进部设于支撑机构和旋转驱动部之间，所述旋转驱动部设于刀盘体上且与刀盘相连，用于驱动所述刀盘旋转，所述推进部推动所述刀盘向下掘进，所述刀盘扩挖出的渣土掉落至先导孔中，经所述带传动机构最下端的接渣斗挖取后，再由带传动机构传送至带传动机构最上端，并倾倒至储料机构中。
12.作为上述技术方案的进一步改进：
13.所述推进部为多个竖向布置的第一油缸，多个第一油缸以刀盘体为中心呈环向间隔布置。
14.所述支撑机构包括支撑平台和多个水平布置的第二油缸，多个第二油缸呈环向间隔布置在支撑平台的侧壁面上。
15.所述储料机构包括储渣管和吊桶，所述吊桶设于支撑平台上，所述储渣管的上端与刀盘体相连通，其下端位于吊桶的上方，用于承接带传动机构最上端的接渣斗倾倒的渣土，以使渣土在重力作用下跌落至吊桶内。
16.所述储渣管的底部铰接有封盖，用于打开或关闭中所述储渣管的下端开口。
17.还包括设于刀盘体上的工作平台，所述工作平台设于支撑平台的上方，所述储渣管穿过所述工作平台，所述工作平台上开设有可供吊桶吊出的吊孔。
18.所述旋转驱动部包括驱动平台、连接于驱动平台和刀盘之间的回转机构，以及多个斜向下布置的第三油缸，多个第三油缸环向间隔布置在驱动平台的侧壁面上，第三油缸
用于伸出时与已挖掘成型的竖井井壁抵接，以将竖井掘进刀盘辅助支撑于竖井内。
19.所述刀盘为滚刀刀盘或齿刀刀盘。
20.所述刀盘与刀盘体相连的一端相对其自由端向下倾斜，所述刀盘的倾角可调。
21.本实用新型还提供一种竖井掘进设备，包括上述的竖井掘进刀盘，以及吊装设备，所述吊装设备设于地面上且与吊桶相连，用于驱动吊桶上下移动。
22.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
23.1、通过设置带传动机构+接渣斗的斗提机，并将带传动机构最下端的接渣斗伸出刀盘体外，地面由旋挖钻机等工程装备施工出先导孔后，再由安装本实用新型的竖井掘进刀盘的竖井掘进机进行掘进，从而带传动机构最下端的接渣斗伸入先导孔内，通过驱动机构驱动刀盘转动，且通过推进油缸为刀盘提供推挤力，使刀盘下端的滚刀进行岩土切削。切削下来的矸石滑落至先导孔中，再由斗提机挖取后垂直输送至储料机构内，储料机构料满后可由吊装设备吊至地面并倾倒至地面渣池。中心孔斗提机出渣效率较其他出渣方式高，耗能低，输送高度不受限，且不易发生卡阻。
附图说明
24.图1为本实用新型的竖井掘进刀盘的结构示意图。
25.图2为本实用新型的竖井掘进设备掘进的流程图。
26.图3为本实用新型的竖井掘进设备出渣的流程图。
27.图中：1、刀盘；2、驱动平台；3、支撑平台；4、第一油缸；5、工作平台；6、斗提机；7、储渣管；8、吊桶；9、第二油缸；10、第三油缸；11、先导孔；12、吊装设备。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
30.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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技术的限制。
31.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。在本技术的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术
所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
33.实施例1：
34.如图1-3所示，本实施例的竖井掘进设备，包括竖井掘进刀盘和吊装设备12。
35.竖井掘进刀盘包括刀盘体、从上至下依次设于刀盘体上的储料机构、支撑机构、驱动机构和刀盘1，以及设于刀盘体内的斗提机6，斗提机6包括竖向布置的带传动机构，以及设于带传动机构上的多个接渣斗，带传动机构最下端的接渣斗伸出刀盘体外，支撑机构用于与已挖掘成型的竖井井壁抵接，以将竖井掘进刀盘支撑于竖井内，驱动机构包括推进部和旋转驱动部，推进部设于支撑机构和旋转驱动部之间，旋转驱动部设于刀盘体上且与刀盘1相连，用于驱动刀盘1旋转，推进部推动刀盘1向下掘进，刀盘1扩挖出的渣土掉落至先导孔中，经带传动机构最下端的接渣斗挖取后，再由带传动机构传送至带传动机构最上端，并倾倒至储料机构中。
36.由此，通过设置带传动机构+接渣斗的斗提机，并将带传动机构最下端的接渣斗伸出刀盘体外，地面由旋挖钻机等工程装备施工出先导孔后，再由安装本实用新型的竖井掘进刀盘的竖井掘进机进行掘进，从而带传动机构最下端的接渣斗伸入先导孔内，通过驱动机构驱动刀盘转动，且通过推进油缸为刀盘提供推挤力，使刀盘下端的滚刀进行岩土切削。切削下来的矸石滑落至先导孔中，再由斗提机挖取后垂直输送至储料机构内，储料机构料满后可由吊装设备吊至地面并倾倒至地面渣池。中心孔斗提机出渣效率较其他出渣方式高，耗能低，输送高度不受限，且不易发生卡阻。
37.本实施例中，推进部为多个竖向布置的第一油缸4，多个第一油缸4以刀盘体为中心呈环向间隔布置。
38.支撑机构包括支撑平台3和多个水平布置的第二油缸9，多个第二油缸9呈环向间隔布置在支撑平台3的侧壁面上。
39.本实施例中，储料机构包括储渣管7和吊桶8，吊桶8设于支撑平台3上，储渣管7的上端与刀盘体相连通，其下端位于吊桶8的上方，用于承接带传动机构最上端的接渣斗倾倒的渣土，以使渣土在重力作用下跌落至吊桶8内。
40.储渣管7的底部铰接有封盖，用于打开或关闭中储渣管7的下端开口。此外，储渣管7 中还铰接有阀板，以将储渣管7分成两个空间，通过阀板和封盖的开合控制，将矸石间断的转运至吊桶8内。
41.吊装设备12设于地面上且与吊桶8相连，用于驱动吊桶8上下移动，吊桶8满桶后，由吊装设备12将吊桶8吊至地面，再人工或机械将吊桶8中渣土倾倒至地面渣池13内后，由吊装设备12将吊桶8吊至支撑平台上。
42.本实施例中，还包括设于刀盘体上的工作平台5，工作平台5设于支撑平台3的上方，储渣管7穿过工作平台5，工作平台5上开设有可供吊桶8吊出的吊孔。
43.本实施例中，旋转驱动部包括驱动平台2、连接于驱动平台2和刀盘1之间的回转机构，以及多个斜向下布置的第三油缸10，多个第三油缸10环向间隔布置在驱动平台2的侧壁面上，第三油缸10用于伸出时与已挖掘成型的竖井井壁抵接，以将竖井掘进刀盘辅助支撑于竖井内。
44.本实施例中，刀盘1为滚刀刀盘或齿刀刀盘。刀盘1与刀盘体相连的一端相对其自
由端向下倾斜，刀盘1的倾角可调。
45.如图2所示，采用本实施例的竖井掘进设备进行掘进的过程如下：
46.第二油缸9和第三油缸10通过伸缩提供撑紧在洞壁的正压力，第二油缸9的支撑力远大于第三油缸10。竖井掘进机通过洞壁提供的摩擦反力支撑在洞内。滚刀刀盘回转的同时第一油缸4伸长，将刀盘1(滚刀刀盘)、驱动平台2、第三油缸10往下推出，滚刀刀盘破除硬岩，第三油缸10承受滚刀刀盘破除硬岩时产生的扭矩反力。当第一油缸4推完一个行程后，第二油缸9收回，由第三油缸10承受整机重量，第一油缸4收回带动支撑平台3、工作平台5、斗提机6、储渣管7、吊桶8、第二油缸9同步下降。第一油缸4完全收回后，第二油缸9 重新伸出，进入下一工作循环。如此往复，实现竖井掘进机的向下掘进。利用导向检测系统对掘进方向进行监测，可通过微调不同组别第一油缸4的行程，来调整刀盘角度和方向，实现掘进纠偏功能，保证成井精度。
47.如图3所示，采用本实施例的竖井掘进设备进行出渣的过程如下：
48.地面首先由旋挖钻机等工程装备施工出先导孔11，再由竖井掘进机进行掘进。竖井掘进机通过多组第二油缸9和第三油缸10支撑在洞壁上，驱动平台2上布置有使刀盘1(滚刀刀盘)回转的驱动单元，滚刀刀盘上布置有破岩滚刀，通过第一油缸4为滚刀刀盘提供推挤力，使滚刀进行岩土切削。由于滚刀刀盘为锥形，切削下来的矸石沿斜坡滑落至先导孔11中，再由斗提机6挖取后垂直输送至储渣管7内，储渣管7通过阀板和封板控制，将矸石间断的转运至吊桶8内，再由吊装设备12(门式起重机)通过钢丝绳将吊桶8吊至地面并倾倒至地面渣池13内。临时和永久支护在支撑平台3和工作平台5上进行操作。
49.本施工工法利用先导盲孔中心出渣，解决竖井掘进重复破岩问题，提高破岩效率，减少刀盘、刀具磨损；减少开挖面积，降低开挖阻力，提高开挖效率；解决以往中心滚刀磨损严重、中心结泥饼等问题；提前勘探岩石性质、地质构造等；可作为地下水收集降排井道；可提前与其他基建同时施工，节约工期。
50.本竖井掘进机地层适应性广，适用于上软下硬地层或全硬岩地层，开挖直径大，一次成井，无需逐级扩孔，可实现连续破岩，同步出渣、衬砌，工序相互无干扰，施工效率高，开挖深度深。机械化施工，掘进区域无人作业，安全性高。可灵活纠偏，成井精度高。驱动布置于井下，动力直接传递至刀盘，功率损失小，传动效率高。较钻爆法，该设备施工无噪音，少粉尘，对周边环境影响小，且占地面积小，适用于有限场地作业。
51.其中，破除硬岩的滚刀可与齿刀互换，可根据地质情况灵活配置、布置刀具。
52.可用卷扬机等提升设备代替地面门式起重机，也可采用其他垂直运输设备代替吊桶渣土外运。
53.锥形滚刀刀盘角度可根据开挖岩土物理性能和下滑难易程度进行调整。
54.在围岩稳定性差、透水性较大的地层，可以先施工咬合桩、地下连续墙等止水围护结构，再用旋挖钻进行泥浆护壁成孔。
55.斗提机下方可安装排水管路，及时抽取开挖面渗入的地下水。
56.以上所述，仅是本技术的较佳实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。