一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统、撑靴式支护装置及方法与流程

本发明涉及掘进支护领域，具体而言，涉及一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统、撑靴式支护装置及方法。

背景技术：

1、随着地下工程建设的不断发展，全断面硬岩掘进机在隧道、地铁等施工项目中扮演着重要角色，掘进过程中，支护结构的稳定性和适应性对于施工安全至关重要，然而，由于地质条件的复杂性和多变性，传统的支护控制系统往往难以实时调整支护结构的状态，从而影响了掘进效率和施工安全。

2、因此我们对此做出改进，提出一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统、撑靴式支护装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前存在的传统的支护控制系统往往难以实时调整支护结构的状态，从而影响了掘进效率和施工安全的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统、撑靴式支护装置及方法，以改善上述问题。

3、本申请具体是这样的：

4、一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统，包括以下模块：

5、支护结构控制模块，配置为控制掘进机上的支护结构的伸缩和锁定动作；

6、传感器模块，包含地质传感器和位移传感器，其中地质传感器配置为实时检测掘进前方的地质条件，位移传感器配置为检测支护结构的实时位移；

7、数据处理模块，与传感器模块通信连接，配置为接收传感器模块的数据，并根据预设算法进行处理，生成支护控制指令；

8、控制执行模块，与数据处理模块通信连接，配置为接收数据处理模块的支护控制指令，并据此驱动支护结构执行相应的动作；

9、人机交互界面模块，与数据处理模块通信连接，配置为显示掘进机的工作状态、支护结构的状态以及地质条件信息，并接收操作人员的输入指令。

10、系统能够根据地质条件的变化实时调整支护结构的状态，确保掘进过程中的稳定性和安全性，通过动态调整支护结构，减少了因地质条件变化而导致的停机调整时间，提高了掘进效率，通过人机交互界面，操作人员能够直观地了解掘进机和支护系统的工作状态，便于及时调整施工策略，提升了操作便捷性和用户体验，通过采用无线和有线相结合的通信方式，以及多个处理器和存储器的设计，提高了系统的数据传输和处理能力，增强了系统的可靠性和稳定性。

11、作为本申请优选的技术方案，地质传感器和位移传感器通过无线和有线方式与数据处理模块连接，数据处理模块包括多个处理器和存储器，存储器中存储有用于处理传感器数据的算法和程序。

12、作为本申请优选的技术方案，地质传感器包括声波传感器、电阻率传感器和地震波传感器，用于通过不同的物理方法实时检测掘进前方的岩石硬度、裂隙发育情况、含水层地质条件。

13、作为本申请优选的技术方案，位移传感器采用激光位移传感器和线性可变差动变压器，用于精确测量支护结构的伸缩长度和位置变化。

14、一种竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护装置，包括支护机构，所述支护机构包括支护平台，所述支护平台上滑动连接有多个用于固定支护平台的钢拱架安装器，所述支护平台的底部设置有喷湿操作台，所述支护平台和喷湿操作台之间设置有多个电动伸缩杆；

15、所述支护平台的中部设置有钻孔机构，所述钻孔机构包括支撑块，所述支撑块的两侧均固定连接有连接杆，所述连接杆的端部与支护平台的内部滑动连接，所述支撑块的顶部设置有第一电机和钻筒，通过设置钻孔机构，使人们可以通过操控第一电机，使绞龙在插杆的作用下带动钻筒转动，进而对墙体进行钻孔作业，打完孔后，通过钢拱架安装器将支护平台固定在竖井中，进而对竖井起到支护作用，并且在支撑块转向后，钻筒和插筒可以插入伸缩筒和连接管内，使绞龙在转动过程中，可以带动伸缩筒内的湿混凝土移动，并最终通过喷湿机械臂进行湿喷混凝土作业，钻孔机构不仅可以起到打孔支护作用还可以在打孔完成后用于竖井的湿喷混凝土作业，功能性强；

16、所述支护机构上设置有用于湿喷混凝土的喷湿机构，所述支护机构上设置有用于驱动钻孔机构转向的驱动机构。

17、作为本申请优选的技术方案，所述支撑块的顶端固定安装有第一支架和第二支架，所述第一电机的输出轴穿过第一支架的中部固定连接有电磁环，所述电磁环的一侧固定连接有绞龙，所述绞龙的外部与钻筒的内部穿插连接，所述第二支架上固定连接有插筒，所述插筒的内部与钻筒的端部螺纹连接；

18、所述插筒的端部开设有凹槽，所述钻筒上开设有通孔。

19、作为本申请优选的技术方案，所述钻筒的端部穿插连接有多个插杆，所述插杆上设置有弹簧，所述电磁环上开设有多个供插杆插入的插孔，通过设置电磁环、插杆、弹簧和插孔，使电磁环通电后可以吸引插杆插入插孔内，进而使第一电机的输出轴转动时，绞龙和钻筒可以同时转动，并且钻筒的端部与插筒螺纹连接，使钻筒可以边旋转边移动，进而在竖井壁上打孔，当电磁环断电时，插杆在弹簧的作用下与插孔分离，进而使绞龙转动时，可以将伸缩筒内的湿混凝土旋入钻筒内，最终通过喷湿机械臂喷出。

20、作为本申请优选的技术方案，所述喷湿机构包括设置在喷湿操作台顶部的底板，所述底板上设置有伸缩筒，所述伸缩筒上设置有与钻筒配合使用的顶板，所述顶板顶端的一侧固定连接有连接管，所述连接管的一端固定安装有喷湿机械臂，所述连接管端部的内侧和钻筒的外侧均设置有相适配的齿牙。

21、作为本申请优选的技术方案，所述驱动机构包括用于驱动支撑块移动的齿环，所述支护平台内部的内壁设置有与齿环相适配的齿牙，所述支撑块的顶部和底部均设置有连接板，其中一个所述连接板的底部固定安装有用于驱动齿环转动的第二电机，另一个所述连接板的顶部通过转轴与齿环连接。

22、一种竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护方法，包括以下步骤：

23、步骤一、在撑靴式硬岩竖向掘进机掘进施工过程中，初期支护钢筋网片安装作业人员在设备掘进施工时，在支护平台进行钢筋网片的安装作业，在完成掘进一循环后，通过操控第二电机，使齿环转动时可以带动支撑块和连接杆在支护平台的内部转动，进而调节钻筒的朝向，调节打孔位置，锚杆支护作业人员在支护平台处控制第一电机工作，此时电磁环处于通电状态，吸附插杆的一端插入插孔中，钻筒随着绞龙转动，通过钻筒上的螺纹，使钻筒边旋转边移动，进行钻孔及锚杆安装作业，锚杆安装完成后，将钢拱架安装器与竖井上的孔进行拼接安装；

24、步骤二、在钢拱架安装器安装完毕后，控制电动伸缩杆伸长，使喷湿操作台下降，控制电动推杆收缩，使齿环与支护平台分离，由于支撑块上结构整体的重心会发生偏移，支撑块翻转，当钻筒转动至连接管的上方时，控制电动伸缩杆收缩，使插筒插入连接管内，钻筒插入伸缩筒的内部，控制电磁环断电，控制第一电机工作，绞龙在伸缩筒的内部转动，将湿混凝土旋入钻筒内，并最终通过通孔和凹槽进入喷湿机械臂内，通过操控喷湿机械臂对竖井进行喷湿混凝土工作，此时第二电机继续工作带动齿环转动，加热棒工作产生热量，加热流动的空气，对竖井内的混凝土进行烘干。

技术特征：

1.一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统，其特征在于，其特征在于，包括以下模块：

2.根据权利要求1所述的一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统，其特征在于，地质传感器和位移传感器通过无线和有线方式与数据处理模块连接，数据处理模块包括多个处理器和存储器，存储器中存储有用于处理传感器数据的算法和程序。

3.根据权利要求2所述的一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统，其特征在于，地质传感器包括声波传感器、电阻率传感器和地震波传感器，用于通过不同的物理方法实时检测掘进前方的岩石硬度、裂隙发育情况、含水层地质条件。

4.根据权利要求3所述的一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统，其特征在于，位移传感器采用激光位移传感器和线性可变差动变压器，用于精确测量支护结构的伸缩长度和位置变化。

5.一种竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护装置，使用如权利要求4所述的竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统，其特征在于，包括支护机构(1)，所述支护机构(1)包括支护平台(101)，所述支护平台(101)上滑动连接有多个用于固定支护平台(101)的钢拱架安装器(102)，所述支护平台(101)的底部设置有喷湿操作台(104)，所述支护平台(101)和喷湿操作台(104)之间设置有多个电动伸缩杆(103)；

6.根据权利要求5所述的一种竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护装置，其特征在于，所述支撑块(201)的顶端固定安装有第一支架(203)和第二支架(207)，所述第一电机(204)的输出轴穿过第一支架(203)的中部固定连接有电磁环(214)，所述电磁环(214)的一侧固定连接有绞龙(205)，所述绞龙(205)的外部与钻筒(209)的内部穿插连接，所述第二支架(207)上固定连接有插筒(208)，所述插筒(208)的内部与钻筒(209)的端部螺纹连接；

7.根据权利要求6所述的一种竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护装置，其特征在于，所述钻筒(209)的端部穿插连接有多个插杆(212)，所述插杆(212)上设置有弹簧(213)，所述电磁环(214)上开设有多个供插杆(212)插入的插孔(206)。

8.根据权利要求7所述的一种竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护装置，其特征在于，所述喷湿机构(3)包括设置在喷湿操作台(104)顶部的底板(302)，所述底板(302)上设置有伸缩筒(303)，所述伸缩筒(303)上设置有与钻筒(209)配合使用的顶板(301)，所述顶板(301)顶端的一侧固定连接有连接管(304)，所述连接管(304)的一端固定安装有喷湿机械臂(305)，所述连接管(304)端部的内侧和钻筒(209)的外侧均设置有相适配的齿牙。

9.根据权利要求8所述的一种竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护装置，其特征在于，所述驱动机构(4)包括用于驱动支撑块(201)移动的齿环(405)，所述支护平台(101)内部的内壁设置有与齿环(405)相适配的齿牙，所述支撑块(201)的顶部和底部均设置有连接板(404)，其中一个所述连接板(404)的底部固定安装有用于驱动齿环(405)转动的第二电机(407)，另一个所述连接板(404)的顶部通过转轴与齿环(405)连接。

10.一种竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护方法，使用如权利要求9所述的竖向全断面硬岩掘进机用撑靴式支护装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本申请提供了一种竖向全断面硬岩掘进机用支护控制系统、撑靴式支护装置及方法，包括以下模块，支护结构控制模块，配置为控制掘进机上的支护结构的伸缩和锁定动作，传感器模块。系统能够根据地质条件的变化实时调整支护结构的状态，确保掘进过程中的稳定性和安全性，通过动态调整支护结构，减少了因地质条件变化而导致的停机调整时间，提高了掘进效率，通过人机交互界面，操作人员能够直观地了解掘进机和支护系统的工作状态，便于及时调整施工策略，提升了操作便捷性和用户体验，通过采用无线和有线相结合的通信方式，以及多个处理器和存储器的设计，提高了系统的数据传输和处理能力，增强了系统的可靠性和稳定性。技术研发人员：赵振平,黄宇,黄登侠,李健,周敏,李东,李吉成,李刚,董嘉梁,窦强,王炳坤受保护的技术使用者：中交一公局集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20