扩孔掘进机以及扩孔掘进方法与流程

本发明涉及竖井掘进设备，尤其涉及一种能实现大直径、变断面、超深度竖井施工的扩孔掘进机以及扩孔掘进方法。

背景技术：

1、目前水利、矿山等竖井工程深度普遍在200米以上，由于支护工艺、竖井功能不同，大直径、变断面、超深竖井一般采用钻爆法施工，利用反井钻机形成竖井下排渣导井，然后用人工爆破的方法完成扩挖。

2、全断面竖井掘进机可实现掘进、支护、出渣等施工工序平行作业，具有无扰动开挖、施工安全性好、远程控制等优点，可以广泛应用于竖井工程中。但是掘进机按照固定开挖尺寸设计，面对多竖井工程不同直径的开挖需求，需要多台设备进行施工，施工成本较高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种扩孔掘进机以及扩孔掘进方法，解决目前竖井掘进机不能适应深竖井变断面开挖需求的问题，提高设备适用性并降低施工成本。

2、一方面，本发明提供一种扩孔掘进机，其包括：

3、中心立柱；

4、刀盘，连接在所述中心立柱的下端，所述刀盘通过驱动轴与驱动系统驱动连接，所述刀盘的外缘上可拆装地连接有至少一个扩挖模块；

5、撑靴系统，设置在所述中心立柱的外侧，所述撑靴系统与所述中心立柱之间连接有推进机构，所述撑靴系统包括沿所述中心立柱的圆周方向间隔设置且径向尺寸可调整的多个撑靴支腿。

6、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述撑靴系统还包括围设在所述中心立柱外的支撑平台，所述推进机构具有多个推进油缸，所述推进油缸铰接在所述支撑平台和所述中心立柱之间，多个所述撑靴支腿可拆装地连接在所述支撑平台上。

7、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述支撑平台上沿所述中心立柱的径向方向间隔设置有多个第一定位部，所述撑靴支腿上设有与所述支撑平台的第一定位部相对应的多个第二定位部，所述第一定位部能与任一所述第二定位部相配合。

8、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一定位部为开设在所述支撑平台上的第一卡槽，所述第二定位部为开设在所述撑靴支腿上的第二卡槽，相互对接的所述第一卡槽和所述第二卡槽之间设有卡键。

9、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述撑靴支腿具有支腿箱体、支撑油缸和撑靴，所述支腿箱体上设有所述第二定位部，所述支撑油缸连接在所述支腿箱体和所述撑靴之间，所述支腿箱体可拆装地连接在所述支撑平台上。

10、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述撑靴支腿包括相对应的上撑靴支腿和下撑靴支腿，各所述撑靴支腿的所述上撑靴支腿和所述下撑靴支腿分别连接在所述支撑平台的上侧和所述支撑平台的下侧。

11、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述推进机构还具有多个辅推进油缸，所述辅推进油缸铰接在所述中心立柱和所述下撑靴支腿之间。

12、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述驱动轴位于所述中心立柱内，所述驱动轴的下端与所述刀盘连接，所述驱动轴的上端连接有公转结构，所述驱动系统具有多个驱动机构，多个驱动机构沿所述中心立柱的圆周方向间隔连接在所述中心立柱上，至少一个所述驱动机构与所述中心立柱可拆卸地连接，所述驱动机构上设有能与所述公转结构转动连接的旋转结构。

13、在本发明的一个较佳的实施方式中，多个所述驱动机构包括至少一个第一驱动件和至少一个第二驱动件，至少一个所述第一驱动件与所述中心立柱可拆卸地连接，至少一个所述第二驱动件与所述中心立柱固定连接。

14、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一驱动件为两个，两个所述第一驱动件沿所述中心立柱的直径方向相对设置在所述中心立柱的两侧。

15、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第二驱动件为多个，两个所述第一驱动件之间设有至少一个所述第二驱动件。

16、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述中心立柱的外侧面上设有固定基座，至少一个所述第二驱动件与所述固定基座相连。

17、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述驱动系统还具有装载壳，所述装载壳套设在所述公转结构的外侧，所述装载壳连接在所述中心立柱上，所述驱动机构可拆卸地连接在所述装载壳的外侧。

18、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述装载壳在沿所述驱动轴的周向方向上间隔开设有多个侧向开口，且所述公转结构自多个所述侧向开口与所述驱动机构驱动连接。

19、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一驱动件或所述第二驱动件具有至少一个驱动电机，所述驱动电机的传动轴与所述旋转结构驱动相接。

20、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述公转结构具有套接在所述驱动轴上的公转齿轮，所述旋转结构具有与所述公转齿轮啮合的驱动齿轮。

21、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述中心立柱靠近所述刀盘的端部外壁上沿所述中心立柱的圆周方向间隔连接有多个定向耳座，所述定向耳座与所述第一驱动件和所述第二驱动件沿所述中心立柱的圆周方向交错设置，所述推进机构连接在所述定向耳座上。

22、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述刀盘具有设置在所述驱动轴的外周面上的至少两块分体刀盘，所述分体刀盘以拼接成完整的所述刀盘，并且拼接后的所述刀盘具有扩挖竖井的锥形结构，所述扩挖模块包括活动安装在分体刀盘或者设在分体刀盘的连接件上的刀座以及驱动刀座向外移动的驱动装置。

23、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述刀盘包括从前到后排列设置的至少两层所述分体刀盘，各层的所述分体刀盘均包括至少两块。

24、在本发明的一个较佳的实施方式中，各层所述分体刀盘中有至少一层所述分体刀盘连接在所述驱动轴的前端面，还有至少一层所述分体刀盘连接在所述驱动轴的外周面。

25、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述刀座铰接在所述分体刀盘或者所述连接件上，所述驱动装置包括摆动油缸。

26、在本发明的一个较佳的实施方式中，至少三块所述分体刀盘连接在所述驱动轴的外周面，相邻两块所述分体刀盘通过连接杆连接，所述连接杆为长度可变的连接杆。

27、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述连接杆包括螺纹套筒和与螺纹套筒螺接的丝杆。

28、在本发明的一个较佳的实施方式中，连接在所述驱动轴的外周面的所述分体刀盘和所述驱动轴的外周面之间连接有刀盘扭腿，所述刀盘扭腿、所述驱动轴与所述分体刀盘之间形成三角形结构。

29、另一方面，本发明还提供一种扩孔掘进方法，所述扩孔掘进方法包括：

30、对隧道井筒进行扩挖，以形成扩挖环空；所述扩挖环空的外径大于所述隧道井筒的外径；

31、以所述扩挖环空的外径为基准，沿所述隧道井筒的延伸方向扩挖掘进，以形成扩挖井筒；

32、调整所述扩挖环空的外径，以形成变径环空；所述变径环空的外径大于或小于所述扩挖环空的外径；

33、以所述变径环空的外径为基准，沿所述隧道井筒的延伸方向扩挖掘进，以形成变径井筒。

34、在本发明的一个较佳的实施方案中，以所述扩挖环空的外径为基准，沿所述隧道井筒的延伸方向扩挖掘进，以形成扩挖井筒，包括：

35、选取与所述扩挖井筒的外径相适配的刀盘和撑靴系统，将所述刀盘和所述撑靴系统放入所述扩挖环空内以实现扩孔掘进。

36、在本发明的一个较佳的实施方案中，以所述变径环空的外径为基准，沿所述隧道井筒的延伸方向扩挖掘进，以形成变径井筒，包括：

37、调整所述掘进机的刀盘外径，以使其与待掘进的所述变径井筒的外径相适配；和/或，

38、待调整外径后的所述刀盘对待扩挖的所述变径井筒掘进至掘进机的撑靴系统位于所述变径环空内时，调整掘进机的撑靴系统的外径，以使其与所述变径环空的外径相配合。

39、在本发明的一个较佳的实施方式中，在掘进所述变径井筒时，调整掘进机的驱动机构的多个驱动结构的位置和数量，以使其能驱动位于待掘进的所述变径井筒内的刀盘进行掘进。

40、与现有技术相比，本发明所述的扩孔掘进机以及扩孔掘进方法具有以下特点和优点：

41、在本发明中，支撑平台和撑靴支腿之间设置成可方便拆装的连接方式，使得撑靴支腿在支撑平台上的径向安装距离可以调整，同时通过扩挖模块对刀盘的径向尺寸进行调整，从而实现扩孔掘进机大范围、可调式变径，进而能够利用同一套扩孔掘进机实现不同直径的扩孔掘进作业。

42、在本发明中，能够通过多个可拆卸的驱动机构，实现对掘进机的驱动系统的驱动能力的调节，在所需要的驱动能力较大时，能够自由的装载更多的驱动机构，来增加驱动系统的驱动能力，在所需驱动能力较小，或需掘进机的尺寸较小的情况下，可以拆卸部分驱动机构，实现在提供相匹配的驱动能力的同时，提供一定的富裕空间，用于对掘进机主驱动实现撑靴、调向等操作，或是提供一定的通行空间，供施工人员通行。