一种全断面竖井掘进机上出渣系统的制作方法

1.本发明涉及竖井施工技术领域，具体涉及一种全断面竖井掘进机上出渣系统。


背景技术：

2.竖井是地下矿藏开采、长大隧道通风及其他地下工程的主要通道。在竖井施工过程中，掘进机刀盘破岩时会在掘进断面处连续产生岩渣，竖井施工的一个难点就是如何竖向高效排渣。
3.目前已有的竖井掘进机在出渣时，普遍采用机械式非连续排渣如料斗式或流体抽吸式排渣，采用机械式非连续排渣的排渣效率低，抽吸式排渣多采用直接将渣浆一起排出竖井，对于深层竖井>50米，特别是超深竖井>100米，竖井内空间有限，若一起将渣浆直接排出，对电机功率及泥浆泵泵吸压力、功率等使用都有极高的要求，相应地所用电机、泵体及管路等占用空间也比较大，空间的限制使得现有的上排渣系统的排渣能力有限，随着掘进的不断进行，排渣的距离不断增加，而产渣速度基本不变，使得排渣能力不能与竖井掘进机的掘进能力相匹配，进而影响竖井掘进机的掘进效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种全断面竖井掘进机上出渣系统，其通过设置带有固液分离装置的中继平台，将掘进机刀盘破岩时掘进断面处的渣浆吸入中继平台进行岩渣与浆液的分离，将岩渣和浆液分别排出，能够显著提高上排渣系统的排渣能力。
5.本发明为了达到上述技术目的所采用的技术方案是：一种全断面竖井掘进机上出渣系统，包括设有吸渣口和射流口的刀盘、以及设置在刀盘中心的多层套管式中柱，多层套管式中柱包括连通吸渣口的吸渣管以及套设在吸渣管外与所述射流口连通用于向射流口提供冲洗液体的射流管，还包括固定在刀盘上背离刀盘端部设置的中继平台，中继平台上设有与所述吸渣管连通用于收集并分离渣浆中岩渣与浆液的固液分离装置；所述上出渣系统还包括用于将固液分离装置分离出的岩渣输送至竖井外的输送机构、以及用于将固液分离装置分离出的浆液输送至竖井外的排液管。
6.进一步地，所述固液分离装置包括中空的壳体，壳体内倾斜设有与壳体横截面相适配的筛网，壳体上对应筛网较低一端处设有悬空置于固体储料仓上方的出渣管，壳体上位于筛网的下方处设有与吸渣管连通的进液管，壳体上位于筛网的下方处设有悬空置于液体储料仓上方的出浆管。
7.进一步地，所述筛网的筛孔直径为150mm。
8.进一步地，所述筛网为振动筛。
9.进一步地，所述固体储料仓固定在中继平台上，且固体储料仓的底部设有用于检测固体储料仓重量的重力传感器，所述液体储料仓上设有用于检测液体储料仓内浆液高度的液位计。
10.进一步地，所述刀盘呈锥形状，所述吸渣口均布在刀盘用于掘进的端部，所述射流口均布在刀盘的尾部。
11.进一步地，所述吸渣口内设有用于检测刀盘掘进时竖井断面处渣浆密度的密度检测传感器。
12.进一步地，所述刀盘上还设有控制室，控制室与所述重力传感器、液位计、密度检测传感器、卷扬机、泥浆泵以及浆液泵均电性连接，用于采集重力传感器、液位计和密度检测传感器的数据并控制卷扬机、泥浆泵以及浆液泵的启停。
13.进一步地，所述排液管上还设有辅助液体储料仓以及用于增加输送压力的辅助浆液泵。
14.进一步地，所述输送机构包括用于盛放岩渣的吊桶以及连接吊桶设置在竖井外用于驱动吊桶在竖井内上下移动的卷扬机。
15.本发明的有益效果：1.本发明的上排渣系统设置有中继平台，在中继平台上设有固液分离装置，通过固液分离装置将渣浆分离成岩渣和浆液，分别将岩渣和浆液排出竖井，相对现有的固液一体直接从竖井将渣浆排出的排渣形式，大大减少了浆液泵所需克服渣浆的重力，对于深层竖井、特别是超深竖井而言，可以使泵更加容易将浆液从竖井内抽送至地面，增大上排渣系统的排渣能力，并且避免大直径颗粒的岩渣在管路中发生堵塞以及划伤管路的现象，对于深层竖井、特别是超深竖井而言，可以有效保证排浆的稳定性，保证排渣系统的排渣能力完全匹配掘进机的掘进能力。
16.2.本发明的上排渣系统由于将岩渣从浆液中分离出单独排渣，降低了所需电机的功率及浆液泵的泵吸压力，对于深层竖井、特别是超深竖井而言，大大减少了所用电机、泵体及管路等占用的空间以及布设成本，且无形中缩短了浆液在管路中的连续输送长度，大大减少浆液泵发生吸真空的现象，保证了排浆的稳定性。
17.3.本发明的上排渣系统中在吸渣口设有密度检测传感器，通过密度检测传感器可以智能调节供水量的大小，可以有效保证泥浆时刻处于可抽取的良好状态，避免泥浆太稠堵塞泵或者管道，也避免出现兑水不足导致的抽真空现象。
18.4.本发明在固体储料仓处设有重力传感器，在液体储料仓内设有液位计，通过控制室实现智能化控制掘进机上出渣系统，提高上出渣系统的排渣能力，对于深层竖井、特别是超深竖井，可以根据掘进深度实时调整各设备状态，提高排渣效率，使上排渣系统的排渣能力与掘进能力相匹配。
19.附图说明：图1为本发明上出渣系统的总体结构示意图；图2为本发明上出渣系统的局部结构示意图；图3为本发明上出渣系统中固液分离装置的结构示意图；图4为本发明上出渣系统中刀盘的结构示意图。
20.图中标记：1、卷扬机，2、吊桶，3、固体储料仓，4、重力传感器，5、固液分离装置，501、进液管，502、筛网，503、出浆管，504、出渣管，505、壳体，6、控制室，7、射流管，8、吸渣管，9、刀盘，10、密度检测传感器，11、吸渣口，12、射流口，13、泥浆泵，14、中继平台，15、液体储料仓，1501、液位计，16、浆液泵，17、辅助液体储料仓，18、辅助浆液泵，19、排液管，20、浆
液箱。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.本发明的全断面竖井掘进机上出渣系统的实施例1：如图1至图4所示，本实施例的全断面竖井掘进机上出渣系统包括刀盘9，刀盘9上设有在刀盘9掘进时用于向竖井断面处喷射清水或泥浆等液体的射流口12以及用于吸取竖井断面处产生的渣浆的吸渣口11、刀盘9的中心设有多层套管式中柱，多层套管式中柱包括与吸渣口11连通的吸渣管8以及套设在吸渣管8外与所述射流口12连通用于向射流口12提供冲洗液体的射流管7，射流管7与吸渣管8之间形成用于冲洗液体在其内流动的环形通道。
23.本实施例的上出渣系统还包括固定在刀盘9上背离刀盘9端部设置的中继平台14，中继平台14上设有与所述吸渣管8连通用于分离渣浆中岩渣与浆液的固液分离装置5，可在吸渣管8上设置泥浆泵13以提供输送动力，正常工作时，泥浆泵13将于刀盘9掘进时竖井断面处产生的渣浆与射流管7喷射的液体一起输送至固液分离装置5进行固液分离。
24.本实施例的固液分离装置5将泥浆泵13输送过来的渣浆分离得到岩渣以及浆液，固液分离装置5包括用于存储岩渣的固体储料仓3以及用于存储浆液的液体储料仓15，具体实施时，将固液分离装置5制作成中空的壳体505，壳体505上设有与吸渣管8连通用于向壳体505内进浆液的进液管501，壳体505内设有分离浆液和岩渣的筛网502，筛网502可倾斜设置且覆盖壳体505的横截面，筛网502与壳体505的截面应相适配，筛网502处于较低的一端设有悬空置于固体储料仓3上方的出渣管504，以便分离后的岩渣排出壳体505，筛网502下方的壳体505上设有出浆管503，出浆管503悬空置于液体储料仓15的上方，用于向液体储料仓15内排浆液，当渣浆经过筛网502时，岩渣被筛网502截留并从筛网502上滚落沿出渣管504排出壳体505进入固体储料仓3内，浆液则透过筛网502从出浆管503排出壳体505进入液体储料仓15内，该固液分离装置5可以更好地实时分离浆液，保持上出渣系统的正常稳定运行。
25.本实施例的上出渣系统中输送机构包括用于盛放岩渣的吊桶2和用于浆液输送的排液管19，吊桶2用于输送固体储料仓3中存储的岩渣，排液管19连通液体储料仓15伸出竖井用于将液体储料仓15内的浆液输送至竖井外，连接吊桶2位于竖井外设有驱动吊桶2在竖井内上下移动的卷扬机1，排液管19上设有用于给排液管19加压以将液体储料仓15内的浆液排出竖井的浆液泵16，具体实施时，还可以根据竖井深度以及浆液泵16综合考虑，当浆液泵16不能一次性将浆液抽出至地面时，可在所述排液管19上设置辅助液体储料仓17以及用于增加输送压力的辅助浆液泵18。
26.通过设置中继平台，在中继平台上将渣浆分离成岩渣和浆液，再分别将岩渣和浆液排出竖井，相对现有的固液一体直接从竖井将渣浆排出的排渣形式，相当于在竖井内设
置了排渣中转站，由于将岩渣从浆液中分离出后进行单独排渣，该出渣系统大大减少了浆液泵所需克服渣浆的重力，对于深层竖井、特别是超深竖井而言，可以使泵更加容易将浆液从竖井内抽送至地面，增大上排渣系统的排渣能力，并且避免大直径颗粒的岩渣在管路中发生堵塞以及划伤管路的现象，对于深层竖井、特别是超深竖井而言，可以有效保证排浆的稳定性，保证排渣系统的排渣能力完全匹配掘进机的掘进能力。
27.同时，根据帕斯卡原理计算，本实施例的设置降低了所需的电机功率及浆液泵的泵吸压力，对于深层竖井、特别是超深竖井而言，这将大大减少所用电机、泵体及管路等占用的空间以及布设成本，且由于设置中继平台，进一步缩短浆液在管路中的连续长度，大大减少浆液泵发生吸真空的现象，保证了深层竖井、特别是超深竖井施工时上出渣系统排浆的稳定性。
28.本实施例中筛网502的筛孔直径可以设置为150mm，以与刀盘9掘进时在掘进断面处连续产生的岩渣相匹配，即绝大部分的岩渣直径都大于150mm，采用150mm的筛网502完全过滤掉渣浆中的岩渣。
29.其中，筛网502可以为振动筛，通过电机驱动振子使振动筛的滤网发生震动，可以避免筛网502长期工作时，岩渣堆积在筛网斜面或卡住筛网502的网眼，同时还可以加速渣浆的分离过程，提高上排渣系统的稳定性。
30.本发明的全断面竖井掘进机上出渣系统的实施例2：本实施例的全断面竖井掘进机上出渣系统与实施例1不同的是，固体储料仓3在实施时可固定在中继平台14上，在固体储料仓3的底部设置用于检测固体储料仓3重量的重力传感器4，当岩渣进入固体储料仓3后，重力传感器4的信号可以反馈出岩渣在固体储料仓3内堆积的量，在所述液体储料仓15上设有用于检测液体储料仓15内浆液高度的液位计1501，通过设置重力传感器和液位计1501，当固体储料仓3内的岩渣达到设定重量后，启动卷扬机1将吊桶2放下，吊出固体储料仓3内的岩渣，当液位计1501达到设定液位高度后，可开启浆液泵16将液体储料仓15内的浆液抽取至地面，有助于深层竖井，特别是超深竖井内的出渣过程的流畅性。
31.本实施例的刀盘9可设置呈锥形状，此时竖井内的掘进面为锥面，所述吸渣口11均布在刀盘9用于掘进的端部，所述射流口12均布在刀盘9的尾部，通过射流口12将射流管7提供的液体冲洗出，将刀盘9端部破岩出的泥土、渣土、碎石等冲洗至井底的底部，在吸渣口11处，当刀盘9的滚刀21对竖井端面进行掘进时，可以加速刀盘9边缘处岩渣沿刀盘9锥面向刀盘9中心处移动的径向运动速度，避免出现反复碾压破碎，提高排渣与掘进效率。
32.在本实施例中，吸渣口11内设有用于检测刀盘9掘进时竖井断面处渣浆密度的密度检测传感器10，当密度检测传感器10检测井底渣浆液密度达到设定值时，开启泥浆泵13进行工作，抽取竖井底部渣浆，当竖井井底内部渣浆液密度大于设定值时，说明井底底部水不足，给定信号，此时可以方便调节射流管7给射流口12的供液流量大小，使竖井井底的渣浆液密度始终达到设定值，泥浆泵13可保持在良好的工作状态，避免泥浆太稠堵塞泵和管道，也避免出现射流管7兑水不足导致的泥浆泵13抽真空现象。
33.本实施例的刀盘9上还设有控制室6，控制室6与所述重力传感器4、液位计1501、密度检测传感器10、卷扬机1、泥浆泵13以及浆液泵16均电性连接，控制室6用于采集重力传感器4、液位计1501和密度检测传感器10的数据并控制对卷扬机1、泥浆泵13以及浆液泵16的
动作，例如各设备的启停、出力的大小等，具体实施时，控制室6可以是智能控制模块，例如plc，具体地，控制室6还可电性连接给射流管7供液的水泵，以便自动调节供给射流管7的液体流量。通过控制室6可以实现智能化控制掘进机上出渣系统，提高上出渣系统的排渣能力，对于深层竖井、特别是超深竖井，控制室可以根据掘进深度实时调整各设备状态，使上排渣系统的排渣能力与掘进能力相匹配。
34.本实施例在地面上还设置有浆液箱20，浆液箱20用于存储排液管排出的浆液，可对浆液箱20内的浆液添加絮凝剂和膨润剂等对浆液进行水质净化，然后将浆液箱20内净化后的浆液输送至射流管7进行重复利用，与直接固液抽吸出渣相比可以循环利用浆液，降低施工成本。
35.需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。