可间歇伸缩进退的掘进装置

摘要

可间歇伸缩进退的掘进装置,包括经相应的液压机构前后连接的推进单元和前端有钻挖结构的掘进单元,推进单元和掘进单元上分别设有可与洞壁或壁面辅助结构顶撑定位的定位液压机构。推进单元上设有可与激光校准光源配合的第校准孔的第校准结构;掘进单元上由后向前以间隔方式设有能与第校准结构的第校准孔配合且具有第二校准孔的第二校准结构及与数据处理/控制单元联接的点阵型光电传感结构。分别与推进单元的液压机构、过渡液压机构及各定位液压机构相配合地设有与数据处理/控制单元联接的位移传感器、压力传感器和距离传感器。该装置可自动进行竖直、斜向或水平方向的地下掘进/后退。

权利要求

1.可间歇伸缩进退的掘进装置，包括在掘进方向上设置于后部的推进单元(5)和位于其前方的掘进单元(10)，推进单元(5)中设有第一液压机构(22)，其可沿掘进方向伸缩的第一活塞(6)连接有过渡液压机构(19)，过渡液压机构(19)以其可沿同样方向伸缩的第二活塞(9)与设置于掘进单元(10)中的掘进机构(18)驱动连接，掘进机构(18)的前端连接有外伸的削切钻挖结构(14)，推进单元(5)和掘进单元(10)上分别设有可经定位结构(4)与已开掘的洞壁或壁面辅助结构(21)顶撑定位的定位液压机构(3)，其特征是在推进单元(5)上设置有具有可与激光校准光源配合的第一校准孔(1)的第一校准结构(2)，在掘进单元(10)上由后向前以间隔方式设置有与第一校准结构(2)相对应的具有第二校准孔(7)的第二校准结构(8)，以及与数据处理/控制单元联接的点阵型光电接收传感结构(12)，且点阵型光电接收传感结构(12)的光电信号接收传感区域应位于第一校准结构(2)和第二校准结构(8)的两对应校准孔(1，7)间的连线范围内；分别与推进单元(5)中的液压机构、过渡液压机构(19)及所述各定位液压机构(3)相配合地设有与数据处理/控制单元联接的位移传感器(23)、压力传感器(20)和距离传感器(13)；所述第一校准结构(2)上的第一校准孔(1)与第二校准结构(8)上的第二校准孔(7)的孔中心轴线以与掘进方向平行的方式设置；所述第一校准结构(2)上的第一校准孔(1)和第二校准结构(8)的第二校准孔(7)中，至少第二校准孔(7)的孔径为由所述激光校准光源的校准光线入口向出口扩展的不等径孔，且第二校准孔(7)的入口孔径不小于第一校准孔(1)的出口孔径。

2.如权利要求1所述的掘进装置，其特征是所述经定位结构(4)与已开掘部位的洞壁或壁面辅助结构(21)作顶撑定位的定位结构(3)，为在掘进方向的截面圆周上以等间距方式设置的4组。

3.如权利要求1或2所述的掘进装置，其特征是所述与数据处理/控制单元联接的位移传感器(23)、压力传感器(20)和距离传感器(13)分别对应地设置在推进单元(5)中的液压机构、过渡液压机构(19)及各定位液压机构(3)上。

4.如权利要求1或2所述的掘进装置，其特征是所述掘进单元(10)上设有包括瓦斯传感器在内的有害气体检测传感结构(11)。

说明书

可间歇伸缩进退的掘进装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种改进的可具有间歇伸缩进退功能的掘进装置。

背景技术

[0002] 为解决传统钻井设备体积庞大沉重，能耗高等问题，中国专利公告号CN2821127Y中提出了一种间歇蠕动推进式钻井机，其基本原理和结构，是具有在掘进方向上设置于后部的推进单元和位于其前方的掘进单元，在推进单元中设有第一液压机构，并在其可沿掘进方向伸缩的第一活塞端连接一过渡液压机构；过渡液压机构中可作同样方向伸缩的第二活塞与设置于掘进单元中的掘进机构驱动连接；掘进机构的前端连接有所需形式的外伸掘进钻头、刀具等掘进削切钻挖结构。在推进单元和掘进单元上分别设有可经定位结构与已开掘部位的洞壁或壁面辅助结构（如壁面加固、防渗漏等结构）相互顶撑定位的定位液压机构。在进行钻井施工时，该装置具有小型/简捷化并可实现作自主上下进退移动，还可以有效解决钻井施工时使钻井机与井孔周壁或井壁套管间相互定位顶紧的可靠性和稳定性。但除进行垂直钻井外，该设备在进行斜向、水平或地下掘进中需转向作业时（如地下管网敷设空间、地铁运行隧道、采矿隧道等施工），由于地下的地质情况复杂，施工过程中对方位的定位难度大，不仅所需的设备结构及控制系统复杂，而且通常还需同时辅以人工的监控，施工作业成本高。

发明内容

[0003] 针对上述情况，本发明进一步提供了一种可间歇伸缩进退的掘进装置，能适应多种复杂的地质情况，满足自动进行包括竖直、斜向或水平方向的地下掘进/后退施工作业的需要。

[0004] 本发明可间歇伸缩进退的掘进装置，采用与上述CN2821127Y文献同样的原理，基本结构中也同样包括有在掘进方向上设置于后部的推进单元和位于其前方的掘进单元。其中，推进单元中设有第一液压机构，其可沿掘进方向伸缩的第一活塞连接有过渡液压机构；过渡液压机构以其可沿同样方向伸缩的第二活塞与设置于掘进单元中的掘进机构驱动连接；掘进机构的前端可连接有所需形式的外伸开挖钻头等削切钻挖结构。在推进单元和掘进单元上还分别设有可经定位结构与已开掘部位的洞壁或如壁面加固、防渗漏等壁面辅助结构作顶撑定位的定位液压机构。在推进单元上设置有具有可与激光校准光源配合的第一校准孔的第一校准结构；在掘进单元上由后向前以间隔方式设置有与第一校准结构相对应并具有第二校准孔的第二校准结构和，与数据处理/控制单元联接的点阵型光电接收传感结构，且所述点阵型光电接收传感结构中的光电信号接收传感区域应位于第一校准结构和第二校准结构的两对应校准孔间的连线范围内；分别与推进单元中的液压机构、过渡液压机构及所述各定位液压机构相配合地还设有与数据处理/控制单元联接的位移传感器、压力传感器和距离传感器。

[0005] 上述装置中所述的数据处理/控制单元，可以采用目前已有报道和/或使用的各种具有数据接收、处理和控制执行机构的结构单元和/或计算机等结构单元或设备。例如，可以采用目前在各工业领域中已有广泛使用的具有中央处理单元（CPU）的PLC（即可编程逻辑控制器），通过其内部的存储程序，可具有执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作，并通过数字或模拟式输入/输出控制命令。

[0006] 上述结构中，所述第一校准结构上的第一校准孔与第二校准结构的第二校准孔，优选采用的是其孔中心轴线与掘进方向平行的方式设置，以更方便对掘进方向的检测和校准。

[0007] 本发明上述掘进装置的工作原理过程，是掘进开始前，先根据所预定的掘进方向，用设置于掘进起始部位的定向激光校准光源，经第一校准结构上的第一校准孔与第二校准结构的第二校准孔，将校准激光投射到与数据处理/控制单元联接的所述点阵型光电接收传感结构，与数据处理/控制单元中存储的预设定位点校准后，即可由推进单元中的第一液压机构，经过渡液压机构中的第二活塞推动设置于掘进单元中的掘进机构前行。在进行直线掘进削切钻挖作业过程中可始终在上述同样方式校准情况下，由数据处理/控制单元监测和保持与预设的掘进方向一致。推进单元和掘进单元上分别设置的定位液压机构则可通过相应的定位结构与已开掘部位的洞壁或壁面辅助结构相互顶撑定位，保持在开挖钻头等削切钻挖结构作业时装置的稳定。当出现掘进方向偏离原设定的直线方向时，校准激光投射到点阵型光电接收传感结构上的位点即会产生相应的偏离位移，由数据处理/控制单元对接受到的传感信息与预设参数校对后，向对应的推进单元和掘进单元上的定位液压机构的顶撑距离发出相应的调整指令，恢复原直线掘进状态，或是按预设方式实现转变掘进的方向。

[0008] 为此，在上述装置中的所述第一校准结构上的第一校准孔和第二校准结构的第二校准孔中，至少第二校准孔的孔径为由所述激光校准光源的校准光线入口向出口扩展的不等径孔（即呈向前扩张的喇叭口状），且第二校准孔的入口孔径不小于第一校准孔的出口孔径，以更好地适应因掘进方向改变所致校准激光产生角度偏移时，仍能有效地投射到点阵型光电接收传感结构上被接收。

[0009] 上述结构中所述的与数据处理/控制单元联接的位移传感器、压力传感器和距离传感器，优选的可分别直接相应地设置在推进单元中的液压机构、过渡液压机构及各定位液压机构上。其中，所述与推进单元相配合的位移传感器，可以将其液压活塞的伸缩距离信息传送给数据处理/控制单元，用于掌握、控制和调整装置的进/退运行距离；与掘进单元连接的过渡液压机构相配合的压力传感器，则可以将掘进单元中的掘进机构进行削切钻挖作业过程中的阻力信息传送给数据处理/控制单元，以了解地下地质情况，便于适当调整。

[0010] 为更方便和简化数据处理/控制单元对掘进方向的了解和控制，上述掘进装置中所述的经定位结构与已开掘部位的洞壁或壁面辅助结构顶撑定位的定位结构，优选采用在掘进方向的截面圆周上以等间距方式设置的4组，即呈直角坐标方式设置。

[0011] 由于上述的掘进装置是在地下地质层中进行掘进施工作业，为保证施工安全性，上述结构中至少还可以进一步在所述掘进单元上设置包括瓦斯传感器在内的有害气体检测传感结构。

[0012] 由此可以理解，本发明上述可间歇伸缩进退的掘进装置的结构简单，操作灵活方便，并有效克服了现有同类装置存在的不足，能适应多种复杂地质情况，满足进行竖直、斜向或水平等不同方向的地下自动掘进/后退施工作业的需要。

[0013] 以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

[0014] 图1是本发明可间歇伸缩进退的掘进装置的一种结构示意图。

[0015] 图2是图1的A-A方向示意图。

具体实施方式

[0016] 如图1和图2所示，本例的可间歇伸缩进退的掘进装置，包括有在掘进方向上设置于尾部或后部的推进单元5和位于其前方的掘进单元10。推进单元5中设有第一液压机构22，其中设置的可沿掘进方向伸缩的第一活塞6的前端连接有一过渡液压机构19；过渡液压机构19中可作同样方式伸缩运动的第二活塞9的前端与设置于掘进单元10中的掘进机构18连接，用于驱动掘进机构18进退，在掘进机构18前端以目前常规方式经钻杆16连接有外伸的适当形式钻头、刀具等削切钻挖结构14。推进单元5和掘进单元10上分别设有若干组可经定位结构4与已开掘部位洞壁（或壁面辅助结构）21顶撑定位的定位液压机构3。各定位液压机构3的设置，均为在掘进方向的截面圆周上以等间距方式分布的4组，即呈直角坐标方式设置，如图2所示。

[0017] 在推进单元5上设置有可与激光校准光源配合的第一校准孔1的孔板形式第一校准结构2；在掘进单元10上由后向前以间隔方式设置有一个能与第一校准结构2相配合并设有第二校准孔7的孔板式第二校准结构8，以及与PLC等适当形式数据处理/控制单元（图中未示出）联接的点阵型光电接收传感结构12。其中，第一校准结构2与第二校准结构8采用使其上的第一校准孔1与第二校准孔7的孔中心轴线以与掘进方向平行的方式设置，且第一校准结构2上的第一校准孔1和第二校准结构8的第二校准孔7的孔径，分别均为由所述激光校准光源的校准光入口向出口扩展的喇叭状不等径孔，且第二校准孔7的入口孔径不小于第一校准孔1的出口孔径。所述的点阵型光电接收传感结构12的光电信号接收传感区域，则应位于第一校准结构2和第二校准结构8的两对应校准孔1，7间的连线范围内，以适应在沿直线掘进和适度转向掘进时均能接收到来自激光校准光源的校准光信号。

[0018] 在推进单元5中的第一液压机构22上设有同样与数据处理/控制单元联接的位移传感器23；在过渡液压机构19上设有与数据处理/控制单元联接的压力传感器20；在各定位液压机构3上分别对应地设有与数据处理/控制单元联接的距离传感器13。在掘进单元10上还设有包括瓦斯传感器在内的有害气体检测传感结构11。