CN112253222B - 一种巷道救援用顶管掘进装备 - Google Patents

Abstract

本发明属于坍塌巷道救援装备，一种巷道救援用顶管掘进装备，其中内圈插装在前壳体中心部位，轴承安装在内圈和前壳体之间，大齿轮固定连接在内圈的后端面，小齿轮、减速器和液压马达在大齿轮外圈处圆周分布，液压马达的动力端连接减速电机的输入端，减速电机的输出端连接小齿轮；刀盘安装在内圈的前端，内螺旋排渣管固定安装在内圈的内环面，刀盘上具有镂空的进渣口，进渣口通过刀盘刀盘内空腔与内螺旋排渣管连通；内螺旋排渣管的内部具有用于将渣土传递到的内螺旋排渣管尾部的中空螺旋叶片，刮板输送机设置在内螺旋排渣管的尾端。本掘进装备能够解决现有技术坍塌巷道掘进速度慢、大粒径漂石破碎效率低、切削腔无法进人的问题。

Description

一种巷道救援用顶管掘进装备

技术领域

本发明属于坍塌巷道救援装备，特别是巷道救援用顶管掘进装备。

背景技术

目前，我国煤矿井下坍塌巷道救援方法主要有两种：一、人工清障，二、大孔径钻机，这两种掘进方法都有自身的局限性，掘进速度较低，施工人员安全性无法得到保证。

专利“CN202266293”开发出一种隧道塌方救生机对受困人员进行救援，此方法采用多层套管方式，由于该法设计到多重套管的顶入，工序较为繁琐，而且出土于顶管并不同步，每顶入2m才会进行出渣，而且土体采用人工排渣，速度较慢。专利“CN207212342U”介绍了一种应用于卵石结构的新型顶管机，通过驱动电机带动螺旋出土机及外壳旋转，整套装置为固定式，遇到前端突发情况，人员并不能进入到机头的内部完成突发情况的处理，同时，刀盘采用普通滚刀破岩，坍塌岩体的岩石稳定性较差，并不能提供有效的切削作用力，并不适用于坍塌巷道救援。“CN105156117A”介绍了一种隧道救援顶管机，本专利采用敞开式顶管技术，没有专用的破岩及切削刀盘，并不能使用于坍塌岩巷中施工。“CN201410661849.3”介绍了一种隧道关门塌方快速救援方法，本专利采用螺旋输送排渣方法，通过刀盘开挖坍塌土体，但是，刀盘没有破岩能力，仅适用于软土救援，同时，管径较小，内部还有螺旋输送机，前端遇到突发情况时，救援人员并不能及时进入刀盘处进行干预，处理突发情况较弱。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的巷道救援用顶管掘进装备，能够解决现有技术坍塌巷道掘进速度慢、大粒径漂石破碎效率低、切削腔无法进人的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种巷道救援用顶管掘进装备，包括滚刀、刀盘、前壳体、轴承、小齿轮、大齿轮、减速器、液压马达、内螺旋排渣管、内圈和刮板输送机，所述前壳体为双层同心筒状结构，所述内圈插装在前壳体中心部位，所述轴承安装在内圈和前壳体之间，所述大齿轮固定连接在内圈的后端面，大齿轮外环面具有传动齿，所述小齿轮、减速器和液压马达有多组，多组所述小齿轮、减速器和液压马达在大齿轮外圈处圆周分布，其中液压马达的动力端连接减速电机的输入端，减速电机的输出端连接小齿轮，所述小齿轮外环面具有传动齿，且小齿轮和大齿轮通过传动齿相互啮合；

所述刀盘安装在内圈的前端，所述滚刀安装在刀盘的前端面，所述内螺旋排渣管固定安装在内圈的内环面，且所述刀盘上具有镂空的进渣口，该进渣口通过刀盘刀盘内空腔与内螺旋排渣管连通；所述内螺旋排渣管的内部具有用于将渣土传递到的内螺旋排渣管尾部的中空螺旋叶片，所述刮板输送机设置在内螺旋排渣管的尾端。

作为优选的，所述刀盘的前端与后端之间具有喇叭状的回转连接壁，该回转连接壁的前端为敞开端，回转连接壁的前端与滚刀对接；回转连接壁的后端直径小于前端直径，回转连接壁的后端与内螺旋排渣管的前端对接。

作为优选的，所述前壳体的尾部安装有后壳体，所述刀盘、前壳体和后壳体的外环面形成筒状结构，所述小齿轮、大齿轮、减速器和液压马达设置在后壳体内。

作为优选的，所述滚刀包括劈裂刀、进渣口和刀盘面板，其中刀盘面板为对称式多条幅状平板，相邻两个条幅之间形成进渣口，每一所述条幅的前侧表面均设有切削刀。

作为优选的，所述刀盘面板的前侧表面还具有多个用于对大粒径碎石的快速破碎的劈裂刀。

作为优选的，所述劈裂刀包括劈裂刀刀架、劈裂刀刀具和连接螺钉，其中劈裂刀刀架为横截面为矩形的板状围合结构，所述劈裂刀刀具为齿状结构，且劈裂刀刀具齿根横截面积大于齿顶横截面积，所述劈裂刀刀具的齿根插装在劈裂刀刀架内，且劈裂刀刀架和劈裂刀刀具通过连接螺钉相连接。

作为优选的，所述劈裂刀刀具齿根的横截面积小于劈裂刀刀架围合区域的横截面面积，所述劈裂刀刀架和劈裂刀刀具通过连接螺钉铰接，且劈裂刀刀具可以连接螺钉为转动中心摆动。

作为优选的，所述劈裂刀刀具的齿顶面为平面。

作为优选的，所述劈裂刀刀具顶面具有若干凹槽，该凹槽深度延伸方向为向齿根方向延伸，凹槽的宽度延伸方向与连接螺钉平行。

作为优选的，以刀盘面板前侧表面为基准面，所述劈裂刀的高度大于切削刀的高度；多个所述劈裂刀在刀盘面板正面圆周分布。

使用本发明的有益效果是：

本掘进装备通过液压马达驱动通过多个传动组件带动刀盘转动，完成对坍塌岩体的切削及扰动，同时，驱动系统还能够带动内螺旋排渣管转动，内螺旋排渣管内部的螺旋叶片将刀盘切削的大粒径岩石输送到外部，通过刮板机将螺旋输送机输送的岩石运出。

刀盘上的劈裂刀对大粒径碎石反复锤击，实现对大粒径碎石的快速破碎，通过对岩石的反复锤击，实现对岩石的破碎。

本掘进设备中心为开放状态，具有一条完整的救援通道，工作人员通过内螺旋排渣管的内部空间进入到机头内部，能够完成突发情况的处理。

附图说明

图1为本发明巷道救援用顶管掘进装备的结构示意图。

图2为本发明巷道救援用顶管掘进装备中刀盘的结构示意图。

图3为本发明巷道救援用顶管掘进装备中大齿轮的结构示意图

图4为本发明巷道救援用顶管掘进装备中劈裂刀装配体的示意图。

附图标记包括：

1-滚刀，2-刀盘，3-前壳体，4-轴承，5-小齿轮，6-大齿轮，7-减速器，8-液压马达，9-内螺旋排渣管，10-后壳体，11-内圈，12-刀盘安装板，13-劈裂刀，14-进渣口，15-刀盘面板，16-大齿轮安装板，17-刮板输送机，18-劈裂刀刀架，19-劈裂刀刀具，20-连接螺钉，21-中空螺旋叶片，22-排渣管安装板。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

如图1-图4所示，本实施例提出的一种巷道救援用顶管掘进装备，包括滚刀1、刀盘2、前壳体3、轴承4、小齿轮5、大齿轮6、减速器7、液压马达8、内螺旋排渣管9、内圈11和刮板输送机17，前壳体3为双层同心筒状结构，内圈11插装在前壳体3中心部位，轴承4安装在内圈11和前壳体3之间，大齿轮6固定连接在内圈11的后端面，大齿轮6外环面具有传动齿，小齿轮5、减速器7和液压马达8有多组，多组小齿轮5、减速器7和液压马达8在大齿轮6外圈处圆周分布，其中液压马达8的动力端连接减速电机的输入端，减速电机的输出端连接小齿轮5，小齿轮5外环面具有传动齿，且小齿轮5和大齿轮6通过传动齿相互啮合；

刀盘2安装在内圈11的前端，滚刀1安装在刀盘2的前端面，内螺旋排渣管9固定安装在内圈11的内环面，且刀盘2上具有镂空的进渣口14，该进渣口14通过刀盘2刀盘2内空腔与内螺旋排渣管9连通；内螺旋排渣管9的内部具有用于将渣土传递到的内螺旋排渣管9尾部的中空螺旋叶片21，刮板输送机17设置在内螺旋排渣管9的尾端。

刀盘2的前端与后端之间具有喇叭状的回转连接壁，该回转连接壁的前端为敞开端，回转连接壁的前端与滚刀1对接；回转连接壁的后端直径小于前端直径，回转连接壁的后端与内螺旋排渣管9的前端对接。

前壳体3的尾部安装有后壳体10，刀盘2、前壳体3和后壳体10的外环面形成筒状结构，小齿轮5、大齿轮6、减速器7和液压马达8设置在后壳体10内。

滚刀1包括劈裂刀13、进渣口14和刀盘面板15，其中刀盘面板15为对称式多条幅状平板，相邻两个条幅之间形成进渣口14，每一条幅的前侧表面均设有切削刀。

刀盘面板15的前侧表面还具有多个用于对大粒径碎石的快速破碎的劈裂刀13。

劈裂刀13包括劈裂刀刀架18、劈裂刀刀具19和连接螺钉20，其中劈裂刀刀架18为横截面为矩形的板状围合结构，劈裂刀刀具19为齿状结构，且劈裂刀刀具19齿根横截面积大于齿顶横截面积，劈裂刀刀具19的齿根插装在劈裂刀刀架18内，且劈裂刀刀架18和劈裂刀刀具19通过连接螺钉20相连接。

劈裂刀刀具19齿根的横截面积小于劈裂刀刀架18围合区域的横截面面积，劈裂刀刀架18和劈裂刀刀具19通过连接螺钉20铰接，且劈裂刀刀具19可以连接螺钉20为转动中心摆动。

劈裂刀刀具19的齿顶面为平面。

劈裂刀刀具19顶面具有若干凹槽，该凹槽深度延伸方向为向齿根方向延伸，凹槽的宽度延伸方向与连接螺钉20平行。

以刀盘面板15前侧表面为基准面，劈裂刀13的高度大于切削刀的高度；多个劈裂刀13在刀盘面板15正面圆周分布。

具体的，液压马达8和减速器7在管体内部呈圆周分布，根据刀盘2切削扭矩的不同，可以分布多套驱动装置，实现对刀盘2的驱动。通过液压马达8带动减速器7旋转，减速器7输出轴和小齿轮5相连，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动内螺旋排渣管9和内圈11旋转，内圈11带动刀盘安装板12和刀盘2旋转，完成对坍塌岩体的切削及扰动，同时，驱动系统还能够带动内螺旋排渣管9转动，内螺旋排渣管9内部的螺旋叶片将刀盘2切削的大粒径岩石输送到外部，通过刮板机将螺旋输送机输送的岩石运出。本实施例中，大齿轮6的内环面端部处具有大齿轮安装板16，大齿轮6安装板上设有螺孔，大齿轮6通过大齿轮安装板和螺钉固定在内圈11的尾端。内螺旋排渣管9的前段具有排渣管安装板22，内螺旋排渣管9通过排渣管安装板22和螺钉固定在刀盘2的后端开口处。

由于坍塌岩体具有非稳定性，当滚刀1作用于卵石上时，卵石易发生移动，即滚刀1无法对卵石形成压入效果，起裂区无法形成，另外在盾构掘进过程中，大粒径漂石会随着刀盘2的转动而移动，极易造成滚刀1偏磨，因而破岩效率极低，仅依靠滚刀1切削破岩效果不理想。因此，针对坍塌岩体的刀盘2结构采用滚刀1和劈裂刀13组合切削原理，劈裂刀13采用接触式锤击破岩原理，通过刀盘2旋转，布置在刀盘2上的劈裂刀13的对大粒径碎石反复锤击，实现对大粒径碎石的快速破碎，同时，由于劈裂刀13冲击力较大，为了延长刀具使用寿命，劈裂刀13具有一定的摆动角度，在劈裂刀13与卵石进行接触时起到缓冲保护刀具的作用。在顶管救援刀盘面板15上主要布置劈裂刀13，通过对岩石的反复锤击，实现对岩石的破碎。

刀盘2采用大开口率设计，在刀盘2的布置大开口的进渣口14，坍塌岩体形成了大量破碎围岩，大部分小颗粒的破碎围岩能够不经过破碎直接进入到刀盘2的排渣腔内，提高排渣效率，刀盘2后端连接大尺寸的螺旋输送机，螺旋输送机能够将进入排渣腔的渣石被顺利排出，在螺旋输送机的后端布置刮板输送机17，刮板输送机17将渣石运输到管外，随着顶管的顶进，刮板输送机17逐渐接续，保证大粒径渣石的连续输送。

由于坍塌岩体前端未知条件较多，极易可能遇到人员被埋，或者前端遇到角钢、锚杆等障碍，需要人员进入刀盘2前端除障，传统顶管设备中心为封闭空间，工作人员无法快速进入机头处理突发情况。本发明的设备中心为开放状态，具有一条完整的救援通道，工作人员通过内螺旋排渣管9的内部空间进入到机头内部，能够完成突发情况的处理。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种巷道救援用顶管掘进装备，其特征在于：包括滚刀、刀盘、前壳体、轴承、小齿轮、大齿轮、减速器、液压马达、内螺旋排渣管、内圈和刮板输送机，所述前壳体为双层同心筒状结构，所述内圈插装在前壳体中心部位，所述轴承安装在内圈和前壳体之间，所述大齿轮固定连接在内圈的后端面，大齿轮外环面具有传动齿，所述小齿轮、减速器和液压马达有多组，多组所述小齿轮、减速器和液压马达在大齿轮外圈处圆周分布，其中液压马达的动力端连接减速电机的输入端，减速电机的输出端连接小齿轮，所述小齿轮外环面具有传动齿，且小齿轮和大齿轮通过传动齿相互啮合；

所述刀盘安装在内圈的前端，所述滚刀安装在刀盘的前端面，所述内螺旋排渣管固定安装在内圈的内环面，且所述刀盘上具有镂空的进渣口，该进渣口通过刀盘内空腔与内螺旋排渣管连通；所述内螺旋排渣管的内部具有用于将渣土传递到的内螺旋排渣管尾部的中空螺旋叶片，所述刮板输送机设置在内螺旋排渣管的尾端；

所述滚刀包括劈裂刀、进渣口和刀盘面板，其中刀盘面板为对称式多条幅状平板，相邻两个条幅之间形成进渣口，每一所述条幅的前侧表面均设有切削刀；所述刀盘面板的前侧表面还具有多个用于对大粒径碎石的快速破碎的劈裂刀，所述劈裂刀包括劈裂刀刀架、劈裂刀刀具和连接螺钉，其中劈裂刀刀架为横截面为矩形的板状围合结构，所述劈裂刀刀具为齿状结构，且劈裂刀刀具齿根横截面积大于齿顶横截面积，所述劈裂刀刀具的齿根插装在劈裂刀刀架内，且劈裂刀刀架和劈裂刀刀具通过连接螺钉相连接；

所述劈裂刀刀具齿根的横截面积小于劈裂刀刀架围合区域的横截面面积，所述劈裂刀刀架和劈裂刀刀具通过连接螺钉铰接，且劈裂刀刀具可以连接螺钉为转动中心摆动；所述前壳体的尾部安装有后壳体，所述刀盘、前壳体和后壳体的外环面形成筒状结构，所述小齿轮、大齿轮、减速器和液压马达设置在后壳体内。

2.根据权利要求1所述的巷道救援用顶管掘进装备，其特征在于：所述刀盘的前端与后端之间具有喇叭状的回转连接壁，该回转连接壁的前端为敞开端，回转连接壁的前端与滚刀对接；回转连接壁的后端直径小于前端直径，回转连接壁的后端与内螺旋排渣管的前端对接。

3.根据权利要求1所述的巷道救援用顶管掘进装备，其特征在于：所述劈裂刀刀具的齿顶面为平面。

4.根据权利要求3所述的巷道救援用顶管掘进装备，其特征在于：所述劈裂刀刀具顶面具有若干凹槽，该凹槽深度延伸方向为向齿根方向延伸，凹槽的宽度延伸方向与连接螺钉平行。

5.根据权利要求1所述的巷道救援用顶管掘进装备，其特征在于：以刀盘面板前侧表面为基准面，所述劈裂刀的高度大于切削刀的高度；多个所述劈裂刀在刀盘面板正面圆周分布。

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