竖井凿岩台车及其施工方法.pdf

本发明公开了一种竖井凿岩台车及其施工方法，竖井凿岩台车包括动力舱和工作舱，所述动力舱通过用于360°旋转的回转机构与工作舱连接，回转机构内腔形成通行孔，动力舱通过通行孔与工作舱连通，动力舱连接有提升机构，工作舱内设置有钻机机构。本发明采用机械化凿岩，增加了施工安全性，保证了施工质量及效率。

1.  一种竖井凿岩台车，其特征在于：包括动力舱（1）和工作舱（2），所述动力舱（1）通过用于360°旋转的回转机构与工作舱连接，回转机构内腔形成通行孔，动力舱（1）通过通行孔与工作舱（2）连通，动力舱（1）连接有提升机构，工作舱内设置有钻机机构。

2.  根据权利要求1所述的竖井凿岩台车，其特征在于：所述提升机构包括提升装置、提升钢绳（3）、提升滑轮（4）和提升滑轮座（5），提升装置通过提升钢绳（3）与提升滑轮（4）连接，提升滑轮（4）通过提升滑轮轴（6）设置在提升滑轮座（5）上，提升滑轮座（5）固定设置在动力舱（1）上。

3.  根据权利要求2所述的竖井凿岩台车，其特征在于：所述提升滑轮座（5）上沿竖井轴向设置有滑轮轴滑槽（7），提升滑轮轴（6）滑动设置在滑轮轴滑槽（7）中。

4.  根据权利要求1、2或3所述的竖井凿岩台车，其特征在于：所述动力舱上对称分布有二套安全防护机构，正常状态时，动力舱（1）在提升钢绳（3）带动下在安全防护机构上上下运动；当提升钢绳（3）断裂时，动力舱（1）锁定在安全防护机构上。

5.  根据权利要求4所述的竖井凿岩台车，其特征在于：所述安全防护机构包括传动装置和制动装置，制动装置一端连接到提升滑轮轴（6）上，另一端与传动装置配合锁定或解锁；正常状态时，提升滑轮轴（6）位于滑轮轴滑槽（7）上端，动力舱（1）在提升钢绳（3）带动下在传动装置上上下运动；当提升钢绳（3）断裂时，提升滑轮轴（6）位于滑轮轴滑槽（7）下端，制动装置与传动装置配合将动力舱（1）锁定在传动装置上。

6.  根据权利要求5所述的竖井凿岩台车，其特征在于：所述传动装置包括防护链（8）、上导轮（9）、下导轮、制动链轮（10）和棘轮，制动链轮（10）设置在上导轮（9）和下导轮之间，棘轮与制动链轮（10）相联接，防护链（8）两端分别固定在井口和井底，且防护链（8）绕过上导轮（9）和下导轮并与制动链轮（10）啮合；正常状态时，提升滑轮轴（6）位于滑轮轴滑槽（7）上端，动力舱（1）在提升钢绳（3）带动下在防护链（8）上上下运动；当提升钢绳（3）断裂时，提升滑轮轴（6）位于滑轮轴滑槽（7）下端，制动装置与传动装置配合将动力舱（1）锁定在防护链（8）上。

7.  根据权利要求6所述的竖井凿岩台车，其特征在于：所述制动装置包括制动拴（11）、制动栓拉线（12）和制动拴弹簧（13），当处于锁定状态时，制动拴（11）插入棘轮，当处于解锁状态时，制动拴（11）与棘轮分离，制动拴弹簧（13）一端与制动拴（11）配合，另一端与制动栓拉线（12）连接，制动栓拉线（12）连接到提升滑轮轴（6）上。

8.  根据权利要求1、2、3、5、6或7所述的竖井凿岩台车，其特征在于：所述动力舱（1）上还设置有环向稳定机构，环向稳定机构包括上层环向稳定机构和下层环向稳定机构，上层环向稳定机构和下层环向稳定机构均包括三根径向均匀设置的环向稳定油缸（14），环向稳定油缸（14）一端固定设置在动力舱（1）上，另一端与竖井井壁配合。

9.  根据权利要求8所述的竖井凿岩台车，其特征在于：所述钻机机构包括钻机动力总成（17）和由钻机动力总成（17）带动的钻机（18），钻机动力总成（17）设置在动力舱（1）内，钻机（18）固定设置在工作舱（2）内的钻机支座（19）上，钻机支座（19）设置在钻机升降机构上。

10.  一种竖井凿岩台车的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、放下台车至需要钻孔的位置，操作环向稳定机构顶紧竖井壁固定好台车，操作回转机构使钻机对齐需要钻孔的位置，操作钻机升降机构对准需要钻的孔进行钻孔作业，反复至需要钻的孔都钻完；
b、操作环向稳定机构收回，再放下台车至下一钻孔位置钻孔，至竖井上所有需钻的孔都钻完；
c、提起台车到竖井口，拆除钻机机构和钻机升降机构，将动力舱改为炸药存放舱，工作舱改为装药舱，将台车放下竖井，通过人工进行炮孔装药作业后再进行竖井爆破。

竖井凿岩台车及其施工方法
技术领域
    本发明涉及一种竖井凿岩台车及其施工方法，属于竖井施工设备和方法技术领域。
背景技术
在水电站及地下坑道工程因功能需求要设置竖井，目前竖井开挖通过反井钻机先钻出直径1.4米的小竖井，再通过爆破扩挖至需要尺寸。 因竖井下方均有先期施工的隧道，爆破后的渣石就落入下方隧道，再通过车辆运出。
例如，中国专利公开号“ 201546731U”公开了一种超大直径深竖井工程施工配套装置，公开日为2010-08-11，包括吊桶、吊盘、伞钻、挖掘机和喷浆机，所述吊桶用于提升和下放物料、设备和人员；所述吊盘用于放置竖井内设备和遮挡坠物；所述伞钻用于钻炮眼；所述挖掘机用于向所述吊桶内装岩石；所述喷浆机用于向岩壁喷射混凝土。但目前爆破施工的打炮眼及装药施工均采用通过井口上方设置的卷扬机放下的吊篮/吊桶载人，用风镐/伞钻打眼，装药，劳动强度大，危险性高，施工质量及效率差。
发明内容
    本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种竖井凿岩台车及其施工方法。本发明采用机械化凿岩，增加了施工安全性，保证了施工质量及效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种竖井凿岩台车，其特征在于：包括动力舱和工作舱，所述动力舱通过用于360°旋转的回转机构与工作舱连接，回转机构内腔形成通行孔，动力舱通过通行孔与工作舱连通，动力舱连接有提升机构，工作舱内设置有钻机机构。
所述提升机构包括提升装置、提升钢绳、提升滑轮和提升滑轮座，提升装置通过提升钢绳与提升滑轮连接，提升滑轮通过提升滑轮轴设置在提升滑轮座上，提升滑轮座固定设置在动力舱上。
所述提升滑轮座上沿竖井轴向设置有滑轮轴滑槽，提升滑轮轴滑动设置在滑轮轴滑槽中。
所述动力舱上对称分布有二套安全防护机构，正常状态时，动力舱在提升钢绳带动下在安全防护机构上上下运动；当提升钢绳断裂时，动力舱锁定在安全防护机构上。
所述安全防护机构包括传动装置和制动装置，制动装置一端连接到提升滑轮轴上，另一端与传动装置配合锁定或解锁；正常状态时，提升滑轮轴位于滑轮轴滑槽上端，动力舱在提升钢绳带动下在传动装置上上下运动；当提升钢绳断裂时，提升滑轮轴位于滑轮轴滑槽下端，制动装置与传动装置配合将动力舱锁定在传动装置上。
所述传动装置包括防护链、上导轮、下导轮、制动链轮和棘轮，制动链轮设置在上导轮和下导轮之间，棘轮与制动链轮相联接，防护链两端分别固定在井口和井底，且防护链绕过上导轮和下导轮并与制动链轮啮合；正常状态时，提升滑轮轴位于滑轮轴滑槽上端，动力舱在提升钢绳带动下在防护链上上下运动；当提升钢绳断裂时，提升滑轮轴位于滑轮轴滑槽下端，制动装置与传动装置配合将动力舱锁定在防护链上。
所述制动装置包括制动拴、制动栓拉线和制动拴弹簧，当处于锁定状态时，制动拴插入棘轮，当处于解锁状态时，制动拴与棘轮分离，制动拴弹簧一端与制动拴配合，另一端与制动栓拉线连接，制动栓拉线连接到提升滑轮轴上。
所述动力舱上还设置有环向稳定机构，环向稳定机构包括上层环向稳定机构和下层环向稳定机构，上层环向稳定机构和下层环向稳定机构均包括三根径向均匀设置的环向稳定油缸，环向稳定油缸一端固定设置在动力舱上，另一端与竖井井壁配合。
所述回转机构包括旋转电机和由旋转电机带动的回转轴承，回转轴承内腔形成通行孔。
所述钻机机构包括钻机动力总成和由钻机动力总成带动的钻机，钻机动力总成设置在动力舱内，钻机固定设置在工作舱内的钻机支座上，钻机支座设置在钻机升降机构上。
所述钻机升降机构包括升缩臂、升缩槽和升缩油缸，钻机支座固定连接在升缩臂上，升缩臂设置在工作舱下的升缩槽中，升缩槽中设置升缩油缸，升缩油缸一端与升缩槽固定连接，另一端与升缩臂连接。
一种竖井凿岩台车的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、放下台车至需要钻孔的位置，操作环向稳定机构顶紧竖井壁固定好台车，操作回转机构使钻机对齐需要钻孔的位置，操作钻机升降机构对准需要钻的孔进行钻孔作业，反复至需要钻的孔都钻完；
b、操作环向稳定机构收回，再放下台车至下一钻孔位置钻孔，至竖井上所有需钻的孔都钻完；
c、提起台车到竖井口，拆除钻机机构和钻机升降机构，将动力舱改为炸药存放舱，工作舱改为装药舱，将台车放下竖井，通过人工进行炮孔装药作业后再进行竖井爆破。
采用本发明的优点在于：
一、本发明包括动力舱和工作舱，所述动力舱通过用于360°旋转的回转机构与工作舱连接，回转机构内腔形成通行孔，动力舱通过通行孔与工作舱连通，动力舱连接有提升机构，工作舱内设置有钻机机构，采用此结构，工作舱可在回转机构作用下360°旋转，钻孔时不会有因为舱体结构遮挡产生的钻孔盲区，并且采用机械化凿岩，增加了施工安全性，保证了施工质量及效率。
二、本发明中，所述提升机构包括提升装置、提升钢绳、提升滑轮和提升滑轮座，提升装置通过提升钢绳与提升滑轮连接，提升滑轮通过提升滑轮轴设置在提升滑轮座上，提升滑轮座固定设置在动力舱上，采用此结构，提高了台车在升降时的稳定性。
三、本发明中，所述提升滑轮座上沿竖井轴向设置有滑轮轴滑槽，提升滑轮轴滑动设置在滑轮轴滑槽中，采用此结构，使得提升滑轮在滑轮轴滑槽中可以沿竖井轴向运动，从而与设置的安全防护机构结合起来配合进行安全防护，提高了安全防护的可靠性。
四、本发明中，所述动力舱上对称分布有二套安全防护机构，正常状态时，动力舱在提升钢绳带动下在安全防护机构上上下运动；当提升钢绳断裂时，动力舱锁定在安全防护机构上，采用二套安全防护机构，进一步保证了施工安全，并且在正常状态时安全防护机构不影响施工，只有在提升钢绳断裂时，安全防护机构才启动，使得安全防护具有实时性。
五、本发明中，所述安全防护机构包括传动装置和制动装置，制动装置一端连接到提升滑轮轴上，另一端与传动装置配合锁定或解锁；正常状态时，提升滑轮轴位于滑轮轴滑槽上端，动力舱在提升钢绳带动下在传动装置上上下运动；当提升钢绳断裂时，提升滑轮轴位于滑轮轴滑槽下端，制动装置与传动装置配合将动力舱锁定在传动装置上，采用此结构，使制动装置、传动装置和提升机构相配合进行安全防护，并不是单一的防护结构，直接采用机械传递防护结构，安全性更高。
六、本发明中，所述传动装置包括防护链、上导轮、下导轮、制动链轮和棘轮，制动链轮设置在上导轮和下导轮之间，棘轮与制动链轮相联接，防护链两端分别固定在井口和井底，且防护链绕过上导轮和下导轮并与制动链轮啮合；正常状态时，提升滑轮轴位于滑轮轴滑槽上端，动力舱在提升钢绳带动下在防护链上上下运动；当提升钢绳断裂时，提升滑轮轴位于滑轮轴滑槽下端，制动装置与传动装置配合将动力舱锁定在防护链上，采用此结构，使得安全防护机构不仅具有安全防护功能，而且在非正常状态时，还可以使台车在防护链上升降，升降更平稳。
七、本发明中，所述制动装置包括制动拴、制动栓拉线和制动拴弹簧，当处于锁定状态时，制动拴插入棘轮，当处于解锁状态时，制动拴与棘轮分离，制动拴弹簧一端与制动拴配合，另一端与制动栓拉线连接，制动栓拉线连接到提升滑轮轴上，采用此结构，制动栓在弹簧的作用下插入棘轮，此时棘轮不能转动，在拉线牵引下可克服弹簧力从棘轮中拔出，棘轮可自动转动；正常状态时，钢绳拉紧滑轮同时拉紧制动拉线，拔出制动拴，制动链轮与防护链啮合转动，让台车可在竖井中随钢绳的牵引上下运动，当钢绳断裂时，制动拉线松弛，制动栓在弹簧作用下插入棘轮，同时让制动链轮停止转动，台车便挂在与制动轮啮合的防护链上防止坠落。
八、本发明中，所述动力舱上还设置有环向稳定机构，环向稳定机构包括上层环向稳定机构和下层环向稳定机构，上层环向稳定机构和下层环向稳定机构均包括三根径向均匀设置的环向稳定油缸，环向稳定油缸一端固定设置在动力舱上，另一端与竖井井壁配合，采用此结构，动力舱除装载动力系统等工作模块外，还在钻机工作时承受钻机工作载荷，并通过环向稳定机构将载荷传递到井壁，起到稳定台车作用。
九、本发明中，所述回转机构包括旋转电机和由旋转电机带动的回转轴承，回转轴承内腔形成通行孔，采用此结构，不需要另外设置通行孔即可将动力舱和工作舱连通，且实现了工作舱的360°旋转。
十、本发明中，所述钻机机构包括钻机动力总成和由钻机动力总成带动的钻机，钻机动力总成设置在动力舱内，钻机固定设置在工作舱内的钻机支座上，钻机支座设置在钻机升降机构上，钻机安装于钻机升降机构上，通过升降机构可精确调整钻孔位置，并且在台车一次定位时可多钻几层炮孔，提高工效。
十一、采用本发明的施工方法，采用一个台车，不仅实现了钻孔作业，而且实现了装药作业，实现了台车的多功能化，节约了施工成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明钻孔作业时的结构示意图
图3为图1的A向结构示意图
图4为图1的B向结构示意图
图5为图1的C向结构示意图
    图中标记为：1、动力舱，2、工作舱，3、提升钢绳，4、提升滑轮，5、提升滑轮座，6、提升滑轮轴，7、滑轮轴滑槽，8、防护链，9、上导轮，10、制动链轮，11、制动拴，12、制动栓拉线，13、制动拴弹簧，14、环向稳定油缸，15、旋转电机，16、回转轴承，17、钻机动力总成，18、钻机，19、钻机支座，20、升缩臂，21、升缩槽，22、升缩油缸。
具体实施方式
实施例1
一种竖井凿岩台车，包括动力舱1和工作舱2，所述动力舱1通过用于360°旋转的回转机构与工作舱2连接，回转机构内腔形成通行孔，动力舱1通过通行孔与工作舱2连通，动力舱1连接有提升机构，工作舱2内设置有钻机机构。
本实施例的优选实施方式为，所述提升机构包括提升装置、提升钢绳3、提升滑轮4和提升滑轮座5，提升装置通过提升钢绳3与提升滑轮4连接，提升滑轮4通过提升滑轮轴6设置在提升滑轮座5上，提升滑轮座5固定设置在动力舱1上。
进一步地，所述提升滑轮座5上沿竖井轴向设置有滑轮轴滑槽7，提升滑轮轴6滑动设置在滑轮轴滑槽7中。
本实施例的又一优选实施方式为，所述动力舱1上对称分布有二套安全防护机构，正常状态时，动力舱1在提升钢绳3带动下在安全防护机构上上下运动；当提升钢绳3断裂时，动力舱1锁定在安全防护机构上。
进一步地，所述安全防护机构包括传动装置和制动装置，制动装置一端连接到提升滑轮轴6上，另一端与传动装置配合锁定或解锁；正常状态时，提升滑轮轴6位于滑轮轴滑槽7上端，动力舱1在提升钢绳3带动下在传动装置上上下运动；当提升钢绳3断裂时，提升滑轮轴6位于滑轮轴滑槽7下端，制动装置与传动装置配合将动力舱1锁定在传动装置上。
进一步地，所述传动装置包括防护链8、上导轮9、下导轮、制动链轮10和棘轮，制动链轮10设置在上导轮9和下导轮之间，棘轮与制动链轮10相联接，防护链8两端分别固定在井口和井底，且防护链8绕过上导轮9和下导轮并与制动链轮10啮合；正常状态时，提升滑轮轴6位于滑轮轴滑槽7上端，动力舱1在提升钢绳3带动下在防护链8上上下运动；当提升钢绳3断裂时，提升滑轮轴6位于滑轮轴滑槽7下端，制动装置与传动装置配合将动力舱1锁定在防护链8上。
进一步地，所述制动装置包括制动拴11、制动栓拉线12和制动拴弹簧13，当处于锁定状态时，制动拴11插入棘轮，当处于解锁状态时，制动拴11与棘轮分离，制动拴弹簧13一端与制动拴11配合，另一端与制动栓拉线12连接，制动栓拉线12连接到提升滑轮轴6上。
本实施例的又一优选实施方式为，所述动力舱1上还设置有环向稳定机构，环向稳定机构包括上层环向稳定机构和下层环向稳定机构，上层环向稳定机构和下层环向稳定机构均包括三根径向均匀设置的环向稳定油缸14，环向稳定油缸14一端固定设置在动力舱1上，另一端与竖井井壁配合。
本实施例的又一优选实施方式为，所述回转机构包括旋转电机15和由旋转电机15带动的回转轴承16，回转轴承16内腔形成通行孔。
本实施例的又一优选实施方式为，所述钻机机构包括钻机动力总成17和由钻机动力总成17带动的钻机18，钻机动力总成17设置在动力舱1内，钻机18固定设置在工作舱2内的钻机支座19上，钻机支座19设置在钻机升降机构上。
进一步地，所述钻机升降机构包括升缩臂20、升缩槽21和升缩油缸22，钻机支座19固定连接在升缩臂20上，升缩臂20设置在工作舱2下的升缩槽21中，升缩槽21中设置升缩油缸22，升缩油缸22一端与升缩槽21固定连接，另一端与升缩臂20连接。
一种竖井凿岩台车的施工方法，包括如下步骤：
a、放下台车至需要钻孔的位置，操作环向稳定机构顶紧竖井壁固定好台车，操作回转机构使钻机对齐需要钻孔的位置，操作钻机升降机构对准需要钻的孔进行钻孔作业，反复至需要钻的孔都钻完；
b、操作环向稳定机构收回，再放下台车至下一钻孔位置钻孔，至竖井上所有需钻的孔都钻完；
c、提起台车到竖井口，拆除钻机机构和钻机升降机构，将动力舱改为炸药存放舱，工作舱改为装药舱，将台车放下竖井，通过人工进行炮孔装药作业后再进行竖井爆破。
实施例2
本发明中的台车由动力舱及工作舱组成。
台车动力舱上设置有二套安全防护机构，安全防护机构安装于动力舱上方且对称分布的。
安全防护机构由两端固定在井口与井底的防护链8、安装在机座上的上下导轮、上下导轮之间的制动链轮10、与制动链轮10相联的棘轮、制动拴11、制动栓拉线12、制动拴弹簧13组成。防护链8绕过上下导轮与制动链轮10啮合，在制动栓11拔出时，随着台车上下，制动链轮10可自转转动。
 提升滑轮4在提升钢绳3牵引下，在滑轮轴滑槽7中向上运动，同时拉紧与提升滑轮轴6相连的制动拴拉线12。制动栓11在制动栓弹簧13的作用下插入棘轮，此时棘轮不能转动，在制动栓拉线12牵引下可克服制动栓弹簧13的力从棘轮中拔出，棘轮可自动转动。
正常状态时，提升钢绳3拉紧提升滑轮4同时拉紧制动拉线12，拔出制动栓11，制动链轮10与防护链8啮合转动，让台车可在竖井中随提升钢绳3的牵引上下运动。当提升钢绳3断裂时，制动栓拉线12松弛，制动栓11在制动栓弹簧13作用下插入棘轮，同时让制动链轮10停止转动，台车便挂在与制动链轮10啮合的防护链8上防止坠落。
台车工作舱2由舱体、控制及通信系统、液压钻机及钻机升降机构组成。
动力舱1除装载动力系统等工作模块外，还在钻机工作时承受钻机工作载荷，并通过环向稳定油缸14将载荷传递到井壁，起到稳定台车作用。回转轴承16中间开有与工作舱2通行的通行孔。
工作舱2与动力舱1通过回转轴承16相连，可在回转机构作用下360°旋转，这样钻孔时不会有因为舱体结构遮挡产生的钻孔盲区。
钻机安装于钻孔升降机构上，通过升降机构可精确调整钻孔位置，并且在台车一次定位时可多钻几层炮孔，提高工效。
本发明的工作原理为：通过竖井口设置的龙门吊车放下台车至需要钻孔的位置，操作环向稳定油缸顶紧竖井壁固定好台车，操作回转机构让钻机对齐需要钻孔的位置，操作钻机升降机构对准需要钻的孔进行钻孔作业，反复至需要钻的孔都钻完。操作环向稳定油缸收回，再通过龙门吊车放下台车至下一钻孔位置钻孔。至竖井上所有需钻的孔都钻完，提起台车到竖井口，拆除钻机动力系统，钻机及钻机升降机构，将动力舱改为炸药存放舱，工作舱改为装药舱，将台车放下竖井，通过人工进行炮孔装药作业后再进行竖井爆破。