双推进梁钻注锚一体机头、台车及隧道锚杆施工工艺

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种双推进梁钻注锚一体机头、台车及隧道锚杆施工工艺。

背景技术

随着科学技术发展，隧道锚杆支护施工工艺也有了突飞猛进的发展，从初期的人工手持式风钻钻孔+人工插杆+人工注浆的全人工施工到后来的凿岩台车钻孔+人工插杆+人工注浆的半机械化施工，再到目前在凿岩台车基础上改装而成的锚杆台车，其主要改动就是在原有推进梁的基础上增加工位切换机构、锚杆扳手及锚杆库等，从而实现钻注锚一体化施工，即常说的单推进梁锚杆机头。

具体的技术问题/现有技术缺点为：隧道锚杆施工工序相比其他工序，步骤多、流程繁琐、要求高、危险性强，无论是全人工施工还是半机械化施工都存在施工环境恶劣、劳动强度大，人员安全和施工质量得不到保证等问题。

而单推进梁锚杆机头虽然具备钻注锚一体化施工能力，但很多动作需要从钻孔工位转换到锚杆工位才能实现，相对效率较低。另外，由于涉及到钻孔装置和锚杆扳手的转换，增加了转换机构，该机构在使用过程中易出故障，进而影响机头整体可靠性和工作效率。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种双推进梁钻注锚一体机头、台车及隧道锚杆施工工艺，其结构设计合理，优化了锚杆施工工艺，缩短了工作时间，提高了生产效率，同时也提高了施工作业的安全性，完全符合隧道机械化施工需求，解决了现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，所采取的技术方案是：

一种双推进梁钻注锚一体机头，包括：

机架；

摆动架，其回转设置在所述机架上，在所述机架与所述摆动架之间设置有回转驱动部；

顶尖，其滑动设置在机架上，在所述机架与所述顶尖之间设置有顶尖推送驱动部；

设置在所述摆动架上的钻孔组件、锚杆组件和注浆组件，所述钻孔组件、注浆组件和锚杆组件绕所述顶尖呈扇形分布；

锚杆储存组件，其固定在所述机架的侧部，所述锚杆储存组件用于储存锚杆；以及

抓取机械手，其设置在所述摆动架上，所述摆动架用于抓取锚杆储存组件上的锚杆并喂料给锚杆组件。

根据本发明双推进梁钻注锚一体机头，优选地，所述钻孔组件包括：

第一推进梁，其滑动设置在所述摆动架上，在所述摆动架与所述第一推进梁之间设置有第一滑移驱动部；

凿岩机，其行走设置在所述第一推进梁上，在所述第一推进梁与所述凿岩机之间设置有凿进驱动部；以及

扶钎器，所述扶钎器包括设置在所述第一推进梁上的中扶钎器和前扶钎器。

根据本发明双推进梁钻注锚一体机头，优选地，所述锚杆组件包括：

第二推进梁，其滑动设置在所述摆动架上，所述摆动架与所述第二推进梁之间设置有第二滑移驱动部；

锚杆扳手，其行走设置在所述第二推进梁上，在所述第二推进梁与锚杆扳手之间设置有锚进驱动部；以及

夹杆单元，其设置在所述第二推进梁的前端，所述夹杆单元与所述锚杆扳手对应设置。

根据本发明双推进梁钻注锚一体机头，优选地，所述锚杆储存组件包括：

固定管，所述固定管的两端设置有第一挡板和第二挡板，所述固定管的至少一端与对应的挡板固定连接；

旋转管，其枢接设置在所述第一挡板和第二挡板之间；

卡盘，多个卡盘固定设置在所述旋转管上，多根锚杆匹配储放在所述卡盘上；以及

换位旋转驱动部，其设置在所述第一挡板或第二挡板的外侧，所述换位旋转驱动部驱动所述旋转管旋转。

根据本发明双推进梁钻注锚一体机头，优选地，所述固定管包括固定外套管和固定内套管，所述固定外套管和所述固定内套管同轴套接；所述旋转管包括旋转外套管和旋转内套管，所述旋转外套管和旋转内套管同轴套接；所述固定外套管上设置有与机架连接的固定块，所述固定内套管与固定外套管之间设置有长度调节单元。

根据本发明双推进梁钻注锚一体机头，优选地，所述注浆组件包括：

中间梁，其固定设置在所述摆动架的中部；

送管机构，其设置在所述中间梁的中部，所述送管机构用于驱动注浆管前进和后退；

注浆头，其设置在所述中间梁的前端，所述注浆头用于引导注浆管对准钻孔；

注浆头伸缩驱动部，其设置在所述注浆头与中间梁之间、或所述注浆头与所述送管机构之间；

注浆头升降驱动部，其设置在所述注浆头下部与所述中间梁的前端之间。

根据本发明双推进梁钻注锚一体机头，优选地，所述中间梁上设置有机械手转轴，所述抓取机械手固定设置在所述机械手转轴上，所述中间梁上还设置有驱动所述机械手转轴转动的抓取驱动部。

根据本发明双推进梁钻注锚一体机头，优选地，所述锚杆组件位于所述注浆组件与所述锚杆储存组件之间。

一种双推进梁钻注锚一体台车，包括：

台车本体；以及

如上述的双推进梁钻注锚一体机头，在所述台车本体上设置有驱动所述双推进梁钻注锚一体机头的调节臂。

一种隧道锚杆施工工艺，利用上述的双推进梁钻注锚一体台车进行隧道锚杆施工，具体包括以下步骤：

根据施工点位调整调节臂，使得所述双推进梁钻注锚一体机头与施工点位相对应，由顶尖推送驱动部推动顶尖与隧道壁面顶紧，完成定位；

由回转驱动部驱动摆动架转动，使得钻孔组件与施工点位相对应，驱动钻孔组件动作，进行钻孔作业；

带钻孔完成后，钻孔组件复位，由回转驱动部驱动摆动架转动，进行钻-锚-注的施工工艺或钻-注-锚的施工工艺；

所述钻-锚-注的施工工艺为：由回转驱动部驱动摆动架转动，使得锚杆组件与钻孔相对应，通过抓取机械手抓取锚杆储存组件上的锚杆，并喂料给锚杆组件，依次将锚杆推送进钻孔内，并进行注浆作业；

所述钻-注-锚的施工工艺为：由回转驱动部驱动摆动架转动，使得注浆组件与钻孔相对应，通过注浆组件对钻孔内进行注浆；待注浆完成后，由回转驱动部驱动摆动架转动，使得锚杆组件与注浆后的钻孔相对应，通过抓取机械手抓取锚杆储存组件上的锚杆，并喂料给锚杆组件，依次将锚杆推送进钻孔内。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请可直接安装在锚杆台车的工作装置上或凿岩台车工作装置上，实现掘进、支护自动切换，并在锚杆安装前或安装后加注不同介质（锚固剂或填充剂），优化锚杆施工工艺，缩短了工作时间，提高了生产效率，同时也提高了施工作业的安全性，完全符合隧道机械化施工需求，解决了现有技术中存在的问题。

本申请能够实现钻孔、装锚杆、注浆自动切换，提供锚杆施工效率和支护质量，让施工作业人员从繁重的劳动强度以及恶劣的施工环境中得到极大解放，且相比单推进梁锚杆机头施工效率更高，故障率更低。

本申请通过钻孔组件、锚杆组件和注浆组件的布置形式的设置，能够实现相对于顶尖的旋转动作，从而实现快速有效的部件切换，提供了切换的便捷性，更有助于实现锚杆组件、锚杆储存组件和抓取机械手之间的动作配合，使得整个施工过程实现自动化，本申请还能够针对不同的隧道环境，进行推进梁的补偿推进，使得其应用范围更广，适应能力更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的双推进梁钻注锚一体机头的结构示意图之一。

图2为根据本发明实施例的双推进梁钻注锚一体机头的结构示意图之二。

图3为根据本发明实施例的锚杆储存组件与摆动架的安装结构示意图。

图4为根据本发明实施例的钻孔组件的结构示意图之一。

图5为根据本发明实施例的钻孔组件的结构示意图之二。

图6为根据本发明实施例的注浆组件的结构示意图之一。

图7为根据本发明实施例的注浆组件的结构示意图之二。

图8为根据本发明实施例的锚杆组件的结构示意图之一。

图9为根据本发明实施例的锚杆组件的结构示意图之二。

图10为根据本发明实施例的锚杆储存组件的结构示意图之一。

图11为根据本发明实施例的锚杆储存组件的结构示意图之二。

图中序号：

1为锚杆储存组件、2为锚杆组件、3为钻孔组件、4为注浆组件、5为顶尖、6为摆动架、7为机架、8为补偿油缸、9为三位油缸；

101为第一挡板、102为卡盘、103为旋转外套管、104为旋转内套管、105为固定内套管、106为固定块、107为固定外套管、108为换位旋转驱动部、109为第三液压马达、110为第二挡板。

201为夹杆单元、202第二推进梁、203为第二链条、204为锚杆扳手、205为第二液压马达、206为第二滑块、207为第二滑移驱动部、208为第二油缸底座。

301为凿岩机、302为第一液压马达、303为第一推进梁、304为第一滑块、305为第一链条、306为中扶钎器、307为前扶钎器、308为第一滑移驱动部、309为第一油缸底座。

401为注浆头、402为注浆管通道、403为注浆头伸缩驱动部、404为送管机构、405为注浆管、406为注浆管支架、407为抓取机械手、408为六方条、409为中间梁、410为注浆头升降驱动部、411为抓取驱动部。

具体实施方式

下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本发明的描述中，需要理解的是，“第一”、“第二”的表述用来描述本发明的各个元件，并不表示任何顺序、数量或者重要性的限制，而只是用来将一个部件和另一个部件区分开。

应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。

应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本发明，而不是所指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；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。

参见图1-图11，本申请公开了一种双推进梁钻注锚一体机头，包括机架7、摆动架6、顶尖5、锚杆储存组件1、抓取机械手407、以及设置在所述摆动架上的钻孔组件3、锚杆组件2和注浆组件4，锚杆组件2位于所述注浆组件4与所述锚杆储存组件1之间，摆动架6回转设置在所述机架7上，在所述机架7与所述摆动架6之间设置有回转驱动部；顶尖5滑动设置在机架7上，在所述机架7与所述顶尖5之间设置有顶尖推送驱动部；所述钻孔组件3、注浆组件4和锚杆组件2绕所述顶尖呈扇形分布；锚杆储存组件1固定在所述机架7的侧部，所述锚杆储存组件1用于储存锚杆；抓取机械手407设置在所述摆动架6上，所述摆动架6用于抓取锚杆储存组件上的锚杆并喂料给锚杆组件2。

优选地，本实施例中的钻孔组件3包括第一推进梁303、凿岩机301和扶钎器，第一推进梁303滑动设置在所述摆动架6上，在所述摆动架6与所述第一推进梁303之间设置有第一滑移驱动部308；凿岩机301行走设置在所述第一推进梁303上，在所述第一推进梁303与所述凿岩机301之间设置有凿进驱动部；所述扶钎器包括设置在所述第一推进梁上的中扶钎器306和前扶钎器307；本实施例中的凿进驱动部采用包括如图中所示的第一液压马达302和第一链条305，将凿岩机与第一链条连接，由此驱动凿岩机在第一推进梁303上滑移动作。

进一步地，本实施例中的锚杆组件2包括第二推进梁202、锚杆扳手204和夹杆单元201，第二推进梁202滑动设置在所述摆动架6上，所述摆动架6与所述第二推进梁202之间设置有第二滑移驱动部207；锚杆扳手204行走设置在所述第二推进梁202上，在所述第二推进梁202与锚杆扳手204之间设置有锚进驱动部；夹杆单元201设置在所述第二推进梁202的前端，所述夹杆单元202与所述锚杆扳手204对应设置。本实施例中的锚进驱动部采用包括如图中所示的第二液压马达205和第二链条203，将锚杆扳手204与第二链条203连接，由此驱动锚杆扳手在第二推进梁202上滑移动作。

锚杆储存组件1包括固定管、旋转管、卡盘102和换位旋转驱动部108，所述固定管的两端设置有第一挡板101和第二挡板110，所述固定管的至少一端与对应的挡板固定连接；旋转管枢接设置在所述第一挡板101和第二挡板110之间；多个卡盘102固定设置在所述旋转管上，多根锚杆匹配储放在所述卡盘102上；换位旋转驱动部108设置在所述第一挡板101或第二挡板110的外侧，所述换位旋转驱动部驱动所述旋转管旋转。

为了便于进行不同长度锚杆的储存，实现自动化的抓取和连续作业，本申请中的固定管包括固定外套管107和固定内套管105，所述固定外套管107和所述固定内套管105同轴套接；所述旋转管包括旋转外套管103和旋转内套管104，所述旋转外套管103和旋转内套管104同轴套接；所述固定外套管107上设置有与机架7连接的固定块106，所述固定内套管105与固定外套管107之间设置有长度调节单元，其长度调节单元可以通过手动拉伸后通过锁紧螺栓固定锁紧，也可以将固定内套管与对应的挡板铰接，从而使得固定内套管与固定外套管通过螺纹连接，通过旋转固定内套管，实现整体的伸缩；或者也可以直接采用气缸、液压缸等伸缩动力推杆进行推拉。

本实施例中的注浆组件4包括中间梁409、送管机构404、注浆头401、注浆头伸缩驱动部403和注浆头升降驱动部410，中间梁409固定设置在所述摆动架6的中部；送管机构404设置在所述中间梁409的中部，所述送管机构404用于驱动注浆管405前进和后退；注浆头401设置在所述中间梁409的前端，所述注浆头401用于引导注浆管405对准钻孔；注浆头伸缩驱动部403设置在所述注浆头与中间梁409之间、或所述注浆头401与所述送管机构404之间；注浆头升降驱动部410设置在所述注浆头401下部与所述中间梁409的前端之间。对于注浆头伸缩驱动部403和注浆头升降驱动部410可以采用多种不同的形式，其作用是能够对注浆头进行上下和前后的调节，提高对位的精准度。本申请中的注浆管后部通过注浆管支架406支撑，避免后部下垂过大，导致对注浆头造成影响，在通过注浆头进行导入前，还可以设置注浆管通道402，用于在一定的长度范围内进行注浆管的引导，避免进入钻孔中产生较大的扭矩。

在中间梁409上设置有机械手转轴，其即为如图中所示的六方条408，所述抓取机械手407固定设置在六方条408上，所述中间梁409上还设置有驱动所述六方条408转动的抓取驱动部411，抓取驱动部为液压油缸，通过在液压油缸的动作端与六方条之间设置摆臂，实现对六方条的摆动操控。

以下结合具体的部件进行应用效果的进一步详细描述：

机架：作为双推进梁钻注锚一体机头部件安装的基体，通过轴孔配合与摆动架连接；通过栓接与顶尖推送驱动部连接，具体地可以采用气缸、液压缸或电动推杆的推送结构均可，也可以采用丝杠丝母的传动结构；通过栓接与锚杆储存组件连接，具体地机架通过固定块与固定外套管连接固定。

摆动架：通过轴孔配合与机架连接，摆动架上方安装有第一推进梁、第二推进梁和中间梁，通过三位油缸驱动，实现钻孔位、锚杆位、注浆位的三位切换。

顶尖: 顶尖的一端为套筒结构通过轴孔配合连接在机架上，顶尖的另一端为锥形结构，工作时插入岩壁用于机头定位，工作时由顶尖推送驱动部带动顶尖相对于机架进行伸缩运动，从而实现整个一体机头与隧道壁面的定位支撑。

第一推进梁：通过滑块与摆动架连接，通过第一滑移驱动部能够在摆动架上前后滑动，具体地可以采用气缸、液压缸或电动推杆的推送结构均可，也可以采用丝杠丝母的传动结构、亦或者可以采用链轮链条或齿轮齿条的传动形式。具体的安装结构为采用双对中块设计，两点一线，保证开孔及钻孔直线度。第一推进梁上设置有凿岩机，具备回转+高频冲击或者回转+高频振动功能。

第二推进梁：通过滑块与摆动架连接，通过第二滑移驱动部能够在摆动架上前后滑动，第二滑移驱动部的结构与第一滑移驱动部的结构相同。第一推进梁和第二推进梁配合形成双推进梁结构，各自独立，结构简单，故障率低，容易维护；在第二推进梁前端设计有夹杆单元，具备锚杆接杆功能，用于长锚杆安装。

中间梁：通过栓接的方式安装在摆动架上，中间梁前端安装有注浆头，用于给锚杆注浆。中间梁后端安装有抓取机械手，抓取机械手通过六方条驱动，用于从锚杆储存组件上抓取锚杆，并进一步喂料给锚杆组件，实现连续自动化工作。

锚杆储存组件：通过栓接的方式与机架连接，采用机械机构或电气控制机械手转轴转动，保证每次转动一个库位；固定管采用内外套筒设计，根据不同锚杆长度对杆库长度调节，实现不同长度锚杆的存放。

注浆组件：通过栓接的方式安装在中间梁上，设计有流体介质（软管）和固态介质（硬管）两种锚固剂加注通道，通过送管机构将注浆软管或注浆硬管推入孔内或从孔内退出。注浆头的下方安装有注浆头升降驱动部，注浆头升降驱动部采用液压缸，其一端与中间梁连接，另一端与注浆头滑动卡接，即注浆头能够沿注浆头升降驱动部的顶部卡槽前后滑动，通过设置的注浆头伸缩驱动部能够使得注浆头前后滑动，通过注浆头升降驱动部和注浆头伸缩驱动部调节注浆组件的位置，以实现注浆组件的精准对孔。

在具体的工作过程中，结合具体的结构部件进行连接结构和工作原理的详细描述：

对于钻孔组件的结构，第一推进梁303通过第一滑块304与摆动架6相连，第一推进梁303上布置有凿岩机301，凿岩机301由第一液压马达302通过第一链条305驱动，凿岩机301能够在推进梁303上前后滑动。钻孔时，通过三位油缸9带动摆动架6将钻孔组件3对准打孔位置。凿岩机301在第一液压马达302的带动下沿着第一推进梁303向前推进，进行打孔操作，本申请还设置有中扶钎306器和前扶钎器307，用于防止钻杆弯曲；在钻孔过程中，如果隧道内有拱架存在，双推进梁钻注锚一体机头无法顶紧岩壁，通过设置的推进梁补偿油第一滑移驱动部308将第一推进梁303进一步往前伸，完成钻孔操作，图中所示的第一滑移驱动部308为液压油缸，其通过第一油缸底座309安装连接。

在利用钻孔组件3完成钻孔以后，利用锚杆组件2、注浆组件4进行插锚杆和注浆工序。对于钻-锚-注的锚杆施工，通过三位油缸9带动摆动架6将锚杆组件2对准孔的位置。首先利用注浆组件4上设置的抓取机械手407将锚杆从锚杆储存组件1上取出，放到锚杆组件2上的第二推进梁202上，然后利用锚杆组件2上的锚杆扳手204将锚杆推进孔中，最后通过锚杆扳手204进行注浆操作。其中，锚杆扳手204通过第二滑块206与第二推进梁202连接，第二液压马达205带动第二链条203驱动锚杆扳手204在第二推进梁202上前后滑动。如果隧道内有拱架存在，双推进梁钻注锚一体机头无法顶紧岩壁，通过设置的第二滑移驱动部207将第二推进梁303进一步往前伸，完成推送锚杆操作。图中所示的第而滑移驱动部207为液压油缸，其通过第一油缸底座208安装连接，如果需要进行长锚杆施作，可通过夹杆单元201进行接杆操作，进行长锚杆施工。

对于钻-注-锚的锚杆施工中，利用钻孔组件3完成钻孔操作后，通过三位油缸9带动摆动架6将注浆组件4对准打孔位置。利用锚杆组件2、注浆组件4进行插锚杆和注浆工序。首先利用注浆组件4上的送管机构404将注浆管405送至孔底进行注浆，在注浆过程中再次利用送管机构404将注浆管405慢慢拔出，即边注浆边拔管保证孔内注浆饱满。注浆完成后，利用注浆组件2上设置的抓取机械手407将锚杆从锚杆储存组件1上取出，放到锚杆组件2上的第二推进梁202上，然后利用锚杆组件2上的锚杆扳手204将锚杆推进孔中。

在锚杆施工过程中，注浆组件4上设置的抓取机械手407每抓取一次锚杆后，需要将锚杆储存组件1旋转一定的角度，将新的锚杆补位。锚杆储存组件通过固定块106与机架7连接，旋转外套管103和旋转内套管104组成旋转管，旋转管由换位旋转驱动部108驱动，保证旋转管每次旋转一定的角度，换位旋转驱动部108有第三液压马达109驱动。旋转管上设置有卡盘102，用于存放锚杆。固定外套管107和固定内套管105组成固定轴。通过调节旋转外套管103、旋转内套管104、固定外套管107和固定内套管105可以存放不同长度的锚杆。

本申请还公开了一种双推进梁钻注锚一体台车，包括台车本体和如上述的双推进梁钻注锚一体机头，在所述台车本体上设置有驱动所述双推进梁钻注锚一体机头的调节臂。通过调节臂调节双推进梁钻注锚一体机头的高度和倾斜角度等。

本申请还公开了一种隧道锚杆施工工艺，利用上述的双推进梁钻注锚一体台车进行隧道锚杆施工，具体包括以下步骤：

根据施工点位调整调节臂，使得所述双推进梁钻注锚一体机头与施工点位相对应，由顶尖推送驱动部推动顶尖与隧道壁面顶紧，完成定位；

由回转驱动部驱动摆动架转动，使得钻孔组件与施工点位相对应，驱动钻孔组件动作，进行钻孔作业；

带钻孔完成后，钻孔组件复位，由回转驱动部驱动摆动架转动，进行钻-锚-注的施工工艺或钻-注-锚的施工工艺；

所述钻-锚-注的施工工艺为：由回转驱动部驱动摆动架转动，使得锚杆组件与钻孔相对应，通过抓取机械手抓取锚杆储存组件上的锚杆，并喂料给锚杆组件，依次将锚杆推送进钻孔内，并进行注浆作业；

所述钻-注-锚的施工工艺为：由回转驱动部驱动摆动架转动，使得注浆组件与钻孔相对应，通过注浆组件对钻孔内进行注浆；待注浆完成后，由回转驱动部驱动摆动架转动，使得锚杆组件与注浆后的钻孔相对应，通过抓取机械手抓取锚杆储存组件上的锚杆，并喂料给锚杆组件，依次将锚杆推送进钻孔内。

上文已详细描述了用于实现本发明的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本发明的范围、适用或构造。本发明的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本发明的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本发明的保护范围。