隧道衬砌设备的制作方法
【专利摘要】用于衬砌隧道的设备，该设备包括一个运输工具，所述运输工具具有：一个底盘；多个车轮或履带；一个防火发动机，用于通过驱动系统驱动所述轮子或履带；以及一个材料分配系统，所述材料分配系统包括：一个料斗，该料斗在使用中装有材料；一个可移动的吊杆；至少一个喷嘴，其由所述吊杆支承；一个或多个管，用于将喷嘴联接至所述料斗；以及一个抽运系统，用于将材料从所述料斗抽运至所述喷嘴，从而将材料从所述喷嘴分配至所述隧道的表面上。
【专利说明】隧道衬砌设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于衬砌(lining)隧道的设备和方法，并且在一个具体的实施例中，涉及用于通过将一种材料一例如混凝土制品一分配至隧道表面上来衬砌地下煤矿中的隧道的设备和方法，以及涉及一种支护隧道的方法。
【背景技术】
[0002]本说明书中引用任何现有出版物(或从其中获得的信息)或引用任何已知的事物都不是并且不应当被视为对所述现有出版物(或从其中获得的信息)或已知事物构成本说明书涉及的【技术领域】中的普通公知常识的一部分的认可或承认或任何形式的暗示。
[0003]目前，地下煤矿利用锚网技术用于支护隧道侧墙和顶部，例如作为巷道(heading)或通道(roadway)开辟的一部分。所述锚网布置的安装方法通常包括:挖掘隧道和安装预先的锚杆，接下来在第二阶段安装额外的锚杆和防护网。
[0004]将通过参照图1A和IB描述该方法的一个实例。
[0005]在该实例中，在初次通行期间，连续采煤机100或其它类似的采掘机，挖掘一条巷道以创建隧道110，并且使用锚杆支护装备101在所述隧道墙和顶部安装防护锚杆111和网112。锚杆111通常是尼龙锚杆，锚杆用来提供初级支护，而网112用来为锚杆111之间的地层提供支护。如本领域技术人员所理解的，根据岩土工程师限定的要求安装所述锚杆和网。
[0006]在安装初级支护后，所述巷道由矿区岩土工程师检查，并且限定和安装次级支护。为了实现该目的，如图1B中示出的，具有缆索推进器和灌浆泵的锚索支护机器120被用于将锚索113插入并且灌浆就位。所述锚索可以延伸长距离进入地层并且通常要求灌浆以确保锚索固定在地层中。
[0007]将锚杆安装进地层中作为一种初级支护和次级支护的形式需要相当大的成本。此夕卜，以这种方式开辟的巷道和通道还要求喷洒岩粉以减轻由于存在大量空气传播的煤尘所造成的爆炸环境。因此，需要一种用于提供隧道支护的替代技术。
[0008]尽管已知通过喷混凝土机应用纤维增强混凝土 (纤维混凝土)，但是由于喷混凝土机不能被用在煤矿的爆炸危险区(ERZ)地区内，因此在煤矿采掘中限制使用该方法。
实用新型内容
[0009]在一个宽泛形式中，本实用新型提供一种用于衬砌隧道的设备，该设备包括一个运输工具，该运输工具具有:
[0010]a)—个底盘；
[0011]b)多个车轮或履带；
[0012]c) 一个防火发动机，用于通过驱动系统驱动所述车轮或履带；
[0013]d) 一个材料分配系统，其包括:
[0014]i ) 一个料斗，该料斗在使用中装有材料；[0015]ii) 一个可移动的吊杆；
[0016]iii)至少一个喷嘴，其由所述吊杆支承；
[0017]iv ) 一个或多个管，用于将所述喷嘴联接至所述料斗；以及
[0018]V ) 一个抽运系统，用于将材料从所述料斗抽运至所述喷嘴，由此将材料从所述喷嘴分配至所述隧道的表面上。
[0019]一般地，所述运输装置包括:
[0020]a) 一个传感器；以及，
[0021]b)—个控制器，该控制器联接至所述传感器，所述控制器适于接收来自所述传感器的信号并且根据所接收的信号选择性地停用所述发动机。
[0022]一般地，所述传感器是如下至少之一:
[0023]a)气体传感器，该气体传感器感测气体水平，在气体水平超过一个预定的气体水平时，所述控制器选择性地停用所述发动机；以及，
[0024]b)温度传感器，该温度传感器感测温度，在温度超过一个预定的温度时，所述控制器选择性地停用所述发动机。
[0025]一般地，所述发动机给所述抽运系统提供动力以抽运所述材料。
[0026]—般地,所述运输工具包括一个电气系统，该电气系统适合用在地下煤矿ERZ区域中。
[0027]—般地，所述运输工具是以下至少之一:
[0028]a)能用在或被证明适合用在爆炸危险区域中；以及，
[0029]b)能用在或被证明适合用在地下煤矿中。
[0030]在另一个宽泛形式中，本实用新型提供一种在地下煤矿中提供隧道支护的方法，该方法包括将材料从运输工具的喷嘴分配至所述隧道的表面上，从而支护该隧道。
[0031]一般地，所述方法包括在分配所述材料之前，将锚杆设置在隧道墙和顶部的至少之一中。
[0032]一般地，所述材料是以下至少之一:
[0033]a)混凝土制品；以及，
[0034]b)纤维混凝土。
[0035]一般地，所述方法包括分配材料，以在所述隧道的表面的至少一部分上形成材料层。
[0036]一般地，所述方法包括分配材料，使得所述层在所述隧道的表面的不同部分具有相应的厚度。
[0037]—般地，使用一种运输工具执行所述方法，所述运输工具具有:
[0038]a) 一个底盘；
[0039]b)多个车轮或履带；
[0040]c) 一个防火发动机，用于通过驱动系统驱动所述车轮或履带；
[0041]d) 一个材料分配系统，其包括:
[0042]i ) 一个料斗，该料斗在使用中装有材料；
[0043]ii) 一个可移动的吊杆；
[0044]iii )至少一个喷嘴，其由所述吊杆支承；[0045]iv ) 一个或多个管，用于将所述喷嘴联接至所述料斗；以及
[0046]V ) 一个抽运系统，用于将材料从所述料斗抽运至所述喷嘴，由此将材料从所述喷嘴分配至所述隧道的表面上。
[0047]在再一个宽泛形式中，本实用新型提供一种衬砌地下煤矿中的隧道的方法，所述方法包括将材料从运输工具的喷嘴分配至所述隧道的表面上。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]现在将通过参照附图描述本实用新型的一个实施例，其中:
[0049]图1A和IB是现有技术隧道支护方法的示意端视图；
[0050]图2是用于衬砌隧道的设备的一个实施例的示意图；
[0051]图3A和3B是隧道支护方法的示意端视图；以及，
[0052]图4A至4D是用于衬砌隧道的设备的一个具体实施例的视图。
【具体实施方式】
[0053]现在将通过参考图2描述一种用于分配材料以提供隧道衬砌的设备的实施例。
[0054]在该实施例中，所述设备是运输工具200的形式,该设备具有:一个底盘210;多个车轮211 (尽管替代性地可以使用履带)以及一个防火发动机220，用于通过驱动系统驱动车轮211。还提供了一个材料分配系统，该材料分配系统包括:一个料斗231，该料斗231在使用中装有材料；一个可移动的吊杆232 ;至少一个喷嘴233，其由吊杆232支承。提供了一个或多个管和/或软管，用于将喷嘴233联接至料斗231，其中抽运系统235运行以将材料从料斗231抽运至喷嘴233，从而从所述喷嘴分配材料。
[0055]所述运输工具通常还包括其它特征，包括:框架212、主体件、发动机盖、驾驶室等，以及操作性的控制件，例如转向操纵杆、加速器/制动器等。
[0056]在一个实施例中，运输工具200被用于将混凝土制品——例如纤维混凝土——分配至地下煤矿中的隧道的表面上，从而形成衬砌，该衬砌充当隧道支护。就这一点而言，所述运输工具设置有防火发动机，其允许所述运输工具被用在ERZs中，进而允许所述运输工具进入并且在煤矿中分配纤维混凝土或其它类似的材料，这种移动的形式在以前是不可能的。
[0057]现在将参照图3A和3B描述一种通过利用图2的设备衬砌隧道表面来支护隧道的实施例方法。
[0058]在该实施例中，在初次通行期间，连续采煤机300或其它类似的采掘机，挖掘一条巷道以创建隧道310，并且使用锚杆支护装备301将防护锚杆311安装在隧道墙和顶部。锚杆311通常是尼龙锚杆，该锚杆用于提供初级支护。然而应注意，不同于上文关于图1A和IB描述的传统技术，不必须要求有网。
[0059]在安装所述初级支护之后，巷道由矿区岩土工程师检查，然后运输工具200将混凝土材料层312施加至所述隧道墙和顶部，从而形成至少在所述隧道墙和顶部上面的衬砌(具有指定的厚度)。
[0060]所述混凝土材料被以高的速度施加，使得所述混凝土材料附着至所述隧道表面，渗入隧道表面中的裂缝，从而机械地将所述混凝土衬砌层联接至所述隧道表面，从而加强提供的支护。作为该方法的一部分，所述层也可以在所述隧道表面的不同部分上设置有各自的厚度，从而改变提供的支护的程度。
[0061]在该方法中，次级锚杆313也可以被插入所述墙和顶部中，尽管这不是必须的并且这可能依赖于所述隧道的状况、所述隧道穿过的地层的类型等。然而，应注意，次级锚杆313比初级锚杆311和现有技术中使用的锚索113短，如本领域的技术人员将理解的，使得次级锚杆313更容易安装。
[0062]因此，为了将混凝土材料施加至地下煤矿的隧道内的表面可以使用上文描述的运输工具200，从而建立隧道衬砌，进而用作隧道支护的一部分。
[0063]使用纤维混凝土或其它类似材料提供地下煤矿内的隧道支护，可以比通常的隧道支护技术提供许多益处。
[0064]例如，所述纤维混凝土层密封所述隧道表面，从而密封煤层。这减少了空气传播的煤尘和气体迁移，还防止煤和地层的侵蚀，以及减弱了对喷洒岩粉的需要。混凝土材料通常提供平滑的表面，由于纤维混凝土以较小的拖拽产生更平滑的包络，因此该表面允许加强的通风性能。
[0065]所述纤维混凝土可以提供结构支护，由于纤维混凝土层(与锚杆结合)提供要求的地层支护，所以该结构支护减弱或消除对网的需要。这通过避免对网的需要减少了安装支护所需的时间，并且也减少了锚杆支护要求。
[0066]上文方法和设备的使用通过减少对网的人工处理可以允许增强安全性。此外，所述设备可以被设置为允许自动应用隧道衬砌的自控运输工具，从而减小工人暴露于危险。
[0067]通过专门建造的防火喷混凝土机装设纤维混凝土，允许喷至地层上的纤维混凝土的高冲击位移，这确保进入煤层的纤维混凝土附着和渗入，以形成喷混凝土层隧道弧形结构和被支护的煤层顶部/墙之间的牢固结合。
[0068]因此，上文所述的方法和设备提供了相对于现有技术的许多益处。
[0069]现在将描述其它特征。
[0070]在一个实施例中，运输工具200包括:控制器，用于控制所述运输工具的一个或多个方面的操作。例如，所述控制器可以被联接至一个或多个传感器，所述控制器适于接收来自所述传感器的信号并且根据所接收的信号选择性地停用发动机。所述传感器可以用于感测气体和/或热，当测量的气体水平或热量水平分别超过预定的气体水平或热量水平时，允许所述控制器选择性地停用所述发动机。附加地和/或替代地，可以采取其它动作，例如产生警报以警告工人。
[0071]所述控制器可以是任何适合的形式并且通常包括:电子处理装置，用于接收来自所述传感器的信号，处理这些信号并且生成控制信号。在一个实施例中，所述电子处理装置是微处理器、微芯片处理器、逻辑门配置、可选择地与执行逻辑例如FPGA (FieldProgrammable Gate Array)相关联的固件、或任何其它能够与所述传感器相互作用的电子设备、系统或布置。
[0072]如本领域的技术人员所理解的，所述控制器也可以形成运输工具控制系统的一部分，例如一种用于自控地操作所述运输工具的控制系统。
[0073]在一个实施例中，所述发动机给抽运所述材料的所述抽运系统提供动力。当需要时，这允许集中地关停全部动力，同时也减小对多个动力系统的需要，这将使得在地下矿井中的运输工具的使用复杂。
[0074]通常所述运输装置还包括电气系统，该电气系统允许所述运输工具在地下煤矿中和在ERZ区安全地操作。
[0075]因此，应理解的是，上文所述的运输工具能用于或被证明适合用于爆炸危险区例如地下煤矿中。
[0076]现在将参照图4A至4D描述一种用于施加纤维混凝土的设备的具体实施例，该设备为喷混凝土机的形式。
[0077]在该实施例中，喷混凝土机400包括喷混凝土机底盘，该底盘具有四个车轮411并且支承改进的框架412，该框架包含防火发动机(未示出)。所述材料分配系统由所述框架支承并且包括:料斗431，该料斗431在使用中装有所述材料；可移动的吊杆432 ;至少一个喷嘴433，其由吊杆432支承。输送软管434被设置用于将喷嘴433联接至料斗431，抽运系统运行以将材料从料斗431抽运至喷嘴433，从而从所述喷嘴分配材料。喂料管436也可以被可选择地安装至料斗431，同时，洗气罐指示器437可以被安装在所述运输工具的顶部。所述框架还支承液压千斤顶414以实现额外的运输工具稳定性、和驾驶室415，以及被许可的照明设备416。
[0078]所述防火发动机被安装在发动机舱413内，并且为所述喷混凝土机和混凝土抽运部件的行进和操作提供动力。所述防火发动机具体被设计成能够为煤矿中的ERZ区域中的所述喷混凝土机提供动力并且具有关停能力以防止过热生成。
[0079]散热器和/或洗涤器系统417被安装至所述框架的后面以允许热量从所述发动机疏散，从而减小操作危险，以及在可得到的气流附近设置所述散热器以使冷却最大化。
[0080]所述电气系统包含许可的配线、照明系统、气体检测系统和关停系统，该关停系统被安装在控制箱441内，当在工作区域检测到过高的气体水平时，该关停系统关停机器。提供电气障蔽(shut out) 442和发动机障蔽443以允许手动关停。通常这些特征对于在UG煤矿环境中的运输工具的操作是强制的。
[0081 ] 在使用中，所述运输工具可以以高速喷涂纤维混凝土的方式将纤维混凝土层施加至煤层/地层上，所述运输工具给巷道隧道包络的周界提供了纤维混凝土层。所述纤维混凝土以这样的力被射出，当它冲击至煤层/地层上时，由于纤维混凝土渗入至煤层的裂缝中，所以确保了高的附着性。
[0082]纤维混凝土层的厚度根据所要求的负载抵抗能力并且由矿区岩土工程师限定。通常，加厚的纤维混凝土层被设置在墙和顶部之间的相交处并且也被设置在所述墙的底端处。由于附近的采矿活动和地上载荷，因此当负载分布发生在整个地层时，在应力点方面提供了存在于这些点处的额外的负载承载能力。
[0083]纤维混凝土层的厚度、以及次级支护所要求的锚杆的大小和数量由矿区岩土工程师限定，并且被设计为提供用于煤矿开采目的的巷道/通道的持续安全使用所要求的最成本节约的支护模型组合。
[0084]在整个说明书和下文的权利要求中，除非上下文要求，否则，词语“包括”，以及变体例如“包含”或“具有”，将被理解为暗示包括一个所述的整体或一组整体或步骤，而不排除任何其它整体或其它整体组。
[0085]本领域的普通技术人员应知道的是，许多变体和改型将变得明了。对于本领域的普通技术人员变得明了的所有这些变体和改型，应被认为落入在描述之前宽泛出现的本实用新型的精神和范围内。
【权利要求】
1.一种用于衬砌隧道的设备，其特征在于，该设备包括一个运输工具，该运输工具具有: a)一个底盘； b)多个车轮或履带； c)一个防火发动机，用于通过驱动系统驱动所述车轮或履带； d)一个材料分配系统，其包括: i) 一个料斗，该料斗在使用中装有材料； ii) 一个可移动的吊杆； iii)至少一个喷嘴，其由所述吊杆支承； iv ) 一个或多个管，用于将所述喷嘴联接至所述料斗；以及 V ) 一个抽运系统，用于将材料从所述料斗抽运至所述喷嘴，由此将材料从所述喷嘴分配至所述隧道的表面上。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述运输工具包括: a)—个传感器；以及， b)—个控制器，其联接至所述传感器，所述控制器适于接收来自所述传感器的信号并且根据接收的信号选择性地停用所述发动机。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述传感器是以下至少之一: a)气体传感器，该气体传感器感测气体水平，在气体水平超过一个预定的气体水平时，所述控制器选择性地停用所述发动机；以及， b)温度传感器，该温度传感器感测温度，在温度超过一个预定的温度时，所述控制器选择性地停用所述发动机。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的设备，其特征在于，所述发动机给所述抽运系统提供动力以抽运所述材料。
5.根据权利要求1至3中任何一项所述的设备，其特征在于，所述运输工具包括一个电气系统，该电气系统适合用于地下煤矿ERZ区域。
【文档编号】E21D11/10GK203742613SQ201320686138
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】B·斯特金 申请人:M·L·C·有限公司