本發(fā)明涉及礦山設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置。

背景技術(shù)：

截至2012年底，在我國新開礦井和老礦改造擴(kuò)建項(xiàng)目中，共計(jì)已有超過200座礦井的開采深度超過600米，礦井施工已進(jìn)入深井開采的過渡期。豎井井筒在礦井建設(shè)中通常占工期的30-40％，縮短井筒建設(shè)工期就意味著巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

目前，國內(nèi)外在豎井井筒開鑿過程中，多采用穩(wěn)車、鋼絲繩、吊盤進(jìn)行支護(hù)澆注的施工方法。其中，所采用的懸吊式吊盤是通過多臺(tái)穩(wěn)車提調(diào)的方式，使其在豎井井筒內(nèi)上下移動(dòng)的，這種方式雖然能夠適應(yīng)千米深度以內(nèi)的豎井井筒的開鑿作業(yè)，但是仍存在鑿井穩(wěn)車數(shù)量多、井架復(fù)雜、穩(wěn)車提升能力有限、利用率低、穩(wěn)車由于難以集中控制同步升降而造成吊盤升降不平穩(wěn)的問題。當(dāng)超千米深井在施工時(shí)，需要的吊盤懸吊鋼絲繩的長度超過現(xiàn)有鑿井穩(wěn)車卷筒的容繩量，造成設(shè)備成本提高、施工過程安全性變差等問題。另外，隨著井筒深度的加深，系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)繩的張緊力要求也大幅增加，特別是超千米深井，穩(wěn)繩的張緊力可達(dá)到40噸以上。目前，國內(nèi)穩(wěn)盤采取的措施是將鋼制滑履壓緊在井壁上，從而獲得摩擦力。但是為了保證安全，滑履的預(yù)壓緊力都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過需要的壓緊力，影響井壁的質(zhì)量。

國內(nèi)外一些千米深井在施工時(shí)采用梁窩式邁步吊盤結(jié)構(gòu)，一般分為三層盤，上層和下層盤剛性連接，上層、中層盤上設(shè)有液壓驅(qū)動(dòng)的牛腿結(jié)構(gòu)，兩層盤上的牛腿交替插入井壁上預(yù)留的梁窩或溝槽中以固定吊盤，同時(shí)通過上層、中層盤間的液壓立柱的伸縮實(shí)現(xiàn)邁步功能。這種結(jié)構(gòu)雖然省去了懸吊繩和懸吊設(shè)備，簡化了鑿井井架結(jié)構(gòu)，但是這種吊盤結(jié)構(gòu)，需要在井壁上預(yù)留大量的梁窩或溝槽，不利于井壁的施工，影響井壁質(zhì)量；上下層盤預(yù)先通過剛性連接形成整體框架，再加上中層盤上的伸縮移動(dòng)結(jié)構(gòu)，使整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占有空間較多，設(shè)備、人員排布擁擠，不利于施工；該種吊盤結(jié)構(gòu)只能針對(duì)特定的豎井井筒，不可重復(fù)再利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)豎井井筒施工中，鑿井穩(wěn)車數(shù)量多、井架復(fù)雜、穩(wěn)車難以實(shí)現(xiàn)集中控制穩(wěn)定提升以及超千米豎井吊盤懸吊鋼絲繩長度過長，穩(wěn)車難以滿足設(shè)計(jì)要求，以及國內(nèi)外現(xiàn)有專利中吊盤結(jié)構(gòu)占用豎井內(nèi)空間較多、梁窩或溝槽結(jié)構(gòu)對(duì)井壁質(zhì)量有影響且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不可重復(fù)再利用等問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種省去地上穩(wěn)車及鋼絲繩提升，結(jié)構(gòu)簡單、吊盤升降平穩(wěn)、整體結(jié)構(gòu)占用空間小、具有模塊化裝配結(jié)構(gòu)、可適用不同豎井井筒尺寸、施工安全可靠并能 重復(fù)再利用的無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置。

為了達(dá)到上述設(shè)計(jì)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置，包括邁步式行走裝置、保護(hù)盤和工作盤，保護(hù)盤和工作盤通過內(nèi)導(dǎo)軌固定連接，邁步式行走裝置包括外導(dǎo)軌、推拉桿，推拉桿一端固定在工作盤下表面，一端鉸接在外導(dǎo)軌的端面上，外導(dǎo)軌可移動(dòng)地設(shè)置在井壁上。

外導(dǎo)軌通過一固定裝置設(shè)置在井壁上，固定裝置包括預(yù)埋件和導(dǎo)軌安裝座裝置，預(yù)埋件嵌入井壁中，導(dǎo)軌安裝座裝置可拆卸地固定在預(yù)埋件上，外導(dǎo)軌穿過導(dǎo)軌安裝座裝置并在導(dǎo)軌安裝座裝置內(nèi)滑動(dòng)。

導(dǎo)軌安裝座裝置包括框架結(jié)構(gòu)、限位裝置和滾輪，外導(dǎo)軌安裝在框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，外導(dǎo)軌與框架結(jié)構(gòu)之間設(shè)置限位裝置和滾輪。

工作盤上安裝有掛鉤，掛鉤通過承重銷掛在框架結(jié)構(gòu)上。

限位裝置為彈簧片。

預(yù)埋件為錐形預(yù)埋螺母。

導(dǎo)軌安裝座裝置通過承重螺栓固定在錐形預(yù)埋螺母上。

無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置包括臨時(shí)盤和抓巖機(jī)，抓巖機(jī)固定在臨時(shí)盤下表面，臨時(shí)盤與工作盤上設(shè)置的提升設(shè)備連接。

所述提升設(shè)備為卷揚(yáng)機(jī)。

臨時(shí)盤上表面沿圓周均布安裝4個(gè)撐緊油缸，臨時(shí)盤通過4個(gè)撐緊油缸固定在井壁上。

推拉桿為液壓推拉桿或電動(dòng)推拉桿。

無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置包括整體模板，整體模板固定安裝在工作盤下表面。整體模板是標(biāo)準(zhǔn)工裝。

一種無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工方法，包括如下步驟：

第一步，在井壁上安裝邁步式行走裝置，將無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置安裝到邁步行走裝置上；

第二步，工作人員對(duì)待掘砌段進(jìn)行打眼、填藥、爆破、清理工作，其中清理工作由安裝在無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置臨時(shí)盤上的中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)負(fù)責(zé)；

第三步，將整體模板固定到此掘砌段井壁上進(jìn)行混凝土澆筑；

第四步，混凝土凝固強(qiáng)度達(dá)到要求后，進(jìn)行整體模板的脫模工作；

第五步，邁步式行走裝置行走到下一掘砌段固定，此時(shí)整體模板即到達(dá)下一掘砌段；

第六步，重復(fù)第二步到第五步。

清理工作是由臨時(shí)盤上安裝的抓巖機(jī)抓起矸石放入吊桶進(jìn)行清理。

安裝邁步式行走裝置的方法為：將外導(dǎo)軌固定裝置中的預(yù)埋件通過井壁模板放置在特定位置(導(dǎo)軌安裝座裝置待安裝坐標(biāo)位置)，澆注后嵌入豎井井壁中，待井壁凝固穩(wěn)定后，安裝導(dǎo)軌安裝座裝置，然后，裝入外導(dǎo)軌，外導(dǎo)軌安裝完畢后，由起吊設(shè)備吊裝臨時(shí)盤放置在井筒底部，之后整體吊裝內(nèi)導(dǎo)軌和工作盤并將其掛接在外導(dǎo)軌上，再連接推拉桿。

清理工作前，將臨時(shí)盤的位置調(diào)整到位后，臨時(shí)盤上的撐緊油缸開始工作撐緊液壓桿將臨時(shí)盤固定在井壁上。

邁步式行走裝置的行走方法為：當(dāng)下一掘砌段井壁模板安裝完畢后，拔出導(dǎo)軌安裝座裝置上的承重銷，液壓推桿推出，邁步式模板支護(hù)裝置中間的工作部分向下移動(dòng)一個(gè)工作段，其中內(nèi)導(dǎo)軌平行于外導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，到達(dá)位置后將導(dǎo)軌安裝座裝置固定。外導(dǎo)軌平行于內(nèi)導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)一個(gè)工作段后，外導(dǎo)軌搭接在導(dǎo)軌安裝座裝置上。

根據(jù)本發(fā)明的邁步原理，無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置不需要地上卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩吊裝，只需要一條動(dòng)力電纜連接到無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置上，為其提供動(dòng)力即可，液壓部分及工作盤上的三臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)需要電力。無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置的邁步，需要操作人員在裝置工作盤上的控制柜上進(jìn)行操作，操作者手動(dòng)完成導(dǎo)軌安裝座裝置的拆裝調(diào)節(jié)，及外導(dǎo)軌、內(nèi)導(dǎo)軌的安裝固定等工序。操作者通過工作盤上的控制柜控制臨時(shí)盤的上下位置，臨時(shí)盤到位后與井壁的撐緊。當(dāng)臨時(shí)盤到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，掘井操作員工通過控制臨時(shí)盤上的抓巖機(jī)將矸石抓起，并放至吊桶中，從而完成廢石的清除工作。通過無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置向下運(yùn)動(dòng)，達(dá)到整體模板向下運(yùn)動(dòng)至待澆筑工作面的目的。本發(fā)明的無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置獨(dú)立性強(qiáng)，能夠適用于超千米深井掘砌施工，另外此邁步式模板支護(hù)裝置操作簡單，從而大大提高了工作效率。

本發(fā)明的無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置結(jié)構(gòu)涉及到的與井壁距離、工作盤開孔、提升孔徑、設(shè)備安全距離等尺寸均符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，另外對(duì)于外導(dǎo)軌、內(nèi)導(dǎo)軌固定涉及到的承重銷軸均進(jìn)行了剪切應(yīng)力計(jì)算，符合強(qiáng)度要求，主要安全結(jié)構(gòu)進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，因此，本發(fā)明安全可靠性高。

本發(fā)明中預(yù)埋件借鑒民用建筑施工、橋梁建筑施工的一種滑模施工方法，不同的是，本裝置的預(yù)埋件采用整體模板向下大行程爬行的工作原理，與滑模施工方法又有本質(zhì)的區(qū)別，預(yù)埋件是提前將預(yù)制砌塊或者鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)預(yù)埋到砌筑的混凝土中，另外預(yù)制砌塊或者鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部固定好一組錐形預(yù)埋螺母，混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后，將導(dǎo)軌安裝座裝置通過承 重螺栓安裝到井壁外露的預(yù)埋螺母上，操作簡單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

本發(fā)明與以往的技術(shù)相比，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，具有通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。此無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置適用于直徑3.0～8.0米掘砌段的立井掘砌施工，爬升裝置承載能力可以適用于直徑3.0～8.0米井筒砌筑施工支護(hù)，只需要將無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置的保護(hù)盤、工作盤、臨時(shí)盤等鋼結(jié)構(gòu)件尺寸調(diào)整到試用于井筒的尺寸以及調(diào)整對(duì)應(yīng)的開孔位置即可。本發(fā)明對(duì)無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置的模塊化設(shè)計(jì)，涉及的外導(dǎo)軌、內(nèi)導(dǎo)軌、導(dǎo)軌安裝座裝置、預(yù)埋件以及液壓推拉桿適用于上述各尺寸的井筒施工。

本發(fā)明作為一種獨(dú)立的無穩(wěn)繩自支撐模塊化結(jié)構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的施工工藝，不需要四臺(tái)大功率提升卷揚(yáng)機(jī)，節(jié)省大量的電能，無需鋼絲繩，大大減少了施工成本；因?yàn)槭仟?dú)立的系統(tǒng)，相比于以往的施工方法，更加安全可靠，并且提高了施工工作效率。

附圖說明

圖1為無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是導(dǎo)軌安裝座裝置的裝配示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，一種豎井施工用無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置。

圖示無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置通過4條內(nèi)導(dǎo)軌3將保護(hù)盤6與工作盤8連接到一起，內(nèi)導(dǎo)軌3沿圓周方向均布，通過內(nèi)導(dǎo)軌上端面法蘭與保護(hù)盤6進(jìn)行螺栓連接，下端面法蘭與工作盤8進(jìn)行螺栓連接，內(nèi)導(dǎo)軌起到剛性柱子的作用。保護(hù)盤6是整個(gè)裝置的頂部結(jié)構(gòu)，平鋪鋼板，起到對(duì)工作盤上人員、設(shè)備防墜落傷害的保護(hù)作用，保護(hù)盤上平面安裝有整個(gè)裝置的液壓站。工作盤上安裝三組卷揚(yáng)機(jī)用于提升臨時(shí)盤10及抓巖機(jī)5，抓巖機(jī)5為中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)，臨時(shí)盤10下方安裝抓巖機(jī)5，臨時(shí)盤10上表面沿圓周均布安裝4個(gè)撐緊油缸9作為臨時(shí)盤10的撐緊裝置。工作盤8下表面上采用法蘭連接方式沿圓周均布安裝4個(gè)液壓推拉桿4，液壓推拉桿4另一端鉸接在外導(dǎo)軌2端面，液壓推拉桿4的伸縮實(shí)現(xiàn)了內(nèi)導(dǎo)軌3、外導(dǎo)軌2之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置的邁步動(dòng)作。

進(jìn)行豎井前30米施工時(shí)將預(yù)埋件1預(yù)埋到井壁內(nèi)，同一個(gè)水平面上按照?qǐng)A周均布4個(gè)， 預(yù)埋件1在垂直方向中心重合。預(yù)埋件1即為圖2的錐形螺母。豎井砌筑達(dá)到30米后將無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置中的邁步式裝置通過起吊裝置(地面上的吊車或者井架絞車)下放到井內(nèi)(整體模板11已固定在工作盤8工字梁下表面)，首先將導(dǎo)軌安裝座裝置7安裝至預(yù)埋件1上，將整個(gè)裝置下放至井下，檢查邁步式模板支護(hù)裝置各個(gè)部位情況，合格后進(jìn)行下一步使用。導(dǎo)軌安裝座裝置7包括框架結(jié)構(gòu)71、限位裝置72和滾輪73，安裝在框架結(jié)構(gòu)71上的承重銷15通過掛鉤16的搭接，承載整個(gè)裝置的重力載荷，框架結(jié)構(gòu)71固定在井壁上，掛鉤16固定在工作盤8上，外導(dǎo)軌2安裝在框架結(jié)構(gòu)71內(nèi)，外導(dǎo)軌2與框架結(jié)構(gòu)71之間設(shè)置限位裝置72和滾輪73。導(dǎo)軌安裝座裝置7與外導(dǎo)軌2等的安裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，預(yù)埋件1即錐形螺母提前預(yù)埋到混凝土12內(nèi)，混凝土澆灌到井壁的巖石結(jié)構(gòu)13上，通過承重螺栓14和預(yù)埋件1將導(dǎo)軌安裝座裝置7固定到井壁上，當(dāng)外導(dǎo)軌2滑動(dòng)時(shí)，會(huì)穿進(jìn)導(dǎo)軌安裝座裝置7的框架結(jié)構(gòu)71內(nèi)并進(jìn)行滑動(dòng)，在限位裝置72的制約下，和滾輪裝置73的導(dǎo)向下，進(jìn)行向上或向下的運(yùn)動(dòng)，正因?yàn)橄尬谎b置72和滾輪裝置73在圓形井筒徑向方向的制約，保證了內(nèi)導(dǎo)軌3與外導(dǎo)軌2之間的平行關(guān)系。當(dāng)承重銷15拔出后，液壓推拉桿4推出，使掛鉤16連同保護(hù)盤6與工作盤8一起向下運(yùn)動(dòng)到一定位置后，拆下承重螺栓14，則導(dǎo)軌安裝座裝置7向下滑動(dòng)到預(yù)定的下一段的錐形螺母處，用承重螺栓14將導(dǎo)軌安裝座裝置7的框架結(jié)構(gòu)71與錐形螺母固定后，外導(dǎo)軌2向下運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置，承重銷15將整個(gè)裝置搭接在導(dǎo)軌安裝座裝置7。

無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置就位，位于井底的工作人員進(jìn)行下一個(gè)掘砌段的打眼、填藥、爆破工作。完成后，將臨時(shí)盤10及抓巖機(jī)5下放至工作位置，吊盤上的4個(gè)撐緊油缸9開始工作撐緊液壓桿，臨時(shí)盤10固定，抓巖機(jī)5工作將井底爆破的矸石抓起，放置到地面下放的吊桶中，進(jìn)行廢石清除，重復(fù)作業(yè)直至井底的廢石清除完成。提升臨時(shí)盤10及抓巖機(jī)5至安全位置，撐緊油缸9工作固定臨時(shí)盤10。無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置具有提升孔，吊桶等通過地面穩(wěn)車穿過提升孔進(jìn)行提升。

對(duì)新掘進(jìn)段的井壁進(jìn)行調(diào)整后，將整體模板11固定在井壁上，進(jìn)行調(diào)平。整體模板11調(diào)整合格后，進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑完成后進(jìn)入凝固時(shí)間，此時(shí)進(jìn)行下一個(gè)掘進(jìn)段的打眼、填藥、爆破、除渣工作，完成后，整體模板11進(jìn)行脫模，整體模板是反復(fù)使用為標(biāo)準(zhǔn)工裝。脫模完成后無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置向下運(yùn)行一個(gè)工作段。拔出承重螺栓，液壓推桿4推出，邁步式模板支護(hù)裝置中間的工作部分向下移動(dòng)一個(gè)工作段，其中內(nèi)導(dǎo)軌3平行于外導(dǎo)軌2運(yùn)動(dòng)，到達(dá)位置后將導(dǎo)軌安裝座裝置7固定。外導(dǎo)軌2平行于內(nèi)導(dǎo)軌3向下運(yùn) 動(dòng)一個(gè)工作段后，外導(dǎo)軌2搭接在導(dǎo)軌安裝座裝置7上，無穩(wěn)繩自支撐模塊化豎井掘砌施工裝置完成了一次邁步循環(huán)工作。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，便于該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下還可以做出若干簡單推演或替換，而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)本發(fā)明做出的簡單改進(jìn)都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。