模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置的制造方法

专利名称:模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置，头部设置有钻头和装药器，其特征在于：在它中部设置有传动轴、尾部设置有轴向定位滑台；所述的钻头安装在微型钻孔电机的钻头夹具上，微型钻孔电机的侧面设有装药器，该微型钻孔电机及装药器设置在径向定位滑板上；径向定位滑板同轴安装在传动轴的顶端；位于中部的传动轴的尾端通过法兰连接周向定位步进电机；在传动轴的尾部径向安装轴向定位滑台。本实用新型用于物理模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置可以克服狭长隧洞内手工操作的困难，可实现隧道断面任意位置钻孔及装药操作，提高模拟试验的准确性和科学性。
【专利说明】
模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置
技术领域
[0001]本实用新型属于岩体力学模型试验装备技术领域，具体涉及一种模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置。
【背景技术】
[0002]我国国民经济持续快速发展带动了基础工程建设和资源开发蓬勃发展，出现了大量巷道和长大隧道(隧洞)工程，其工程规模与技术难度世界罕见。巷道和隧道(隧洞)的开挖方式主要有钻爆法开挖和TBM开挖两种工法，钻爆法具有投资省、设备小巧、适应各种不同的地质条件等优点，仍是我国目前最主要隧道开挖技术。因此，不断完善钻爆法施工工艺，提高隧道掘进水平，对隧道工程的安全施工具有重要意义。
[0003]物理模拟试验是以相似理论为基础，研制相似材料，对试件进行加载、开挖、支护等相似模拟，研究隧洞围岩的应力应变调整和演化规律。物理模拟试验可以模拟钻爆法施工工艺，将现场钻爆法施工主要影响因素合理反映到模型试验，揭示钻爆法开挖过程中地下洞室应力分布特征、位移分布特征以及变形破坏机制，为完善现场施工并合理制定支护方案提供依据。
[0004]在巷道和隧道的钻爆法开挖过程中，巷道断面布置有大量炮孔，需要大量钻孔及装药工作。隧道钻爆法开挖物理模拟试验也需要模拟这些施工工艺，炮孔的位置和深度的精确控制是模拟试验的技术难点。目前，钻爆法物理模拟试验相对较少，主要采用小型钻机完成钻炮孔操作，且人工手动装药，而对于开挖较狭长的隧洞内部空间狭小，人工操作钻机无法实现炮孔位置和深度的准确定位，且无法完成手动装药。

【发明内容】

[0005]针对上述存在问题，本实用新型的目的在于提供一种能够适用于物理模拟试验中隧洞内钻炮孔及装药一体化装置，采用机械化和自动化系统可实现狭长隧洞内钻炮孔及装药一体化的操作，提高了隧道内钻孔的高效准确性，解决了钻孔的位置和钻孔深度的精确控制等技术难点。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型设计了一种模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置，头部设置有钻头和装药器在它中部设置有传动轴、尾部设置有轴向定位滑台；所述的钻头安装在微型钻孔电机的钻头夹具上，微型钻孔电机的侧面设有装药器，该微型钻孔电机及装药器设置在径向定位滑板上;径向定位滑板同轴安装在传动轴的顶端;位于中部的传动轴的尾端通过法兰连接周向定位步进电机;在传动轴的尾部径向安装轴向定位滑台。
[0007]上述技术方案中，所述的装药器尾端设有装药步进电机，该装药步进电机同轴套装丝杆，丝杆与推药塞一端的内部螺纹套装，推药塞的另一端通过装药滑槽设置在装药筒内。
[0008]上述技术方案中，所述的微型钻孔电机的尾端安装在径向定位滑板上;径向定位滑板的侧面设置径向定位多节千斤顶;径向定位滑板嵌套安装在径向定位滑槽内；且径向定位滑板在径向定位滑槽内的滑移方向平行于该径向定位多节千斤顶的伸缩方向。
[0009]上述技术方案中，在传动轴的尾部径向安装轴向定位滑台；该轴向定位滑台上部的轴向定位滑板沿径向连接传动轴;该轴向定位滑台的底部内嵌在轴向定位滑槽内；轴向定位千斤顶同轴设置在轴向定位滑板的尾端;轴向定位千斤顶和轴向定位滑台的下方设置有底座。
[0010]上述技术方案中，在所述的传动轴上沿周向设有至少一组支撑架;每组支撑架包括至少三个支撑架，每个支撑架通过底部的弹簧固定在传动轴上，弹簧的上方固定支撑板。
[0011]由上述提供的技术方案可以看出，本实用新型设计的模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置可以实现炮孔位置和深度的精确控制，完成自动装药，准确模拟现场钻爆法施工工艺。轴向定位滑台通过轴向定位千斤顶可确定炮孔布置断面位置，周向步进电机可实现炮孔角度的定位，径向定位滑台通过径向定位多节千斤顶可完成炮孔径向距离的定位，完成炮孔位置确定。微型钻孔电机执行钻炮孔操作，同时由轴向定位滑台通过轴向定位千斤顶提供钻孔过程中的推力并精确控制钻孔的深度，完成钻炮孔操作。取下钻头，装上药卷，重复上述过程可将装药筒精确对准待装药炮孔，装药步进电机带动装药塞可将药卷缓慢送入指定炮孔，最终实现钻炮孔及装药一体化操作。
[0012]本实用新型用于物理模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置可以克服狭长隧洞内手工操作的困难，可实现隧道断面任意位置钻孔及装药操作，提高模拟试验的准确性和科学性。
【附图说明】

[0013]图1为本实用新型设计的模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置的结构示意图。
[0014]图2为图1中A-A处剖面示意图。
[0015]图3为图1中B-B处#lj面不意图。
[0016]图4为图1中C-C处剖面示意图。
[0017]图5为图1中装药器结构示意图。
[0018]图6为图5中D-D处剖面示意图。
[0019]图7为炮孔位置布置示意图。
[0020]图中:钻头1、钻头夹具2、微型钻孔电机3、装药器4(其中:药卷4.1、装药筒4.2、推药塞4.3、丝杆4.4、装药步进电机4.5、装药滑槽4.6)、径向定位滑板5、径向定位多节千斤顶
6、径向定位滑槽7、支撑架8(其中:支撑板8.1、弹簧8.2)、传动轴9、法兰10、周向定位步进电机11、轴向定位千斤顶12、轴向定位滑台13(其中:轴向定位滑板13.1、轴向定位滑槽13.2)、底座14。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，以便于人们对本实用新型的理解。
[0022]如图1?6所示，本实用新型设计了一种模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置，它主要包括头部的钻头I和装药器4、中部的传动轴9、尾部的轴向定位滑台13。所述的钻头I安装在微型钻孔电机3的钻头夹具2上，微型钻孔电机3的侧面设有装药器4，该微型钻孔电机3及装药器4设置在径向定位滑板5上。径向定位滑板5同轴安装在传动轴9的顶端。
[0023]所述的装药器4尾端设有装药步进电机4.5，该装药步进电机4.5同轴套装丝杆4.4，丝杆4.4与推药塞4.3—端的内部螺纹套装，推药塞4.3的另一端通过装药滑槽4.6设置在装药筒4.2内。
[0024]所述的微型钻孔电机3的尾端安装在径向定位滑板5上。径向定位滑板5的侧面设置径向定位多节千斤顶6 ；径向定位滑板5嵌套安装在径向定位滑槽7内；且径向定位滑板5在径向定位滑槽7内的滑移方向平行于该径向定位多节千斤顶6的伸缩方向。
[0025]通过径向定位多节千斤顶6和径向定位滑板5，能够将微型钻孔电机3和装药器4沿径向上下移动，即可将整体及前方的钻头I沿径向上下移动。
[0026]位于中部的传动轴9的尾端通过法兰1连接周向定位步进电机11。在传动轴9的尾部径向安装轴向定位滑台13。该轴向定位滑台13上部的轴向定位滑板13.1沿径向连接传动轴9;该轴向定位滑台13的底部内嵌在轴向定位滑槽13.2内。轴向定位千斤顶12同轴设置在轴向定位滑板13.1的尾端；
[0027]轴向定位千斤顶12和轴向定位滑台13的下方设置有底座14。
[0028]通过轴向定位千斤顶12和轴向定位滑台13，能够将轴向定位滑板13.1及传动轴9沿轴向前后移动，即可将整体及前方的钻头I和装药器4沿轴向前后移动。
[0029]通常情况下，传动轴9可以满足模拟试验的要求。但是，当模拟试验的隧洞开挖较长时，传动轴9也必然较长，需要在传动轴9外周布置多组支撑架8，以保证传动轴9的稳定性，以及头部的钻头I的钻孔的准确。
[0030]在所述的传动轴9上沿周向设有至少一组支撑架8。每组支撑架8包括至少三个支撑架8，每个支撑架8通过底部的弹簧8.2固定在传动轴9上，弹簧8.2的上方固定支撑板8.1。
[0031]如图7所示的隧道断面炮孔布置，其中某一炮孔距离中心轴为r、和水平夹角为Θ，其位置记为(Θ，γ)。
[0032]使用本装置完成钻炮孔及装药的具体操作过程如下:
[0033]首先，通过调整轴向定位千斤顶12可将装置头部的钻头I送到指定隧道断面位置。然后，利用周向定位步进电机11旋转调整钻头I，实现炮孔方位Θ定位；同时，利用径向定位多节千斤顶6沿径向调整钻头I，实现炮孔径向距离r定位;依此完成炮孔位置确定。
[0034]当钻头I达到目标位置后，启动微型钻孔电机3，开始钻孔操作；同时由轴向定位千斤顶12提供钻孔过程中的推力并控制钻孔的深度。当钻头I到达炮孔指定深度时，停止微型钻孔电机3，利用轴向定位千斤顶12将钻头I退出。
[0035]重复上述步骤，直至完成该隧道断面全部钻孔操作，随后将整体装置移出。
[0036]取下钻头I，将药卷4.1放入装药筒4.2内，重复上述炮孔定位步骤可将装药筒4.2精确对准待装药炮孔，启动装药步进电机4.5，装药步进电机4.5可通过丝杆4.4带动装药塞4.3将药卷4.1缓慢推入炮孔，最终实现钻炮孔及装药一体自动化操作。
【主权项】
1.一种模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置，头部设置有钻头(I)和装药器(4)，其特征在于:在它中部设置有传动轴(9)、尾部设置有轴向定位滑台(13);所述的钻头(I)安装在微型钻孔电机(3)的钻头夹具(2)上，微型钻孔电机(3)的侧面设有装药器(4)，该微型钻孔电机(3)及装药器(4)设置在径向定位滑板(5)上;径向定位滑板(5)同轴安装在传动轴(9)的顶端;位于中部的传动轴(9)的尾端通过法兰(10)连接周向定位步进电机(11);在传动轴(9)的尾部径向安装轴向定位滑台(13)。2.根据权利要求1所述的模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置，其特征在于:所述的装药器(4)尾端设有装药步进电机(4.5)，该装药步进电机(4.5)同轴套装丝杆(4.4)，丝杆(4.4)与推药塞(4.3)—端的内部螺纹套装，推药塞(4.3)的另一端通过装药滑槽(4.6)设置在装药筒(4.2)内。3.根据权利要求1或2所述的模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置，其特征在于:所述的微型钻孔电机(3)的尾端安装在径向定位滑板(5)上;径向定位滑板(5)的侧面设置径向定位多节千斤顶(6);径向定位滑板(5)嵌套安装在径向定位滑槽(7)内；且径向定位滑板(5)在径向定位滑槽(7)内的滑移方向平行于该径向定位多节千斤顶(6)的伸缩方向。4.根据权利要求3所述的模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置，其特征在于:在传动轴(9)的尾部径向安装轴向定位滑台(13);该轴向定位滑台(I3)上部的轴向定位滑板(I3.1)沿径向连接传动轴(9);该轴向定位滑台(I3)的底部内嵌在轴向定位滑槽(13.2)内；轴向定位千斤顶(12)同轴设置在轴向定位滑板(13.1)的尾端;轴向定位千斤顶(12)和轴向定位滑台(13)的下方设置有底座(14)。5.根据权利要求4所述的模拟隧洞钻爆法开挖钻炮孔及装药一体化装置，其特征在于:在所述的传动轴(9)上沿周向设有至少一组支撑架(8);每组支撑架(8)包括至少三个支撑架(8)，每个支撑架(8)通过底部的弹簧(8.2)固定在传动轴(9)上，弹簧(8.2)的上方固定支撑板(8.1)。
【文档编号】F42D1/08GK205690998SQ201620349573
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年4月25日 公开号201620349573.X, CN 201620349573, CN 205690998 U, CN 205690998U, CN-U-205690998, CN201620349573, CN201620349573.X, CN205690998 U, CN205690998U
【发明人】周辉, 程广坦, 朱勇, 张传庆, 胡大伟, 张忠林, 杨凡杰, 卢景景, 陈珺
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所