Дуплексный геоход

Авторы патента:

Ефременков Андрей Борисович (RU)

Садовец Владимир Юрьевич (RU)

Лелюх Борис Фёдорович (RU)

Аксенов Владимир Валерьевич (RU)

E21D9/06 - проходка с использованием проходческих щитов

Владельцы патента RU 2469192:

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитовым агрегатам для проведения горных выработок и тоннелей овального сечения. Техническим результатом является повышение прочности законтурного слоя горного массива. Дуплексный геоход состоит из трех секций. Две передние секции смонтированны на несущих балках с приводами посредством шаровых погонов с зубчатыми венцами конической передачи. Приводы вращения секций расположены на диафрагмах, которые смонтированы на передних концах несущих балок с приводами. Каждая несущая балка с приводом смонтирована в направляющих задней секции с возможностью ее выдвижения. Внутри несущей балки смонтирован шнек с отдельным приводом. На внешних поверхностях передних вращающихся секций расположены винтовые лопасти с встречным направлением навивки. Перед каждой лопастью смонтированы малые исполнительные органы с индивидуальными приводами и рукавами со шнеками. В центре диафрагм смонтированы пустотелые балки, внутри которых смонтированы шнеки с приводами. Спереди - на забойных концах пустотелых балок смонтированы раструбы и погрузочные роторы с приводами. Приводы и исполнительные органы задней секции расположены на ее передней стенке. Снаружи передней стенки: вверху и внизу - горизонтально, а по центру - вертикально. Скребковый конвейер, лоток и шнек с приводом расположены за передней стенкой внутри задней секции. 5 ил.

Известен биротативный проходческий щитовой агрегат /геоход/ (заявка №2009129575/03 /041190/ от 31.07.2009 г. Авторы: Лелюх Б.Ф., Аксенов В.В., Ефременков А.Б.). Он составлен из трех секций, расположенных одна за другой. Две передние секции, считая от забоя, смонтированы на диафрагме посредством шаровых погонов. Шаровые погоны выполнены заодно с зубчатыми венцами конической передачи. На диафрагме смонтированы приводы вращения секций. Венцы шаровых погонов находятся в зацеплении с диаметрально противоположных сторон с ведущими коническими шестернями приводов вращения секций, расположенных на диафрагме. Диафрагма с секциями смонтирована на переднем конце балки. Балка своим задним концом смонтирована в направляющих задней секции, препятствующих ее вращению, но допускающих ее перемещение вдоль оси задней секции. Балка имеет привод, связанный с приводами вращения секций. Балка одновременно является лотком, в котором расположен транспортирующий шнек с приводом.

На внешних поверхностях передних вращающихся секций установлены винтовые лопасти с встречным направлением навивки. Перед винтовыми лопастями и элементами противовращения смонтированы малые исполнительные органы с приводами.

На переднем торце диафрагмы смонтирована пустотелая балка. На переднем (забойном) конце пустотелой балки находятся раструб и погрузочный ротор с лопатками. На конусном днище ротора имеются отверстия Г, расположенные против рукавов малых исполнительных органов. Ротор смонтирован на балке перед раструбом и снабжен приводом, соединенным с главным исполнительным органом. Этот же привод соединен с лобовой шарошкой, которая является частью главного исполнительного органа.

Недостатком данного биротативного проходческого щитового агрегата является значительная рельефность законтурного слоя горного массива, изрезанного каналами под винтовые лопасти и элементы противовращения, что снижает сопротивляемость законтурного слоя на сдвиг. Это чревато заклиниванием агрегата в забое и развитием аварийной ситуации.

Данный биротативный проходческий щитовой агрегат принимается за прототип и аналог.

Задачей данного изобретения является повышение сопротивляемости законтурного слоя горного массива на сдвиг путем уменьшения его изрезанности каналами.

Данная задача достигается параллельным разносом осей вращения двух передних секций на расстояние, на 50-100 мм превышающее их габаритный диаметр (фиг.1). Таким образом, передние секции располагаются не друг за другом, а рядом - друг с другом. Отсюда название - дуплексный. В этом случае в любом месте законтурного слоя горного массива (по периметру выработки) будут нарезаны каналы только для одной секции. В продольных каналах для элементов противовращения (как и в самих элементах противовращения) вообще отсутствует надобность, так как задняя секция и весь тоннель будут иметь овальное сечение, перекрывающее сечения двух круглых передних секций. Эта овальность и будет препятствовать вращению. Передние секции смонтированы на несущих балках посредством шаровых погонов на диафрагмах с приводами вращения секций в противоположных направлениях. Шаровые погоны, выполнены заодно с зубчатыми венцами конической передачи. Вращение секций синхронизировано. Несущие балки своими задними концами смонтированы в направляющих задней секции, препятствующих их вращению, но допускающих их перемещение вдоль оси задней секции. Несущие балки имеют привод, связанный с приводами вращения секций. Каждая несущая балка одновременно является лотком, в котором расположен транспортирующий шнек с приводом.

На передних торцах диафрагм смонтированы пустотелые балки. На переднем (забойном) конце пустотелых балок находятся раструбы и погрузочные роторы с лопатками. На конусном днище каждого ротора имеются отверстия Г, расположенные против рукавов малых исполнительных органов. Ротор смонтирован на пустотелой балке перед раструбом и снабжен приводом, соединенным с главным исполнительным органом. Этот же привод соединен с лобовой шарошкой, которая является частью главного исполнительного органа. Главные исполнительные органы барабанного типа смонтированы с возможностью вращения вокруг своих осей и вокруг оси секции (фиг.3).

На задней секции вверху и внизу (горизонтально) и по центру (вертикально) также смонтированы исполнительные органы. Они геометрически дополняют сечение двух круглых тоннелей до овала. Горная масса, отделенная исполнительными органами передних секций, шнеками по лоткам пустотелых и несущих балок подается в заднюю секцию, где скребковым конвейером соединяется с горной массой, отделенной исполнительными органами задней секции, в один поток и по лотку шнеком, снабженным приводом, выводится из нее.

На внешних поверхностях передних вращающихся секций установлены винтовые лопасти, с встречным направлением навивки. Перед винтовыми лопастями смонтированы малые исполнительные органы с приводами. Описание дуплексного геохода поясняется чертежами:

на фиг.1 изображен вид сверху дуплексного геохода;

на фиг.2 изображено продольное сечение по А-А на фиг.1 дуплексного геохода по вертикальной осевой плоскости одной из передних секций и по вертикальной плоскости задней секции;

на фиг.3 изображено сечение Б-Б на фиг.2 дуплексного геохода;

на фиг.4 изображено сечение Д-Д на фиг.2 дуплексного геохода;

на фиг.5 изображено сечение В-В на фиг.1 дуплексного геохода.

Дуплексный геоход состоит из трех секций: двух передних секций 1 и 2 (фиг.1), смонтированных на несущих балках 3 и 4, с возможностью вращения секций 1 и 2 в противоположные стороны посредством приводов вращения и выдвижения 5 и 6 (фиг.2), и одной задней секции 7, на которой в направляющих смонтированы несущие балки 3 и 4 с возможностью продольного перемещения. На наружных поверхностях передних секций 1 и 2 жестко закреплены винтовые лопасти 8 и 9 с противоположным направлением навивки, согласованным с направлением вращения передних секций 1 и 2. Перед каждой лопастью смонтирован малый исполнительный орган 10 с приводом 11 и шнеком 12 (фиг.1, 2). Передние секции 1 и 2 смонтированы на несущих балках 3 и 4 посредством диафрагм 13 с шаровыми погонами 14. В центре диафрагм 13 смонтированы пустотелые балки 15 (фиг.2; 3), внутри которых размещены шнеки 16 с приводами 17, а в несущих балках 3 и 4 задней секции 7 - шнеки 18 с приводами 19 (фиг. фиг.2, 4).

На переднем (забойном) конце балок 15 смонтированы раструбы 20 и погрузочные роторы 21 с лопатками 22 (фиг.3). Роторы 21 соединены с приводами вращения 23, смонтированными на пустотелых балках 15 перед раструбами 20. Приводы 23 соединены с главными исполнительными органами 24 и 25, с возможностью их вращения вокруг оси балки 15 (движение подачи) и вокруг собственной оси (движение резания). Эти же приводы соединены с лобовыми шарошками 26, относящимися к главным исполнительным органам 24 и 25. В задней секции 7 смонтирован шнек 27, соединенный с приводом 28, на рукаве 29.

На лобовой поверхности задней секции 7 вверху и внизу - горизонтально, а по центру - вертикально расположены исполнительные органы задней секции 30, 31, 32 (фиг.5). Между исполнительными органами 30, 31, 32 задней секции и шнеком 27 смонтирован скребковый конвейер 33.

Дуплексный геоход работает следующим образом.

Вся работа дуплексного геохода технологически разделена на три операции, которые вначале должны выполняться в определенном порядке, следуя данному описанию, а в дальнейшем - в соответствии с необходимостью.

Первая операция: дуплексный геоход в сборе или поагрегатно доставляется на подготовленную площадку, монтируется (собирается) и устанавливается вплотную к груди забоя. Несущие балки 3 и 4 должны быть втянуты в заднюю секцию 7. Включаются приводы 23 главных исполнительных органов 24, 25, с лобовой шарошкой 26, малые исполнительные органы 10 передних секций 1 и 2 с транспортирующими шнеками 12 (внутри секций 1 и 2), 16 (в пустотелых балках 15), 18 (в несущих балках 3 и 4) и 27 (в задней секции 7), а также скребковый конвейер 33. Включаются приводы 5 и 6 вращения и выдвижения передних секций 1 и 2, синхронизированные с выдвижением несущих балок 3 и 4. Синхронизация необходима для нарезания в горном массиве каналов с шагом винтовой поверхности, равным шагу навивки винтовых лопастей 8 и 9. Первая операция заканчивается тогда, когда передние секции 1 и 2 врежутся примерно на четверть оборота.

Горная масса, отделенная исполнительными органами 10, 24, 25 и 26 передних секций 1 и 2, падает вниз, где подбирается лопатками 22 вращающегося погрузочного ротора 21, поднимается ими до тех пор, пока угол наклона лопаток 22 превысит угол трения горной массы о материал лопаток. Потом она скатывается в раструб 20 и шнеками 16, 18, 27 и скребковым конвейером 33 удаляется из дуплексного геохода.

Вторая операция заключается в подтягивании задней секции 7 к передним секциям 1 и 2 до касания груди забоя исполнительными органами 30, 31, 32 задней секции 7. При этом синхронизация отключается, передние секции 1 и 2 останавливаются. Работают приводы вращения и выдвижения 5 и 6 только на подтягивание задней секции 7 к передним секциям 1 и 2. Приводы малых, главных исполнительных и исполнительных органов задней секции выключены, выключены приводы всех шнеков и скребкового конвейера.

Третья операция - это штатный режим работы. Работают все исполнительные органы: 10, 24, 25, 26, 30, 31 и 32, их шнеки: 12, 16, 18, 27 и скребковый конвейер 33, с приводами: 5, 6, 11, 17, 19, 23 и 28, синхронно вращаются передние секции 1 и 2.

Горная масса удаляется из дуплексного геохода тем же путем, что и в первой операции.

Технический результат: дуплексный геоход позволяет получить в горном массиве овальный тоннель, удобный для многих нужд в технике и градостроительстве.

На законтурном слое нарезана только одна винтовая канавка и всего лишь на половине окружности, а продольная канавка, для элементов противовращения, вообще отсутствует, так как отсутствуют сами элементы противовращения. Кроме того, при указанном на фиг.1 направлении вращения секций силы трения на внешних поверхностях секций 1 и 2 вызывают составляющие, направленные вверх, которые уменьшают силы трения от веса секций. При встречном направлении вращения передних секций 1 и 2 с осями главных исполнительных органов значительно уменьшаются нагрузки на конструкцию вследствие вычитания крутящих моментов, что позволит уменьшить ее вес и затраты мощности.

Дуплексный геоход, состоящий из трех секций: двух передних, считая от забоя, смонтированных на несущих балках с приводами посредством шаровых погонов с зубчатыми венцами конической передачи, находящимися в зацеплении с ведущими коническими шестернями приводов вращения секций, расположенных на диафрагмах, которые смонтированы на передних концах несущих балок с приводами, причем каждая несущая балка с приводом смонтирована в направляющих задней секции с возможностью ее выдвижения, а внутри несущей балки смонтирован шнек, с отдельным приводом, при этом на внешних поверхностях передних вращающихся секций расположены винтовые лопасти с встречным направлением навивки; причем перед каждой лопастью смонтированы малые исполнительные органы с индивидуальными приводами и рукавами со шнеками, а в центре диафрагм смонтированы пустотелые балки, внутри которых смонтированы шнеки с приводами, при этом спереди - на забойных концах пустотелых балок, смонтированы раструбы и погрузочные роторы с приводами, соединенными с главными исполнительными органами передних секций, а приводы и исполнительные органы задней секции расположены на ее передней стенке снаружи: вверху и внизу - горизонтально, а по центру - вертикально, при этом скребковый конвейер, лоток и шнек с приводом расположены за передней стенкой внутри задней секции.

Проходческий щитовой агрегат (геоход) // 2418950

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитовым агрегатам для проведения горных выработок. .

Биротативный проходческий щитовой агрегат // 2412354

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитовым агрегатам для проведения горных выработок и тоннелей. .

Способ щитовой проходки тоннеля // 2383738

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к щитовой проходке тоннелей, и может быть использовано при щитовой проходке проходных коллекторных тоннелей с бетонной обделкой.

Способ проведения подземной горной выработки круглого поперечного сечения // 2369742

Изобретение относится к горному делу, в частности к механизированному проведению подземных горных выработок с круглой формой поперечного сечения. .

Способ бурения твердой породы при помощи буровой туннелепроходческой машины // 2341642

Изобретение относится к способу бурения туннеля в твердой породе. .

Способ проходки горного тоннеля без вывоза породы на дневную поверхность // 2319836

Изобретение относится к области строительства тоннелей и может быть применено при устройстве водоспусков на гидроэлектростанциях, а также в процессе сооружения автомобильных и железных дорог в горных условиях.

Способ сооружения тоннелей // 2259479

Изобретение относится к подземному строительству, а более конкретно к сооружению тоннелей, коллекторов. .

Исполнительный орган проходческого щита // 2244129

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке тоннелей. .

Способ проведения минитоннелей и головная секция щитового комплекса оборудования для реализации способа // 2236593

Способ сооружения подземной выработки при щитовой проходке тоннеля // 2476675

Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству, в частности к щитовой проходке тоннелей различного назначения с использованием элементов сборной кольцевой обделки

Способ прокладки линий метрополитена // 2514865

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, а именно к прокладке линий метрополитена глубокого заложения. Изобретение направлено на обеспечение безопасности, сокращение сроков строительства линии метрополитена в сложных гидрогеологических условиях при плотной городской застройке, а также сокращения количества строительных рабочих и персонала. Указанный технический результат достигается тем, что при прокладке линий метрополитена, до проходки станционных и перегонных тоннелей в начале и в конце заданных зон, формируют монтажную и демонтажную камеры под двухроторный тоннелепроходческий механизированный комплекс (ТПМК), которым осуществляют проходку зоны перегонных тоннелей и 3-4 станционных комплексов. При этом щит заводится до уровня зоны станционного комплекса в монтажной камере, а по завершении проходки выводится через демонтажную камеру и далее переносится в следующую зону формирования станционного комплекса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Геоход (проходческий щитовой агрегат) // 2552539

Изобретение относится к подземному строительству, а именно к проходческим щитовым комплексам и агрегатам для проведения подземных выработок. Технический результат направлен на повышение надежности работы и снижение металлоемкости агрегата, повышение скорости проходки и технологичности изготовления агрегата, а также расширение области применения агрегата. Геоход (проходческий щитовой агрегат) содержит головную и концевую цилиндрические секции. В передней части головной секции на рамной конструкции расположен исполнительный орган геохода, содержащий два разрушающих цилиндрических элемента барабанного типа, соединенные с двигателем и установленные под углом α в диаметральной плоскости с эксцентриситетом e относительно продольной оси геохода. На внешней стороне головной цилиндрической секции закреплен движитель, выполненный в виде коротких секторов двухзаходной спиральной поверхности. Перед ними установлены разрушающие органы движителя цилиндрической формы, на боковой поверхности которых расположены радиальные резцы. Приводной двигатель разрушающих органов движителя установлен на внутренней стороне головной секции. На концевой цилиндрической секции закреплены продольные элементы противовращения с установленными перед ними разрушающими органами элементов противовращения цилиндрической формы, ось вращения которых перпендикулярна продольной оси геохода. 7 ил.

Способ проходки и крепления вертикальных и наклонных выработок и щитовой комплекс для его осуществления // 2607824

Изобретение относится к области подземного строительства при сооружении вертикальных и наклонных выработок глубокого заложения. Технический результат от использования изобретения состоит в повышении надежности и долговечности крепи, а также безопасности производства работ с сокращением сроков строительства стволов с существенным снижением материальных и трудовых затрат. Это достигается тем, что в способе проходки и крепления вертикальных и наклонных выработок, включающем разработку и выборку грунта в призабойной зоне, установку подвижной опалубки, подачу бетонной смеси в пространство, образованное внешней оболочкой щита и опалубкой, прессование бетонной смеси и возведение крепи, согласно изобретению возведение крепи осуществляют циклами, последовательно возводя участки из монолитно-прессованного бетона с количеством заходок, обеспечивающих последующий монтаж одного-двух колец из чугунных тюбингов или железобетонных блоков, при этом подачу бетонной смеси до полного заполнения пресс-камеры производят с регулированием интенсивности и равномерности с перекрытием бетоноводов по окончанию заполнения посредством управляемых затворов, которые равномерно располагают по окружности внутренней опалубки в конце рабочего хода пресс-кольца, а затем выполняют выпрессовывание бетонной смеси снизу вверх из пресс-камеры с распором на породу и с образованием очередной заходки пресс-бетонной крепи. Для осуществления способа применяется щитовой комплекс, включающий корпус, породоразрушающий рабочий орган, механизм для выдачи породы, механизм для возведения крепи, согласно изобретению в качестве породоразрушающего рабочего органа использован рабочий орган роторного типа, который выполнен конусообразным и жестко связан с центральным полым валом, который связан с зубчатым колесом и приводится во вращение несколькими гидроприводами, шестернями, которые входят в зацепление с зубчатым колесом, приводящим породоразрушающий орган с центральным валом во вращение, причем механизм для выдачи разрыхленной породы расположен внутри полого вала и выполнен в виде шнека, нижним концом который шарнирно опирается на конструкцию забурника с породоразрушающего рабочего органа, а верхний связан с гидроприводом, расположенным на горизонтальной полке корпуса щита, а нижняя часть внутреннего корпуса щита выполнена также конусообразной и расположена под углом к центральному валу, имеющему в нижней части окна для приема разрыхленной породы с попаданием ее в шнек, а на внутренней поверхности конусной части корпуса щита установлены рифленые пластины из абразивоизносостойкой и высокопрочной стали для увеличения долговечности и производительности рабочих поверхностей при измельчении крупных кусков породы, причем шнек в верхней части связан с бункером для приема породы, а на верхнем ярусе корпуса щита в его центральной части установлен тюбингоукладчик, имеющий поворотную платформу, установленную на столе с роликами и гидроприводом, жестко связанным с центральной стойкой, причем на поворотной платформе установлена телескопическая рукоять с захватом для чугунных тюбингов или железобетонных блоков, при этом щитовой комплекс имеет пресс-камеру, связанную с гидроцилиндрами и оснащенную пресс-кольцом, как минимум тремя управляемыми затворами с бетоноводами, равномерно расположенными по окружности внутренней опалубки, а на внутренней поверхности пресс-камеры размещены воздушные клапаны, по окружности между затворами бетоноводов для снятия противодавления воздуха при заполнении пресс-камеры бетонной смесью. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Исполнительный орган проходческого щитового комплекса для сооружения многополосных автодорожных и железнодорожных тоннелей и бесколонных станций метрополитена // 2614176

Изобретение относится к исполнительному органу проходческого щитового комплекса для сооружения многополосных автодорожных и железнодорожных тоннелей и бесколонных станций метрополитена. Технический результат заключается в обеспечении проходки тоннелей оптимальной овальной формы поперечного сечения при снижении затрат на разработку породы, обеспечение проходки в различных горногеологических условиях при больших притоках воды, а также в создание условий для максимальной механизации и автоматизации всех производственных процессов. Исполнительный орган щитового комплекса овальной формы содержит боковые рабочие органы, которые представляют овалы образуемые вращением относительно вертикальной оси боковых сводов тоннеля и их сопряжений со сводом и обратным сводом тоннеля. Фронтальный рабочий орган состоит из трех рабочих органов, каждый из них образуется вращением относительно горизонтальных осей окружностей свода, обратного свода, при этом промежуточный рабочий органа выполнен вогнутым. Зазоры между ними и оболочкой щита соответствуют вылету рабочего инструмента, а рабочий инструмент установлен со смещением на величину разработки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ обеспечения доступа к подземному объекту // 2624852

Изобретение относится к способу обеспечения доступа к подземному объекту винтоповоротным агрегатом прямым ходом при его вращении в одну сторону. Способ включает формирование ориентированной полости винтоповоротным агрегатом прямым ходом при его вращении в одну сторону, нарезку винтовых канавок и трех продольных радиальных каналов, равномерно распределяя их в плоскости поперечного сечения полости, в приконтурной зоне полости в массиве окружающих горных пород, поддержание выработанного пространства возведением крепи с установкой в радиальных каналах закладных элементов. Полость крепят кольцевой рамной крепью с решетчатой затяжкой межрамного пространства. По окончании формирования ориентированной полости режущий орган винтоповоротного агрегата демонтируют и по сформированной полости транспортируют к ее началу. Демонтируют один комплект кольцевой крепи и транспортируют его к началу полости. Винтоповоротный агрегат вращают в другую сторону и подвигают обратным ходом на шаг установки крепи, затем на участке полости между забоем и винтоповоротным агрегатом в радиальных каналах устанавливают закладные элементы, возводят винтовую крепь, элементы которой крепятся к закладным элементам. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ сооружения двухпутного тоннеля // 2625064

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам сооружения тоннелей большого диаметра глубокого и мелкого заложения. Способ сооружения двухпутного тоннеля включает проходку тоннеля с помощью тоннелепроходческого механизированного комплекса, установку опалубки для сооружения вентиляционного перекрытия, возведение жесткого основания тоннеля. К тоннелепроходческому механизированному комплексу присоединяют многоуровневую монтажную тележку портальной конструкции, опирающуюся на катки, с помощью которой возводят коммуникации на проектной высоте во время проходки тоннеля и монтаж опалубки для возведения вентиляционного перекрытия. При возведении жесткого основания тоннеля сооружают боковые бетонные выступы, по ним передвигают технологическую тележку, состоящую из двух пандусов и транспортной эстакады, опирающейся на металлические лыжи, предназначенную для пересечения зоны ведения работ по укладке центральной части жесткого основания мультисервисным транспортным средством, которое проходит под многоуровневой монтажной тележкой, доставляя материалы и блоки обделки к тоннелепроходческому механизированному комплексу при проходке тоннеля. С помощью многоуровневой монтажной тележки и технологической тележки одновременно с проходкой тоннеля осуществляют возведение вентиляционного перекрытия и возведение жесткого основания тоннеля. Технический результат состоит в снижении трудозатрат и снижении сроков строительства двухпутного тоннеля за счет одновременного выполнения не связанных между собой операций. 4 ил.