一种同心大小双刀盘防岩爆开挖装置及掘进机

技术领域

本发明涉及隧道掘进机技术领域，具体涉及一种同心大小双刀盘防岩爆开挖装置及掘进机。

背景技术

随着科学技术的发展，隧道掘进机因其在经济、安全环保以及掘进效率等方面的巨大优势，越来越受到各行各业的重视，在铁路隧道、公路隧道、城市地铁隧道、煤矿隧道以及引水隧洞等地下工程建设中得到了广泛应用。虽然在地质条件复杂的长距离、大埋深、高地应力的隧洞应用越来越多，但是掘进机在面对岩爆特别是强烈岩爆地质时仍存在局限性。

岩爆是一种动力失稳地质灾害，一般掘进机在大埋深、高地应力的隧洞掘进过程中会发生岩爆。当岩爆的发生频率和强度达到一定程度时，对施工人员和设备的安全会造成极大的威胁，影响掘进机施工效率，严重者会危及人员生命以及使项目停摆。现有隧道掘进机一般均配置单一刀盘，一次性开挖成洞，主机离开挖掌子面很近。而岩爆大多发生在掌子面及附近成洞轮廓，一旦发生岩爆，首当其冲的就是主机和附近的施工人员，严重威胁施工人员和设备安全。受单一刀盘结构影响，现有掘进机只能在开挖后进行防护岩爆处理，预先处理岩爆功能非常弱。

综上所述，急需一种同心大小双刀盘防岩爆开挖装置及掘进机以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种同心大小双刀盘防岩爆开挖装置，旨在解决现有掘进机为单一刀盘结构，预先处理岩爆功能非常弱的问题，具体技术方案如下：

一种同心大小双刀盘防岩爆开挖装置，所述开挖装置包括大刀盘、小刀盘、出渣系统和双驱动系统，所述大刀盘与小刀盘同轴设置且小刀盘设置于大刀盘中部的空腔中，所述小刀盘的开挖面位于大刀盘的开挖面前方，所述大刀盘和小刀盘均与双驱动系统连接，并由双驱动系统驱动大刀盘和小刀盘独立运动，所述出渣系统设置于小刀盘内部的空腔中，所述出渣系统用于运输岩渣。

以上技术方案中优选的，小刀盘比大刀盘先开挖先导距离L，所述小刀盘用于开挖超前释放岩层地应力的先导洞，所述小刀盘开挖出来的洞径d为先导洞直径，所述大刀盘开挖出来的洞径D为工程隧道成洞直径。

以上技术方案中优选的，所述双驱动系统设置于掘进机的主机上，所述双驱动系统包括外驱动系统和内驱动系统，所述小刀盘与内驱动系统连接，所述大刀盘与外驱动系统连接。

以上技术方案中优选的，所述出渣系统包括两级接渣斗和输送机构，两级接渣斗设置于主机上用于接收大刀盘和小刀盘开挖的岩渣，所述输送机构设置于主机上且位于两级接渣斗出渣口的下方，所述输送机构用于往外输送岩渣。

以上技术方案中优选的，所述输送机构为螺旋输送机或皮带输送机。

以上技术方案中优选的，所述大刀盘和小刀盘的开挖面上均设有多件滚刀和多件铲斗。

以上技术方案中优选的，所述大刀盘和小刀盘上的铲斗均沿着周向均匀设置。

以上技术方案中优选的，所述大刀盘和小刀盘上均设有用于安装滚刀及铲斗的刀座。

以上技术方案中优选的，所述大刀盘和小刀盘均为平面式结构、锥面式结构或球面式结构中的一种。

本发明还提供了一种掘进机，包括上述的开挖装置。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

本发明的大刀盘和小刀盘同心同轴布置，沿同一中心轴线旋转，小刀盘在内，开挖隧道中心区域岩层，大刀盘在外，开挖隧道外围区域岩层，大小刀盘同时工作即可实现全隧道全断面开挖；进一步地，本发明的小刀盘在前，大刀盘在后，大刀盘和小刀盘分层开挖掌子面，在掘进过程中，小刀盘开挖出特定洞径的先导洞，实现超前一定距离释放地应力，降低后方主洞岩爆概率和强度甚至防止岩爆的发生；配置双驱动系统能够单独控制大刀盘和小刀盘的旋转，也可以实现大刀盘和小刀盘同步联动控制，根据实际的工况确定适应性强。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明开挖装置的剖视图；

图2是图1中小刀盘的正面结构示意图；

图3是图1中大刀盘的正面结构示意图；

其中，1、大刀盘，2、小刀盘，3、滚刀，4、铲斗，5、出渣系统，501、两级接渣斗，502、输送机构，6、主机，601、双驱动系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1-3，一种掘进机，包括同心大小双刀盘防岩爆开挖装置，所述开挖装置包括大刀盘1、小刀盘2、出渣系统5和双驱动系统601，所述大刀盘1与小刀盘2同轴设置且小刀盘2设置于大刀盘1中部的空腔中，所述小刀盘2的开挖面位于大刀盘1的开挖面前方，所述大刀盘1和小刀盘2均与双驱动系统601连接，并由双驱动系统601驱动大刀盘1和小刀盘2独立运动，所述出渣系统5设置于小刀盘2内部的空腔中，所述出渣系统5用于运输岩渣。

所述双驱动系统601设置于掘进机的主机6上，所述双驱动系统601包括外驱动系统和内驱动系统，所述小刀盘2与内驱动系统连接，所述大刀盘1与外驱动系统连接。双驱动系统能够单独控制大小刀盘的旋转，也可以实现大小刀盘同步联动控制，具体控制模式根据实际地质情况而定。

所述双驱动系统601为现有技术，申请号为：202010479027.9，名称为：一种全断面掘进机及其双驱动系统的专利申请中公开了双驱动系统的具体结构，本实施例中对此不再进一步描述。

所述出渣系统包括两级接渣斗501和输送机构502，两级接渣斗501设置于主机6上用于接收大刀盘1和小刀盘2开挖的岩渣；如图1所示，前面的接渣斗用于接收小刀盘2开挖下来的岩渣，后面的接渣斗用于接收大刀盘1开挖下来的岩渣。所述输送机构502设置于主机6上且位于两级接渣斗501出渣口的下方，所述输送机构502用于往外输送岩渣。

优选的，所述输送机构为螺旋输送机或皮带输送机。

参见图2和图3，所述大刀盘1和小刀盘2的开挖面上均设有多件滚刀3和多件铲斗4。所述大刀盘1和小刀盘2上均设有用于安装滚刀3及铲斗4的刀座。

优选的，所述大刀盘1和小刀盘2上的铲斗均沿着周向均匀设置。

在掘进过程中，大刀盘1和小刀盘2受到来自主机的推力和旋转力作用，安装在大刀盘1和小刀盘2上的滚刀3会随之挤压掌子面，破碎岩层，实现全断面开挖。当滚刀3开挖破碎岩层掌子面的同时，布置在大刀盘1和小刀盘2外围的铲斗4同样会随之转动，收集滚刀3开挖下来的岩渣，并将岩渣在重力作用下排入两级接渣斗501，由输送机构502输送出隧洞。

优选的，所述大刀盘1和小刀盘2均为平面式结构、锥面式结构或球面式结构中的一种。本实施例中所述大刀盘1和小刀盘2均为平面式结构。

参见图1，大刀盘1和小刀盘2为同心同轴布置，沿同一中心轴线旋转，小刀盘2在内，开挖隧道中心区域岩层，大刀盘1在外，开挖隧道外围区域岩层，在掘进过程中，大刀盘1和小刀盘2同时旋转开挖即可实现全工程隧道全断面开挖。

小刀盘2开挖面要前于大刀盘1，小刀盘2比大刀盘1先开挖先导距离L，所述小刀盘2用于开挖超前释放岩层地应力的先导洞，所述小刀盘2开挖出来的洞径d为先导洞直径，所述大刀盘1开挖出来的洞径D为工程隧道成洞直径。

先导洞的洞径d和先导距离L根据实际工程情况和地质条件而定。开挖先导洞能让隧洞掌子面超前于成洞掌子面，使岩层地应力在先导洞内超前释放，降低后方主洞岩爆概率和强度甚至防止岩爆的发生，保护施工人员和设备的安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。