本发明涉及竖井施工技术领域，具体涉及一种整体成井式竖井掘进机。
背景技术：
随着地下工程需求与日俱增，竖井应用范围越来越广。目前很多竖井施工中采用的是普通凿井法，这种方法开挖土速度慢，机械化程度低，施工人员安全性风险大，施工成本高。竖井掘进机是一种快速掘进隧道的工程机械，可实现智能化、井下无人化施工。
发明专利cn108756888a《一种小直径硬岩竖井掘进机》公开了一种小直径硬岩竖井掘进机，包括竖井掘进主机和设在地面上的井架，竖井掘进主机通过提升机构与井架相连接；所述动力配套装置包括行走底盘和泥水处理站，行走底盘上部设有渣浆泵和动力站，泥水处理站通过泥水管与竖井掘进主机相连接。模块化设计，便于设备的运输和维修；大大提高了小直径竖井掘进的工作效率。
上述专利所涉及的竖井掘进机推进系统采用撑靴的形式，故限制了该竖井掘进机只能在硬岩地层进行掘进。其余的现有相关竖井掘进设备都不能实现快速掘进及衬砌及竖井挖掘完成后设备的拆机。
综上所述，急需一种整体成井式竖井掘进机以解决现有技术中存在的问题。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种整体成井式竖井掘进机，以解决现有掘进机开挖速度慢以及设备拆装不方便的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种整体成井式竖井掘进机，包括固定在地面上的地上设备和掘进在地面下的井内主机；所述地上设备包括支撑结构架和推进系统；支撑结构架固定在地平面上；推进系统安装在支撑结构架上；
所述井内主机包括刀盘、主驱动、钢管环和支护单元；刀盘上的法兰和主驱动上的法兰通过高强度螺栓连接，主驱动为刀盘在掘进过程中提供扭矩；钢管环的一端与主驱动上的法兰连接；钢管环的另一端与支护单元连接；推进系统中的活塞杆正对支护单元区域，通过推进系统中的活塞杆顶住支护单元，将推力传递到刀盘上。
优选地，所述刀盘的法兰直径比钢管环的直径大10～50mm；钢管环内壁固定有铰接油缸；主驱动上设有铰接座；铰接油缸的活塞杆与铰接座的凹槽相匹配。
优选地，所述铰接油缸设置有八组；八组铰接油缸沿钢管环的圆周方向均匀设置，通过铰接油缸的活塞杆插入到铰接座的凹槽中，固定主驱动并调整主驱动的位置。
优选地，所述支护单元为钢管片；所述钢管片是由两块截面为半圆的管片拼接而成的环状结构，两块管片之间的连接方式采用螺栓连接或者是焊接或者是螺栓连接与焊接的组合形式；钢管片的外径与钢管环的外径相等。
优选地，所述推进系统包括四组沿钢管片圆周方向均匀分布的四组推进油缸。
优选地，所述地上设备还包括支护吊装系统，支护吊装系统安装在支撑结构架的滑轨上，支护吊装系统用于钢管片拼装时吊装管片。
优选地，所述地上设备还包括主机起吊系统，所述主机起吊系统固定在地面上，支撑结构架上设有导向滑轮组，主机起吊系统中钢绞线的自由端穿过导向滑轮组，用以起吊井内主机。
优选地，所述地上设备还包括泥水循环系统；所述泥水循环系统包括泥水分离站和排浆泵；泥水分离站固定安装在地面上；排浆泵安装在刀盘的法兰上；排浆管一端与泥水分离站连接，排浆管另一端与排浆泵的出口连接；抽浆管一端与排浆泵的入口连接；进水管一端与泥水分离站连接，进水管另一端通入刀盘的腔体中。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明整体结构机械化程度高，大大减少了劳动强度。通过采用钢管片支护，地质适应性广，可应用于软土、卵砾石、软岩、硬岩地层进行竖井掘进。
(2)本发明中，采用锥形刀盘进行全断面开挖，通过泥水循环系统出渣，同时采用拼接钢管片进行初支。集开挖、出渣、初支于一体，各个工序无缝衔接，施工效率快。
(3)本发明中，设有主机起吊系统，设备完成掘进后，可以对竖井掘进机进行拆卸，大大降低了施工成本。在拆卸的过程中，通过所述主机起吊系统依次运出所述主驱动、推进油缸和刀盘等。实现原地保护性、快速拆装。在地质条件相对较好的情况下，施工人员可以下到井下对刀具进行更换。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是竖井掘进机的主视图；
图2是竖井掘进机的侧视图；
图3是井内主机的结构示意图；
其中，1、支撑结构架，2、推进系统，3、刀盘，4、主驱动，5、钢管环，6、钢管片，7、支护吊装系统，8、主机起吊系统，9、泥水分离站，10、排浆泵，11、排浆管，12、抽浆管，13、进水管，14、铰接油缸，15、铰接座，16、导向滑轮组。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
参见图1～图3，一种整体成井式竖井掘进机包括固定在地面上的地上设备和掘进在地面下的井内主机；所述地上设备包括支撑结构架1、推进系统2和主机起吊系统8；支撑结构架1固定在地平面上；推进系统2安装在支撑结构架1上；所述主机起吊系统8固定在地面上，支撑结构架1上设有导向滑轮组16，主机起吊系统8中钢绞线的自由端穿过导向滑轮组16，用以起吊井内主机。
所述井内主机包括刀盘3、主驱动4、钢管环5和支护单元；本实施例支护单元优选为钢管片；如图3所示，刀盘3上的法兰和主驱动4上的法兰通过高强度螺栓连接，主驱动4为刀盘3在掘进过程中提供扭矩；钢管环5的一端与主驱动4上的法兰连接；钢管环5的另一端与钢管片6的端面连接；推进系统2中的活塞杆正对钢管片6区域，通过推进系统2中的活塞杆顶住钢管片6，将推力传递到刀盘3上。
所述刀盘3为锥形，刀盘3的法兰直径比钢管环5的直径大10～50mm；钢管环5内壁固定有铰接油缸14；主驱动4上设有铰接座15；铰接油缸14的活塞杆与铰接座15的凹槽相匹配。
所述铰接油缸14设置有八组；八组铰接油缸沿钢管环5的圆周方向均匀设置，通过铰接油缸的活塞杆插入到铰接座15的凹槽中，固定主驱动4并调整主驱动4的位置。
所述钢管片6是由多个管片拼接而成的环状结构；本实施例的钢管片优选由两块截面为半圆的管片拼接而成，两块管片之间的连接方式采用螺栓连接或者是焊接或者是螺栓连接与焊接的组合形式；本实施例优选采用螺栓连接与焊接的组合形式，两块管片之间的焊接采用焊接机器人，所述焊接机器人安装在待拼装的钢管片上。钢管片6的外径与钢管环5的外径相等。
在推进的过程中，所述铰接油缸14活塞杆一端伸入所述主驱动外壁的铰接座15中，使钢管环5与主驱动4连接成一体，保证推进系统2提供的推力可以传递到刀盘3上，所述推进系统的推进油缸顶住钢管片推动所述刀盘向下掘进。主驱动4包括了液压马达、减速机、主轴承、密封系统和法兰等。所述推进系统2包括四组沿钢管片6圆周方向均匀分布的四组推进油缸。
所述地上设备还包括支护吊装系统7，支护吊装系统7安装在支撑结构架1的滑轨上，支护吊装系统7可以在滑轨上移动，支护吊装系统7用于钢管片6拼装时吊装管片，本实施例支护吊装系统的数量为两套，与管片数量相对应。
所述地上设备还包括泥水循环系统；所述泥水循环系统包括泥水分离站9和排浆泵10；泥水分离站9固定安装在地面上；排浆泵10安装在刀盘3的法兰中心；排浆管11一端与泥水分离站9连接，排浆管11另一端与排浆泵10的出口连接；抽浆管12一端与排浆泵10的入口连接；进水管13一端与泥水分离站9连接，进水管13另一端通入刀盘的腔体中。在出渣的过程中，泥浆通过排浆泵10泵送到泥水分离站9，泥水分离站9可对泥和水进行筛分，经泥水分离后，水通过所述进水管13循环进入刀盘腔内与渣土混合成泥浆，开挖下的渣土就以这种形式进行出渣。
上述一种整体成井式竖井掘进机工作过程：
(1)上一环掘进完成后，收回推进油缸；
(2)将两块管片运送至吊装区域，并预拼装成环状的钢管片；
(3)吊装钢管片；
(4)钢管片吊装至井口位置进行拼接；
(5)伸出推进油缸压紧钢管片；
(6)启动刀盘旋转(泥水循环系统掘进过程中一直开启)；
(7)推进油缸推动钢管片使掘进机完成向下掘进作业。
上述一种整体成井式竖井掘进机，整体结构机械化程度高，大大减少了劳动强度。通过采用钢管片支护，地质适应性广，可应用于软土、卵砾石、软岩、硬岩地层进行竖井掘进。采用锥形刀盘进行全断面开挖，通过泥水循环系统出渣，同时采用拼钢管片进行初支。集开挖、出渣、初支于一体，各个工序无缝衔接，施工效率快。
上述一种整体成井式竖井掘进机中，设有主机起吊系统，设备完成掘进后，可以对竖井掘进机进行拆卸，大大降低了施工成本。在拆卸的过程中，通过所述主机起吊系统依次运出所述主驱动、推进油缸和刀盘等。实现原地保护性、快速拆装。在地质条件相对较好的情况下，施工人员可以下到井下对刀具进行更换。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种整体成井式竖井掘进机，其特征在于，包括固定在地面上的地上设备和掘进在地面下的井内主机；
所述地上设备包括支撑结构架(1)和推进系统(2)；支撑结构架(1)固定在地平面上；推进系统(2)安装在支撑结构架(1)上；
所述井内主机包括刀盘(3)、主驱动(4)、钢管环(5)和支护单元；刀盘(3)上的法兰和主驱动(4)上的法兰通过高强度螺栓连接，主驱动(4)为刀盘(3)在掘进过程中提供扭矩；钢管环(5)的一端与主驱动(4)上的法兰连接；钢管环(5)的另一端与支护单元连接；推进系统(2)中的活塞杆正对支护单元区域，通过推进系统(2)中的活塞杆顶住支护单元，将推力传递到刀盘(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种整体成井式竖井掘进机，其特征在于，所述刀盘(3)的法兰直径比钢管环(5)的直径大10～50mm；钢管环(5)内壁固定有铰接油缸(14)；主驱动(4)上设有铰接座(15)；铰接油缸(14)的活塞杆与铰接座(15)的凹槽相匹配。
3.根据权利要求2所述的一种整体成井式竖井掘进机，其特征在于，所述铰接油缸(14)设置有八组；八组铰接油缸沿钢管环(5)的圆周方向均匀设置，通过铰接油缸的活塞杆插入到铰接座(15)的凹槽中，固定主驱动(4)并调整主驱动(4)的位置。
4.根据权利要求1所述的一种整体成井式竖井掘进机，其特征在于，所述支护单元为钢管片(6)；所述钢管片(6)是由两块截面为半圆的管片拼接而成的环状结构，两块管片之间的连接方式采用螺栓连接或者是焊接或者是螺栓连接与焊接的组合形式；钢管片(6)的外径与钢管环(5)的外径相等。
5.根据权利要求1所述的一种整体成井式竖井掘进机，其特征在于，所述推进系统(2)包括四组沿钢管片(6)圆周方向均匀分布的四组推进油缸。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种整体成井式竖井掘进机，其特征在于，所述地上设备还包括支护吊装系统(7)，支护吊装系统(7)安装在支撑结构架(1)的滑轨上，支护吊装系统(7)用于钢管片(6)拼装时吊装管片。
7.根据权利要求6所述的一种整体成井式竖井掘进机，其特征在于，所述地上设备还包括主机起吊系统(8)，所述主机起吊系统(8)固定在地面上，支撑结构架(1)上设有导向滑轮组(16)，主机起吊系统(8)中钢绞线的自由端穿过导向滑轮组(16)，用以起吊井内主机。
8.根据权利要求7所述的一种整体成井式竖井掘进机，其特征在于，所述地上设备还包括泥水循环系统；所述泥水循环系统包括泥水分离站(9)和排浆泵(10)；泥水分离站(9)固定安装在地面上；排浆泵(10)安装在刀盘(3)的法兰上；排浆管(11)一端与泥水分离站(9)连接，排浆管(11)另一端与排浆泵(10)的出口连接；抽浆管(12)一端与排浆泵(10)的入口连接；进水管(13)一端与泥水分离站(9)连接，进水管(13)另一端通入刀盘的腔体中。
技术总结
本发明提供了一种整体成井式竖井掘进机。包括固定在地面上的地上设备和掘进在地面下的井内主机；所述地上设备包括支撑结构架和推进系统；支撑结构架固定在地平面上；推进系统安装在支撑结构架上；所述井内主机包括刀盘、主驱动、钢管环和支护单元；刀盘上的法兰和主驱动上的法兰通过高强度螺栓连接，主驱动为刀盘在掘进过程中提供扭矩；钢管环的一端与主驱动上的法兰连接；钢管环的另一端与支护单元连接；推进系统中的活塞杆正对支护单元区域。本发明整体结构机械化程度高，大大减少了劳动强度。通过采用钢管片支护，地质适应性广，可应用于软土、卵砾石、软岩、硬岩地层进行竖井掘进。集开挖、出渣、初支于一体，各个工序无缝衔接，施工效率快。
技术研发人员：刘飞香;程永亮;刘在政;李德平;郑大桥;何其平;彭正阳;李政;姚满;丁张飞;马海成;范文军
受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司;中国人民解放军96608部队
技术研发日：.11.19
技术公布日：.01.10
