专利名称：用于对岩石进行作业的方法及设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于挖掘隧道、地道等的方法及钻机。
背景技术：
在开挖隧道和采矿期间，挖掘隧道、地道或井道等的特定过程是耗时、耗能以及高成本的过程。要完成所有这些空间，除了挖掘之外，必须还要增加紧固顶部、基底部、壁以及可能的表面处理的操作。在挖掘隧道和地道期间，在前已知的是使用具有切割轮的钻机，其在作业期间在可摆动及可枢转臂以及设置在承载车辆上的驱动装置的帮助下被驱动掠过待被作业岩石表面。然后，具有杆状作业工具的可旋转切割轮被设置以执行岩石作业。作为背景技术中的代表，要提到US 4 721 340。
背景技术：
中的其他代表则是US 4629 010 和 WO 93/07359 和 GB 801 615。
技术背景中的所有这些代表都存在上文提到的缺点，S卩，耗时、耗能和成本高的操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种上文指出的方法以及钻机，其中，背景技术中的缺点得到解决或至少得到减少。这是通过各项独立权利要求的特征来实现的。本发明涉及通过绕主旋转轴线旋转的切割头对岩石进行作业，其中岩石切割元件大体径向向外定向，其中，意在使岩石切割元件定位成在切割头包络表面周围分布。另外，意在使得通过使该包络表面区域与岩石接合而抵靠着待被作业的岩石表面施加切割头。当涉及用于挖掘隧道、地道等的本发明方法时，用于通过挖掘钻机挖掘隧道、地道等的方法，所述钻机具有可动基座单元，可动基座单元通过支承单元支承承载单元，承载单元又承载切割头，切割头具有向外指向的切割元件，所述方法包括-围绕主旋转轴线旋转切割头并且将切割头施加压靠在待被作业的岩石表面，-将切割疏松材料从岩石表面运走，-使承载单元相对于支承单元摆动到第一选定相互位置，-使支承单元相对于基座单元围绕作为基座单元的纵向轴线的轴线旋转进入第二选定相互位置，由此可控制切割头的操作角，并且-在大致平行于纵向轴线的方向上执行隧道侧部切割，使旋转切割头以作为倾斜角的操作角前进。其中，“为基座单元的纵向轴线的轴线”是指大致沿着基座单元的纵向方向延伸的轴线。该轴线可为基座单元或基座单元的一部分的对称轴线或者平行于基座单元或基座单元的一部分的对称轴线和/或是平行于钻机的基本运动方向的轴线。值得指出的是，根据即隧道(等)的宽度，使承载单元相对于支承单元摆动进入第一选定相互位置可以意味着承载单元在操作期间居中地保持或向外摆动。其中，“选定相互位置”是指在两个可动单元之间的相对运动引起的所需位置。
根据本说明书，根据本发明方法及钻机执行的单一行程(在整个隧道/地道面的一部分上)被称作“切割(cut)”。“各切割(cuts)”是指多个切割。“中央切割”是指在隧道/地道的中央执行的切割，该隧道/地道的中央是指从隧道/地道的竖直对称平面观察大致是中央的。不是“中央切割”的各切割被称作“侧部切割”。通常，“侧部切割”是指大部分向侧部执行的切割，但不排除的是，利用不同倾斜切割头的多于一个的“侧部切割”在所述竖直对称平面的一侧或每侧执行。其中，“切割头的操作角”在此是指在切割头的垂直于切割头的主旋转轴线的主平面与正常定位的平直向前指向的切割头的挖掘钻机的竖直纵向对称平面(或者更一般而言，相对于竖直线)之间的角度。切割头的主平面通过支承单元的旋转将被“倾斜”以获得倾斜角，由此切割可被裁切以便形成隧道顶部的所需形状。值得指出的是，通过使支承单元相对于基座单元围绕作为基座单元的纵向轴线的所述轴线旋转进入来设定“切割头的操作
用 、“水平地”和“竖直地”在此是指相对于钻机而观察的。它们明显地偏离真实的水平和竖直方向、线、平面等。通过本发明，可以非常简单和快速的方式有利地实现以形成具有拱弯成所需形状的隧道(等)的顶部，由此顶部的稳定性增加，并且相比具有平面顶部或台阶形顶部的隧道，顶部的稳定性可以更充足地安装。由于该特征使用以倾斜角前进的旋转切割头执行各隧道侧部切割被理解为使用稍微倾斜的切割头进而在进行三个切割时例如在两侧具有大约30度的操作倾斜角而进行各侧部切割。通常，各侧部切割在钻机的向上提升的状态下执行以形成隧道/地道比切割头的直径高的顶部高度。由此，首先，必须进行少量切割以获得可接受的顶部轮廓。其次，隧道顶部将获得“拱形”构形，这是由于当从隧道/地道的截面观察时顶部构形将包括具有连续地变化角度的邻近岩石面部分。一个示例通过多个切割(例如是三个)形成的顶部会具有对应于切割头的外周部分的面部分，其中切割头旋转形成所述邻近岩石面部必要的角度，该角度是利用竖直定位的切割头的中央切割和各侧部切割之间的角度，所述侧面沿隧道的长度方向延伸并且彼此形成各倾斜角(例如30度)。当然，可以通过多于三个的切割，例如五个，其中一个中央切割和在每侧两个彼此具有不同的倾斜角的连续侧向切割来形成顶部。对于更窄的切割头，这可以是特别相关的。顶部还可以通过偶数个切割形成，其中，所有切割使用以不同的角度倾斜的切割头来进行，以形成与相互对应地倾斜的截面部分邻近的面部分。在该情形下，所有的顶部切割是“侧部切割”。同样，根据本发明切割出的隧道必须通过安装岩石锚杆来紧固，但相比背景技术的平面顶部，载荷将会有利地减小并且安装将会更容易。根据其他传统方法切割出的拱形顶部将会更耗时并且其形成因此会更不经济。此外，根据本发明的方法引起非常快速的隧道开挖，以便获得具有拱形顶部或至少拱形轮廓的顶部，通常这是由于必须采取更少的挖掘步骤以便实现类似的效果(或者更好的效果)。优选地，岩石切割元件形成为至少在外周是盘形的切割滚轮，切割滚轮能够在切割头压靠在岩石上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，并且岩石切割元件在滚动期间切割出侧向设置的槽，槽以彼此相距一定距离的方式置于岩石表面中。优选地，在切割期间，切割头通过抵靠着待被作业的岩石沿挖掘方向线性地移位而压靠在岩石上。在切割完成之后，为了进行新的挖掘阶段，从岩石拔出切割头、将切割头移位到具有待被作业的新岩石的位置、并且重复地使切割头线性地抵靠着岩石。有利地，旋转切割头沿相对于主旋转轴线形成大约70°到90°之间的角度的方向压靠在待被作业的岩石表面上。 有利地，支承单元相对于基座单元的旋转从中性位置在0°到90°之间，在该位置主旋转轴线(R)大致是水平的，用于最好地适应所需的操作。有利地，隧道或地道的拱状顶部通过施加和挖掘切割头来成形，对于多个切割中的每一个而言，所述支承单元相对于所述基座单元旋转成不同角度。优选地，在不旋转支承单元的情况下进行一个最上方的中央切割，并且，在所述支承单元相应地旋转以获得所述切割头的倾斜角的情况下，在所述拱状顶部的两上侧处进行两个切割。为了获得优选的隧道或地道的高度，隧道或地道通过在挖掘阶段挖掘基底部成形，所述支承单元相对于所述基座单元未旋转，并且承载单元相对于所述支承单元摆动进入不同的相互位置，并且其中，所述拱状顶部通过在提升挖掘阶段由处于提升状态的钻机来形成。通常，隧道、地道等的成形顶部的表面成形为所述切割头的包络表面的一部分。根据本发明，用于挖掘隧道、地道等的钻机，包括基座单元，所述钻机包括-稳定单元，所述稳定单元用于与基底部、第一侧壁、第二侧壁和/或顶部中的至少一个稳定接合，-挤压单元，所述挤压单元用于将旋转切割头压靠在待被作业的岩石上，-驱动装置，所述驱动装置用于旋转驱动所述切割头，其中，所述钻机具有用于将在切割期间正被疏松的材料运走的装置，-可动基座单元，所述可动基座单元通过支承单元支承承载单元，所述承载单元又承载所述切割头。所述钻机包括-摆动装置，所述摆动装置使所述承载单元相对于支承单元摆动进入选定相互位置，-旋转装置,所述旋转装置使所述支承单元相对于基座单元围绕是所述基座单元的纵向轴线的轴线旋转进入选定相互位置，由此能够控制所述切割头的操作角，以及-定位装置，所述定位装置用于以倾斜角度在旋转切割头前进期间对其进行定位，以便在大致平行于所述前进的切割头的所述纵向轴线的方向上对隧道执行侧向切割，其中切割头前进所述倾斜角。优选地，具有切割头的承载单元能够摆动通过侧摆动装置，使得当切割头压靠在待被作业的岩石上时，主旋转轴线与挤压方向之间形成大约70°到90°的角度。优选地，支承单元在相对边缘处具有相对的圆弧形导引槽，用于可移位地容纳承载单元的导引元件。
优选地，沿竖向作用于基底部或顶部的稳定单元设置成用于将所述基座单元从用于在较低的高度上操作的第一作业位置提升到用于在较高的高度上操作的第二操作位置。优选地，所述装置使在操作中的旋转的切割头沿相对于所述主旋转轴线形成大约70°到90°之间的角度的方向压靠在待被作业的岩石表面上。通过使用岩石切割元件，所述岩石切割元件形成为至少在外周是盘形的切割滚轮，所述切割滚轮能够在所述切割头压靠在岩石上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，由此所述岩石切割元件在滚动期间切割出侧向设置的槽，所述槽以彼此相距一定距离的方式置于岩石表面中，必须通过特定 岩石切割元件直接作业而分解的岩石量被最小化，这是通过以下事实实现的只有岩石侧中的这样的槽必须通过与岩石的滚动接触而被切割，其中所述槽彼此相距一定距离，这是取决于切割头的特征的有利且高效的方式。存在于槽之间的材料将主要依靠自身裂开，这是因为在槽的切割期间在材料中出现自我引发裂纹现象的原因。可能地，仅部分疏松的材料可以在例如旋转切割头的下一次应用期间随即被简单地从被作业的岩石侧松出。由此，实现了 为良好分解岩石材料而消耗的能量可以被最小化，以使得时间、能量和成本可以减少。另外，与之前的根据背景技术的对应方法相比，对单位数量的被切割岩石而言，作业于岩石的特定元件可以使用得明显地更长久，这是因为这些元件的磨损减少。槽宽、槽深以及槽之间的距离根据应用和根据岩石特性、特别地根据形成裂纹的倾向性进行选择。这些参数可以在现场测试、实际分析期间和/或通过实验室测试和计算来确定。当然，在定尺寸期间，岩石切割元件的抵抗性和所选择的用于这些岩石切割元件的材料也是最重要的，这是因为岩石切割元件的厚度直接确定所形成的槽的宽度。另外，切割滚轮中的材料是在前使用的用于相似应用的本身已知的高抵抗性材料。切割滚轮也可以装备有绕周边分布的硬金属嵌体。只有要形成槽的区域中的岩石材料将必须被分解，这个事实是通过将岩石切割元件形成为至少部分盘形的切割滚轮而实现的，其中使至少部分盘形的切割滚轮在切割头压靠在岩石上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，并通过在滚动期间使至少部分盘形的切割滚轮切割出侧向布置的槽而实现的，所述槽彼此相距一定的距离。由此，其意在切割滚轮呈大体盘形，或在局部外周大体呈盘形，其中，切割轮应是平坦的、大体圆形的、且至少在外周具有基本相同的厚度。由此实现了 形成这样的槽，所述槽大体在岩石侧中的槽的深度上具有相同的宽度，由此，因而不必分解槽之间的材料，这带来了上文提到的在涉及能量及能量消耗方面以及在涉及岩石切割作业元件磨损方面的优点。然而，即使根据上面描述的盘形或局部呈盘形的元件是优选的，本发明还包括具有不同地成形的作业元件，例如非旋转的、双头形、杆形、按钮形等的元件。当切割头线性地压靠在待被作业的岩石上时，并在需要时，在某一作业阶段完成之后，在随后的作业阶段中，从岩石中拔出切割头、并将其移动到具有待切割岩石的新地点、然后重复上述方法。通常，对于竖直井道和某些隧道挖掘等，旋转切割头沿大体与主旋转轴线成直角的方向压靠在待被作业的岩石表面上。然而，对于某些类型的隧道挖掘，在切割头轴线处侧向摆出的位置、沿与主旋转轴线成70°到90°之间角度的方向抵靠着待被作业的岩石表面，这是非常有利的。以下应当是相关的，例如，在地道或隧道挖掘过程中，钻机正被使用以使得切割头沿与地道或隧道方向对应的方向挤压，同时切割头向外偏转。在此，在使用切割滚轮时，由于几何构形，即便在最外摆出的位置，切割滚轮的路径与由组中的在前滚轮形成的槽偏离如此之小，通常为12° -15°并最高达20°，以至于上文所讨论的并期望的效果将必定产生。就这一点而论，不排除大约20°的值。在某些情形下，在切割槽之间的部分粘连的材料通过机械致动疏松，例如利用定位在切割巷道的区域中、切割头处或上的刮具和铲具进行疏松。于是，一起被疏松的材料以本身已知的方式一例如通过升降机、松动带或任何其他的合适方式一被运送走。特别地，优选的是，被施加用于将切割头压靠在岩石上的力作为用于使切割头旋转所施加的转矩或用于使切割头旋转所施加的效能的函数被控制。由此，确保了挖掘效率保持在高级别上。对于该目的，特别优选的是用于使切割头旋转所施加的转矩或用于使切割头旋转所施加的效能沿最大化的方向控制。由此，应当考虑磨损、工作寿命、功率消耗等。当使用切割滚轮时，用于切割滚轮的至少一部分的滚轮旋转轴合适地平行于主旋转轴线，但特别地，对于更加定位在切割头的侧部处的切割滚轮，滚轮旋转轴可以与主旋转 轴线形成角度。特别地，切割头上的切割滚轮优选地形成偏离圆柱体的轮廓，使得基本上，切割头可以呈滚圆轮廓，例如是球体的一部分。切割头外侧处的切割滚轮侧转的角度略大，使得它们的有效切割表面到达紧固耳的轴向外侧、切割头侧部等，以便有利于接触侧向未被作业的岩石，并避免切割头被卡住。例如，滚轮轴和主旋转轴线之间的角度可以达到大于45°。然而，通常该角度不低于该值。在这些区域中，滚轮可以以行或组的形式设置，其中距离比上文提到的距离小，例如是大约20mm。应当理解的是，切割头通常成形为具有平侧部或至少在侧部无任何切割滚轮的主体，这是因为最大作业效能是通过大体线性设置的切割滚轮使它们的轴平行于主旋转轴线而实现的。然而，滚圆切割头可以适合于挖掘隧道或地道，其中，根据本发明，切割头的形状可以使得通过挖掘得到均匀圆形腔截面。优选地，岩石切割元件包括形式为具有大体圆形周边的盘的滚轮、径向突出的滚轮、以及具有大体圆形周边的外周盘状部分。根据本发明的拥有挖掘隧道、地道或井道等的钻机包括基座单元，该基座单元具有与基底部、第一侧壁、第二侧壁、顶部进行稳定接合的稳定单元；用于使至少一个可旋转切割头压靠在待被作业的岩石上的挤压单元；以及用于旋转驱动所述切割头的驱动装置。其中，钻机提供用于将通过切割正被疏松的材料运送走的装置。所述钻机还包括用于承载、旋转和移位所述切割头的承载单元。最优选的钻机包括装备有以如上所述切割滚轮的形式的切割元件的切割头，由此，所述挤压单元设置成在切割头的旋转过程中沿所述切割头压靠所述岩石的挤压方向挤压，使得设置在所述切割头上的岩石切割元件在形成侧向定位的、在岩石侧中彼此相距一定距离的槽期间抵靠着岩石侧滚动。优选地，基座单元是带有车轮、履带或允许钻机移动的步进系统的移动式车辆。然而，不排除可以通过外部前进装置移动钻机。挤压单元通常沿基座单元的主运动方向操作。沿竖向分别作用于基底部和顶部的稳定单元被合适地设置成用于将基座单元从用于在较低水平高度处作业的第一作业位置提升到用于在较高水平高度处作业的第二作业位置。优选地，基座单元除了设置有挤压单元外，还设置有可伸展/可缩短的后伸缩单元，并且沿挤压方向观察时，该伸缩单元设置在该挤压单元后面；所述伸缩单元允许额外伸长/缩短的基座单兀的总长度。基本上，根据本发明的方法和钻机是形成意在用于车辆行驶的隧道和地道，即这样的隧道或地道其至少大体上是水平的或者至少相对于水平方向具有适于车辆行驶的方向。因此，形成的隧道或地道的方向使水平分量大于竖直分量。正常地，所形成的隧道或地道在竖直方向分量与隧道/地道的长度之间的斜率显著地低于1:5(20%)。因此，所获得的隧道或地道在岩石中承受使其有利地具有拱形顶部的力。为了可以根据本发明挖掘隧道、地道或井道等，为此目的所使用的钻机需要具有足够稳定性和精确性以使切割头在操作期间不来回摇晃。这一点一方面通过具有足够刚性的特定钻机本身来实现，另一方面通过以下情况来实现，即钻机具有如上所述的操作稳定单元，使得钻机可以以稳定方式相对于待被作业的岩石被固定。由此，一方面实现了可以在 掘进期间施加给切割头足够大的压力，另一方面实现了可以以足够的精确性执行切割，这是因为避免了钻机在掘进期间以非期望的方式移动。本发明的另外的特征和优点是另外的权利要求的客体，并且将从对本实施方式的以下详细描述中变得清楚。
现在将通过实施方式并参考附图对本发明进行更详细的描述，其中图la-f示出了根据本发明的实施方式的处于不同位置和不同视图的钻机，图2示出了切割头的立体图，图2a_e示意性地示出了可替代的切割滚轮的示意图，图2f示意性地示出了切割头的包络表面的展开视图，图3a和b示出了根据本发明的另一实施方式的处于钻机提升并且支承单元旋转大约30°位置的钻机的不同视图，图4a示意性地示出了由本发明的钻机形成的隧道或地道的截面图，图5示出了与图3a和b中的钻机类似的局部截面，图6a示出了在倾斜角中旋转的切割头的示意性正视图，以及图6b示出了处于外摆动位置的切割头的示意性俯视图。
具体实施例方式相同和相似的元件已部分地标以相同的附图标记。根据本发明的作业钻机意在用于挖掘如上所述的大致水平的隧道和地道。图la-f中的钻机具有基座单元2，基座单元2带有用于向前移动的履带63以及驱动马达(未示出)、传动系统、用于作业装备的驱动装置及控制装置。基座单元在前侧具有用于切割头4的承载单元3。切割头4支承在支承单元3的自由端并且具体主体，该主体在承载单元3的端部区域中延伸且可绕主旋转轴线R旋转。带有传动系统以与切割头4的驱动轴协作的旋转马达(未示出)定位在切割头4的内侧。
在切割头4上径向地和外周地、在外周和宽度上设置有、分布有多个具有圆形、盘形外周的切割滚轮7或岩石切割元件，这将在以下进行详细描述。在切割头4旋转并且同时切割头4压靠待被作业的岩石侧时，由此在岩石中切割出彼此以一定距离侧向设置的槽。因此，岩石切割元件彼此以一定的轴向距离设置，该距离根据岩石的特性——例如岩石硬度、岩石形成裂纹的能力等一来确定。为了在掘进操作期间稳定基座单元2，设置有带有稳定单元S的装置，稳定单元S作用于隧道或地道的顶部和基底部。还可以设置作用于侧壁上的稳定单元。示出的单元是连接到基座单元的千斤顶式支承单元。滚轮7至少径向最外地盘形构造，以便如上所述的以相互间的一定距离切割出槽。切割滚轮7被定位成使得当沿与主旋转轴线R成直角、对着切割头的侧部的方向、观察时切割头4获得滚圆形式，其中切割头的中央区域中的切割滚轮7由滚轮轴承载，使得它们的滚轮旋转轴线平行于主旋转轴线R，而侧向定位的切割滚轮由轴支承成使得这些切割滚轮的滚轮旋转轴线与主旋转轴线R形成角度。滚轮7由紧固耳承载，紧固耳具有用于所述滚轮轴的凹口。可替代地，每个切割滚轮7可以包括多个岩石切割元件，这些岩石切割元件侧向地且彼此相距一定距离地设置，并形成盘形部分。作为挤压单元(未示出)一部分的挤压缸意在将切割头4压靠在待利用切割头4作业的岩石侧上。钻机大致水平地作业以便挖掘隧道、地道等。钻机设置有用于切割头的前挖掘装置，前挖掘装置设置成在平行于基座单元2的纵向轴线的长度方向上通过一个或多个足够大功率的定尺寸的液压缸或者其他方式——例如通过使力增加的连杆系统——来作用。基座单元2具有前支承单元60，前支承单元60具有前部，前部带有局部圆形柱状部分，以便使切割头4通过承载单元3能够进行角位移和侧向位移。承载单元3通过处在支承单元60的上部和下部上的局部圆形导引槽68的结合由支承单元60支承，所述导引槽68朝向彼此指向。承载单元3具有用虚箭头69表示的导引元件(未示出)。可以包括例如滚轮或销或块体的这些导引元件69接合在所述导引槽68中并在其中滑动或滚动，以在致动转向设备67时沿着局部圆形路径导引承载单元3。在图中是液压缸形式的转向设备67在其一端处紧固到支承单元60的边缘，并且在其另一端处的接合耳处紧固到承载单元3。基座单元2具有前基座部分62，在该前基座部分62中，一体形成有挤压单元，该挤压单元用于使支承单元及被支承的切割头4沿基座单元2的长度方向移位。基座单元2还具有后基座部分64，后基座部分64在后稳定装置66中可锁定并可移位，而后稳定装置66又具有用于与隧道或地道等中的顶部和基底部接合的稳定单元S8和S9。此外，同样地，前稳定装置65具有与隧道或地道等中的顶部或基底部接合的稳定单元S6和S7。这些图中的钻机是移动式的并具有前进装置，该前进装置可以通过未致动的稳定单元S6-S9而沿长度方向移动钻机。图Ic示出了钻机的俯视图，其中清楚地示出了带有被支承的切割头4的承载单元3从中性位置偏转到侧位置。以该方式使前驱动设备致动意味着处于外摆动位置的切割头4将会相对于主旋转轴线稍微倾斜地向前移动，其中，同一组中的切割滚轮将会沿与已经在岩石材料中制出槽状凹部的滚轮所采用的路径略微偏离的滚轮路径移行。然而，该偏离将会是小的，这是由于几何构形的原因，并由于所建议的是，在这种掘进期间切割头的较小的向外摆动通常接近于与机器的长度方向L以及与隧道或地道的主延伸方向的15°偏离，但是也可以向外摆动达大约20°。这对应于使切割头4与切割头4的主旋转轴线R成90°直至达大约70°之间的角度。在图Id中示出了处于第二位置的图la-c中的钻机，其中包括在前基座部分62中的挤压单元已沿向前方向将带有被支承的切割头4的支承单元60挤压得如此远，以至于所述挤压单元的内部伸缩部分72被示出。用于挤压单元的驱动装置可以使用能够容置在基座单元2内部的大功率液压缸或增力连杆系统等。在图Id中示出的位置中，大体上示出了挤压单元62，其中支承单元60及被支承的切割头4处于最大向前驱动位置。当然，可以理解的是在切割头以连续方式旋转期间、在切割头4相继向前的条件下，相继地进行作业。沿作业方向观察时，后基座部分64已倒退穿过后稳定装置66，使得其端部64’延 伸超出该后稳定装置66。该位置允许将切割头从挖掘地点径向向后移位，例如当在钻机前面需要空间以便在该位置执行不同类型的作业时，这是有利的。为了可以在隧道的整个高度上进行作业，基座单元2可以相对于基底部以这样的方式升起下稳定单元S7被向外挤压并且对应于该措施允许上稳定单元S6被挤压，并且，后稳定装置66中的提升缸69被致动，以便以对应程度向上挤压基座单元2的后基座部分64。由此，切割头4被提升到对应于所需顶部水平高度的高度，因此，以下面将会说明的方式继续进行掘进。在图Ie中示出了支承单元围绕沿基座单元2的长度方向延伸的轴线X旋转。由此，支承单元60、承载单元3以及切割头4可以相对于基座单元旋转，以将切割头旋转为使得其被倾斜并定位在倾斜角中，由此其锁定在旋转位置并且开始下一步切割顺序以执行切割。在图If中示出了处于这样位置中的钻机包括在前基座部分62中的挤压单元已沿向前方向将带有被支承的切割头4的支承单元60挤压得如此远，以至于所述挤压单元的内部伸缩部分72被出。在轴向伸缩运动部分72内部用虚线和附图标记71 出旋转体并且旋转体紧固到该部分。在旋转装置(未示出)的协助下，旋转体71能够使支承单元60围绕轴线L旋转。用附图标记73表示在可相互旋转部分之间的隔间界面。当到达支承单元60的选定的旋转位置时，通过可以彼此接合的相互锁定部分将可相互旋转部分的旋转彼此锁定。在图Ie和If中，示出了通过作用在支承单元和基座单元之间的旋转体71相对于基座单元旋转了大约30°的支承单元60，旋转体在该情形下是四边形的截面。根据本发明的这个方面，旋转体定位在基座单元的前部的内部，并且具有可相互旋转和可锁定的部分，可相互旋转和可锁定的部分与支承单元和伸缩部分72中的相应一个永久地接合、并且由此与基座单元永久地接合。在图2中示出了切割头4，切割头4具有沿着切割头4的周向方向和轴向方向分布的大量切割滚轮7。在该情形下，存在轴线平行于切割头4的主旋转轴线R的切割滚轮7，以及其旋转轴线与主旋转轴线R形成角度的多个切割滚轮7。此外，切割头4具有围绕其外周分布的、用于协助疏松部分粘连的岩石材料的四个材料刮具58。材料刮具58合适地由传统材料制成，该传统材料用于与刮除机器等有关的相应用途等。在图2a中示出了变型，其中，切割滚轮7被构造成带有结合的侧向设置的岩石切割元件13，其中岩石切割元件13形式为具有大致圆形圆周的径向延伸的盘状部分。对于切割头上的至少一部分岩石切割元件13，可以这样设置，并且，切割滚轮上的岩石切割元件13的数量可以改变。在图2b和2c中示出了切割滚轮7的常规变型，切割滚轮7被成形为平面圆形柱状盘，其带有用于滚轮轴(未示出)的中央通孔。图2d和2e示出了切割滚轮7的又一变型，其中，切割滚轮具有外周盘形部分以及居中地具有在盘形体任一侧上延伸的毂部分，该毂部分具有用于滚轮轴的孔。在图2f中，以示意性部分表示形式、以切割头(例如在图2中的4)的二维形式示意性地示出了虚拟展开的包络表面4’。由此，图中的高度对应于切割头的外周周长，而图 2f中的宽度对应于切割头的轴向宽度。以虚线a和b分别表示在展开的包络表面4'上示出的切割头4的多个(未全部示出)不同轴向级别中的两个。由此，示出了在同一轴向级别上，两个切割滚轮是起作用的，由此在轴向级别a上，具有两个切割滚轮7，而在轴向级别b上，具有两个切割滚轮V。这意味着在带有切割头4的钻机的操作期间，两个切割滚轮将器作用以便形成同一个槽，这提高了设备的作业速度。也可以具有多于两个的作用在同一槽的切割滚轮。切割头可以相对于图中所示出的形状另外成形。因此，相比于切割头的直径，切割头可以被构造成比所示出的切割头更细或更宽。岩石切割元件可以是其他类型并且即使优选滚轮切割头也可以设置。当使用滚动切割头时，滚动切割头可以设置有保持器或单独的岩石切割元件，使得轴向地位于同一级 别的平躺元件形成组，或者滚动切割头可以设置有在一个各切割滚轮上的若干岩石切割元件，使得每个切割滚轮包括多个组内的岩石切割元件，其中组意为作用在并形成同一个槽的岩石切割元件，如图2a所示。切割头的驱动可以以本身已知的方式一例如通过液压装置使得液压驱动设备定位在承载单元中-来获得。合适地，岩石切割元件的尺寸是这样的它们的意在穿入岩石的径向最外部分的宽度例如大约是8_25mm而它们的直径可以大约是200-500mm。取决于岩石的硬度和所使用 的挤压功率，通常滚轮穿透范围是从大约3_到大约12_。滚轮被设置成使得所形成的槽以50-120mm的间隔形成，如上文所述，这取决于岩石的刚性、岩石形成裂纹的容易性。根据本发明的切割头可以具有非常大的尺寸，其直径高达并甚至超过4米。例如，切割头的宽度可以是大约I米或者甚至显著高于I米。在这种情形下，对于硬岩石，切割头的驱动效能需要高达例如1400kw，其中旋转速度为从每分钟几转直至大约20rpm。作为另外的非限制性示例，伸缩功率可以达到200吨。由于槽的切割而疏松的材料合适地通过本身已知的、与钻机相关联的装置——合适地通过轴向穿过钻机的开口-被运送走
图3a和3b以不同的视图示出了根据另一实施方式的钻机，该钻机处于这样的位置支承单元60被提升并且相对于基座单元2围绕轴线X旋转大约30°，其中轴线X是基座单元的纵向轴线。在此，承载单元3大致居于支承单元60的中央。在图3b中，示出的切割头与钻机的前部稍微倾斜。S表示稳定单元。图4a示意性地示出了通过由图3a和b钻机生成的隧道或地道的截面,70表示由三个基底部切割(a、b和c)和三个顶部切割形成的拱顶利用平直切割头的一个中央切割Cd)(最上端)以及利用旋转(回转)切割头的两个切割(e和f)(上侧切割)。61是隧道侧壁。如可以从该图中看到的，各上部切割(d、e和f)仅由切割头的可能切割高度的一小部分产生。图4b示意性地示出了通过由钻机生成的隧道或地道的截面，钻机未装备有创新性方面，使得在不使用旋转(回转)切割头的情况下由三个基底部(a、b和c)以及五个顶部切割(d、e、f、g、h)生成“半拱顶”。如可以从该图中看到的，该轮廓不太光滑并且不直接适于岩石执行。由于必须进行更多的切割，用于生成图4b轮廓所消耗的时间基本上超过用于生成图4a轮廓所消耗的时间。图5示出了钻机的类似于图3a和b中的一个的部分截面。可以以各种方式完成旋转。一个示例是具有内部管状元件80的端部部分,端部部分能够在基座单元壳体81的内部纵向地运动，基座单元壳体81在其后部处设置有用于与旋转体接合的花键。旋转可以介于0° -30°之间，但至少25° -30°，并且从中性位置观察，角度最好超过25° -30°，其中主旋转轴线R是大致水平的。图6a示出了切割头4的示意图，切割头4旋转成使得其在垂直于主旋转轴R的切割头的主平面G与竖直线V之间的操作角α是倾斜角a。如上文所指出的，在本发明的正常使用中，切割头摆动为被导引成相对于钻机的纵向方向平直向前，切割头的纵向方向还平行于沿着基座单元的纵向轴线X (如图3a和5所示)的挤压方向。在图6a中的X’是在图Ic中示出的定位轴线。如上所述，对于具有切割头倾斜角的本发明的正常操作，X和V是重合的(或者至少是平行的)。竖直线V通常正常地包括在竖直平面内，该竖直平面大致是基座单元和钻机的竖直对称平面。图6a还阐明切割头的操作角是从包括主旋转轴线R的竖直平面中观察的角。图6b示出了切割头在稍微向外摆动位置的俯视图。角α在此是α=0。支承单元60用虚线表示。轴线X和V在摆动运动的中央处相交。示例性机器以切割头跟随其自有轨迹(显著不同于背景技术的移动采矿机)的模式操作。因此，作为对切割头进行侧向摆动的替代，当切割头作业时，切割头必须预先平直向前或几乎平直向前。由于这是部分表面机器，在同一时间仅有表面的一部分进行挖掘。这意味着切割头必须从岩石中撤出并且之后进行侧向运动，或在空气中竖直，又再次向前施加和挤压以覆盖整个掘进面。为了减小这种必要的重新定位的损失时间，将机器设计成具有较长的行程。最后，与背景技术中的机器相比(最好的一个月83m)，预期性能达到每个月提前240至360m。为了稳定的原因，更大的功率和更多的切割头需要更重的机器。
隧道形状以及切割头宽度和直径将会限定为完成切割面而需要完成的这些重复切割的数量。如果需要3. 5个切割来实现整个宽度，这意味着实际上必须执行4次切割。机器将在正常操作中以全深度和全宽度切割下部切口。然后，整个机器将被提升(仍然水平，未倾斜)并且将会完成三个(或五个)顶部切割，每个顶部切割具有比三个基底部切割更少的切割体积。实际上，它们中的两个是更“精加工”类型的切割以形成所需的弧度。如在图4a和b中示出的轮廓的示例。示例性切割头具有4. 5m的直径和I. 8m的切割宽度。具有宽头使包括在用于使切割头旋转的装置中的所有所需的马达和齿轮箱能够被安装在切割头内侧并且可以避免任何非常复杂的成角度的驱动系统。同时，功率已经从旧式机器(300/500kw)增加到1260kw。驱动系统基于VSD (变速驱动)技术并且该速度可以沿两个方向从0-15rpm发生改变。切割头安装在叉状支承单元中。作为摆动装置的一部分，该单元可以沿着弯曲前板+/-15度运动。该运动通常在无载荷的情形下完成，并且之后叉头锁定在适当的位置，例如左侧、右侧或中央切割。对于上部切割，带有内部扭矩管的主体可以在构成稳定器的夹持器框架内水平地提升I. 5米。每个切割的推程为I. 5m的行程，通过对弯曲前板进行向前推动的方管的内侧的缸来实现该行程。在侧部切割中，切割头将因此以较小的倾斜角进行前进，但通常与隧道在一条直线上。“倾斜角”在此意味着相对于主旋转轴线R以直角穿过切 割头的平面与竖直线形成的某个角。在完成所有6或8个切割后，带有跟踪备用系统的整个机器将向前运动用于下一组行程。机器是模块化的并且本身可以在夹持器下方使用隔离装置以处理更大的隧道。同样，包括在支承单元60中的前板可以改变尺寸以用于不同的最大或最小的隧道宽度，。在任何情形下，该机器不能切割小于4. 5米的轮廓，由于该尺寸是切割头的直径。然而，可以使用类似部件设计更大和更小的机器。可以通过相对于基座单元旋转摆动装置使切割头旋转单元能够+/-30度侧向倾斜切割头。该机器是基于履带的，在钻孔和收回以用于重新定位到新表面时，能够独立转向的履带可以实现窄的弯曲。矿屑在机器前面收集并且使用多个松动机传送到后方。矿屑又被传送到采矿卡车或可延伸的松动机系统。此外，设置有混凝土喷射泵、压缩机、通风风扇以及吸尘风扇。从后部到最终的目的以所有的方式设置岩石锚杆、金属丝网、备件以及切割头的材料松动。该技术的平均估计性能将介于10到16米/天。随着岩石切割率在不同的岩石条件下改变，将在该过程中改变关键路径(限制活动的进度)。作为示例，在150MPa的岩石中，用于完全前进I. 75m，将岩石支承包括在内的典型周期将耗时2小时45分钟。这对应于O. 64m/hr的瞬时穿透率。当考虑拖延切割和地面支承活动的因素，例如计划和非计划的停机时间、维修、服务以及货运延误时，可以预测实际的前进率或为12米/天。值得指出的是，在较脆弱的岩石中，前进比率速度将显著地增加。由于安装岩石支承件与岩石挖掘同时进行，而岩石支承的所需时间是限制任务的过程(关键路径)，可能达到大约16米/天的前进速率。
权利要求
1.一种用于利用具有可动基座单元(2)的挖掘钻机来挖掘隧道、地道等的方法，所述可动基座单元(2)通过支承单元来支承承载单元，所述承载单元又承载切割头，所述切割头具有向外指向的切割元件，所述方法包括 -围绕主旋转轴线(R)旋转所述切割头(4)并且将所述切割头施加压靠在待被作业的岩石表面， -将切割疏松材料从所述岩石表面运走， -使所述承载单元相对于支承单元摆动到第一选定相互位置， -使所述支承单元相对于基座单元围绕作为所述基座单元的纵向轴线的轴线旋转到第二选定相互位置，由此能够控制所述切割头的操作角，并且 -在大致平行于所述纵向轴线的方向上执行隧道侧部切割，使所述旋转切割头以作为倾斜角的操作角进行前进。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，在所述钻机向上提升的状态下执行所述侧部切割。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，控制所述切割头以相对于所述挖掘钻机的竖直纵向对称平面形成角度。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，形成为至少在外周是盘形的切割滚轮的所述岩石切割元件能够在所述切割头(4)压靠在岩石上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，并且所述岩石切割元件在滚动期间在岩石表面切割出以彼此相距一定距离的侧向设置的槽。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，在切割期间，所述切割头(4)在掘进阶段通过抵靠着待被作业的岩石沿挖掘方向线性地移位而压靠在岩石上。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中，在切割完成之后，为了进行新的挖掘阶段，从所述岩石拔出所述切割头(4)、将所述切割头(4)移位到具有待被作业的新岩石的位置、并且重复地使所述切割头(4 )线性地抵靠着岩石。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的方法，其中，所述旋转切割头(4)沿相对于所述主旋转轴线形成大约70°到90°之间的角度的方向压靠在待被作业的岩石表面上。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中，使所述支承单元相对于所述基座单元从中性位置旋转0°到90°之间的角度，在该中性位置处主旋转轴线(R)是大致水平的。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中，所述切割头压靠待被作业的岩石表面，使所述支承单元相对于基座单元从中性位置可控制地旋转0°到90°、更优选地在0°到30°之间、并且更优选地从中性位置大约30°的角度，在该中性位置处主旋转轴线(R)是大致水平的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，沿相对于与所述主旋转轴线形成90°角度的施加和驱动方向施加所述切割头以用于切割，使所述支承单元相对于所述基座单元以不同的角度进行旋转。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其中，通过施加和驱动切割头来使隧道或地道的拱状顶部成形，所述支承单元相对于所述基座单元旋转成不同的角度以用于多个切割中的每一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，不旋转所述支承单元以进行一个最上方的中央切割，并且使所述支承单元相应地旋转以获得所述切割头的所述倾斜角，从而在所述拱状顶部的各上侧形成进行两个切割。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，隧道或地道在挖掘基底部的挖掘阶段成形，使得所述支承单元相对于所述基座单元不旋转并且对于所述基底部切割中的每一个，承载单元相对于所述支承单元摆动到不同的相互位置，并且其中，所述拱状顶部通过在提升挖掘阶段由处于所述向上提升状态的钻机形成。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，隧道、地道等的成形顶部的面成形为所述切割头的包络表面的一部分。
15.用于挖掘隧道、地道等的钻机，包括基座单元(2)，所述钻机包括 -稳定单元，所述稳定单元用于与基底部、第一侧壁、第二侧壁和/或顶部中的至少一个形成稳定接合， -挤压单元，所述挤压单元用于将旋转的切割头压靠在待被作业的岩石上，所述旋转的切割头具有向外指向的切割元件， -驱动装置，所述驱动装置用于旋转驱动所述切割头， 其中，所述钻机具有用于将在切割期间被疏松的材料运走的装置，以及 -可动基座单元(2)，所述可动基座单元(2)通过支承单元来支承承载单元，所述承载单元又承载所述切割头， 其特征在于，所述钻机还包括 -摆动装置，所述摆动装置使所述承载单元相对于支承单元摆动到选定相互位置， -旋转装置，所述旋转装置使所述支承单元相对于基座单元围绕是所述基座单元的纵向轴线的轴线旋转到选定相互位置，由此能够控制所述切割头的操作角，以及 -定位装置，所述定位装置用于在旋转切割头前进期间以倾斜角对旋转切割头进行定位，以便在大致平行于所述纵向轴线的方向上对隧道执行侧向切割，所述切割头以是所述倾斜角的操作角进行前进。
16.根据权利要求15所述的钻机，其中，所述钻机包括用于提升所述钻机以允许在所述钻机的向上提升状态下对隧道执行侧部切割的装置。
17.根据权利要求15或16所述的钻机，其中，通过侧摆动装置，所述承载单元(3)能够摆动以使得主旋转轴线与平行于所述纵向轴线的挤压方向之间形成大约70°到90°的角度。
18.根据权利要求15、16或17所述的钻机，其中，所述支承单元(60)在相对的边缘处具有相对的圆弧形导引槽，所述导引槽用于可移位地容纳所述承载单元的导引元件。
19.根据权利要求15-18中的任一项所述的钻机， 其中，沿竖向作用于基底部或顶部的稳定单元设置成用于将所述基座单元从用于在较低的高度上操作的第一作业位置提升到用于在较高的高度上操作的第二操作位置。
20.根据权利要求15-19中的任一项所述的钻机， 其中，所述布置是使处于运行中的旋转的切割头(4)沿相对于所述主旋转轴线形成大约70°到90°之间的角度的方向压靠在待被作业的岩石表面上。
21.根据权利要求15-20中的任一项所述的钻机，其中， 所述切割头装备有岩石切割元件，所述岩石切割元件形成为至少在外周是盘形的切割滚轮，所述切割滚轮能够在所述切割头(4)压靠在岩石上且旋转期间抵靠着岩石侧滚动，由此使所述岩石切割元件在滚动期间在岩石表面切割出以彼此相距一定距离侧向设置的槽。
22.根据权利要求15-21中的任一项所述的钻机，其中，所述钻机设置成用于将所述切割头施加到抵靠待被作业的岩石表面，使所述支承单元相对于基座单元从中性位置可控制地旋转0°到90°、更优选地在0°到30°之间、并且更优选地大约30°的角度，其中，在中性位置处主旋转轴线(R)是大致水平的。
23.根据权利要求15-22中的任一项所述的钻机，其中，所述钻机设置成用于沿相对于与所述主旋转轴线形成90°角度的施加和挖掘方向施加所述切割头，使所述支承单元相对于所述基座单元以不同的角度进行旋转。
24.根据权利要求15-23中的任一项所述的钻机，其中，所述旋转装置包括管状元件，所述管状元件处于基座单元壳体内部并且具有与旋转体接合的花键。
25.根据权利要求15-24中的任一项所述的钻机，其中，所述旋转装置包括定位在所述基座单元的内部的旋转体，所述旋转体具有与所述支承单元和基座单元中的相应一个永久接合的能够相互转动和锁定的部件。
全文摘要
用于挖掘隧道、地道、井道等的方法及钻机，所述钻机具有可动基座单元(2)，所述可动基座单元(2)通过支承单元支承承载单元，所述承载单元又承载切割头，所述切割头具有向外指向的切割元件，所述方法包括围绕主旋转轴线(R)旋转所述切割头(4)并且将所述切割头压靠在待被作业的岩石表面，该方法还包括使所述承载单元相对于支承单元摆动到第一选定相互位置，使所述支承单元相对于基座单元围绕相对于所述基座单元大致为纵向的轴线旋转到第二选定相互位置，由此能够控制所述切割头的操作角。
文档编号E21D9/10GK102725480SQ201180006990
公开日2012年10月10日 申请日期2011年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者卡伊·埃曼努埃尔松, 卡尔-古斯塔夫·马丁松, 摩根·诺林, 斯韦克·哈特维希, 贡纳尔·诺德, 马茨·克里斯特森 申请人:阿特拉斯科普柯克雷柳斯有限公司