一种新型矿山法隧道拱架安装装置及其使用方法与流程

本发明涉及矿山法隧道施工，具体为一种新型矿山法隧道拱架安装装置及其使用方法。

背景技术：

1、目前，由于隧道修建越来越多，新建山岭隧道的地质条件更为复杂，地质适应性差的原因导致tbm、盾构等先进设备很难在山岭隧道使用，矿山法施工隧道依然是复杂地质隧道施工的首选工法。

2、拱架支撑体系通过自身刚度防止开挖后的围岩掉块、坍塌，保证施工安全，是矿山法隧道施工中的极重要安全保障体系和结构体系。

3、矿山法隧道的拱架安装一般采用人工安装，由运输设备将沉重的刚拱架运输至隧道开挖面的开挖台架上，人工将各阶段连接，并推至设计安装位置，再施做锚杆或锚管予以固定，以目前的单洞双线的350km/h时速高铁为例，两台阶法开挖时，上台阶安装2榀拱架需要13人左右，安装时间3-5小时，人工费及时间成本极高，同时全靠人工，存在极高的安全风险。

4、针对拱架安装的安全风险、人工费用高和时间成本大，隧道行业多年研究，陆续研制出拱架安装机、拱锚一体机、拱锚喷一体机等，解决了拱架安装的三大问题，能将拱架安装由作业面人工拼装改为洞外预拼、整体运输、整体安装，将作业面安装人员数量控制在5人以内，拱架安装时间控制在1-2小时，安全风险大幅降低。但也存在设备费用高，拱架洞外预拼后整体运输成本高、易损坏拱架，设备体积大占用狭小的隧道空间，设备使用时作业面的大型设备、台车均需移走，影响施工组织等问题，使用条件较为苛刻。

5、通过上述分析，现有拱架安装技术存在的问题及缺陷为：人工安装拱架的安全风险高，设备安装拱架存在使用条件苛刻，人工安装拱架和设备安装拱架的成本均较高。

6、结合目前矿山法隧道地质条件差，尤其是需要快速施工保证安全的拱架安装工序存在成本高、风险大及设备施工条件苛刻等问题，矿山法隧道亟需一种新的拱架安装方法来解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型矿山法隧道拱架安装装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出人工安装拱架的安全风险高，设备安装拱架存在使用条件苛刻，人工安装拱架和设备安装拱架的成本均较高，需要快速施工保证安全的拱架安装工序存在成本高、风险大及设备施工条件苛刻等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型矿山法隧道拱架安装装置及其使用方法，包括整体机架，主要有整体机架竖梁、整体机架横梁、整体机架纵梁、整体机架托梁、整体机架环形梁和行走履带组成稳定的台车结构；

3、所述整体机架竖梁的上端内侧固定连接有整体机架横梁，且整体机架横梁与整体机架竖梁的外侧安装有整体机架纵梁，所述整体机架竖梁的下端固定连接有整体机架托梁，且整体机架托梁的下端安装有行走履带，所述整体机架横梁与整体机架竖梁的上端安装有整体机架环形梁；

4、所述整体机架环形梁在整体机架纵梁的上端设置有4个，且3个整体机架环形梁的外侧设置有拱架安装环梁，所述整体机架环形梁上方的3套独立的拱架安装环梁与单个整体机架环形梁共用形成支撑结构；

5、所述拱架安装环梁上端设置有抓举机构、环向运行小车、纵向运行小车及拱架顶升油缸，所述拱架安装环梁运行采用拱架自动化定位系统，所述自动化控制系统含自动计算测量系统和拱架自动定位系统。

6、进一步的，所述整体机架环形梁、拱架安装环梁正视为半圆弧形结构，所述整体机架竖梁、整体机架托梁通过行走履带形成移动结构。

7、进一步的，所述抓举机构、拱架顶升油缸与环向运行小车连体设置在拱架安装环梁外侧，且环向运行小车的内侧安装有拱架顶升油缸和抓举机构。

8、进一步的，所述纵向运行小车设置在拱架安装环梁的下部，并纵向运行小车与整体机架纵梁连接。

9、进一步的，所述抓举机构设置有液压马达，所述液压马达安装在环向运行小车的外侧，且液压马达的输出端安装有减速机，所述减速机的输出端对接有环向运行小车驱动齿轮，且所述拱架安装环梁的内侧安装有环向弧形齿圈，且环向弧形齿圈与环向运行小车驱动齿轮相互啮合。

10、进一步的，所述环向运行小车的内侧安装有环向运行小车行走轮，且环向运行小车行走轮与有拱架安装环梁嵌套对接，所述环向运行小车的上端安装有拱架抓手，且拱架抓手的外侧对接有拱架抓手油缸与环向运行小车的相互对接。

11、进一步的，所述拱架抓手通过拱架抓手油缸与环向运行小车形成活动结构，通过拱架抓手形成夹持结构，集拱架抓举提升、定位安装与一体，单体造价低，施工速度快，使用方便，机械自动化程度高，能够节约人工，能够大幅降低施工安全风险，提高了整体装置的实用性。

12、进一步的，一种新型矿山法隧道拱架安装装置的使用方法，包括以下步骤：

13、s1：整体机架由行走履带移动至拱架安装作业面，通过预设程序控制的拱架自动化定位系统，控制拱架顶升油缸将拱架顶升至设计位置并固定，拱架抓手松开拱架，拱架顶升油缸回收，行走履带牵引整体机架离开作业面进行下循环拱架预装；

14、s2：环向运行小车、拱架抓手、纵向运行小车和拱架安装环梁形成拱架预装系统，可在作业面附近人工配合按照设计间距预装拱架，与开挖、出渣作业平行施工，内部空间开挖台架、设备均可穿行；

15、s3：拱架抓手在台车一侧抓紧单节拱架后，环向运行小车牵引单节拱架环向移动至指定位置，直至所有节段拱架连接成单榀、2榀或3榀拱架，由纵向运行小车牵引2组整体机架环形梁纵向移动，将拱架间距调整至设计间距并做好纵向连接；

16、s4：开挖、出渣完成后，整体机架行走至作业面，拱架顶升油缸顶升拱架至设计位置，快速将拱架安装固定，可将人工安装拱架时间由3-5小时减少至30分钟，采用常规钢结构及液压动力，大幅降低现有拱架安装设备/台车成本，本发明使用过程中仅需要4人，减少人工成本的同时，降低安全风险。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、该新型矿山法隧道拱架安装装置及其使用方法，集拱架抓举提升、定位安装与一体，单体造价低，施工速度快，使用方便，机械自动化程度高，能够节约人工，能够大幅降低施工安全风险，提高了整体装置的实用性；

19、进一步的，环向运行小车、拱架抓手、纵向运行小车、拱架安装环梁和纵向运行小车形成拱架预装系统，可在作业面附近人工配合按照设计间距预装拱架，与开挖、出渣作业平行施工，内部空间开挖台架、设备均可穿行；

20、进一步的，开挖、出渣完成后，整体机架行走至作业面，拱架顶升油缸顶升拱架至设计位置，快速将拱架安装固定，可将人工安装拱架时间由小时减少至30分钟；

21、本发明采用常规钢结构及液压动力，大幅降低现有拱架安装设备/台车成本；本发明使用过程中仅需要4人，减少人工成本的同时，降低安全风险。

技术特征：

1.一种新型矿山法隧道拱架安装装置，包括整体机架(1)，主要有整体机架竖梁(2)、整体机架横梁(3)、整体机架纵梁(4)、整体机架托梁(5)、整体机架环形梁(18)和行走履带(6)组成稳定的台车结构；

2.根据权利要求1所述的一种新型矿山法隧道拱架安装装置，其特征在于：所述整体机架环形梁(18)、拱架安装环梁(7)正视为半圆弧形结构，所述整体机架竖梁(2)、整体机架托梁(5)通过行走履带(6)形成移动结构。

3.根据权利要求2所述的一种新型矿山法隧道拱架安装装置，其特征在于：所述抓举机构、拱架顶升油缸(14)与环向运行小车(8)连体设置在拱架安装环梁(7)外侧，且环向运行小车(8)的内侧安装有拱架顶升油缸(14)和抓举机构。

4.根据权利要求3所述的一种新型矿山法隧道拱架安装装置，其特征在于：所述纵向运行小车(9)设置在拱架安装环梁(7)的下部，并纵向运行小车(9)与整体机架纵梁(4)连接。

5.根据权利要求4所述的一种新型矿山法隧道拱架安装装置，其特征在于：所述抓举机构设置有液压马达(15)，所述液压马达(15)安装在环向运行小车(8)的外侧，且液压马达(15)的输出端安装有减速机(16)，所述减速机(16)的输出端对接有环向运行小车驱动齿轮(11)，且所述拱架安装环梁(7)的内侧安装有环向弧形齿圈(10)，且环向弧形齿圈(10)与环向运行小车驱动齿轮(11)相互啮合。

6.根据权利要求5所述的一种新型矿山法隧道拱架安装装置，其特征在于：所述环向运行小车(8)的内侧安装有环向运行小车行走轮(12)，且环向运行小车行走轮(12)与有拱架安装环梁(7)嵌套对接，所述环向运行小车(8)的上端安装有拱架抓手(13)，且拱架抓手(13)的外侧对接有拱架抓手油缸(17)与环向运行小车(8)的相互对接。

7.根据权利要求6所述的一种新型矿山法隧道拱架安装装置，其特征在于：所述拱架抓手(13)通过拱架抓手油缸(17)与环向运行小车(8)形成活动结构，通过拱架抓手(13)形成夹持结构。

8.根据权利要求7所述的一种新型矿山法隧道拱架安装装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种新型矿山法隧道拱架安装装置及其使用方法，涉及矿山法隧道施工领域，包括整体机架，主要有整体机架竖梁、整体机架纵梁、整体机架托梁、整体机架环形梁和行走履带组成稳定的台车结构；所述整体机架竖梁的上端内侧固定连接有整体机架横梁，且整体机架横梁与整体机架竖梁的外侧安装有整体机架纵梁，所述整体机架竖梁的下端固定连接有整体机架托梁，且整体机架托梁的下端安装有行走履带，所述整体机架横梁与整体机架竖梁的上端安装有整体机架环形梁。该新型矿山法隧道拱架安装装置及其使用方法，集拱架抓举提升、定位安装与一体，单体造价低，施工速度快，使用方便，机械自动化程度高，能够节约人工，能够大幅降低施工安全风险。技术研发人员：司源,时晓磊,司银泉受保护的技术使用者：司源技术研发日：技术公布日：2024/7/11