巖石隧道掘進機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種巖石隧道掘進機，包括機架、繩鋸機系統、鉆機系統、卷揚機和吊機系統、控制系統、監測系統、導向系統、電器系統、液壓系統、循環系統、數據收集系統、測量通訊系統、支護系統、出料車。本巖石隧道掘進機采用前置巖石鉆機的方法，使鉆孔、切割和巖石拖出能夠同時進行，提高了巖石隧道挖掘的速度。
【專利說明】
巖石隧道掘進機
技術領域
[0001]本發明屬巖石工程機械技術范圍，涉及一種巖石隧道挖掘的機械設備。
【背景技術】
[0002]現代的隧道工程施工中使用比較多的是盾構機，其優點是自動化程度高，安全并且快速。但是盾構機也有避免不了的缺點，那就是機體龐大，造價高昂。尤其是TBM在面對純粹的硬巖掘進時，它的工作原理是:把需要挖掘的隧道里所有的巖體攪碎再排出，這樣不僅耗能高，而且降低了盾構機的掘進速度。現有的以繩鋸鋸切為原理的掘進機，其工作程序是先使用巖石鉆機在巖石上鉆孔，完成后再轉換成繩鋸工作，繩鋸完成鋸切后再使用卷揚機把巖塊拖出，這樣就是鉆孔一鋸切一拖出的一個工作循環，也就是說當一項工作進行時，是無法同時進行其它的操作，這樣就大大減慢了掘進機的挖掘速度。這種情況下就有必要提出一種更為合理的巖石隧道掘進機，提高巖石隧道的挖掘速度。
【發明內容】
[0003]本發明是為解決上述問題而提出的，其目的在于克服現有巖石掘進機掘進速度不高，效率低下的難題。為了實現上述目的，本巖石隧道掘進機是由以下部分組成:機架、繩鋸機系統、鉆機系統、卷揚機和吊機系統、控制系統、監測系統、導向系統、電器系統、液壓系統、循環系統、數據收集系統、測量通訊系統、支護系統、出料車。
[0004]所述機架的前視圖外形為多邊形，在多邊形的中間部位設置通道，在多邊形的每一個頂角位置分別設置一個頂桿滑道和頂桿，在多邊行的邊線上可以設置N(其中N ^ I)個頂桿滑道和頂桿，頂桿在電機控制下可以在頂桿滑道上前后移動，頂桿是由多節套管組成，多節套管可以伸縮；頂桿內為中空，有電路、水路和光路從頂桿內部的中空通過；頂桿上設置N個導向輪；機架上面設置機架行走機構、支撐及調向機構、控制室、護盾、機殼；所述支撐及調向機構包括:多個支撐板和多個支撐油缸，支撐油缸控制支撐板從機架上向外伸出和向內縮回。
[0005]所述繩鋸機系統設置在機架內，包括N臺繩鋸機、N個儲繩器、N個導向輪，儲繩器上設置鋸繩張力檢測調控機構，鋸繩張力檢測調控機構與PLC系統連接。
[0006]所述鉆機系統是在每一個頂桿的前端，設置一臺前置鉆孔機，前置鉆孔機具有調整鉆孔方向的功能，前置鉆孔機為不取巖芯鉆機，前置鉆孔機與鉆機激光導向裝置連接，通過PLC系統控制前置鉆孔機的鉆孔方向。
[0007]所述卷揚機和吊機系統設置在機架內，包括N臺卷揚機和N臺吊機，吊機可以從機架內伸出和縮回。
[0008]所述控制系統包括:人機界面和PLC系統，人機界面和PLC系統實現數據交換，用于控制操作繩鋸機系統、鉆機系統、液壓系統、循環系統、導向系統、電器系統、數據收集系統、測量通訊系統、監測系統、機架行走機構、支撐及調向機構的數據、狀態及故障報警信號，控制系統設置在控制室內。
[0009]所述監測系統包括甲烷檢測報警裝置、感煙器、消防滅火裝置和攝像監測裝置，監測系統設置在機架上，監測系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0010]所述導向系統包括機架激光導向裝置和鉆機激光導向裝置，機架激光導向裝置設置在機架上，鉆機激光導向裝置分別布置在機架上的每一個頂桿的后部，對前置鉆孔機進行導向，導向系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0011]所述電器系統包括:變壓器、配電盤、各種電器設備的斷路器、應急發電機、具有電池后備的照明裝置；電器系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0012]所述液壓系統包括:液壓栗站和各種液壓油管，液壓系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0013]所述循環系統包括:氣循環和水循環，其中氣循環由循環風機、進氣管和排氣管組成；水循環由進水栗、進水管、蓄水箱、排水栗、排水管組成，循環系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0014]所述數據收集系統包括:數據收集計算機和數據收集軟件，數據收集系統實時顯示所收集到的數據并記錄數據，數據收集系統和PLC系統連接。
[0015]所述測量通訊系統包括:設置在機架上的全站儀、控制室與隧道外指揮中心的通訊連接、控制系統與互聯網的通信連接、控制室與前作業區的通訊連接、控制室與后作業區的通訊連接，測量通訊系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0016]所述支護系統包括:超前鉆機、錨桿鉆機、混凝土噴射裝置，支護系統設置在機架上。
[0017]所述出料車包括:車架、行走輪子；所述行走輪子由電機和減速機驅動，行走輪子可以轉向，出料車設置獨立的控制界面進行操作，出料車可以從機架中的通道內通過。
[0018]本發明的優點是結構簡單，自動化程度較高，使用安全高效并且能節能環保。由于本巖石隧道掘進機的工作原理是:采用前置鉆孔機、繩鋸機、卷揚機對巖石進行的鉆孔、鋸切和拖出可以同時進行，它們之間的互相干擾相對較小。本發明可以大大提高本巖石掘進機的掘進速度，成為巖石地層中進行隧道挖掘的理想方案。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的立體示意圖。
[0020]圖2是本發明的前視圖。
[0021]圖3是本發明的側視圖。
【具體實施方式】
[0022]以下將結合說明書附圖對本發明做進一步詳細說明。根據圖1、圖2、圖3所示，本巖石隧道掘進機由以下部分組成:機架1010、繩鋸機系統、鉆機系統、卷揚機和吊機系統、控制系統、監測系統、導向系統、電器系統、液壓系統、循環系統、數據收集系統、測量通訊系統、支護系統、出料車。
[0023]所述機架1010的前視圖外形為多邊形，在多邊形的中間部位設置通道1011，在多邊形的每一個頂角位置分別設置一個頂桿滑道1012和頂桿1013，在多邊行的邊線上可以設置N (其中N ^ I)個頂桿滑道1012和頂桿1013，頂桿1013在電機控制下可以在頂桿滑道1012上前后移動，頂桿1013是由多節套管組成，多節套管可以伸縮，頂桿1013內為中空，有電路、水路和光路從頂桿1013內部的中空通過，頂桿1013上設置N個導向輪1014 ；機架上面設置機架行走機構1015、支撐及調向機構、控制室1016、護盾1017、機殼1018 ;所述支撐及調向機構包括:多個支撐板1019和多個支撐油缸，支撐油缸控制支撐板1019可以從機架1010上向外伸出和向內縮回。
[0024]所述繩鋸機系統設置在機架內1010，包括N臺繩鋸機2010、N個儲繩器2011、N個導向輪1014，儲繩器2011上設置鋸繩張力檢測調控機構，鋸繩張力檢測調控機構與PLC系統連接。
[0025]所述鉆機系統是在每一個頂桿1013的前端，設置一臺前置鉆孔機3010，前置鉆孔機3010具有調整鉆孔方向的功能，前置鉆孔機3010為不取巖芯鉆機，前置鉆孔機3010與鉆機激光導向裝置5010連接，通過PLC系統控制前置鉆孔機3010的鉆孔方向。
[0026]所述卷揚機和吊機系統設置在機架1010內，包括N臺卷揚機6010和N臺吊機6011，吊機6011可以從機架1010內伸出和縮回。
[0027]所述控制系統包括:人機界面和PLC系統，人機界面和PLC系統實現數據交換，用于控制操作繩鋸機系統、鉆機系統、液壓系統、循環系統、導向系統、電器系統、數據收集系統、測量通訊系統、監測系統、機架行走機構1015、支撐及調向機構的數據、狀態及故障報警信號，控制系統設置在控制室內。
[0028]所述監測系統包括甲烷檢測報警裝置、感煙器、消防滅火裝置和攝像監測裝置，監測系統設置在機架1010上，監測系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0029]所述導向系統包括機架激光導向裝置和鉆機激光導向裝置5010，機架激光導向裝置設置在機架1010上，鉆機激光導向裝置5010分別布置在機架1010上的每一個頂桿1013的后部，對前置鉆孔機3010進行導向，導向系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0030]所述電器系統包括:變壓器、配電盤、各種電器設備的斷路器、應急發電機、具有電池后備的照明裝置；電器系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0031]所述液壓系統包括:液壓栗站7010和各種液壓油管，液壓系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0032]所述循環系統包括:氣循環和水循環，其中氣循環由循環風機、進氣管和排氣管組成；水循環由進水栗、進水管、蓄水箱8010、排水栗、排水管組成，循環系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0033]所述數據收集系統包括:數據收集計算機和數據收集軟件，數據收集系統實時顯示所收集到的數據并記錄數據，數據收集系統和PLC系統連接。
[0034]所述測量通訊系統包括:設置在機架1010上的全站儀、控制室1016與隧道外指揮中心的通訊連接、控制系統與互聯網的通信連接、控制室1016與前作業區的通訊連接、控制室1016與后作業區的通訊連接，測量通訊系統與數據收集系統和PLC系統連接。
[0035]所述支護系統包括:超前鉆機9010、錨桿鉆機、混凝土噴射裝置，支護系統設置在機架上。
[0036]所述出料車包括:車架9020、行走輪子9021，行走輪子9021由電機和減速機驅動，行走輪子9021可以轉向，出料車設置獨立的控制界面進行操作，出料車可以從機架1010中的通道1011內通過。
[0037]本巖石隧道掘進機的工作原理是使用鉆機系統、繩鋸機系統、卷揚機和吊機系統分別對巖石進行鉆孔、鋸切和拖出。其工作區間為鉆機系統在最前面，繩鋸機系統在中間，卷揚機和吊機系統在后面。巖石鉆孔機3010工作時不需要取巖芯和換鉆桿，粉碎后的巖石粉末隨著水循環排出隧道。保證巖石鉆孔機3010與后面繩鋸機2010的鋸切之間互不干擾。繩鋸機2010在工作時，鋸繩是在巖石鉆孔內行走，暴露在外面的部分使用防護網進行防護，就可以進行其它的操作，使這三個系統之間的互相干擾最小，鉆機系統、繩鋸機系統、卷揚機和吊機系統同時工作，達到提高隧道掘進速度的目的。
[0038]本巖石隧道掘進機工作時，先使用測量通訊系統對需要開挖的隧道進行定位，再使用導向系統對機架1010和各個前置鉆孔機3010進行導向，使前置鉆孔機3010按照正確的方向鉆孔。同時繩鋸機系統安裝上鋸繩，鋸繩通過頂桿1013上的導向輪1014對巖石進行盲切和套切。切割完成的巖塊再使用卷揚機6010拖出，使用吊機6011吊上出料車排出隧道。在一段巖塊排出后，鉆機系統和繩鋸機系統停止工作，支撐及調向機構配合機架行走機構1015使機架1010向前運行一段距離后支撐固定，鉆機系統和繩鋸機系統繼續工作。
[0039]護盾1017和機殼1018保護施工人員不受掉落的破碎巖石和巖爆的傷害；監測系統和循環系統保證在出現甲烷超標、火災或者涌水時人員裝備的安全；支護系統是在本巖石隧道掘進機通過比較破碎的巖層時，對隧道壁進行加固防護的系統。
【主權項】
1.巖石隧道掘進機，其特征在于它是由以下部分組成:機架1010、繩鋸機系統、鉆機系統、卷揚機和吊機系統、控制系統、監測系統、導向系統、電器系統、液壓系統、循環系統、數據收集系統、測量通訊系統、支護系統、出料車；所述機架1010的前視圖外形為多邊形，在多邊形的中間部位設置通道1011，在多邊形的每一個頂角位置分別設置一個頂桿滑道1012和頂桿1013，在多邊行的邊線上可以設置N(其中N彡I)個頂桿滑道1012和頂桿1013，頂桿1013在電機控制下可以在頂桿滑道1012上前后移動，頂桿1013是由多節套管組成，多節套管可以伸縮，頂桿1013內為中空，有電路、水路和光路從頂桿1013內部的中空通過，頂桿1013上設置N個導向輪1014 ;機架上面設置機架行走機構1015、支撐及調向機構、控制室1016、護盾1017、機殼1018 ;所述支撐及調向機構包括:多個支撐板1019和多個支撐油缸，支撐油缸控制支撐板1019可以從機架1010上向外伸出和向內縮回；所述繩鋸機系統設置在機架1010內，包括N臺繩鋸機2010、N個儲繩器2011、N個導向輪1014 ;所述鉆機系統是在每一個頂桿1013的前端，設置一臺前置鉆孔機3010，前置鉆孔機3010具有調整鉆孔方向的功能，前置鉆孔機3010為不取巖芯鉆機，前置鉆孔機3010與鉆機激光導向裝置5010連接，通過PLC系統控制前置鉆孔機3010的鉆孔方向；所述卷揚機和吊機系統設置在機架1010內，包括N臺卷揚機6010和N臺吊機6011，吊機6011可以從機架1010內伸出和縮回；所述控制系統包括:人機界面和PLC系統，人機界面和PLC系統實現數據交換，用于控制操作繩鋸機系統、鉆機系統、液壓系統、循環系統、導向系統、電器系統、數據收集系統、測量通訊系統、監測系統、機架行走機構1015、支撐及調向機構的數據、狀態及故障報警信號，控制系統設置在控制室內；所述監測系統包括甲烷檢測報警裝置、感煙器、消防滅火裝置和攝像監測裝置，監測系統設置在機架1010上，監測系統與數據收集系統和PLC系統連接；所述導向系統包括機架激光導向裝置和鉆機激光導向裝置5010，機架激光導向裝置設置在機架1010上，鉆機激光導向裝置5010分別布置在機架1010上的每一個頂桿1013的后部，導向系統與數據收集系統和PLC系統連接；所述電器系統包括:變壓器、配電盤、各種電器設備的斷路器、應急發電機、具有電池后備的照明裝置；電器系統與數據收集系統和PLC系統連接；所述液壓系統包括:液壓栗站7010和各種液壓油管，液壓系統與數據收集系統和PLC系統連接；所述循環系統包括:氣循環和水循環，其中氣循環由循環風機、進氣管和排氣管組成；水循環由進水栗、進水管、蓄水箱8010、排水栗、排水管組成，循環系統與數據收集系統和PLC系統連接；所述數據收集系統包括:數據收集計算機和數據收集軟件，數據收集系統實時顯示所收集到的數據并記錄數據，數據收集系統和PLC系統連接；所述測量通訊系統包括:設置在機架1010上的全站儀、控制室1016與隧道外指揮中心的通訊連接、控制室1016與互聯網的通信連接、控制室1016與前作業區的通訊連接、控制室1016與后作業區的通訊連接，測量通訊系統與數據收集系統和PLC系統連接；所述支護系統包括:超前鉆機9010、錨桿鉆機、混凝土噴射裝置，支護系統設置在機架上；所述出料車包括:車架9020、行走輪子9021，行走輪子9021由電機和減速機驅動，行走輪子9021可以轉向，出料車設置獨立的控制界面進行操作，出料車可以從機架1010中的通道1011內通過。2.根據權利要求1所述的巖石隧道掘進機，其特征在于:儲繩器2011上設置鋸繩張力檢測調控機構，鋸繩張力檢測調控機構與PLC系統連接。
【文檔編號】E21D9/12GK106032756SQ201510107243
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月12日
【發明人】趙兵
【申請人】趙兵