Комплекс для проведения выработок в слабоустойчивых породах

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проведения выработок в неустойчивых породах при строительстве метрополитенов с обеспечением сохранности поверхностных сооружений. Обеспечивает увеличение скорости проходки выработок, повышение безопасности ведения работ, снижение затраты времени на предварительное крепление, более точное профилирование выработки и повышение производительности проходки. Комплекс содержит рабочий орган в виде съемной планшайбы (10) с резцами (11) по всей ее поверхности, защитную оболочку, выполненную в виде консоли (14), жестко закрепленной по всему периметру планшайбы (10), механизм передвижения (13) рабочего органа и блокоукладчик. Съемная планшайба (10) выполнена с окнами (17) для предварительного ослабления забоя и уборки разрушенной породы, а также снабжена двумя удерживающими ее гидроцилиндрами с выдвижными стопорами (15) и закреплена на поворотном рычаге (5), установленном на несущей раме (2) блокоукладчика, связанного с механизмом передвижения (13), причем на одном из концов поворотного рычага (5) расположен захват (6) для тюбинга (7), выполненный с возможностью замены его гидромолотом (8). 7 ил.

 

Комплекс предназначен для проведения выработок в неустойчивых породах в подземном пространстве под городскими застройками большой интенсивности и представляющими архитектурные или исторические ценности.

Известен способ [по патенту РФ №2209978, МПК E21D 9/00, публ. 2003 г.] сооружения тоннелей мелкого заложения с помощью проходческого щита. Способ сооружения тоннеля включает строительство входного и выходного котлованов, проходку из выходного котлована по трассе сооружаемого тоннеля направляющей скважины с прокладкой в ней крепежной трубы, размещение во входном котловане домкратной станции, расширение скважины при одновременном осуществлении процессов выдавливания из скважины крепежной трубы под действием домкратной станции, разработки грунта в забое и его отгрузки, возведение обделки тоннеля. Выдавливание крепежной трубы производят путем введения в скважину закрепленного на переднем торце щита нажимного цилиндра и последующего воздействия через него на нее. Расширение направляющей скважины осуществляют за нажимным цилиндром в нижней части щита в забое, имеющем в поперечном сечении форму арки, ширина основания которой превышает диаметр направляющей скважины и в вершину которой вписан контур направляющей скважины. Устройство для сооружения тоннеля включает щит с ножеупорной секцией и гидроцилиндрами управления, домкратную станцию и установку для разработки и транспортирования грунта. Щит снабжен нажимным цилиндром, неподвижно прикрепленным одним торцом к переднему торцу ножеупорной секции. Его оболочка выполнена в поперечном сечении в виде арки, ширина основания которой превышает наружный диаметр нажимного цилиндра, а внешний контур последнего в его поперечном сечении вписан во внешний контур вершины оболочки. Установка для разработки и транспортирования грунта размещена за нажимным цилиндром в нижней части щита. Однако проведение выработок с помощью такого проходческого щита невозможно при проходке тоннелей и камер, особенно вспомогательного назначения незначительной длины, так как стоимость и время проведения выработок увеличиваются из-за сложности проведения монтажно-демонтажных работ, также данный способ требует большого объема буровых работ и высокой трудоемкости обслуживания.

Известен также способ проходки тоннеля [по патенту РФ №2167300, МПК E21D 9/00, публ. 2001 г.] в слабоустойчивых грунтах. Способ включает установку защиты экранов из труб и выемку породы под защитой этих экранов. Трубы с нарезанными на торцах зубьями вдавливают параллельно оси тоннеля из проходческого щита по периметру тоннеля с одновременными периодическими поворотами по часовой и против часовой стрелки или вращением вокруг оси, а при проходке тоннеля в глинистых грунтах перед вдавливанием труб защитного экрана разгружают массив пород впереди забоя скважинами, которые проходят по контуру тоннеля. Устройство для реализации способа содержит проходческий щит, буровую машину для ослабления массива и защитные экраны. Использование такого способа проведения выработок позволяет снизить стоимость отделки тоннеля, однако такой способ требует чрезмерно большого объема буровых работ, возникают сложности при перемещении буровой машины в пределах проходческого комплекса и производительность низкая.

Известно устройство [по патенту РФ №2096622, МПК E21D 9/00, публ. 1997 г.], в котором для сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах предлагается использовать метод опережающей крепи. Сущность изобретения: устройство для сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи имеет самоходную портальную раму, на которой смонтированы передняя и задняя дуговые направляющие одного диаметра, в которых с каждой стороны тоннеля установлена подвижная каретка с консолью и приводом перемещения, шарнирно соединенная с продольной рамой с пазами, в которых установлена подрезочная машина, снабженная гидроцилиндрами продольного перемещения, соединенными с продольной рамой, на каждой каретке установлен подъемный цилиндр, одним концом опертый на консоль каретки, а другим связанный с продольной подъемной рамой с возможностью качания, каждая подрезочная машина выполнена с возможностью поворота режущего органа в плоскости резания под прямым углом и прорезания штробы в подошве тоннеля вдоль его стенки. Однако такое устройство обладает следующими недостатками: защита только верхней части тоннеля, сложность вписания в габариты сечения выработок врубовой машины, цикличность работы.

Известно устройство [по патенту РФ №2211925, МПК E21D 9/06, публ. 2003 г.], принятое за прототип, в котором для сооружения тоннелей большой протяженности под морским или речным дном предлагается использовать проходческий механизированный щит без выемки грунта при условии мелкого залегания щита от дна моря или реки до свода, высота которого колеблется от 1-10 м в зависимости от типа грунта и профиля дна. Задачей изобретения является повышение функциональности и эффективности работы щита. Механизированный щит состоит из элемента разрушения породы, оболочки щита для безопасного ведения работ и размещения механизмов передвижения, установленных на опорном кольце, уплотняющего устройства для предотвращения попадания породы в тоннель и содержит глухую, отделяющую рабочую зону от забоя, перегородку, по периметру которой смонтированы брандспойты. Элемент разрушения породы выполнен в виде конусной планшайбы реверсивного вращения с элементами резания и лопастными ячейками, которые подают разжиженный грунт к сводчатой части щита и создают условия растекания грунта за тоннельное и водное пространства. Диаметр конусной планшайбы может превышать диаметр щита, причем в этом варианте выполнения ось щита смещена на величину разницы диаметров. Недостатками данного устройства являются большая металлоемкость проходческого щита, сложность монтажно-демонтажных работ и невысокая производительность.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков устройства, а именно упрощение конструкции и монтажно-демонтажных работ комплекса.

Технический результат достигается тем, что в комплексе для проведения выработок в слабоустойчивых породах, содержащем рабочий орган в виде съемной планшайбы с резцами по всей ее поверхности, защитную оболочку, механизм передвижения рабочего органа и блокоукладчик, согласно изобретению защитная оболочка выполнена в виде консоли, жестко закрепленной с возможностью удержания кровли, боковых зон и самого забоя на планшайбе, которая выполнена с окнами для предварительного ослабления забоя и уборки разрушенной породы, снабжена двумя удерживающими ее гидроцилиндрами с выдвижными стопорами и закреплена на поворотном рычаге, установленном на несущей раме блокоукладчика, связанного с механизмом передвижения, причем на одном из концов поворотного рычага расположен захват для тюбинга, выполненный с возможностью замены его гидромолотом,

Применение более простой конструкции комплекса для проведения выработок в слабоустойчивых породах позволит снизить затраты времени и объем на предварительное крепление.

Предлагаемый комплекс поясняется чертежами. На фиг.1 показан продольный разрез комплекса; на фиг.2 показан вид по А комплекса по фиг.1; на фиг.3 показано ослабление массива ударами долота гидромолота комплекса; на фиг.4 и 5 показано разрушение забоя рабочим органом на ширину кольца обделки; на фиг.6 - крепление выработанного пространства тюбингами; на фиг.7 - временное удержание планшайбы телескопическими трубами с досками и штырями.

Комплекс состоит из стоек 1, несущей рамы 2, раскос 3, усиливающих балок 4. Блокоукладчик снабжен поворотным рычагом 5 с захватом 6 для тюбингов 7 (фиг.6) или для гидромолота 8 (фиг.3). На поворотном рычаге 5 с помощью креплений 9 установлен рабочий орган в виде съемной планшайбы 10, на которой со стороны забойной части расположены резцы 11 по всей поверхности планшайбы так, что весь набор резцов осуществляет одновременное разрушение забоя. На несущей раме 2 установлены привод 12 вращения поворотного рычага 5, механизм перемещения 13 блокоукладчика, гидрооборудование, электрооборудование и выдвижные платформы (не показаны). Удержание кровли, боковых зон и самого забоя осуществляется защитной оболочкой в виде консоли 14, жестко закрепленной на съемной планшайбе 10, а удержание самой планшайбы 10 от опрокидывания осуществляется выдвижными стопорами 15 гидроцилиндров 16, жестко закрепленных на съемной планшайбе 10. Предварительное ослабление забоя осуществляется ударами долота гидромолота 8 через предусмотренные в планшайбе 10 окна 17 (фиг.2), через которые также происходит уборка разрушенной породы.

Для удержания съемной планшайбы 10 от опрокидывания в конце рабочего цикла также может использоваться временное крепление планшайбы с помощью телескопически раздвигаемых металлических труб 18 (фиг.7) с досками и штырями. Доски закладываются вплотную к планшайбе 10 за телескопически раздвигаемые металлические трубы 18, которые устанавливают в четыре-пять рядов на металлических штырях, вставляемых в предварительно пробуренные через окна 17 планшайбы в забой шпуры. Концы металлических труб 18 заводят в лунки, разработанные в боках выработки.

Работа комплекса осуществляется следующим образом (фиг.3-7). На захват 6 поворотного рычага 5 блокоукладчика закрепляют гидромолот 8 (фиг.3). При помощи механизма перемещения 13 блокоукладчик подвигают на ширину кольца обделки (ширину тюбинга) и ударами долота (пики) гидромолота 8 производят предварительное ослабление забоя через предусмотренные для этого окна 17 в планшайбе 10 (фиг.3). Далее отсоединяют гидромолот 8 от поворотного рычага 5 и креплениями 9 закрепляют планшайбу 10 на поворотном рычаге 5 (фиг.4). После закрепления планшайбы 10 на поворотном рычаге 5 выдвижные стопоры 15 гидроцилиндров 16, удерживающие планшайбу 10 от опрокидывания, возвращают в исходное положение. Включают привод 12 вращения поворотного рычага 5 и планшайбы 10 с установленными на ней резцами 11, осуществляют разрушение породы забоя, причем разрушение породы осуществляют вращающими движениями поворотного рычага при повороте на 180° первоначально в одну, затем в другую сторону. При этом разрушение породы осуществляется одновременно с удержанием кровли по всему сечению выработки с помощью консоли 14, жестко закрепленной на съемной планшайбе 10. По мере отработки забоя планшайбу 10 вдавливают в забой выработки усилием подачи блокоукладчика, перемещение которого осуществляют механизмом передвижения 13. После прохождения забоя (фиг.5) комплексом на ширину кольца обделки (ширину тюбинга) планшайбу 10 отсоединяют от поворотного рычага 5 блокоукладчика, предварительно выдвинув стопоры 15 гидроцилиндров 16 планшайбы 10, и на поворотный рычаг 5 при помощи установленного на нем захвата 6 крепят тюбинг 7 (фиг.6) для крепления выработанного пространства. После установки тюбингов 7 по всему сечению выработки к захвату 6 поворотного рычага 5 крепят гидромолот 8 (фиг.3). Затем цикл повторяется. По окончании каждого цикла временное удержание планшайбы 10 от опрокидывания помимо выдвижных стопоров 15 гидроцилиндров 16 планшайбы 10, также может осуществлятся с помощью телескопически раздвигаемых металлических труб 18 (фиг.7) с досками и штырями.

Применение более простой конструкции комплекса для проведения выработок в слабоустойчивых породах позволит снизить затраты времени и объем на предварительное крепление и решить проблемы эффективного проведения выработок в слабоустойчивых породах с большей производительностью.

Комплекс для проведения выработок в слабоустойчивых породах, содержащий рабочий орган в виде съемной планшайбы с резцами по всей ее поверхности, защитную оболочку, механизм передвижения рабочего органа и блокоукладчик, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена в виде консоли, жестко закрепленной с возможностью удержания кровли, боковых зон и самого забоя на планшайбе, которая выполнена с окнами для предварительного ослабления забоя и уборки разрушенной породы, снабжена двумя удерживающими ее гидроцилиндрами с выдвижными стопорами и закреплена на поворотном рычаге, установленном на несущей раме блокоукладчика, связанного с механизмом передвижения, причем на одном из концов поворотного рычага расположен захват для тюбинга, выполненный с возможностью замены его гидромолотом.