一种软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备及方法

本申请属于隧道或矿山挖掘技术领域，更具体地说，是涉及一种软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备及方法。

背景技术：

软弱围岩地层具有强度低、含水率高、自稳能力差等特点，因此在软弱围岩地层中进行洞室开挖施工时，极易出现围岩变形过大或出现洞室坍塌的情况，极大的危及施工人员的生命安全。而且，常用的隧道开挖方法主要以矿山法为主，该方法存在施工质量差、成本高、效率低等突出问题。

在进行深井作业或隧道施工作业时，当发生塌方事故时，能够快速到达塌方位置是保证人员生命财产安全的最有效保障。然而，由于塌方体松软且易扰动，要开挖出一条直通塌方位置的通道是极为困难的工程。因此，要快速、安全、有效的进行洞室开挖，需要在传统施工方法的基础上，对洞室掘进的支护及开挖方法和设备进行改进，从而达到快速掘进的目的。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备，以解决现有技术中软弱围岩的开挖方法存在挖掘效率低和施工困难的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备，包括移动车体、驱动组件、滑动座、绳锯切割组件、转动组件、钻孔组件和支护组件；

所述驱动组件设置在所述移动车体上，所述滑动座滑动设于所述移动车体上并与所述驱动组件传动连接，所述绳锯切割组件包括设于所述滑动座上的电机和主动轮、设于所述移动车体上的走线轮、可拆式设于所述转动组件上的两根推进杆、设于所述推进杆上的切割压轮以及设于所述主动轮、所述走线轮及所述切割压轮上的切割绳；所述转动组件设于所述移动车体的一端或设于所述滑动座的一端，所述钻孔组件和所述支护组件均可拆卸式设于所述转动组件上。

在一个实施例中，所述转动组件包括：设于所述移动车体上的转轴、设于所述转轴上的升降板以及位置可调式设于所述升降板上的挡板，所述挡板的长度方向和所述升降板的长度方向相垂直，所述推进杆、所述钻孔组件及所述支护组件均可拆卸式设于所述挡板上，所述推进杆为液压杆。

在一个实施例中，所述驱动组件为丝杆组件，所述移动车体上设有导轨，所述滑动座与所述导轨滑动连接并与所述丝杆组件的滑动块固定连接。

在一个实施例中，所述支护组件包括两根立杆以及设于两根所述立杆之间的高强纤维网，两根所述立杆之间的间距与两根所述推进杆之间的间距相同。

在一个实施例中，所述立杆为空心杆，所述立杆上开设有若干通孔，所述立杆内能充液氮。

在一个实施例中，所述钻孔组件包括两个间隔设于所述挡板上的电钻，以及可拆卸式与各所述电钻连接的螺旋钻杆，所述螺旋钻杆的直径大于或等于所述推进杆和所述立杆的直径。

在一个实施例中，所述升降板上设有丝杆组件，所述挡板与所述丝杆组件的滑动块固定连接；或者，所述升降板上设有第一齿形槽，所述挡板上设有第二齿形槽，所述第一齿形槽和所述第二齿形槽啮合，所述挡板和所述升降板的连接处设有卡扣或u型螺栓。

在一个实施例中，所述切割绳为金刚石串珠绳。

本申请的另一目的在于提供一种软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工方法，基于上述的软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备，包括以下步骤：

s1、在软弱围岩上确定超前导向孔的钻孔位置、钻孔直径和钻孔深度；

s2、将钻孔组件安装于转动组件上，利用钻孔组件的螺旋钻杆对软弱围岩上预定的位置进行钻孔，以形成超前导向孔，并清除超前导向孔内的碎渣；

s3、取下钻孔组件，将绳锯切割组件的推进杆安装于转动组件上，并将绳锯切割组件的切割绳环绕在主动轮、走线轮及切割压轮上，并利用电机驱动主动轮转动而使切割绳切割软弱围岩，推进杆向超前导向孔内移动以使切割绳向软弱围岩内部切割；

s4、待切割到达预定位置后，取下推进杆，将支护组件安装于转动组件上，并使支护组件的立杆插入超前导向孔内以及使支护组件的高强纤维网插入切割绳切出的缝隙中，到达预定位置后，将支护组件从转动组件上取下；

s5、对支护组件下方的软弱围岩进行挖掘。

在一个实施例中，在步骤s1中，所述超前导向孔的孔径为200-250mm；在步骤s4中，立杆为空心杆，立杆的管壁上设置通孔，能向立杆内通入液氮；在步骤s5中，采用直径大于推进杆以及挖掘超前导向孔的螺旋钻杆的大直接螺旋钻杆进行挖掘。

本申请提供的软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备及方法的有益效果在于：通过钻孔组件在软弱围岩上形成超前导向孔，以便绳锯切割组件对软软围岩进行切割以形成用于安装支护组件的缝隙，支护组件能对软弱围岩起到良好的防塌方、防漏水及加固作用，保证下方的软弱围岩方便挖掘，具有施工简单、挖掘效率及质量高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备第一种视角的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备中支护组件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备第二种视角的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、移动车体；11、导轨；2、驱动组件；3、滑动座；4、绳锯切割组件；41、电机；42、主动轮；43、走线轮；44、推进杆；45、切割压轮；46、切割绳；5、转动组件；51、转轴；52、升降板；521、第一齿形槽；53、挡板；54、卡扣；6、钻孔组件；61、电钻；62、螺旋钻杆；7、支护组件；71、立杆；72、高强纤维网。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。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该另一个元件上。

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申请和简化描述，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申请的限制。

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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-图3所示，现对本申请实施例提供的一种软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备进行详细说明。该软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备，包括移动车体1、驱动组件2、滑动座3、绳锯切割组件4、转动组件5、钻孔组件6和支护组件7。

其中，移动车体1用于其支撑和移动作用，以便将该软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备移动至需要挖掘的软弱围岩处，具有移动方便和无需安装的优点。移动车体1为常规的货车形式或者手推车形式，具体结构在此不进行详细陈述。

其中，驱动组件2设置在移动车体1上，滑动座3滑动设于移动车体1上并与驱动组件2传动连接，驱动组件2用于驱动滑动座3在移动车体1上进行位置移动和定位。

其中，绳锯切割组件4包括设于滑动座3上的电机41和主动轮42、设于移动车体1上的走线轮43、可拆式设于转动组件5上的两根推进杆44、设于推进杆44上的切割压轮45以及设于主动轮42、走线轮43及切割压轮45上的切割绳46；电机41用于驱动主动轮42转动，从而带动切割绳46旋转以便切割绳46对软弱围岩进行切割，走线轮43用于保证切割绳46不与其他部件相接触，防止切割绳46损坏或切坏其他部件，切割压轮45用于对切割绳46在推进杆44上定位，推进杆44用于将切割绳46向软弱围岩内部推进，从而使得切割绳46将软弱围岩切出一条缝隙来，在本实施例中，驱动组件2驱动滑动座3在移动车体1的不同位置还可以调节切割绳46的张紧度。

其中，转动组件5设于移动车体1的一端或设于滑动座3的一端，钻孔组件6和支护组件7均可拆卸式设于转动组件5上，转动组件5用于调节在钻孔组件6在软弱围岩上钻孔位置，钻孔位置包括钻孔角度、钻孔高度等信息，钻孔组件6用于在软弱围岩上钻处超前导向孔，超前导向孔可供推进杆44插入，具有导向作用；当切割绳46对软弱围岩完成缝隙切割后，可将支护组件7插入至缝隙中，以使支护组件7对软弱围岩进行起到保护作用，以便对支护组件7下方的软弱围岩进行快速挖掘。

本申请实施例提供的软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备，通过钻孔组件6在软弱围岩上形成超前导向孔，以便绳锯切割组件4对软弱围岩进行切割以形成用于安装支护组件7的缝隙，支护组件7能对软弱围岩起到良好的防塌方、防漏水及增固作用，保证下方的软弱围岩方便挖掘，具有施工简单、挖掘效率及质量高的优点。

如图1-图3所示，在本实施例中，转动组件5设置在移动车体1上，转动组件5包括：设于移动车体1上的转轴51、设于转轴51上的升降板52以及位置可调式设于升降板52上的挡板53，挡板53的长度方向和升降板52的长度方向相垂直，推进杆44、钻孔组件6及支护组件7均可拆卸式设于挡板53上，推进杆44为液压杆。其中，升降板52和挡板53呈“十”字型结构，转轴51的用于调节挡板53和水平面之间的角度，升降板52用于调节挡板53和水平面之间的高度，从而可以调节对软弱围岩的切割位置。在实际工作过程中，推进杆44伸长时，驱动组件2同步驱动滑动座3滑动，以便保证切割绳46保持一定的张紧度，从而完成切割工作。在本实施例中，挡板53上设有u型座，推进杆44的一端插接在u型座内，然后利用螺栓进行可拆卸式固定连接。或者，推进杆44的一端焊接固定板，固定板通过多个螺栓固定在挡板53上。

在其他实施例中，转动组件5设置在滑动座3上，绳锯切割组件4同样设置在滑动座3上，这样推进杆44可以采用固定杆，切割绳46的张紧度通过走线轮43进行调节，这样利用驱动组件2实现推进杆44的推进工作。

如图1-图3所示，在本实施例中，驱动组件2为丝杆组件，丝杆组件为常规结构，一般包括底座、丝杆、丝杆电机41、滑动块等部件，在此不详细介绍。移动车体1上设有导轨11，滑动座3与导轨11滑动连接并与丝杆组件的滑动块固定连接。这样利用丝杆组件可以实现滑动座3的精确移动及精准定位，保证切割绳46能稳定地对软弱围岩进行切割。

如图1-图3所示，支护组件7包括两根立杆71以及设于两根立杆71之间的高强纤维网72或高强纤维布，两根立杆71之间的间距与两根推进杆44之间的间距相同。这样当钻孔组件6钻出超前导向孔以及切割绳46切处一个连接两个超前导向孔的缝隙后，立杆71可以插入超前导向孔中，高强纤维网72可以插入缝隙中，这样可以利用高强纤维网72对软弱围岩起到良好的防塌方、防水等作用，保证高强纤维网72下方进行快速挖掘，提高挖掘效率。优选地，立杆71为空心杆，立杆71上开设有若干通孔，立杆71内能充液氮，液氨散发时能将软弱围岩进行冻结，这样进一步保证了软弱围岩不会塌方、滴水等影响下方挖掘进度的现象发生。

如图1-图3所示，在本实施例中，钻孔组件6包括两个间隔设于挡板53上的电钻61，以及可拆卸式与各电钻61连接的螺旋钻杆62，螺旋钻杆62的直径大于或等于推进杆44和立杆71的直径。螺旋钻杆62的直径略大，这样保证推进杆44和立杆71能插入到螺旋钻杆62所钻处的超前导向孔中。螺旋钻杆62和电钻61的可拆卸式连接方式为常规的内六角插接头方式连接，这样具有拆装方便的优点。

在本实施例的一个实施方式中，升降板52上设有丝杆组件，挡板53与丝杆组件的滑动块固定连接，这样利用丝杆组件可以实现挡板53的升降，从而可以调节钻孔的高度。在本实施例的另一个实施方式中，升降板52上设有第一齿形槽521，挡板53上设有第二齿形槽，第一齿形槽521和第二齿形槽啮合，挡板53和升降板52的连接处设有卡扣54或u型螺栓，第一齿形槽521和第二齿形槽啮合后，这样可以保证挡板53固定在升降板52上的位置牢固定，卡扣54或u型螺栓只要保证挡板53不会翻转即可。比如u型螺栓套设在升降板52上然后穿过挡板53，利用旋紧或旋松螺母就可以将挡板53和升降板52牢固的啮合在一起。

在本实施例中，切割绳46为金钢石串珠绳，金刚石串珠绳在切割过程中具有高材料利用率、高切割效率和环保等优点，能有效地对软弱围岩进行切割。

本申请实施例还提供一种软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备的施工方法，该施工方法是基于上述的软弱围岩纤维网预支护结构和快速施工设备实现，包括以下步骤：

s1、在软弱围岩上确定超前导向孔的钻孔位置、钻孔直径和钻孔深度；

s2、将钻孔组件6安装于转动组件5上，利用钻孔组件6的螺旋钻杆62对软弱围岩上预定的位置进行钻孔，以形成超前导向孔，并清除超前导向孔内的碎渣；

s3、取下钻孔组件6，将绳锯切割组件4的推进杆44安装于转动组件5上，并将绳锯切割组件4的切割绳46环绕在主动轮42、走线轮43及切割压轮45上，并利用电机41驱动主动轮42转动而使切割绳46切割软弱围岩，推进杆44向超前导向孔内移动以使切割绳46向软弱围岩内部切割，得到一条连通两个超前导向孔的缝隙；

s4、待切割到达预定位置后，取下推进杆44，将支护组件7安装于转动组件5上，并使支护组件7的立杆71插入超前导向孔内以及使支护组件7的高强纤维网72插入切割绳46切出的缝隙中，到达预定位置后，将支护组件7从转动组件5上取下；

s5、对支护组件7下方的软弱围岩进行挖掘。

在本实施例中，在步骤s1中，钻孔位置依据洞室的开挖尺寸、围岩稳定情况所决定，超前导向孔的孔径为200-250mm；在步骤s2中，螺旋钻孔在钻出超前导向孔时，可以将渣土带出，也可以方便工作人员确定软弱围岩的具体情况；在步骤s3中，切割压轮45转动式安装在推进杆44上，这样可以任意方向旋转，以便配合金刚石串珠绳的安装；在切割过程中，可以通过驱动组件2来调节切割绳46的张紧度，以便调整切割绳46的切割状态；在步骤s4中，立杆71为空心杆，立杆71的管壁上设置通孔，能向立杆71内通入液氮，液氮用于增加软弱围岩的土体强度；在步骤s5中，采用直径大于推进杆44及用于钻超前导向孔的螺旋钻孔的大直径螺旋钻杆62进行挖掘，这样增加挖掘效率。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。