CN120211794A 一种硬岩巷道掘进设备及方法

(19)国家知识产权局(72)发明人邵斌赵鑫李刘强所(普通合伙)13133本发明公开了一种硬岩巷道掘进设备及方避免上坡段巷道掘进时有大块岩石脱落而导致2端设置有截割组件(2)和钻孔组件(3),所述掘进机机体(1)前端的底部设置有铲板(11);所述掘进机机体(1)的内部设置有输送机(12),所述铲板(11)的前端设置有防护阻挡所述防护阻挡组件(4)包括防护挡板(41)和顶推器(42),所述顶推器(42)安装在铲板所述防护挡板(41)通过导向座(43)与顶推器(42)连接，所述防护挡板(41)防护挡板2.根据权利要求1所述的一种硬岩巷道掘连接有导向件(431),所述防护挡板(41)上固定连接有导向支撑件(411),而所述导向件器(42)的输出端转动连接，所述导向座(43)的转动轴线与掘进机机体(1)所处地面平面垂侧固定连接有支撑板(44),所述支撑板(44)上滑动安装有多组辅助撑杆(45),所述辅助撑(451),所述复位弹性件(451)用于对辅助撑杆(45)提供一个向上的弹力，各组所述辅助撑侧均固定连接有侧挡片(46),所述侧挡片(46)为橡胶板结构，所述防护挡板(41)的内部固定安装有高压喷头(47),所述高压喷头(47)连接高压泵结构，所述高压喷头(47)的喷口对3直径大于辅助撑杆(45)的直径，所述辅助撑杆(45)对应高压喷头(47)的区域外部固定连接有多组桨板(452),且各所述桨板(452)的长度不一，所述高压喷头(47)喷射水流对应桨板9.根据权利要求8所述的一种硬岩巷道掘进设备，其特征在于：所述铲板(11)上设置有转动的刮板(13),所述铲板(11)与输送机(12)的前端对应设置，所述掘进机机体(1)的底部设置有行走履带(14),所述掘进机机体(1)后端的底部设置有升降支腿(15)。10.一种硬岩巷道掘进方法，其特征在于，使用如权利要求9所述的硬岩巷道掘进设备步骤一、驱动掘进机机体(1)行进至指定位置，并将铲板(11)和升降支腿(15)下放，对掘进机机体(1)进行固定；步骤二、操纵第二操纵臂(32)驱动钻机(31)至巷道岩壁指定位置进行打孔作业；步骤三、操纵第一操纵臂(22)驱动截割头(21)在岩壁上进行截割作业，将岩土层破碎；步骤四、驱动刮板(13)转动，将碎石物料向输送机(12)处集中，并借助输送机(12)将碎石物料向后输送；步骤五、借助防护挡板(41)对大块岩石进行阻挡，并驱动顶推器(42)对防护挡板(41)步骤六、驱动截割头(21)运动至大块岩石处对大块岩石进行二次破碎。4一种硬岩巷道掘进设备及方法技术领域[0001]本发明涉及巷道施工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种硬岩巷道掘进设备及方法。背景技术[0002]巷道掘进是指在地下矿山或隧道工程中，针对坚硬岩石进行的开挖作业。这项工作通常需要使用专门的设备和技术，因为硬岩的抗压强度较高，普通的挖掘工具难以有效[0003]悬臂式掘进机是一种广泛应用于矿山、隧道以及地下工程中的机械设备，专门用于在各种地质条件下进行巷道的开挖作业。它以其灵活性、高效性和适应性强等特点而著称，因此被广泛运用于巷道掘进，悬臂式掘进机主要由截割头、悬臂装置、装载与运输系统以及行走机构组成，截割头是悬臂式掘进机的核心部分，负责直接对岩石或煤层进行破碎和挖掘，截割头上装有多个硬质合金齿，这些齿通过旋转动作切入岩石，并将其破碎成小块。悬臂装置用于控制截割头在一定范围内上下左右移动，从而能够灵活地调整切割位置，适应不同的挖掘需求，而行走机构通常采用履带式设计，确保机器能够在复杂的地质环境[0004]其中，对于掘进机的装载与运输，其主要包括铲板、刮板以及输送机等部件，用于收集由截割头破碎下来的物料，并将其输送到机器后方的运输车辆上，而受巷道空间以及设备本体的空间限制，输送机的大小有限，所以需要记住铲板上的刮板将碎石物料集中推[0005]在一些硬质岩石层中，为了提高掘进效率，会将截割结构与钻孔或切割设备结合使用，例如，公开号为CN118793454B的一件中国发明专利，装置，用于定位掘进机本体在巷道中的位置；控制装置，和定位装置相连，并能根据定位装置的信号控制前后伸缩装置和角度调节装置的动作；其中，在前后伸缩装置完全伸出时，钻涨装置的前端至工作面之间的距离小于掘进机本体的截割部前端至工作面之间的距离。该钻涨掘进机通过钻涨装置自动打孔并涨裂，再进行截割作业，有助于提高掘进效率。[0006]在这些结合式掘进方案中，主要是通过预先巷道端面的岩石层上切割出缝隙，或使用钻孔设备在岩石层上钻出多个孔，进而使岩石层多出更多的自由面，加快截割头作业时岩石层开裂掉落的速度，降低截割齿的工作压力，减少磨损。[0007]而在一些特殊的硬质岩层中，岩石强度较高(例如花岗岩、石英岩等),在预先切割或钻孔的前提下，截割头作业时，容易导致大块岩石产生内部裂痕而掉落，此时，只需调整截割头下移，对地面上的大块岩石进行二次破碎即可由铲板和输送机输出。[0008]但是，在部分巷道施工中，因地形以及其他设计要求，会有一部分上坡路段的巷5料更容易向铲板上集中和输出，但是，当施工过程中遇到上述有大块岩石掉落的情况时，由于施工段处于倾斜状态，大块岩石容易直接向铲板上滚动，会对铲板以及输送机造成封堵，影响后续物料输出。发明内容[0009]本发明提供的一种硬岩巷道掘进设备及方法，所要解决的问题是：现有的上坡路段的巷道施工中如果有大块岩石掉落的情况时，由于施工段处于倾斜状态，大块岩石容易直接向铲板上滚动，会对铲板以及输送机造成封堵，影响后续物料输出。[0010]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硬岩巷道掘进设备，包括掘进机机体，掘进机机体的前端设置有截割组件和钻孔组件，掘进机机体前端的底部设置有铲板；掘进机机体的内部设置有输送机，铲板的前端设置有防护阻挡组件，防护阻挡组件至少设置为两组，且该两组防护阻挡组件之间的区域对应输送机设置；防护阻挡组件包括防护挡板和顶推器，顶推器安装在铲板内部，防护挡板安装在顶推器的前端，防护挡板的顶端突出铲板的前端设置；防护挡板通过导向座与顶推器连接，防护挡板的顶端向前倾斜，且防护挡板与导向座之间滑动连接。[0011]在一个优选的实施方式中，截割组件包括截割头和第一操纵臂，第一操纵臂安装在掘进机机体上，截割头安装在第一操纵臂的输出端，且第一操纵臂的输出端设置有用于驱动截割头转动以对巷道内岩层进行截割作业的转动驱动设备，截割头上装有多个硬质合金齿，钻孔组件包括钻机和第二操纵臂，第二操纵臂安装在掘进机机体上，钻机安装在第二操纵臂的输出端上。[0012]在一个优选的实施方式中，导向座上固定连接有导向件，防护挡板上固定连接有导向支撑件，导向件为设置在导向座两侧的滑块结构，而导向支撑件上设置有对应滑块的滑槽结构，滑块滑动安装在滑槽中，导向件与导向支撑件之间设置有弹性结构，该弹性结构用于对防护挡板提供一个倾斜向上的弹力。[0013]在一个优选的实施方式中，防护挡板的底部设置有多组增阻钉，增阻钉为锥形硬质合金结构，增阻钉通过螺纹结构可拆卸插装在防护挡板的底部。[0014]在一个优选的实施方式中，导向座与顶推器的输出端转动连接，导向座的转动轴线与掘进机机体所处地面平面垂直设置，导向座与顶推器输出端之间设置有扭力弹性件。[0015]在一个优选的实施方式中，防护挡板的前侧固定连接有支撑板，支撑板上滑动安装有多组辅助撑杆，辅助撑杆与防护挡板平行设置，辅助撑杆与支撑板之间设置有复位弹性件，复位弹性件用于对辅助撑杆提供一个向上的弹力，各组辅助撑杆的顶端沿靠近防护挡板的方向逐渐增高设置，辅助撑杆的底端贴近地面设置。[0016]在一个优选的实施方式中，防护挡板的两侧均固定连接有侧挡片，侧挡片为橡胶板结构，防护挡板的内部固定安装有高压喷头，高压喷头连接高压泵结构，高压喷头的喷口对应防护挡板前侧的空余空间设置。[0017]在一个优选的实施方式中，支撑板中设置有扩径导槽，辅助撑杆滑动安装在扩径导槽中，扩径导槽的直径大于辅助撑杆的直径，辅助撑杆对应高压喷头的区域外部固定连接有多组桨板，且各桨板的长度不一，高压喷头喷射水流对应桨板设置。6[0018]在一个优选的实施方式中，铲板上设置有转动的刮板，铲板与输送机的前端对应设置，掘进机机体的底部设置有行走履带，掘进机机体后端的底部设置有升降支腿。[0019]一种硬岩巷道掘进方法，包括以下步骤：步骤一、驱动掘进机机体行进至指定位置，并将铲板和升降支腿下放，对掘进机机体进行固定；步骤二、操纵第二操纵臂驱动钻机至巷道岩壁指定位置进行打孔作业；步骤三、操纵第一操纵臂驱动截割头在岩壁上进行截割作业，将岩土层破碎；步骤四、驱动刮板转动，将碎石物料向输送机处集中，并借助输送机将碎石物料向后输送；步骤五、借助防护挡板对大块岩石进行阻挡，并驱动顶推器对防护挡板进行顶升，将大块岩石向前推送；步骤六、驱动截割头运动至大块岩石处对大块岩石进行二次破碎。[0020]本发明的有益效果在于：本发明能够有效的避免上坡段巷道掘进时有大块岩石脱落而导致对输送机的封堵，进而有效的降低对碎石物料排出效率的影响，且操作过程中无需使用其他设备，掘进机机体也无需后退，避免因掘进机机体掘进过程中产生调整而影响掘进机机体的固定精度，同时也提高了对意外情况的处理效率，提高了设备的实用性，且通过倾斜的防护挡板对大块岩石形成支撑，防护挡板将冲击力倾斜传递至地面，降低对设备的冲击损伤。附图说明[0021]图1为本发明掘进设备的整体结构示意图。[0022]图2为本发明掘进设备的另一视角示意图。[0023]图3为本发明掘进设备在坡道上施工时的示意图。[0024]图4为本发明防护挡板将大块岩石前推后配合截割头进行二次破碎后的状态图。[0025]图5为本发明对防护挡板与顶推器之间连接方式进行改进后的结构示意图。[0026]图6为本发明防护挡板连接方式改进后将大块岩石前推时的状态图。[0027]图7为本发明防护挡板将岩石前推后的俯视图。[0028]图8为本发明两组防护挡板在前推转向后位于大块岩石两侧对岩石进行辅助支撑以配合截割头进行二次破碎的状态图。[0029]图9为本发明其中一种增加防护挡板下方缓冲效果的方案示意图。[0030]图10为本发明另一种增加防护挡板下方缓冲效果的方案示意图。[0031]图11为本发明两种增加防护挡板下方缓冲效果方案结合后的结构示意图。[0032]图12为本发明辅助撑杆上桨板与对应位置的高压喷头的配合效果示意图。[0033]图13为本发明的掘进方法流程图。压喷头。7具体实施方式[0035]下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。[0036]参照说明书附图1至图12,一种硬岩巷道掘进设备，包括掘进机机体1,掘进机机体1的前端(设备掘进方向的一端即为前端)设置有截割组件2和钻孔组件3,截割组件2包括截割头21和第一操纵臂22,第一操纵臂22安装在掘进机机体1上，截割头21安装在第一操纵臂22的输出端，且第一操纵臂22的输出端设置有用于驱动截割头21转动以对巷道内岩层进行截割作业的转动驱动设备，截割头21上装有多个硬质合金齿，这些齿通过旋转动作切入岩石，并将其破碎成小块，钻孔组件3包括钻机31和第二操纵臂32,第二操纵臂32安装在掘进机机体1上，钻机31安装在第二操纵臂32的输出端上。[0037]其中，掘进机机体1前端的底部设置有铲板11,掘进机机体1的内部设置有输送机12,输送机12向后延伸至掘进机机体1的后端，以便于对接运输车以及其他输送设备，铲板11上设置有转动的刮板13,铲板11与输送机12的前端对应设置，刮板13通过转动将铲板11上积累的碎石物料向输送机12处集中，并由输送机12向后输送，掘进机机体1的底部设置有行走履带14,行走履带14用于支撑设备整体进行行走，掘进机机体1后端的底部设置有升降支腿15,升降支腿15在设备需要进行截割作业时下方，与巷道内地面接触形成支撑，从而对[0038]需要说明的是，铲板11以及升降支腿15均由液压系统控制进行升降，例如，铲板11和升降支腿15均转动安装在掘进机机体1上，并与掘进机机体1之间设置相应的液压缸，通过驱动液压缸伸长，来驱动铲板11和升降支腿15上下摆动以实现上下驱动；而对于掘进机机体1及其相应结构和设备，均是现有巷道掘进设备中的基本结构，包括钻机31、截割头21的驱动控制，以及第一操纵臂22和第二操纵臂32的操纵，也是巷道掘进领域中常用到的工程机械，因此，相关详细方案和结构本实施例不做过多讲解。[0039]在实际使用时，驱动掘进机机体1移动至指定位置后，下放铲板11和升降支腿15,借助升降支腿15在掘进机机体1后方形成支撑，避免作业时设备滑移，而后通过第一操纵臂22驱动截割头21移动，使截割头21不断地进行截割作业，使巷道内对应岩土层破碎，以实现掘进作业，破碎的碎石物料下落，向铲板11处集中，再由刮板13将碎石物料向输送机12处集中，借助输送机12将碎石物料向后输送；当掘进过程中，遇到硬度较高的岩石层时，在截割之前，还可以控制钻机31在岩石层上对应位置进行打孔，以增加岩石层的自由面，方便截割时岩石层破裂，使岩石层更加容易破碎和掉落，以提高掘进效率，降低截[0040]为了避免在上坡路段施工时有大块岩石掉落而滚向铲板11上对输送机12造成封堵，本实施例提供了以下技术方案，具体的，参照说明书附图3和图4,铲板11的前端设置有防护阻挡组件4,防护阻挡组件4至少设置为两组，且该两组防护阻挡组件4之间的区域对应输送机12设置，防护阻挡组件4包括防护挡板41和顶推器42,顶推器42嵌入安装在铲板11内部，防护挡板41安装在顶推器42的前端，防护挡板41的顶端突出铲板11的前端设置。[0041]当有大块岩石掉落，且因为是上坡段巷道时，大块岩石的滚动会被防护挡板41阻挡，从而避免大块岩石直接滚到铲板11上对输送机12进行封堵以及对输送机12造成冲击损8通过顶推器42对防护挡板41进行顶推(顶推器42优选液压缸结构，以确保能够提供足够的顶推力),将大块岩石向前推送，而后通过第一操纵臂22控制截割头21下移靠近被前推的大块岩石，借助截割头21对大块岩石进行二次破碎，以便于继续对碎石物料进行收集和输送，进而确保碎石物料排出通畅(现有设备中为了避免截割时掉落的碎石物料直接砸向铲板11,且确保截割头21有足够的作业空间，现有掘进机的结构设计中，截割头21相对于铲板11前伸设置，进而截割头21难以直接到达铲板11前方边缘位置，所以需要借助顶推器42驱动大块岩石前移以确保顺利进行二次破碎),其中，由于受大块岩石冲击时，防护挡板41底部被压至地面中，因此，在推送大块岩石时，可以略微提升铲板11,使防护挡板41也有所提高，以便于顺利将大块岩石进行推进。[0042]通过采用上述技术方案，能够有效的避免上坡段巷道掘进时有大块岩石脱落而导致对输送机12的封堵以及对铲板11的冲击损伤，进而有效的降低对碎石物料排出效率的影响，且操作过程中无需使用其他设备，掘进机机体1也无需后退进行二次破碎(掘进时掘进机机体1需要相对稳固，因此，在升降支腿15下方对掘进机机体1形成固定后，为避免造成施工误差以及设备运行不稳定，应当尽量避免掘进机机体1后退，且掘进机机体1后退后还需要进行再次定位和固定，影响掘进效率，且部分较大的坡道场景中，即使掘进机机体1后退，大块岩石也会跟着向后滑落，不便于截割头21对大块岩石进行二次破碎),避免因掘进机机体1掘进过程中产生调整而影响掘进机机体1的固定精度，同时也提高了对意外情况的处理[0043]需要说明的是，以上防护阻挡组件4还可以设置多组，具体根据铲板11的实际大小等实际需求而定，但至少要包括两组防护阻挡组件4对输送机12进行集中防护，并可以借这两组防护阻挡组件4将从中间区域滚下的大块岩石前推，当防护阻挡组件4设置多组时，还可以对除输送机12对应区域外的其他区域进行防护，并将其他区域的大块岩石前推，以便于截割头21进行二次破碎，而防护挡板41与顶推器42之间可以做可拆卸连接，以便于在下坡段巷道施工时将其拆除，提高铲板11对碎石物料的收集效率。[0044]进一步的，在上述实施方式中，防护挡板41与顶推器42的输出端之间的连接可以相对固定，但该方案下防护挡板41在承受大块岩石的冲击时，冲击力会传递到顶推器42以及铲板11上，对顶推器42和铲板11造成一定的损伤，当冲击过大时，还有可能造成掘进机机护挡板41与顶推器42之间的连接方式进行如下改进，具体的，参照说明书附图5至图8,防护挡板41通过导向座43与顶推器42连接，防护挡板41倾斜设置，该倾斜设置是指防护挡板41的顶端向前倾斜，且防护挡板41与导向座43之间滑动连接，防护挡板41与导向座43之间的滑动方向与掘进机机体1的前进方向倾斜设置，该倾斜设置是指防护挡板41与导向座43滑动方向的上方向前倾斜，进而使防护挡板41形成一个倾斜结构，其中，防护挡板41的底部设置有多组增阻钉412,增阻钉412为锥形硬质合金结构，增阻钉412通过螺纹结构可拆卸插装在防护挡板41的底部。[0045]当有大块岩石滚落时，大块岩石首先接触防护挡板41的顶部，由于防护挡板41与导向座43之间能够相对滑动，在上述倾斜滑动支撑下，防护挡板41被倾斜下压，并借助防护挡板41底部的增阻钉412插入地面中增加阻力，从而使防护挡板41对大块岩石进行有效的支撑和缓冲，且通过上述结构设计，承接大块岩石的冲击时，主要是倾斜的防护挡板41与地9面之间对大块岩石形成支撑，防护挡板41将冲击力倾斜传递至地面，而由于防护挡板41和导向座43之间可相对滑动，因此，直接传递到顶推器42和铲板11上的冲击力大大减少，能够对顶推器42和铲板11进行有效防护，充分降低大块岩石的冲击损伤。[0046]其中，防护挡板41与导向座43之间的滑动连接可以采用任意一种常用的滑动导向方式，例如，导向座43上固定连接有导向件431,防护挡板41上固定连接有导向支撑件411,导向件431滑动安装在导向支撑件411中，而导向件431可以是设置在导向座43两侧的滑块结构，而导向支撑件411上设置有对应滑块的滑槽结构，滑块滑动安装在滑槽中，以实现对防护挡板41的滑动支撑，此外，为确保初始时防护挡板41底部与地面形成一定的缓冲空间，导向件431与导向支撑件411之间还可以设置有弹性结构，例如弹簧，将该弹簧安装在滑块与滑槽中，借助该弹簧对防护挡板41提供一个倾斜向上的弹力，进而在防护阻挡组件4接触大块落石时，能够具有一定的下移缓冲空间。[0047]进一步的，在借助顶推器42驱动防护挡板41前移将大块岩石前推后，再借助截割头21对大块岩石进行二次破碎，此时，截割头21在大块岩石的顶部转动，会对大块岩石产生一定的扭矩，如果大块岩石相对圆润，则容易被截割头21向侧方推出，影响对大块岩石的破碎效果，为此，本实施例中导向座43与顶推器42的输出端转动连接，导向座43的转动轴线与掘进机机体1所处地面平面垂直设置，即导向座43可以相对于顶推器42产生左右摇摆，进而在将大块岩石前推后，参照说明书附图7和图8,可以调整导向座43和防护挡板41的朝向，使防护挡板41尽可能的位于大块岩石的两侧，并朝向大块岩石，进而能够使防护挡板41在大块岩石的两侧也形成辅助支撑，从而避免截割头21二次破碎时将大块岩石推出。[0048]对于导向座43与顶推器42输出端之间的转动，可以采用普通的铰链结构，配合相应的扭簧等弹性结构，必要时，也可以增加相应的转动驱动设备，对防护挡板41的朝向进行[0049]在上述实施方式中，防护挡板41倾斜设置，防护挡板41的前方具有一定的空余空间，如果大块落石的大小不一，或者前端相对尖锐，致使大块落石的前端先接触到了防护挡板41的内侧，而非防护挡板41的顶部，此时，大块落石的冲击会对防护挡板41产生横向推明书附图9,防护挡板41的前侧固定连接有支撑板44,支撑板44上滑动安装有多组辅助撑杆45,辅助撑杆45与支撑板44之间设置有复位弹性件451(例如弹簧),复位弹性件451用于对辅助撑杆45提供一个向上的弹力，各组辅助撑杆45的顶端沿靠近防护挡板41的方向逐渐增高设置，辅助撑杆45的底端贴近地面设置，进而在部分特殊的大块岩石(前端并未高出防护挡板41的顶部)靠近防护挡板41时，其前端会优先接触对应高度的辅助撑杆45,并将辅助撑杆45倾斜下压，使辅助撑杆45的底端与地面接触形成支撑，对大块岩石进行预先缓冲，降低对防护挡板41和顶推器42的冲击。[0050]此外，本实施例还提供另一种方案以增加防护挡板下方缓冲效果，具体的，参照说明书附图10,防护挡板41的两侧均固定连接有侧挡片46,侧挡片46优选橡胶板结构，防护挡板41的内部固定安装有高压喷头47,高压喷头47连接高压泵结构，高压喷头47的喷口对应防护挡板41前侧的空余空间设置，在实际作业时，随着碎石物料的不断排出，防护挡板41前侧形成一定的遮挡效果，因此，一些小碎石和土渣等物料可以在防护挡板41的前侧堆积，形成一个小土堆，进而可以对滚落的大块石块进行充分缓冲，而通过设置高压喷头47,在需要对大块岩石进行推进时，可以开启高压泵，使高压喷头47喷出高压水流，将防护挡板41前侧的物料冲出，以避免影响防护挡板41推进，同时，物料冲完后，高压喷头47可以向前喷出高压水柱，对大块岩石底部进行冲洗，必要时，还可以通过调整铲板11的高度来调节防护挡板41的高度对其他区域进行冲洗。[0051]上述两种方案还可以同时使用，以进一步的提高对大块岩石的缓冲照说明书附图11,当上述两种方案结合使用时，可以单独设置一组高压喷头47使其对应辅助撑杆45设置，而支撑板44中设置有扩径导槽441,辅助撑杆45滑动安装在扩径导槽441中，扩径导槽441的直径大于辅助撑杆45的直径，辅助撑杆45对应高压喷头47的区域外部固定连接有多组桨板452,且各桨板452的长度不一，而高压喷头47喷射水流的方向偏离辅助撑杆45的中心区域设置，从而使高压喷头47喷出水流时可以带的辅助撑杆45转动，而由于桨板452长短不一，参照说明书附图输送机12,各桨