CN107288640A - 一种无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，包括迈步式行走装置、保护盘和工作盘，保护盘和工作盘通过内导轨固定连接，迈步式行走装置包括外导轨、推拉杆，推拉杆一端固定在工作盘下表面，一端铰接在外导轨的端面上。本发明的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置独立性强，能够适用于超千米深井掘砌施工，另外此迈步式模板支护装置操作简单，从而大大提高了工作效率。

Description

一种无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置

技术领域

本发明涉及矿山设备领域，具体为一种无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置。

背景技术

截至2012年底，在我国新开矿井和老矿改造扩建项目中，共计已有超过200座矿井的开采深度超过600米，矿井施工已进入深井开采的过渡期。竖井井筒在矿井建设中通常占工期的30-40％，缩短井筒建设工期就意味着巨大经济效益和社会效益。

目前，国内外在竖井井筒开凿过程中，多采用稳车、钢丝绳、吊盘进行支护浇注的施工方法。其中，所采用的悬吊式吊盘是通过多台稳车提调的方式，使其在竖井井筒内上下移动的，这种方式虽然能够适应千米深度以内的竖井井筒的开凿作业，但是仍存在凿井稳车数量多、井架复杂、稳车提升能力有限、利用率低、稳车由于难以集中控制同步升降而造成吊盘升降不平稳的问题。当超千米深井在施工时，需要的吊盘悬吊钢丝绳的长度超过现有凿井稳车卷筒的容绳量，造成设备成本提高、施工过程安全性变差等问题。另外，随着井筒深度的加深，***对稳绳的张紧力要求也大幅增加，特别是超千米深井，稳绳的张紧力可达到40吨以上。目前，国内稳盘采取的措施是将钢制滑履压紧在井壁上，从而获得摩擦力。但是为了保证安全，滑履的预压紧力都要远远超过需要的压紧力，影响井壁的质量。

国内外一些千米深井在施工时采用梁窝式迈步吊盘结构，一般分为三层盘，上层和下层盘刚性连接，上层、中层盘上设有液压驱动的牛腿结构，两层盘上的牛腿交替***井壁上预留的梁窝或沟槽中以固定吊盘，同时通过上层、中层盘间的液压立柱的伸缩实现迈步功能。这种结构虽然省去了悬吊绳和悬吊设备，简化了凿井井架结构，但是这种吊盘结构，需要在井壁上预留大量的梁窝或沟槽，不利于井壁的施工，影响井壁质量；上下层盘预先通过刚性连接形成整体框架，再加上中层盘上的伸缩移动结构，使整体结构复杂，占有空间较多，设备、人员排布拥挤，不利于施工；该种吊盘结构只能针对特定的竖井井筒，不可重复再利用。

发明内容

针对传统竖井井筒施工中，凿井稳车数量多、井架复杂、稳车难以实现集中控制稳定提升以及超千米竖井吊盘悬吊钢丝绳长度过长，稳车难以满足设计要求，以及国内外现有专利中吊盘结构占用竖井内空间较多、梁窝或沟槽结构对井壁质量有影响且结构复杂、不可重复再利用等问题，本发明设计了一种省去地上稳车及钢丝绳提升，结构简单、吊盘升降平稳、整体结构占用空间小、具有模块化装配结构、可适用不同竖井井筒尺寸、施工安全可靠并能重复再利用的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置。

为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，包括迈步式行走装置、保护盘和工作盘，保护盘和工作盘通过内导轨固定连接，迈步式行走装置包括外导轨、推拉杆，推拉杆一端固定在工作盘下表面，一端铰接在外导轨的端面上，外导轨可移动地设置在井壁上。

外导轨通过一固定装置设置在井壁上，固定装置包括预埋件和导轨安装座装置，预埋件嵌入井壁中，导轨安装座装置可拆卸地固定在预埋件上，外导轨穿过导轨安装座装置并在导轨安装座装置内滑动。

导轨安装座装置包括框架结构、限位装置和滚轮，外导轨安装在框架结构内，外导轨与框架结构之间设置限位装置和滚轮。

工作盘上安装有挂钩，挂钩通过承重销挂在框架结构上。

限位装置为弹簧片。

预埋件为锥形预埋螺母。

导轨安装座装置通过承重螺栓固定在锥形预埋螺母上。

无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置包括临时盘和抓岩机，抓岩机固定在临时盘下表面，临时盘与工作盘上设置的提升设备连接。

所述提升设备为卷扬机。

临时盘上表面沿圆周均布安装4个撑紧油缸，临时盘通过4个撑紧油缸固定在井壁上。

推拉杆为液压推拉杆或电动推拉杆。

无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置包括整体模板，整体模板固定安装在工作盘下表面。整体模板是标准工装。

一种无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工方法，包括如下步骤：

第一步，在井壁上安装迈步式行走装置，将无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置安装到迈步行走装置上；

第二步，工作人员对待掘砌段进行打眼、填药、***、清理工作，其中清理工作由安装在无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置临时盘上的中心回转式抓岩机负责；

第三步，将整体模板固定到此掘砌段井壁上进行混凝土浇筑；

第四步，混凝土凝固强度达到要求后，进行整体模板的脱模工作；

第五步，迈步式行走装置行走到下一掘砌段固定，此时整体模板即到达下一掘砌段；

第六步，重复第二步到第五步。

清理工作是由临时盘上安装的抓岩机抓起矸石放入吊桶进行清理。

安装迈步式行走装置的方法为：将外导轨固定装置中的预埋件通过井壁模板放置在特定位置(导轨安装座装置待安装坐标位置)，浇注后嵌入竖井井壁中，待井壁凝固稳定后，安装导轨安装座装置，然后，装入外导轨，外导轨安装完毕后，由起吊设备吊装临时盘放置在井筒底部，之后整体吊装内导轨和工作盘并将其挂接在外导轨上，再连接推拉杆。

清理工作前，将临时盘的位置调整到位后，临时盘上的撑紧油缸开始工作撑紧液压杆将临时盘固定在井壁上。

迈步式行走装置的行走方法为：当下一掘砌段井壁模板安装完毕后，拔出导轨安装座装置上的承重销，液压推杆推出，迈步式模板支护装置中间的工作部分向下移动一个工作段，其中内导轨平行于外导轨运动，到达位置后将导轨安装座装置固定。外导轨平行于内导轨向下运动一个工作段后，外导轨搭接在导轨安装座装置上。

根据本发明的迈步原理，无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置不需要地上卷扬机通过钢丝绳吊装，只需要一条动力电缆连接到无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置上，为其提供动力即可，液压部分及工作盘上的三台卷扬机需要电力。无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置的迈步，需要操作人员在装置工作盘上的控制柜上进行操作，操作者手动完成导轨安装座装置的拆装调节，及外导轨、内导轨的安装固定等工序。操作者通过工作盘上的控制柜控制临时盘的上下位置，临时盘到位后与井壁的撑紧。当临时盘到达最低点时，掘井操作员工通过控制临时盘上的抓岩机将矸石抓起，并放至吊桶中，从而完成废石的清除工作。通过无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置向下运动，达到整体模板向下运动至待浇筑工作面的目的。本发明的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置独立性强，能够适用于超千米深井掘砌施工，另外此迈步式模板支护装置操作简单，从而大大提高了工作效率。

本发明的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置结构涉及到的与井壁距离、工作盘开孔、提升孔径、设备安全距离等尺寸均符合国家现行标准的要求，另外对于外导轨、内导轨固定涉及到的承重销轴均进行了剪切应力计算，符合强度要求，主要安全结构进行了冗余设计，因此，本发明安全可靠性高。

本发明中预埋件借鉴民用建筑施工、桥梁建筑施工的一种滑模施工方法，不同的是，本装置的预埋件采用整体模板向下大行程爬行的工作原理，与滑模施工方法又有本质的区别，预埋件是提前将预制砌块或者钢网结构预埋到砌筑的混凝土中，另外预制砌块或者钢网结构内部固定好一组锥形预埋螺母，混凝土达到强度要求后，将导轨安装座装置通过承重螺栓安装到井壁外露的预埋螺母上，操作简单，结构稳定。

本发明与以往的技术相比，对结构进行了模块化设计，具有通用性强的特点。此无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置适用于直径3.0～8.0米掘砌段的立井掘砌施工，爬升装置承载能力可以适用于直径3.0～8.0米井筒砌筑施工支护，只需要将无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置的保护盘、工作盘、临时盘等钢结构件尺寸调整到试用于井筒的尺寸以及调整对应的开孔位置即可。本发明对无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置的模块化设计，涉及的外导轨、内导轨、导轨安装座装置、预埋件以及液压推拉杆适用于上述各尺寸的井筒施工。

本发明作为一种独立的无稳绳自支撑模块化结构，相对于传统的施工工艺，不需要四台大功率提升卷扬机，节省大量的电能，无需钢丝绳，大大减少了施工成本；因为是独立的***，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。

附图说明

图1为无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置的结构示意图；

图2是导轨安装座装置的装配示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述根据本发明的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置的结构示意图。

如图1所示，一种竖井施工用无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置。

图示无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置通过4条内导轨3将保护盘6与工作盘8连接到一起，内导轨3沿圆周方向均布，通过内导轨上端面法兰与保护盘6进行螺栓连接，下端面法兰与工作盘8进行螺栓连接，内导轨起到刚性柱子的作用。保护盘6是整个装置的顶部结构，平铺钢板，起到对工作盘上人员、设备防坠落伤害的保护作用，保护盘上平面安装有整个装置的液压站。工作盘上安装三组卷扬机用于提升临时盘10及抓岩机5，抓岩机5为中心回转式抓岩机，临时盘10下方安装抓岩机5，临时盘10上表面沿圆周均布安装4个撑紧油缸9作为临时盘10的撑紧装置。工作盘8下表面上采用法兰连接方式沿圆周均布安装4个液压推拉杆4，液压推拉杆4另一端铰接在外导轨2端面，液压推拉杆4的伸缩实现了内导轨3、外导轨2之间的相对运动，从而实现无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置的迈步动作。

进行竖井前30米施工时将预埋件1预埋到井壁内，同一个水平面上按照圆周均布4个，预埋件1在垂直方向中心重合。预埋件1即为图2的锥形螺母。竖井砌筑达到30米后将无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置中的迈步式装置通过起吊装置(地面上的吊车或者井架绞车)下放到井内(整体模板11已固定在工作盘8工字梁下表面)，首先将导轨安装座装置7安装至预埋件1上，将整个装置下放至井下，检查迈步式模板支护装置各个部位情况，合格后进行下一步使用。导轨安装座装置7包括框架结构71、限位装置72和滚轮73，安装在框架结构71上的承重销15通过挂钩16的搭接，承载整个装置的重力载荷，框架结构71固定在井壁上，挂钩16固定在工作盘8上，外导轨2安装在框架结构71内，外导轨2与框架结构71之间设置限位装置72和滚轮73。导轨安装座装置7与外导轨2等的安装结构如图2所示，预埋件1即锥形螺母提前预埋到混凝土12内，混凝土浇灌到井壁的岩石结构13上，通过承重螺栓14和预埋件1将导轨安装座装置7固定到井壁上，当外导轨2滑动时，会穿进导轨安装座装置7的框架结构71内并进行滑动，在限位装置72的制约下，和滚轮装置73的导向下，进行向上或向下的运动，正因为限位装置72和滚轮装置73在圆形井筒径向方向的制约，保证了内导轨3与外导轨2之间的平行关系。当承重销15拔出后，液压推拉杆4推出，使挂钩16连同保护盘6与工作盘8一起向下运动到一定位置后，拆下承重螺栓14，则导轨安装座装置7向下滑动到预定的下一段的锥形螺母处，用承重螺栓14将导轨安装座装置7的框架结构71与锥形螺母固定后，外导轨2向下运动到相应位置，承重销15将整个装置搭接在导轨安装座装置7。

无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置就位，位于井底的工作人员进行下一个掘砌段的打眼、填药、***工作。完成后，将临时盘10及抓岩机5下放至工作位置，吊盘上的4个撑紧油缸9开始工作撑紧液压杆，临时盘10固定，抓岩机5工作将井底***的矸石抓起，放置到地面下放的吊桶中，进行废石清除，重复作业直至井底的废石清除完成。提升临时盘10及抓岩机5至安全位置，撑紧油缸9工作固定临时盘10。无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置具有提升孔，吊桶等通过地面稳车穿过提升孔进行提升。

对新掘进段的井壁进行调整后，将整体模板11固定在井壁上，进行调平。整体模板11调整合格后，进行混凝土浇筑，浇筑完成后进入凝固时间，此时进行下一个掘进段的打眼、填药、***、除渣工作，完成后，整体模板11进行脱模，整体模板是反复使用为标准工装。脱模完成后无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置向下运行一个工作段。拔出承重螺栓，液压推杆4推出，迈步式模板支护装置中间的工作部分向下移动一个工作段，其中内导轨3平行于外导轨2运动，到达位置后将导轨安装座装置7固定。外导轨2平行于内导轨3向下运动一个工作段后，外导轨2搭接在导轨安装座装置7上，无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置完成了一次迈步循环工作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便于该技术领域的技术人员能理解和应用本发明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，包括迈步式行走装置、保护盘和工作盘，保护盘和工作盘通过内导轨固定连接，迈步式行走装置包括外导轨、推拉杆，推拉杆一端固定在工作盘下表面，一端铰接在外导轨的端面上。

2.根据权利要求1所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，外导轨通过一固定装置设置在井壁上，固定装置包括预埋件和导轨安装座装置，预埋件嵌入井壁中，导轨安装座装置可拆卸地固定在预埋件上，外导轨穿过导轨安装座装置并在导轨安装座装置内滑动。

3.根据权利要求2所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，导轨安装座装置包括框架结构、限位装置和滚轮，外导轨安装在框架结构内，外导轨与框架结构之间设置限位装置和滚轮。

4.根据权利要求2所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，预埋件为锥形预埋螺母。

5.根据权利要求4所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，导轨安装座装置通过承重螺栓固定在锥形预埋螺母上。

6.根据权利要求1所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置包括临时盘和抓岩机，抓岩机固定在临时盘下表面，临时盘与工作盘上设置的提升设备连接。

7.根据权利要求6所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，所述提升设备为卷扬机。

8.根据权利要求6所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，临时盘上表面沿圆周均布安装4个撑紧油缸，临时盘通过4个撑紧油缸固定在井壁上。

9.根据权利要求1所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，推拉杆为液压推拉杆或电动推拉杆。

10.根据权利要求1所述的无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置，其特征在于，无稳绳自支撑模块化竖井掘砌施工装置包括整体模板，整体模板固定安装在工作盘下表面。