一种竖井钻挖一体式施工平台装置及方法

技术领域

本发明涉及竖井钻挖施工技术领域，尤其涉及一种竖井钻挖一体式施工平台装置及方法。

背景技术

水利工程项目建设过程中涉及到大量的竖井施工，如通风竖井、电缆竖井、引水竖井和交通竖井等等。

竖井开挖一般采用反井法施工，先采用反井钻机开挖溜渣井，再采用钻爆循环的方式由上至下分层进行扩挖，采用小型反铲或者人工进行翻渣。在分层扩挖过程中，钻孔、装药、翻渣、支护等施工工序均需要作业人员进入竖井内操作，由于竖井施工所面临的环境复杂和落石、岩爆等难以预测的突发性问题等因素，容易威胁到井内的作业人员的人身安全。溜渣井一般都是几十到上百米深，井内作业人员紧靠溜渣井施工，同时松动爆破后，在溜渣井上方会形成一层漏斗状碎石层，因此需要小型反铲或者人工进行翻渣，在松动的碎石层上施工作业不方便，且存在着较大的安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供一种竖井钻挖一体式施工平台装置，可以针对落石和岩爆等难以预测的突发性问题对作业人员进行较好的保护，同时可以根据钻孔、装药、翻渣、支护等施工工序的需要，给作业人员提供相应的施工平台，创造一个安全、便捷的作业环境。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种采用所述竖井钻挖一体式施工平台装置进行钻挖作业的方法。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种竖井钻挖一体式施工平台装置，包括顶梁、中平台和下平台，所述顶梁固定的安装中平台的上方，下平台通过伸缩装置上下活动的安装在中平台的下方，所述中平台的底部安装有翻渣铲，翻渣铲向下伸出下平台，中平台上安装有控制台，所述顶梁和中平台外边缘分别安装有多个支撑装置，顶梁的上方安装有顶篷防护装置。

所述顶篷防护装置包括伞形顶盖，伞形顶盖的下方设有加强肋，加强肋的下侧设有卡扣，顶篷防护装置通过卡扣与顶梁连接，所述伞形顶盖的上侧安装有吊环，吊环的下端与加强肋连接固定。

所述中平台包括中层梁和中层防护网，中层梁的中部设有转盘，翻渣铲通过转盘转动的安装在中层梁的底部，所述中层防护网包括第一底部防护网和第一边缘防护网，第一底部防护网安装在中层梁的上方，第一边缘防护网安装在中层梁上侧边缘。

所述下平台包括下层梁和下层防护网，下层梁的中部设有避让孔，翻渣铲穿过避让孔向下伸出下平台，所述下层防护网包括第二底部防护网和第二边缘防护网，第二底部防护网安装在下层梁的上侧，第二边缘防护网安装在下层梁上侧边缘。

所述伸缩装置包括支撑槽、滑杆以及驱动装置，所述支撑槽位于顶梁和中平台的边缘，支撑槽的上端与顶梁连接固定，下端与中平台连接固定，所述滑杆滑动导向的安装在支撑槽内，滑杆的上端与驱动装置连接，下端与下平台连接；所述支撑槽的槽口下端封闭，滑杆的上方位于支撑槽的槽口一侧设有安装孔，安装孔内转动限位的安装有锁扣，锁扣在支撑槽的槽口内上下滑动并对滑杆的行程进行限位。

所述驱动装置包括驱动器、卷扬和钢缆，驱动器固定安装在顶梁上，多个所述卷扬围绕驱动器安装，驱动器的输出轴安装有驱动齿轮，驱动齿轮同时与多个所述卷扬的齿轮啮合，所述顶梁上对应卷扬与伸缩装置之间安装有多个导线轮，缠绕在卷扬上的钢缆穿过导线轮后与滑杆上端的拉环连接固定。

所述支撑槽内安装有多个横向滚轮和纵向滚轮，所述横向滚轮安装在支撑槽内并位于槽口的对侧，纵向滚轮安装在支撑槽内并位于横向滚轮的两侧，滑杆安装在横向滚轮与两侧所述纵向滚轮合围的空间内。

所述支撑装置包括卡座、液压杆、铰臂、支撑座和伸缩滚轮组件，所述卡座一侧与顶梁或中平台连接固定，另一侧与铰臂的一端连接，铰臂的另一端与支撑座连接，液压杆安装在铰臂内驱动铰臂伸缩运动，所述支撑座远离卡座一侧的四个角部处设有导向槽，导向槽内安装有所述伸缩滚轮组件，所述伸缩滚轮组件包括弹簧、伸缩杆、滚轮组，所述伸缩杆与支撑座滑动连接，滚轮组安装在伸缩杆远离卡座的一端，所述弹簧安装在伸缩杆上，且一端抵靠支撑座，另一端抵靠滚轮组，所述支撑座远离卡座的一侧设有防滑齿。

所述中平台和下平台之间安装有折叠围栏，折叠围栏围绕下平台的避让孔安装，所述折叠围栏由多块格栅板组成，多块所述格栅板围绕避让孔，所述格栅板的下端与下平台铰接，上端与中平台的底部滑动连接，在下平台与中平台靠拢时，格栅板上端分别向外展开，在下平台远离中平台时，格栅板上端分别靠拢形成防护结构。

一种采用所述的一种竖井钻挖一体式施工平台装置进行钻挖作业的方法，包括以下步骤，

S1.将施工平台装置与龙门吊的缆绳连接；

S2.通过龙门吊将施工平台装置吊运至需要开挖的竖井上方；

S3. 人员进入到中平台内，通过控制台控制龙门吊下放，将施工平台装置放置到竖井内；

S4.当支撑装置全部位于竖井内后，通过控制台控制支撑装置的液压杆，使支撑装置的滚轮组与竖井壁接触并有一定量的压缩，同时支撑座的防滑齿不与竖井壁接触；

S5.操作控制台使龙门吊下放施工平台装置，将施工平台装置下放到基岩面平台上方后停止下放；

S6.操作控制台，控制驱动器转动，带动多个卷扬同时转动松放钢缆，此时滑杆沿支撑槽向下滑动，下平台也向下移动，使下平台上形成对基岩面实施钻孔和装药工作的工作面；在下平台向下移动的过程中，折叠围栏靠拢形成筒状的防护结构；

S7.钻孔和装药工序完成后，操作控制台控制龙门吊上提施工平台装置，将施工平台装置提升到安全的高度，进行松动爆破作业；

S8.操作控制台，控制驱动器转动，带动多个卷扬同时转动回收钢缆，此时滑杆沿支撑槽向上滑动，下平台也向上移动，并最终与上平台相贴；在下平台向上移动的过程中，折叠围栏展开；

S9.操作控制台使龙门吊下放施工平台装置，使施工平台装置下降到爆破层的上方，之后控制支撑装置的液压杆进一步伸长，使支撑座的防滑齿与竖井壁接触抵靠，通过控制台控制翻渣铲，将松动的石渣扒入溜渣井，完成了一个循环的钻挖作业。

本发明有如下有益效果：

1、施工平台装置通过龙门吊下方到竖井内，平台装置四周安装有液压支撑装置，支撑装置在平台下吊或者上提的过程中，可以保证施工平台稳定的在竖井的岩壁上滑动，液压支撑装置的设计，取代了传统竖井墙壁四周需铺设竖向滑道保持吊篮的稳定，省去了每一个钻爆挖循环后需铺设竖向滑道的工序，加快了施工进程，提高了扩挖的效率。该平台装置设有两层施工平台，中平台用于翻渣控制作业，下平台用于钻孔、装药、支护作业，同时下平台可以相对于中平台在一定的幅度内升降，翻渣作业时，将下平台提升至与中平台贴合，为翻渣铲的翻渣作业提供空间，翻渣铲可以自由大幅活动，需要钻孔、装药、支护作业时，将下平台放下，该设计可以降低施工平台装置整体的长度，使得起吊该平台装置的龙门吊净空高度有效降低，一般竖井上端口在山体洞室内，为竖井开挖所预留的洞室高度可以相对减小；同时钻孔、装药、翻渣、支护等几个工序的施工平台一体化设计，可以减少竖井上端洞室存储施工设施设备的空间，并且也大量减少了龙门吊吊钩与施工平台装置锁定与拆卸环节。顶篷防护装置用于对下方整个施工平台装置进行保护，防止竖井内落石对人员造成伤害。该施工平台装置可以针对落石和岩爆等难以预测的突发性问题对作业人员进行较好的保护，同时可以根据钻孔、装药、翻渣、支护等施工工序的需要，给作业人员提供相应的施工平台，创造一个安全、便捷的作业环境。

2、驱动装置采用卷扬带动钢丝绳驱动结构，不仅使下平台与中平台能够贴合，而且使顶篷防护装置能够完全遮盖住下方，且结构在高度上更加紧凑。

3、在中平台和下平台之间安装有折叠围栏，防止在下平台作业时，人员从下平台的避让孔跌落的风险，折叠围栏不仅能够防护避让孔，还不影响下平台上下伸缩。

附图说明

图1为本发明作业时的状态示意图。

图2为本发明的前视结构示意图。

图3为本发明的仰视结构示意图。

图4为本发明的顶篷防护装置俯视结构示意图。

图5为本发明的顶篷防护装置仰视结构示意图。

图6为本发明的顶篷防护装置卡扣结构示意图。

图7为本发明的顶篷防护装置安装结构位置示意图。

图8为本发明的顶梁及驱动装置结构示意图。

图9为本发明的顶梁及驱动装置另一视角结构示意图。

图10为本发明的导线轮结构示意图。

图11为本发明的驱动装置局部放大结构示意图。

图12为本发明的支撑装置结构示意图。

图13为本发明的支撑装置另一视角结构示意图。

图14为本发明支撑槽结构示意图。

图15为本发明滑杆结构示意图。

图16为本发明滑杆顶部结构示意图。

图17为本发明滑杆顶部的锁扣工作状态示意图。

图18为本发明伸缩装置工作状态示意图。

图19为本发明滑杆在支撑槽中的结构示意图。

图20为本发明中平台结构示意图。

图21为本发明中层梁及翻渣铲连接示意图。

图22为本发明折叠围栏展开时的形态示意图。

图23为本发明下平台结构示意图。

图24为本发明下平台与中平台连接局部结构示意图。

图中：竖井1，缆绳2，溜渣井3，顶篷防护装置4，吊环401，伞形顶盖402，加强肋403，卡扣404，支撑装置5，卡座501，液压杆502，铰臂503，弹簧504，伸缩杆505，滚轮组506，支撑座507，导向槽508，防滑齿509，伸缩装置6，支撑槽601，槽口602，横向滚轮603，纵向滚轮604，滑杆605，拉环606，安装孔607，锁扣608，中平台7，第一底部防护网701，第一边缘防护网702，下平台8，避让孔801，下层梁802，第二底部防护网803，第二边缘防护网804，顶梁9，控制台10，中层梁11，转盘111， 翻渣铲12，折叠围栏13，格栅板131，驱动装置14，驱动器141，卷扬142，钢缆144，驱动齿轮143，导线轮145。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例一：

参见图1-24，一种竖井钻挖一体式施工平台装置，包括顶梁9、中平台7和下平台8，所述顶梁9固定的安装中平台7的上方，下平台8通过伸缩装置6上下活动的安装在中平台7的下方，所述中平台7的底部安装有翻渣铲12，翻渣铲12向下伸出下平台8，中平台7上安装有控制台10，所述顶梁9和中平台7外边缘分别安装有多个支撑装置5，顶梁9的上方安装有顶篷防护装置4。

施工平台装置通过龙门吊下方到竖井1内，平台装置四周安装有液压支撑装置5，支撑装置5在平台下吊或者上提的过程中，可以保证施工平台稳定的在竖井1的岩壁上滑动。该平台装置设有两层施工平台，中平台7用于翻渣控制作业，下平台8用于钻孔、装药、支护作业，同时下平台8可以相对于中平台7在一定的幅度内升降，翻渣作业时，将下平台8提升至与中平台7贴合，为翻渣铲12的翻渣作业提供空间，翻渣铲12可以自由大幅活动，需要钻孔、装药、支护作业时，将下平台8放下，该设计可以降低施工平台装置整体的长度，使得起吊该平台装置的龙门吊净空高度有效降低，一般竖井1上端口在山体洞室内，为竖井1开挖所预留的洞室高度可以相对减小；同时钻孔、装药、翻渣、支护等几个工序的施工平台一体化设计，可以减少竖井1上端洞室存储施工设施设备的空间，并且也大量减少了龙门吊吊钩与施工平台装置锁定与拆卸环节。顶篷防护装置4用于对下方整个施工平台装置进行保护，防止竖井1内落石对人员造成伤害。该施工平台装置可以针对落石和岩爆等难以预测的突发性问题对作业人员进行较好的保护，同时可以根据钻孔、装药、翻渣、支护等施工工序的需要，给作业人员提供相应的施工平台，创造一个安全、便捷的作业环境。

具体的，顶梁9为十字结构。伸缩装置6可以是钢丝绳驱动结构，也可以是液压油缸驱动结构。通过钢丝绳的收放或者液压油缸的伸缩驱动下平台8上下移动。翻渣铲12采用挖掘机的铲斗结构。控制台10可以是安装在中平台7上的操作台，也可以是安装在中平台7上的控制室或者操作室。控制台10可以控制龙门吊、支撑装置5、伸缩装置6、翻渣铲12的运行。

参见图2-7，顶篷防护装置4包括伞形顶盖402，伞形顶盖402的下方设有加强肋403，加强肋403的下侧设有卡扣404，顶篷防护装置4通过卡扣404与顶梁9连接，所述伞形顶盖402的上侧安装有吊环401，吊环401的下端与加强肋403连接固定。

具体的，加强肋403也为十字结构结构，加强肋403通过卡扣404支撑安装在十字结构的顶梁9上，并通过螺栓405固定位置。吊环401下端连接在加强肋403上，结构更加牢固。

参见图8、20、21，中平台7包括中层梁11和中层防护网，中层梁11的中部设有转盘111，翻渣铲12通过转盘111转动的安装在中层梁11的底部，所述中层防护网包括第一底部防护网701和第一边缘防护网702，第一底部防护网701安装在中层梁11的上方，第一边缘防护网702安装在中层梁11上侧边缘。

具体的，参见图21，中层梁11为十字结构，十字结构的中层梁11中心设有转盘111，翻渣铲12通过转盘111转动的安装在中层梁11的底部。转盘111与翻渣铲12的连接结构采用现有技术中挖掘机的车体与铲斗的连接结构。

参见图23、24，下平台8包括下层梁802和下层防护网，下层梁802的中部设有避让孔801，翻渣铲12穿过避让孔801向下伸出下平台8，所述下层防护网包括第二底部防护网803和第二边缘防护网804，第二底部防护网803安装在下层梁802的上侧，第二边缘防护网804安装在下层梁802上侧边缘。

需要说明的，为了便于人员进入到中平台7内和下平台8内，中平台7的第一边缘防护网702设有可开闭的门，同时第一底部防护网701的底部设有人孔，人员通过第一底部防护网701的人孔进入到下平台8内。防护网格栅间距大于钻头直径，可以满足作业人员在平台内部向外钻孔和装药。同时，下平台8的直径要大于中平台7的直径，也就是说，下平台8能向上将中平台7套住。

在优选的方案中，参见图14-19，伸缩装置6包括支撑槽601、滑杆605以及驱动装置14，支撑槽601位于顶梁9和中平台7的边缘，支撑槽601的上端与顶梁9连接固定，下端与中平台7连接固定，具体的，支撑槽601为C型槽结构，支撑槽601分别与顶梁9和中平台7的中层梁11连接，且顶梁9与中层梁11为对应的十字结构梁，支撑槽601安装在十字结构梁的端部。滑杆605滑动导向的安装在支撑槽601内，滑杆605的上端与驱动装置14连接，下端与下平台8连接；支撑槽601的槽口602下端封闭，滑杆605的上方位于支撑槽601的槽口602一侧设有安装孔607，安装孔607内转动限位的安装有锁扣608，锁扣608在支撑槽601的槽口602内上下滑动并对滑杆605的行程进行限位。如图18所示，在施工平台装置拼装后，滑杆605上的锁扣608处于翻出来状态，如图14所示，支撑槽601下端是封闭的，可以避免因为操作不当，使得滑杆605滑出支撑槽601。驱动装置14可以是卷扬带动钢丝绳驱动，也可以是采用液压油缸驱动。

在优选的方案中，采用卷扬带动钢丝绳驱动结构。参加图8-11，驱动装置14包括驱动器141、卷扬142和钢缆144，驱动器141固定安装在顶梁9上，多个所述卷扬142围绕驱动器141安装，驱动器141的输出轴安装有驱动齿轮143，驱动齿轮143同时与多个所述卷扬142的齿轮啮合，所述顶梁9上对应卷扬142与伸缩装置6之间安装有多个导线轮145，缠绕在卷扬142上的钢缆144穿过导线轮145后与滑杆605上端的拉环606连接固定。采用上述结构，不仅使下平台8与中平台7能够贴合，而且使顶篷防护装置4能够完全遮盖住下方，且结构在高度上更加紧凑。具体的，驱动器141可以是电机减速机，也可以是液压马达。

进一步的，参见图14，支撑槽601内安装有多个横向滚轮603和纵向滚轮604，所述横向滚轮603安装在支撑槽601内并位于槽口602的对侧，纵向滚轮604安装在支撑槽601内并位于横向滚轮603的两侧，滑杆605安装在横向滚轮603与两侧所述纵向滚轮604合围的空间内，使滑杆605滑动更加灵活。

参见图12、13，支撑装置5包括卡座501、液压杆502、铰臂503、支撑座507和伸缩滚轮组件，所述卡座501一侧与顶梁9或中平台7连接固定，另一侧与铰臂503的一端连接，铰臂503的另一端与支撑座507连接，液压杆502安装在铰臂503内驱动铰臂503伸缩运动，所述支撑座507远离卡座501一侧的四个角部处设有导向槽508，导向槽508内安装有所述伸缩滚轮组件，所述伸缩滚轮组件包括弹簧504、伸缩杆505、滚轮组506，所述伸缩杆505与支撑座507滑动连接，滚轮组506安装在伸缩杆505远离卡座501的一端，所述弹簧504安装在伸缩杆505上，且一端抵靠支撑座507，另一端抵靠滚轮组506，所述支撑座507远离卡座501的一侧设有防滑齿509。通过液压杆502驱动铰臂503伸缩，从而驱动支撑座507伸缩。具体的，铰臂503呈V字结构，V字结构铰臂503的下端铰接，液压杆502的两端分别铰接在V字结构铰臂503的中部，V字结构铰臂503的上端分别与卡座501和支撑座507固定连接，结构简单，稳定性好。采用此结构，支撑座507是转动的伸缩的。因此，为了支撑座507能够平移的伸缩，铰臂503也可以采用常用的剪刀叉伸缩结构，例如，采用液压升降平台的高度伸缩结构。

参见图20、22，为了防止在下平台8作业时，人员从下平台8的避让孔801跌落的风险，在中平台7和下平台8之间安装有折叠围栏13，折叠围栏13围绕下平台8的避让孔801安装。具体的，参见图22，折叠围栏13由多块格栅板131组成，多块所述格栅板131围绕避让孔801，所述格栅板131的下端与下平台8铰接，上端与中平台7的底部滑动连接，在下平台8与中平台7靠拢时，格栅板131上端分别向外展开，在下平台8远离中平台7时，格栅板131上端分别靠拢形成防护结构。这样，折叠围栏13不仅能够防护避让孔801，还不影响下平台8上下伸缩。

具体的，格栅板131的下端两头或者中部与下平台8铰接，中平台7的底部的底部设有与格栅板131对应的滑槽，格栅板131上端与滑槽滑动连接。

实施例二：

一种采用所述的一种竖井钻挖一体式施工平台装置进行钻挖作业的方法，包括以下步骤：

S1.将施工平台装置的吊环401与龙门吊的缆绳2连接；

S2.通过龙门吊将施工平台装置吊运至需要开挖的竖井1上方；

S3. 人员进入到中平台7内，通过控制台10控制龙门吊下放，将施工平台装置放置到竖井1内；

S4.当支撑装置5全部位于竖井内后，通过控制台10控制支撑装置5的液压杆502，使支撑装置5的滚轮组506与竖井壁接触并有一定量的压缩，同时支撑座507的防滑齿509不与竖井壁接触；

S5.操作控制台10使龙门吊下放施工平台装置，将施工平台装置下放到基岩面平台上方后停止下放；

S6.操作控制台10，控制驱动器141转动，带动多个卷扬142同时转动松放钢缆144，此时滑杆605沿支撑槽601向下滑动，下平台8也向下移动，使下平台8上形成对基岩面实施钻孔和装药工作的工作面；在下平台8向下移动的过程中，折叠围栏13靠拢形成筒状的防护结构；

S7.钻孔和装药工序完成后，操作控制台10控制龙门吊上提施工平台装置，将施工平台装置提升到安全的高度，进行松动爆破作业；

S8.操作控制台10，控制驱动器141转动，带动多个卷扬142同时转动回收钢缆144，此时滑杆605沿支撑槽601向上滑动，下平台8也向上移动，并最终与上平台7相贴；在下平台8向上移动的过程中，折叠围栏13展开；

S9.操作控制台10使龙门吊下放施工平台装置，使施工平台装置下降到爆破层的上方，之后控制支撑装置5的液压杆502进一步伸长，使支撑座507的防滑齿509与竖井壁接触抵靠，通过控制台10控制翻渣铲12，将松动的石渣扒入溜渣井3，完成了一个循环的钻挖作业。