隧道周边孔凿岩钻孔方法及步进凿岩机

917 编辑：中冶有色技术网来源：涪特智能装备(重庆)有限公司

2023-12-19 16:23:53

权利要求书： 1.一种步进凿岩机，包括凿岩主机（1）和导轨（2），凿岩主机（1）与导轨（2）之间形成步进式凿岩结构；其特征在于，所述导轨（2）前端设有用于钻杆支撑的前端支撑套（7），所述导轨（2）的中段设有中间支撑套（8），中间支撑套（8）设在顶起装置上；所述顶起装置包括顶起基座和举升块（11），顶起基座设在所述导轨（2）上并固定连接有顶起气缸（9），顶起气缸（9）的活塞杆远端连接有推块（10），推块（10）前端设有顶推斜面；所述举升块（11）仅可竖直升降地配合在顶升筒（12）内，顶升筒（12）固定在所述顶起基座上，举升块（11）下端设有滚轮（13），滚轮（13）与所述顶推斜面滚动连接；所述中间支撑套（8）固定连接在所述举升块（11）上端。

2.根据权利要求1所述的步进凿岩机，其特征在于，所述导轨（2）由基础段（21）和接长段（22）形成长度可变化的结构；所述基础段（21）和接长段（22）之间设有接长定位结构和接长锁紧机构；且基础段（21）和接长段（22）之间通过倾斜的结合面连接；该结合面在基础段（21）上由上向下逐渐向外倾斜；所述接长定位结构用于防止基础段（21）和接长段（22）左右错位和上下错位。

3.根据权利要求2所述的步进凿岩机，其特征在于，所述接长锁紧机构呈偏心锁紧结构。

4.根据权利要求1所述的步进凿岩机，其特征在于，所述导轨（2）前端下部固定连接有用于通过岩体支撑所述导轨（2）的导轨固定装置。

5.一种隧道周边孔凿岩钻孔方法，其特征在于，基于权利要求1～4中任意一项所述的步进凿岩机和具有一定挠度的钻杆实施，并利用步进凿岩机的顶起装置在钻杆中部将钻杆向上顶起呈拱形，以将钻头形成一定回弯弧度钻入岩体。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在钻进一定深度后，解除顶起状态，以由形成一定弧度的钻孔构成钻头向前钻进的引导孔。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述深度为1m～2m。

说明书：一种隧道周边孔凿岩钻孔方法及步进凿岩机技术领域[0001] 本发明是中国专利申请号CN2020100728955，申请日期为2020年1月20日，发明创造名称为一种具有退钻装置的步进凿岩机的分案申请。背景技术[0002] 步进凿岩机是一种在隧道施工中用于替代人工凿岩的机械化凿岩设备，通过将人工肩扛式气动凿岩机设置在导轨上而构成。具体包括可在导轨上移动的钻机承载滑台和气腿承载滑台，钻机设在钻机承载滑台上，气腿的一端连接在钻机承载滑台上；另一端连接在气腿承载滑台上，两个滑台均与导轨之间设有锁紧装置，在钻机承载滑台锁止时，气腿承载滑台随气腿缩回或伸出相应沿钻进方向前进或后退；在气腿承载滑台锁止时，钻机与钻机承载滑台随气腿伸出或缩回相应进行钻进和后退；从而形成步进式凿岩，并通过简单的工业控制技术就能实现自动化。该钻机相对于大型专用大型凿岩设备而言，其造价低廉，维保和使用成本低，特别适用于国内施工队伍的隧道施工。但在实际施工过程中，因隧道地质结构变化等因素，不可避免的会出现钻头卡死现象，虽然气腿配合具有退钻功能，但由于卡钻力量大，气腿受自身结构和功能限制，不能顺利的退出钻头。为此，需要在钻机上设置一种专门用于卡钻时退出钻头的装置。发明内容[0003] 本发明的目的就是针对现有技术的步进式凿岩钻机卡钻后不能顺利退出的不足，提供一种具有退钻装置的步进凿岩机，以在卡钻时，能够顺利的将钻头退出。[0004] 为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。[0005] 一种具有退钻装置的步进凿岩机，包括凿岩主机、导轨、钻机承载滑台，钻机承载滑台与所述导轨之间设有第一锁紧装置；所述钻机承载滑台上还设有退钻装置；该退钻装置包括锁紧滑块和具有往返移动输出运动的驱动机构，驱动机构连接在所述钻机承载滑台和所述锁紧滑块之间，锁紧滑块仅可纵向移动地设在所述钻机承载滑台上；所述第一锁紧装置设在锁紧滑块与所述导轨之间。[0006] 采用前述技术方案的本发明，在钻机承载平台与导轨之间设置退钻装置，该退钻装置通过将钻机承载滑台的第一锁紧装置设在滑块与导轨之间，滑块可相对于钻机承载导轨呈可移动的设置，在滑块与导轨通过第一锁紧装置锁止时，钻机承载滑台在驱动机构作用下可纵向移动，从而在卡钻后需要退钻时，使钻机承载滑台后退，达到退钻目的。并可根据卡钻情况实现第一锁紧装置锁紧和解锁，以及驱动机构的伸出与回缩交替动作，完成设定距离或长度的退钻过程。其中，驱动机构可采用液压缸、丝杠螺母副驱动结构或曲柄滑块驱动结构等。其结构简单、退钻能力强、功能可靠，并方便实现自动控制，如通过人工观察或扭矩检测方式，确定钻头即将卡死或卡死后，通过线控、遥控或远程操控实施退出钻头的退钻动作。[0007] 优选的，所述驱动机构由油缸构成。其中，油缸可通过其缸体连接在钻机承载滑台或锁紧滑块中的一件上，另一件与油缸的活塞杆远端连接。利用油缸压力高、推力大的特点，以在确保退钻动力足够的条件下，减小驱动机构的体积，减轻重量，便于整机布局；其中，油缸与钻机承载滑台和锁紧滑块的连接，通常采用铰接方式，以确保运行灵活。其中，当锁紧滑块设在钻进方向的油缸前方时，锁紧滑块在油缸活塞回缩状态下，通过第一锁紧装置与导轨锁紧，油缸活塞杆伸出实施退钻；但锁紧滑块设在钻进方向的油缸后方时，锁紧滑块在油缸活塞伸出状态下，通过第一锁紧装置与导轨锁紧，油缸活塞杆缩回实施退钻。[0008] 进一步优选的，所述钻机承载滑台上通过凸块设有两相对的导向槽，所述锁紧滑块位于两导向槽之间，锁紧滑块两侧形成有与所述导向槽滑动配合的导向部。以通过导向槽和导向部配合形成结构简单的导轨副结构，确保锁紧滑块按确定的方向移动，且运行灵活。[0009] 优选的，所述第一锁紧装置包括第一锁止气缸和所述导轨上纵向分布的多个锁止孔；第一锁止气缸的活塞杆上一体形成或固定连接的锁销与所述锁止孔配合形成插销式锁止结构；钻机承载滑台上形成有供所述锁销沿导向槽平移的长条孔。以通过锁紧气缸活塞杆的伸缩运功形成锁止与解锁，从而简化结构，提高可靠性，并降低成本。[0010] 优选的，所述导轨前端设有用于钻杆支撑的前端支撑套，所述导轨的中段设有中间支撑套，中间支撑套设在顶起装置上。以利用细长构件的钻杆具有一定挠度的特点，在钻杆中部将其向上顶起呈拱形，以在钻周边孔时，将钻头形成一定回弯弧度钻入岩体，避免直线钻入方式导致的严重超挖，以有效减少超挖量，提高隧道掘进效率。通常在钻头钻进一定深度如1?2米后，解除顶起状态，由形成一定弧度的钻孔构成钻头向前钻进的引导孔，形成与人工钻孔过程中，减少超挖措施相同的钻进方式。其中，顶起装置采用气缸、液压缸等作为动力源，以减少占用空间，方便布局。当然，在空间允许的条件下也可采用其他直线移动的驱动结构，如丝杆螺母副驱动结构、齿轮齿条驱动结构或曲柄滑块驱动结构等。[0011] 进一步优选的，所述顶起装置包括顶起基座和举升块，顶起基座设在所述导轨上并固定连接有顶起气缸，顶起气缸的活塞杆远端连接有推块，推块前端设有顶推斜面；所述举升块仅可竖直升降地配合在顶升筒内，顶升筒固定在所述顶起基座上，举升块下端设有滚轮，滚轮与所述顶推斜面滚动连接；所述中间支撑套固定连接在所述举升块上端。以通过顶推斜面将顶起气缸设置成与钻杆纵向平行的布局，从而充分利用长度空间，减少高度方空间的占用，提高布局的合理性。[0012] 优选的，所述导轨由基础段和接长段形成长度可变化的结构；所述基础段和接长段之间设有接长定位结构和接长锁紧机构；且基础段和接长段之间通过倾斜的结合面连接；该结合面在基础段上由上向下逐渐向外倾斜；所述接长定位结构用于防止基础段和接长段左右错位和上下错位。以便导轨长度可根据施工进尺不同进行增减调整，拓宽使用范围，并通过定位结构和接长锁紧结构，确保接长后的导轨整体刚性好、强度高，连接可靠，使用安全，且上下和左右均不错位，确保导轨上滑台在接头部移动灵活。[0013] 进一步优选的，所述接长锁紧机构呈偏心锁紧结构。利用偏心锁紧结构方便形成锁紧死点的特点，确保锁紧可靠性，且操作方便。[0014] 优选的，所述导轨前端下部固定连接有用于通过岩体支撑所述导轨的导轨固定装置。以通过前端固定装置形成对导轨悬伸部分的支撑，提高导轨的支撑强度和刚度，进而提高钻孔速度和施工效率。其中，导轨固定装置利用可插入岩体的构件提供支撑，可根据隧道岩体的特性设置不同的结构。如针对松软岩体，导轨前端可设置一前端具有锥尖的钢钎，钢钎通过顶紧弹簧保持插入岩体的牢固性；也可在导轨前端固定设置一钻机，在钻杆钻入后，利用钻杆形成支撑构件。[0015] 优选的，还包括气腿，气腿的进气管路或排气管路上设有呈并联设置的电动开关阀和电动流量调节阀。以在钻进的气腿蹬腿过程中，利用电动流量调节阀进行进气流量控制，实现钻进速度调节，以及在需要气腿进行快速伸缩时，利用电动开关阀单独或与电动流量调节阀通气，满足大流量的进排气要求。[0016] 本发明的有益效果是，能够方便地实现卡钻时将钻头退出，并可根据进尺调整钻机导轨长度，且钻机前端支撑牢固，完成钻孔后，钻机整体退出顺利。其功能完备，利于实现自动化控制，为隧道施工的机械化作业提供保障，并能有效减少隧道超挖，提高施工效率，降低施工成本。附图说明[0017] 图1是本发明的结构示意轴测图。[0018] 图2是本发明中顶起装置的部分结构示意图。[0019] 图3是本发明的导轨结构示意主视图。[0020] 图4是本发明图3中的A部放大图。[0021] 图5是本发明图4的俯视图，其中，接长锁紧机构处于锁止状态。[0022] 图6是本发明中部分气路原理图。具体实施方式[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。[0024] 参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，一种具有退钻装置的步进凿岩机，包括凿岩主机1、导轨2、钻机承载滑台3、气腿14和气腿承载滑台18，钻机承载滑台3与导轨2之间设有第一锁紧装置；钻机承载滑台3上还设有退钻装置；该退钻装置包括锁紧滑块5和具有往返移动输出运动的驱动机构6，驱动机构6连接在所述钻机承载滑台3和所述锁紧滑块5之间，锁紧滑块5仅可纵向移动地设在钻机承载滑台3上；第一锁紧装置设在锁紧滑块5与所述导轨2之间；气腿14连接在钻机承载滑台3和气腿承载滑台18之间；气腿承载滑台18与导轨2之间设有第二锁紧装置。

[0025] 其中，所述驱动机构6由油缸构成。其中，油缸通过其缸体连接在钻机承载滑台3上，锁紧滑块5与油缸的活塞杆远端连接。钻机承载滑台3上通过凸块设有两相对的导向槽，所述锁紧滑块5位于两导向槽之间，锁紧滑块5两侧形成有与所述导向槽滑动配合的导向部。第一锁紧装置包括第一锁止气缸4和所述导轨2上纵向分布的多个锁止孔；第一锁止气缸4的活塞杆上一体形成或固定连接的锁销与所述锁止孔配合形成插销式锁止结构；钻机承载滑台3上形成有供所述锁销沿导向槽平移的长条孔。第二锁紧装置也利用导轨2上纵向分布的多个锁止孔和第二锁止气缸活19塞杆上的第二锁止插销形成。[0026] 所述导轨2前端设有用于钻杆支撑的前端支撑套7，所述导轨2的中段设有中间支撑套8，中间支撑套8设在顶起装置上。其中，顶起装置包括顶起基座和举升块11，顶起基座39位置可调节地设在所述导轨2上并固定连接有顶起气缸9，顶起气缸9的活塞杆远端连接有推块10，推块10前端设有顶推斜面；所述举升块11仅可竖直升降地配合在顶升筒12内，顶升筒12固定在所述顶起基座上，举升块11下端设有滚轮13，滚轮13与所述顶推斜面滚动连接；所述中间支撑套8固定连接在所述举升块11上端。

[0027] 导轨2由基础段21和接长段22形成长度可变化的结构；所述基础段21和接长段22之间设有接长定位结构和接长锁紧机构；且基础段21和接长段22之间通过倾斜的结合面连接；该结合面在基础段21上由上向下逐渐向外倾斜；所述接长定位结构用于防止基础段21和接长段22左右错位和上下错位。导轨2包括导轨主体和轨道，轨道由圆管制成，导轨主体由方管或矩形管制成；接长定位结构包括轨道的圆管内孔配合的定位柱24，定位柱24一部分插入基础段21的圆管轨道管孔内，另一部分插入接长段22的圆管轨道管孔内。方管或矩形管可是轧制或拉制的型材，也可通过钢板弯折后焊接形成；导轨主体在高度方向具有由两根方管焊机组合形成；上方的方钢管两侧上端各焊接有一个圆管，该圆管构成所述轨道，下方的方钢管下端两侧各焊接有一个圆管、方管或、形管、扁钢或角铁，该下方圆管、方管或、形管、扁钢或角铁用于导轨安装固定。[0028] 导轨主体上设有平行设置的两根所述轨道；基础段21和接长段22的两根圆管轨道结合部的管孔内均设有所述定位柱24。基础段21和接长段22通过两个连接板25连接，两个连接板25的结合面构成所述基础段21和接长段22的结合面，两个连接板25分别焊接固定在所述基础段21和接长段22的导轨主体上。连接板25焊接在下方的方管上，上方方管端部焊接有端板，端板上焊接有定位管；两个端板上的定位管中插接有第三根定位柱23，三根定位柱分布在等腰三角形的三个角上。[0029] 所述接长锁紧机构呈偏心锁紧结构。接长锁紧机构包括挂钩26和环扣27，挂钩26固定设在基础段21上；所述环扣27铰接在手柄28上，手柄28铰接在接长段22上。环扣27可移动地设在环扣座29上，环扣座29铰接在手柄28上，环扣座29与环扣27之间通过加载弹簧30。其中，环扣27一端焊接有连杆27a，连杆27a自由端焊接有导向块27b；环扣座29一端具有杆状结构，环扣座29通过杆状结构的一端与手柄28铰接，环扣座29的另一端呈框形结构，连杆

27a从框形结构的一端伸入框内，该框形结构的两侧框壁上设有滑槽29a，导向块27b滑动配合在滑槽29a内；所述加载弹簧30一端抵接在导向块27b上，另一端抵靠在框形结构的一端内壁上。手柄28的铰接座由两个独立的支耳28a构成，交接轴由两个半轴8b构成；在锁紧状态，环扣座29与手柄28的铰接中心与手柄28与接长段22的铰接中心连线重合在连杆27a轴线上。其中，挂钩26也可以设在接长段22，手柄28铰接在基础段21上。

[0030] 另外，导轨2前端下部固定连接有用于通过岩体支撑所述导轨2的导轨固定装置31。前端固定装置形成对导轨2悬伸部分的支撑，提高导轨的支撑强度和刚度。其中，导轨固定装置31利用可插入岩体的构件提供支撑，可根据隧道岩体的特性设置不同的结构。如针对松软岩体，导轨前端可设置一前端具有锥尖的钢钎，钢钎通过顶紧弹簧保持插入岩体的牢固性；也可在导轨前端固定设置一钻机，在钻杆钻入后，利用钻杆形成支撑构件。

[0031] 气腿14推进所述凿岩主机1钻进时，气腿14的进排气管路分别由进气管路15和排气管路34构成，进气管路15上设有呈并联设置的电动开关阀16和电动流量调节阀17。其中，凿岩主机1通过钻机后盖连接有钻孔供气管32和吹渣供气管33，钻孔供气管32和吹渣供气管33通过电控阀门与所述供气总管路连接；进气管路15和排气管路34连接在电磁换向阀35上，电磁换向阀35的进气口与所述供气总管连接，电磁换向阀35的排气口与大气环境接通。[0032] 其中，电动开关阀16连接在进气管路15上，电动流量调节阀17连接在进气旁路上，改旁路与进气管路15呈并联设置，旁路的管径小于进气管路15。电动开关阀16为常闭结构；电磁换向阀35为中封结构的三位五通阀；用于控制所述钻孔供气管32和吹渣供气管33的电控阀门由第一电磁阀36和第二电磁阀37组成，第一电磁阀36和第二电磁阀37均为开关阀；

供气总管路上还设有油壶38；钻孔供气管32的管径大于吹渣供气管33。

[0033] 本实施例中，电磁换向阀35也可采用二位五通阀替代三位五通阀的方案。而且，电动开关阀16和电动流量调节阀17也可并联在气腿14的排气管路34上。[0034] 本实施例中前支撑套7和中间支撑套8均包括衬套和衬套座组成，衬套可相对于衬套座自由转动，前支撑套7的衬套座通过前支架与导轨2前端固定连接；中间支撑套8的衬套座与举升块11上端固定连接。[0035] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。