柔性金属网托架、 铺装装置及铺装方法 技术领域 本发明涉及一种柔性金属网铺装装置及铺装方法， 尤其是涉及一种适合于地下洞 室支护施工中柔性金属网铺装的装置及其方法。
背景技术 在矿山巷道、 交通隧道、 水电站引水洞、 地下厂房等地下洞室工程的建设中， 支护 的可靠性和经济性以及施工的安全性都是需要考虑的关键性问题， 喷射混泥土和 / 或模筑 混泥土是最常用的的支护方法， 并常采用金属加筋材料来提高混泥土支护层的承载能力和 抗裂能力， 而在喷射混泥土支护中， 又常采用金属网来作为加筋材料， 并同时用来提高喷射 混泥土在地下洞室壁面上的附着能力和降低喷射浆料的回弹量， 目前所用金属网主要为现 场制作的钢筋网、 焊接钢丝网片和普通钢丝格栅。然而， 现场制作钢筋网除施工进度慢、 劳 动强度大之外， 由于钢筋刚性较大， 制作成的钢筋网很难紧贴地下洞室壁面或保持与壁面 近于相同的间隙， 且通常又采用长度较小的钢筋来降低这些缺陷， 由此带来钢筋接头较多 而影响其强度均匀性的问题， 此外， 现场人工制作方法还存在网孔尺寸或各钢筋间距不均 匀而带来的钢筋网强度分布不均等问题。焊接钢丝网虽然避免了现场制网的问题， 但因网 片的柔性极差而不得不以较小的网片尺寸来满足运输和地下洞室空间有限的要求， 现场安 装需要大量的人工拼接作业， 同时也会影响安装质量， 此外， 目前所用的焊接钢丝网所用钢 丝一股都是强度较低的钢丝， 所制作的网的强度较低， 一股仅用作临时支护。 近年开始采用 的普通钢丝格栅除了具有足够柔性而能以较大网片尺寸采用卷装方式运送到施工现场并 减少现场拼接工作量外， 未能克服焊接钢丝网的其他缺陷。
地下洞室作业环境场地狭小、 照明较差、 噪音较大、 逃离通道极其有限等影响施工 安全的不利因素并存， 而诸如岩爆和岩石掉块、 塌落、 片帮、 冒顶等灾害现象时有发生， 因此 提高施工安全性的重要手段应是尽快对地下洞室壁面进行支护或防护并尽可能减少地下 作业人员， 以便即使在这些灾害现象发生时也不至于威胁作业人员的生命安全和施工设备 的安全。 然而， 目前所用的前述金属网除了其本身的安装进度缓慢且需要较多作业人员外， 其安装与锚固作业不能同步进行， 进一步延缓了支护作业的及时性， 从而进一步加剧了施 工作业的危险性。
在地表的边坡防护或支护中也常常使用金属网， 为便于作业施工， 提高效率， 时常 采用卷绕成柔性金属网卷的柔性金属网， 其一股利用金属网的自重并辅以人工操作即可便 捷地将柔性金属网摊铺在工作面上。但对于地下洞室的支护作业， 由于其金属网铺装时系 由低点向高点反向铺装， 金属网存在因其自重而脱离工作面的趋势， 采用柔性金属网时若 仍旧人工铺装作业难度较大， 同时危险性较高。
发明内容
为了克服现有地下洞室支护中所使用的金属网施工效率低的不足， 本发明所要解 决的技术问题是提供一种能够提高施工效率的、 尤其适合应用于地下洞室支护施工中铺装柔性金属网的铺装装置及铺装方法， 以及该铺装装置及铺装方法中所使用的一种柔性金属 网托架。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 柔性金属网托架， 包括托架本体， 所 述托架本体包括两个连接在支承梁上的悬臂， 每个悬臂上各设置有一个固定装置， 每个固 定装置用于固定卷绕有柔性金属网的柔性金属网卷的一端， 所述支承梁上设置有至少一个 支座， 支座上弹性连接有可主动转动的摩擦轮， 摩擦轮的轴心线平行于所述柔性金属网卷 的轴心线， 摩擦轮的伸缩轨迹位于由摩擦轮的轴心线及柔性金属网卷的轴心线所限定的平 面内。
所述固定装置为可开合钳制式固定装置， 其包括两片钳夹及两片钳夹闭合而形成 的固定孔。
所述固定装置为由相对排列并各带有一个圆弧凹槽的两部分构成的抱箍式固定 装置。
所述摩擦轮的表面分布有凸齿。
所述摩擦轮的表面附着有增摩层。
所述支承梁为中空的固定梁， 两个悬臂为 L 型构件并相对于固定梁伸缩连接。 所述支承梁与两个悬臂为一体式结构。
所述支承梁上设置有至少两个平行排列的支座， 每一支座上均弹性连接有可主动 转动的摩擦轮。
所述托架本体的底部设置有连接结构。
本发明还提供了一种采用前述的柔性金属网托架的柔性金属网铺装装置， 包括至 少具有一个活动钻臂的凿岩台车， 所述柔性金属网托架通过所述的连接结构与活动钻臂连 接。
所述柔性金属网托架上的摩擦轮通过所述凿岩台车的控制系统驱动。
所述凿岩台车有至少两个活动钻臂， 另一个活动钻臂上连接有凿岩机。
本发明还提供了一种采用前述的柔性金属网铺装装置的柔性金属网铺装方法， 通 过固定安装到凿岩台车的活动钻臂上的柔性金属网托架抓取并托起柔性金属网卷后， 通过 凿岩台车的控制系统来移动活动钻臂及其托起的柔性金属网卷， 到达工位后， 驱动摩擦轮 转动， 带动柔性金属网卷转动， 将柔性金属网卷逐渐展铺于工作面上 ； 随即通过凿岩设备钻 孔并安装锚杆， 将柔性金属网卷展开形成的柔性金属网固定安装到工作面上。
本发明的有益效果是 ： 高强度钢丝编制成的可以卷成卷的柔性金属网的采用， 一 方面满足了地下洞室支护中对金属网强度的需要， 同时也减小了金属网的单位重量， 在减 少材料消耗的同时， 也为该金属网的快速安装提供了有利条件 ； 另一方面， 该柔性金属网的 可卷装特性能够以较小的包装尺寸提供较大的网片尺寸， 为实现机械化的快速安装提供了 可能， 同时有利于在地下洞室的狭窄空间内的搬运和操作， 也减少了网片间的连接工作量。 本发明借助于地下洞室施工中常已具备的凿岩台车来实现地下洞室柔性金属网支护的机 械化快速安装， 将专用设备的需求降至最少 ； 该柔性金属网托架的两悬臂顶端所具有的固 定装置能够方便地实现对柔性金属网卷的抓取和托起， 所配置的摩擦轮能够确保卷装的柔 性金属网顺畅地释放展开， 所安装的柔性金属网适合于独立或作为喷射混泥土、 模筑混泥 土的加筋层来对地下洞室提供支护作用， 并可实现柔性金属网的铺装与锚固平行作业， 实
现了柔性金属网的快速安装。 该铺装装置及其方法能够在地下洞室支护中实现快速而简便 地安装满足支护强度要求的柔性金属网， 并实现整个安装过程的机械化连续作业， 减少人 工操作量和施工人员， 提高地下洞室工程的施工效率， 改善施工安全， 尤其适合用于具有膨 胀性或岩爆趋势围岩的地下洞室。 附图说明
图 1 是本发明的示意图。
图 2 是本发明的带可开合式钳制式固定装置和一个摩擦轮的柔性金属网托架的 示意图 ( 支承梁与悬臂为一个整体 )。
图 3 是本发明的带可开合钳制式固定装置和两个摩擦轮的伸缩连接式悬臂的柔 性金属网托架的示意图。
图 4 是图 3 所示剖面 A-A 的剖面图。
图 5 是本发明的抱箍式固定装置的示意图。
图 6 是本发明的带凸齿摩擦轮的主视图。
图 7 是图 6 的左视图。
图 8 是柔性金属网卷的示意图。
图 9 是柔性金属网卷的另一侧面的示意图。
图中标记为， 1- 柔性金属网托架， 2- 柔性金属网卷， 3- 柔性金属网， 4- 凿岩台车， 5- 活动钻臂， 6- 活动钻臂， 7- 凿岩机， 8- 工作面， 9- 悬臂， 10- 固定装置， 11- 摩擦轮， 12- 支 座， 13- 连接结构， 14- 固定梁， 15- 螺栓， 16- 限位盘， 17- 卷筒， 18- 连接杆， 19- 凸齿， 20- 支 承梁， 21- 弧形钳夹， 22- 固定孔。 具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图 1、 图 2 所示， 本发明的柔性金属网铺装装置， 在凿岩台车 4 上的一个活动钻 臂 5 上固定安装有本发明的柔性金属网托架 1， 所述柔性金属网托架 1 的托架本体包括连 接在支承梁 20 上的两个悬臂 9， 两个悬臂 9 上各设置有一个固定装置 10， 单个固定装置 10 各用于固定卷绕有柔性金属网 3 的柔性金属网卷 2 的一端， 所述支承梁 20 上设置有一个支 座 12， 支座 12 上弹性连接有可主动转动的摩擦轮 11， 摩擦轮 11 的轴心线平行于所述柔性 金属网卷 2 的轴心线， 托架本体呈半封闭的 U 型， 由于摩擦轮 11 与支座 12 弹性连接， 其可 相对于支座 12 伸缩， 而其伸缩轨迹恰好位于由摩擦轮 11 的轴心线及柔性金属网卷 2 的轴 心线所限定的平面内， 摩擦轮 11 与支座 12 弹性连接的目的在于适应于柔性金属网卷 2 展 铺时的直径变化， 使摩擦轮 11 与柔性金属网卷 2 二者始终保持相切的状态。
为简便地实现以本发明的柔性金属网托架 1 托放柔性金属网卷 2 的目的， 摩擦轮 11 的位置很显然最好是在由支承梁 20、 两个悬臂 9 及其上的固定装置 10 所限定的框架内。
此外， 为了适应柔性金属网卷 2 直径可能存在的较大变化， 所述的摩擦轮 11 的位 置也可在必要时做成相对于两固定装置 10 的连线的间距可调节的形式， 例如， 将支座 12 做 成高度调节支座。
如图 8、 图 9 所示， 配合所述柔性金属网托架 1 而使用的柔性金属网卷 2 通常由卷装在卷筒 17 上的柔性金属网 3、 穿过卷筒 17 的连接杆 18 和两端限位盘 16 构成， 很显然， 柔 性金属网卷 2 可利用其两端的连接杆 18 固定在所述的固定装置 10 上， 不影响两端限位盘 16 之间绕在卷筒 17 上的柔性金属网 3 的打开。
作业时可应用本发明的柔性金属网铺装方法， 通过固定安装到凿岩台车 4 的活动 钻臂 5 上的柔性金属网托架 1 抓取并托起柔性金属网卷 2 后， 通过凿岩台车 4 的控制系统 来移动活动钻臂 5 及其托起的柔性金属网卷 2， 到达工位后， 驱动摩擦轮 11 转动， 带动柔性 金属网卷 2 转动， 将柔性金属网卷 2 逐渐展铺于工作面 8 上 ； 随即通过凿岩设备钻孔并安装 锚杆， 将柔性金属网卷 2 展开形成的柔性金属网 3 固定安装到工作面 8 上。
如图 1 所示， 为了实现仅用一台凿岩台车同步完成柔性金属网的铺装和锚杆固定 等全部安装工序， 所述凿岩台车 4 宜选择具有两个或两个以上的活动钻臂 5、 6 并至少有一 个臂能够实现凿岩钻孔作业的双臂或多臂台车。当然， 在仅具备仅有一个活动钻臂 5 的单 臂凿岩台车时， 它也可以配合所述柔性金属网托架 1 完成柔性金属网的铺装作业， 但整个 安装作业的完成需要借助于另一台凿岩设备来进行钻孔和锚杆安装作业。即， 所述凿岩设 备可以是安装在同一台凿岩台车 4 的另一活动钻臂 6 上的凿岩机 7， 或者独立于前述铺装装 置之外的一台单独的凿岩设备。 所述的柔性金属网 3 最好是由强度高于 1000MPa 的钢丝编制成的金属网， 该柔性 金属网 3 应当卷装成卷， 以便在保证金属网片具有较大尺寸的同时能够实现较小的包装尺 寸， 便于运送， 也便于固定到所述柔性金属网托架 1 上实现机械化铺装。
为了实现将柔性金属网卷 2 展开并铺装到工作面 8 上， 所述的柔性金属网托架 1 能够借助凿岩台车 4 的一个钻臂 5 来移动、 展开、 张紧柔性金属网 3 并使其靠近工作面 8。
如图 1、 2 所示， 所述的柔性金属网托架 1 可以是由型钢加工成的由两个悬臂 9 和 支承梁 20 组成的半封闭的托架本体， 两个悬臂 9 和支承梁 20 通常为一体式结构。其主要 功能是用以容纳和支承柔性金属网卷 2， 所用型钢包括钢板、 槽钢、 角钢、 L 型钢、 无缝钢管 和矩形钢管等或其焊接组合形式， 通常采用矩形钢管。
如图 3、 图 4 所示， 为了适应柔性金属网卷 2 长度可能存在的较大变化， 柔性金属网 托架 1 的的两个悬臂 9 间的距离最好采用可调节的方式， 例如， 所述支承梁 20 为中空的固 定梁 14， 两个悬臂 9 为 L 形构件且相对于固定梁 14 伸缩连接， 这种伸缩连接可采用常见的 螺纹连接、 液压缸连接或者是螺栓连接形式等， 如图 3 和图 4 所示， 考虑到调整的方便性以 及实际上需要适应的柔性金属网卷 2 的长度一股是离散变化的， 所述支承梁 20 为中空结构 的固定梁 14， 在固定梁 14 上设置有多排间隔设计的螺栓孔， 其与悬臂 9 之间用螺栓 15 连 接， 且其内空横截面尺寸略大于悬臂 9 与固定梁 14 配合部分的横截面外形尺寸。
如图 1、 图 2、 图 3 所示， 所述的柔性金属网托架 1 的两个悬臂 9 上各设置有一个固 定装置 10， 考虑作业方便及有效性， 固定装置 10 一股宜设置在两个悬臂 9 的顶端， 其用途是 通过固定柔性金属网卷 2 的连接杆 18 来抓取和托起柔性金属网卷 2， 并在进行后续铺装作 业时保证柔性金属网卷 2 不致脱离柔性金属网托架 1， 为此， 优选采用可由凿岩台车 4 的动 力系统所控制的可开合钳制式固定装置， 则该固定装置 10 的开合状态可自动控制， 在抓取 和托起作业时处于合拢钳紧状态， 在完成一个柔性金属网卷铺装后可以张开来将柔性金属 网的包装残余部分释放出来， 随后可以进行下一个柔性金属网卷的抓取和托起作业。
如图 5 所示， 作为一种更简单且无需动力驱动的固定方式， 所述固定装置 10 也可
以为由相对排列并各带有一个圆弧凹槽的两部分构成的抱箍式固定装置， 在该情形下， 抓 取作业前将柔性金属网卷 2 通过固定装置 10 固定到柔性金属网托架 1 上的作业需由手工 完成。
如图 1、 图 2 所示， 柔性金属网铺装过程中的一个关键步骤是将卷装的柔性金属网 3 展开， 尤其是在开始铺装一个柔性金属网卷 2 时， 由于缺乏固定点， 活动钻臂 5 的移动是不 能释放出金属网片的。为此， 所述的柔性金属网托架 1 上设置有一个支座 12 和弹性连接于 支座 12 上的摩擦轮 11， 该摩擦轮 11 通过其支座 12 上的弹簧或液压顶升机构或其它的弹性 连接结构来保持与柔性金属网卷 2 表面始终处于接触状态， 该摩擦轮 11 相对于柔性金属网 卷 2 是可以主动转动的， 这种主动转动的实现优选是将摩擦轮的驱动并入凿岩台车 4 的动 力系统的方式， 达到结构上的简化， 也可以采用另外单独的驱动装置， 优选将其驱动装置的 控制并入凿岩台车 4 的控制系统， 通过驱动该摩擦轮 11 的转动带动柔性金属网卷 2 转动来 释放出柔性金属网 3 使其顺畅展开。在一个柔性金属网卷 2 安装的的中间阶段， 由于已有 锚杆的固定作用， 该摩擦轮 11 可以退出工作， 网片的展开可依靠活动钻臂 5 移动时的拖动 作用来完成。
如图 3、 图 4 所示， 为了提高所述摩擦轮 11 的转动带动作用或在一个摩擦轮 11 发 生故障时不致影响施工作业， 所述支座 12 和固定在其上部的摩擦轮 11 可以有两组或多组， 并平行排列在支承梁 20 上。 如图 1、 图 2、 图 3、 图 6、 图 7 所示， 为了提高所述摩擦轮 11 的摩擦效果， 其表面通 常分布有凸齿 19， 当然也可以简单采用在摩擦轮 11 的表面附着橡胶层等增摩层的方式。
如图 1、 图 2、 图 3 所示， 为了实现所述的柔性金属网托架 1 与凿岩台车 4 的配合使 用， 并直接利用凿岩台车的动力驱动系统， 所述柔性金属网托架 1 的底部带有与钻臂 5 的连 接结构 13， 其具体实现形式取决于不同型号凿岩台车 4 的活动钻臂 5 上所具有的连接条件， 例如可采用常规的螺栓连接或者销接等连接结构。
本发明宜相应选用现有的以强度高于 1000MPa 的高强度钢丝编制成的可以卷成 卷的柔性金属网， 如： 于 2000 年 6 月 14 日公开的， 公开号为 CN1256734A 的中国发明专利申 请 “用作碎石护屏或用于保护土壤表层的丝网及其制造方法和装置” 中所公开的金属网， 将 其按一定要求卷装成卷后， 安装到柔性金属网托架 1 上以用于施工。