Способ выработки вертикального шахтного ствола и проходческая машина

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ШАХТНОГО СТВОЛА И ПРОХОДЧЕСКАЯ МАШИНА В способе выработки вертикального шахтного ствола (4) в грунте (2) и предназначенной, прежде всего, для осуществления способа проходческой машине (1) предусмотрено, вращать режущий диск (17) только вокруг горизонтальной оси до получения врезного желоба (43) с предварительно заданной глубиной вреза, а затем вращать режущий диск (17) также и вокруг вертикальной оси до углубления нового забоя (3) шахтного ствола на глубину вреза. За счет этого достигается относительно высокая скорость проходки шахтного ствола (4). 016020 Изобретение относится к способу выработки вертикального шахтного ствола в грунте согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к проходческой машине согласно ограничительной части п.5 формулы изобретения. Такой способ выработки вертикального шахтного ствола в грунте, а также проходческая машина известны из JP 2006249793 А. В ранее известном способе и ранее известной проходческой машине вращаемый вокруг горизонтальной оси и вокруг центральной вертикальной оси проходческой машины режущий диск непрерывно вращается вокруг обеих этих осей, так что забой шахтного ствола углубляется,по существу, равномерно по всей области стенок. Еще один способ выработки вертикального шахтного ствола и проходческая машина известны изUS-A-4646853. Ранее известный способ выработки вертикального шахтного ствола в грунте предусматривает проходческую машину, которая имеет вращаемый вокруг горизонтальной оси и поворачиваемый вокруг вертикальной оси на расстоянии от центральной продольной оси проходческой машины режущий диск. Тем самым режущий диск описывает в вертикальном направлении спиральное движение для того,чтобы непрерывно углублять более широкий по сравнению с диаметром режущего диска забой шахтного ствола. В основу изобретения положена задача разработки способа выработки вертикального шахтного ствола и проходческой машины, прежде всего для осуществления способа указанных вначале видов, которые отличаются относительно высокой скоростью прохождения. Согласно изобретению эта задача в способе указанного вначале вида решена с помощью отличительных признаков п.1 формулы изобретения. Согласно изобретению эта задача решена в проходческой машине указанного вначале вида с помощью отличительных признаков п.5 формулы изобретения. За счет того, что в способе согласно изобретению и в проходческой машине согласно изобретению проходка происходит двухступенчато посредством выполнения произведенного только за счет вращения режущего диска вокруг горизонтальной оси вреза и последующего вращения режущего диска также и вокруг центральной вертикальной оси при удержании режущего диска на глубине вреза, благодаря адаптированного к такому образу действий оснащению режущего диска отбойными инструментами достигается относительно высокая скорость проходки. Другие целесообразные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы. Другие целесообразные варианты осуществления и преимущества изобретения следуют из нижеследующего описания одного примера осуществления изобретения со ссылкой на фигуры чертежа. Показано на фиг. 1 - в виде сбоку один конструктивный пример проходческой машины согласно изобретению, которая расположена в вертикальном шахтном стволе, с видом на расположенный радиально снаружи торец режущего диска; фиг. 2 - проходческая машина согласно фиг. 1 в увеличенном по сравнению с изображением на фиг. 1 и повернутом на 90 на виде сбоку; фиг. 3 - поперечный разрез через проходческую машину согласно фиг. 1 в области выравнивающего узла; фиг. 4 - поперечный разрез через проходческую машину согласно фиг. 1 в области распорного узла; фиг. 5 - поперечный разрез через проходческую машину согласно фиг. 1 в области пылезащитного щита; фиг. 6 - продольный разрез через проходческую машину согласно фиг. 1; фиг. 7 - в виде сбоку проходческая машина согласно фиг. 1 при осуществлении варианта способа согласно изобретению на стадии выравнивания; фиг. 8 - в виде сбоку проходческая машина согласно фиг. 1 при осуществлении варианта способа согласно изобретению непосредственно перед началом выполнения вреза; фиг. 9 - в виде сбоку проходческая машина согласно фиг. 1 при осуществлении варианта способа согласно изобретению после завершения стадии выполнения вреза; фиг. 10 - в виде сбоку проходческая машина согласно фиг. 1 при осуществлении варианта способа согласно изобретению во время вращения режущего диска также и вокруг центральной вертикальной оси для углубления дна долины на глубину вреза, и фиг. 11 - в виде сбоку проходческая машина согласно фиг. 1 при осуществлении варианта способа согласно изобретению после завершения стадии углубления забоя шахтного ствола на глубину вреза. На фиг. 1 показан один пример конструктивного выполнения проходческой машины 1 согласно изобретению, которая введена в выработанный в грунте 2, простирающийся вертикально от поверхности земли до забоя 3 шахтного ствола шахтный ствол 4. Проходческая машина 1 имеет машинную раму 5, в задней в направлении проходки концевой области которой неподвижно установлено фиксирующее кольцо 6 фиксирующего устройства. На фиксирующем кольце 6 смонтированы работающие радиально наружу выравнивающие цилиндры 7 выравнивающего узла 8, обращенные от фиксирующего кольца 6 концы-1 016020 которых имеют по одному выравнивающему башмаку 9. Кроме того, на фиксирующем кольце установлено определенное количество простирающихся от машинной рамы 5 наклонно наружу в направлении от фиксирующего кольца 6 движущих цилиндров 10,направленные от фиксирующего кольца 6 концы которых соединены с распорными плитами 11 в качестве распорных средств распорного узла 12. Кроме того, натяжной узел 12 имеет определенное количество работающих радиально наружу распорных цилиндров 13 в качестве дополнительных распорных средств,которые соединены, во-первых, с распорными плитами 11, и, во-вторых, с окружающими машинную раму 5 распорными салазками 14. На обращенной от фиксирующего кольца 6 стороне распорных салазок 14 расположен имеющий определенное количество сегментов 15 пылезащитного щита пылезащитный щит 16, на обращенной от распорных салазок 16 стороне которого расположен стоящий в рабочем положении вертикально режущий диск 17. Режущий диск 17 является вращаемым вокруг горизонтальной оси и вокруг проходящей под прямым углом к горизонтальной оси, а также пересекающей е центральной вертикальной оси. На режущем диске 17 расположено определенное количество выполненных в виде вращаемых режущих роликов отбойных инструментов 18, а также определенное количество выполненных в виде лопатки чистиков 19. Режущий диск 17 расположенными по обе стороны от режущего диска 17, установленными с возможностью вращения на машинной раме 5 опорными полками 20 соединен с машинной рамой 5. По обе стороны от режущего диска 17 проходческая машина 1 имеет определенное количество смещаемых в продольном направлении проходческой машины 1 опорных ножек 21, которые установлены с возможностью перемещения в продольном направлении между продвинутым вперед опорным положением и оттянутым назад освобождающим положением. Кроме того, на обращенной к забою 3 шахтного ствола стороне пылезащитного щита 16 около режущего диска 17 имеются поворачиваемые предпочтительно на 360 вокруг вертикальной оси и предпочтительно на 180 вокруг горизонтальной оси вспомогательные устройства, такие как сопло 22 для торкретбетона для облицовки стенки шахтного ствола 4 торкретбетоном, анкерное буровое устройство 23 для установке скальных анкеров и устройство 24 предварительного бурения для выполнения выходящих за пределы забоя 3 шахтного ствола зондирующих скважин. Наконец, на фиг. 1 можно видеть, что на обращенной от забоя 3 шахтного ствола стороне проходческой машины 1 имеется простирающийся в вертикальном направлении вертикальный ленточный конвейер 25, с помощью которого на разгрузочной позиции 26 выведенная из области забоя 3 шахтного ствола породная масса после прохождения нескольких расположенных на обращенной от забоя 3 шахтного ствола стороне проходческой машины 1 рабочих платформ 27 является выгружаемой для окончательного вывода из шахтного ствола 4. На фиг. 2, в увеличенном по сравнению с фиг. 1 изображении и в повернутом на 90 виде сбоку, показана проходческая машина согласно фиг. 1 с видом на плоскую сторону режущего диска 17. На фиг. 2 видно, что первая группа 28 отбойных инструментов 18 расположена на торце 29 режущего диска 17 выступающим радиально наружу образом, так что их основное направление действия - это вертикально вниз на забой 3 шахтного ствола. Вторая группа 30 отбойных инструментов 18 расположена по обе стороны торца 29 в боковых областях 31 режущего диска 17 с направленным под углом к вертикальному направлению основным направлением действия, который предпочтительно составляет 45. Третья группа 32 отбойных инструментов 18 расположена на обращенной от торца 29 стороне второй группы 30 отбойных инструментов 18 боковых областей 31 с лежащим, по существу, в горизонтальной плоскости основным направлением действия. Кроме того, на фиг. 2 можно видеть, что вращаемый вокруг горизонтальной оси в вертикальной плоскости режущий диск 17 является приводимым во вращение вокруг горизонтальной оси посредством нескольких расположенных с распределением по лежащему внутри контуру приводных двигателей 33 горизонтального вращения. На фиг. 3 показан поперечный разрез через проходческую машину 1 согласно фиг. 1 в области выравнивающего узла 8 вдоль линии III-III на фиг. 2. На фиг. 3 видно, что выравнивающий узел 8 имеет четыре выравнивающих башмака 9, которые разнесены друг от друга соответственно на угловое расстояние в 90. Благодаря этому, под управлением от не показанного на фиг. 3 центрального блока управления, посредством изменения хода выравнивающих цилиндров 7 машинная рама 5 и, тем самым, проходческая машина 1 может быть вертикально точно выверена по центральной вертикальной оси. На фиг. 4 показан поперечный разрез через проходческую машину 1 согласно фиг. 1 в области распорного узла 12 вдоль линии IV-IV на фиг. 2. На фиг. 4 можно видеть, что распорный узел 12 имеет четыре выполненных относительно массивными распорных плиты 11, которые в соответствии с выравнивающими башмаками 9 выравнивающего узла 8 имеют между собой угловое расстояние в 90. Каждая распорная плита 11 с внешней стороны соединена с двумя распорными цилиндрами 13, при этом в концевых областях установлены и движущие цилиндры 10. В результате получается механически очень стабильная конструкция имеющего фиксирующее кольцо 6 и распорный узел 12 фиксирующего устройства.-2 016020 На фиг. 5 показана проходческая машина 1 согласно фиг. 1 в поперечном разрезе через пылезащитный щит 16 вдоль линии V-V на фиг. 2. На фиг. 5 видно, что несколько активных сегментов 15 пылезащитного щита соединены с действующими радиально наружу регулировочными цилиндрами 34 На каждом активном сегменте 15 пылезащитного щита посредством шарнира 35 сегмента установлен пассивный сегмент 15 пылезащитного щита, который через сцепное заплечиковое устройство 36 находится в зацеплении с соседним активным сегментов 15 пылезащитного щита. За счет по периметру, по существу,замкнутого расположения активных сегментов 15 пылезащитного щита, а также активной подвижности сегментов 15 пылезащитного щита, а также пассивной подвижности пассивных сегментов 15 пылезащитного щита пылезащитный щит 16 может быть относительно гибко адаптирован и к недостаточно точно круглому диаметру шахтного ствола 4. Кроме того, на фиг. 5 видно, что имеется горизонтальное опорное устройство 37, с помощью которого посредством нескольких приводных двигателей 38 горизонтального вращения режущий диск 17 является вращаемым в горизонтальной плоскости вокруг центральной вертикальной оси. На фиг. 6 показан продольный разрез проходческой машины 1 согласно фиг. 1 вдоль линии VI-VI на фиг. 2. На фиг. 6 видно, что к чистикам 19 радиально с внутренней стороны примыкает очистной канал 39, по которому в определенной позиции соответствующего чистика 19 над горизонтальной осью вращения захваченная этим чистиком 19 породная масса через пробивающее режущий диск 17 с торца наполнительное отверстие подается в очистной канал 39 через загрузочную воронку 40 примерно в середине режущего диска 17 на проходящий горизонтально через два направляющих ролика 41 в этой области вертикальный ленточный конвейер 25, и по вертикальному ленточному конвейеру 25 отводится вертикально вверх. Кроме того, на изображении на фиг. 6 можно видеть, что режущий диск 17, приводимый в движение через вертикальное опорное устройство 42 приводными двигателями 33 горизонтального вращения, является вращаемым вокруг горизонтальной оси. На фиг. 7 показан один конструктивный пример проходческой машины 1 согласно изобретению на одной стадии осуществления варианта способа согласно изобретению, а именно, приведения в положение готовности поясненной выше проходческой машины 1 и на стадии вертикального выравнивания центральной вертикальной оси проходческой машины 1. На стадии выравнивания выравнивающие башмаки 9 выравнивающего узла 8 прилегают к стенке шахтного ствола 4, и опорные ножки 21 стоят в выдвинутом вперед опорном положении на забое 3 шахтного ствола. Посредством управления выравнивающими цилиндрами 7 выравнивающего узла 8 при разгруженном режущем диске 17 проходческая машина 1 может быть выровнена вертикально, при этом распорные плиты 11 для этого имеют расстояние от стенки шахтного ствола 4. На фиг. 8 показана проходческая машина 1 на следующей стадии осуществления способа согласно изобретению, а именно, крепления проходческой машины 1 на стенке шахтного ствола 4, при котором распорные плиты 11 посредством распорных цилиндров 13 относительно большого размера с очень большой прижимной силой приложены к стенке шахтного ствола 4. В этом закрепленном положении проходческой машины 1 выравнивающие башмаки 9 выравнивающего узла 8 расположены на расстоянии от стенки шахтного ствола 4, а опорные ножки 21 расположены в оттянутом назад освобождающем положении на расстоянии от забоя 3 шахтного ствола. В этом закрепленном положении режущий диск 17 находится в эксплуатационной готовности для цикла углубления, и, при необходимости, могут быть задействованы сопла 22 для торкретбетона, анкерное буровое устройство 23 или, как наглядно показано на фиг. 8, устройство 24 предварительного бурения. На фиг. 9 показана проходческая машина 1 согласно изобретению после проведения следующей стадии варианта способа согласно изобретению, а именно, вращения режущего диска 17 только вокруг горизонтальной оси до достижения предварительно заданной, лежащей глубже относительно фактического забоя 3 шахтного ствола глубины вреза с образованием следующего внешнему контуру режущего диска 17 в области торца 29 и примыкающих сбоку к торцу 29 боковых областей 31 врезного желоба 43. Для выработки врезного желоба 43 до предварительно заданной глубины вреза движущие цилиндры 10 при проскальзывании машинной рамы 5 через распорные салазки 14 непрерывно сокращаются, так что на этой стадии вращающийся только вокруг горизонтальной оси режущий диск 17 из-за воздействия,прежде всего, отбойных инструментов 18 первой группы 28, а также отбойных инструментов 18 второй группы 30 непрерывно при отводе породной массы из врезного желоба 43 врезается под фактический уровень забоя 3 шахтного ствола до предварительно заданной глубины вреза. На фиг. 10 показана проходческая машина 1 согласно изобретению на следующей стадии варианта способа согласно изобретению, а именно, вращения режущего диска 17 вокруг центральной вертикальной оси, а также вокруг горизонтальной оси с удержанием режущего диска 17 в глубине вреза. На этой стадии движущие цилиндры 10 установлены на принятую при достижении предварительно заданной глубины вреза длину, так что при вращении режущего диска 17 и вокруг центральной вертикальной оси действующие, по существу, в горизонтальном направлении отбойные инструменты 18 третьей группы 32, а также в связи с наклонным положением в определенной части действующие в горизонтальном направлении отбойные инструменты 18 второй группы 30, исходя из показанного на фиг. 9 положения ре-3 016020 жущего диска 17, углубляют забой 3 шахтного ствола сбоку от врезного желоба 43 при непрерывном отводе породной массы, в то время как отбойные инструменты 18 первой группы 28 являются, по существу, бездействующими. На фиг. 11 показана проходческая машина 1 согласно изобретению после завершения стадии углубления забоя 3 шахтного ствола на предварительно заданную глубиной вреза величину, и тем самым цикла углубления, на которой режущий диск 17 повернут, по существу, на 90 относительно положения на фиг. 8 и 9. В этом положении режущего диска 17 примерно половина забоя 3 шахтного ствола в двух угловых сегментах по 90 углублена на соответствующую предварительно заданной глубине вреза врезного желоба 43 глубину. При дальнейшем вращении режущего диска 17 вокруг горизонтальной оси, а также вокруг центральной вертикальной оси еще примерно на 90, по меньшей мере, до достижения полного покрытия периметра с полной доступностью стенки шахтного ствола 4 во время вращения шахтный ствол 3 в целом углубляется на соответствующую предварительно заданной глубине вреза врезного желоба 43 новую глубину. После этого в положении режущего диска 17 согласно фиг. 11 начинается последующий цикл углубления с выполнением нового врезного желоба 43 до предварительно заданной глубины вреза и последующим вращением режущего диска 17 вокруг центральной вертикальной оси, предпочтительно против выбранного при предыдущем цикле углубления направления вращения, вокруг центральной вертикальной оси, пока снова не будет достигнуто расположение режущего диска 17 согласно фиг. 7 или же согласно фиг. 8. Предпочтительно, после завершения цикла углубления контролируется вертикальное расположение проходческой машины 1 и, при необходимости, при наличии отклонений осуществляется стадия выравнивания. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ выработки вертикального шахтного ствола (4) со стадиями приведения в положение готовности проходческой машины (1), которая имеет вращаемый вокруг горизонтальной оси и вокруг пересекающей горизонтальную ось вертикальной оси режущий диск (17), и вращение режущего диска (17) вокруг горизонтальной оси и вокруг вертикальной оси для углубления шахтного ствола (4),отличающийся тем, что для углубления шахтного ствола (4) в цикле углубления последовательно осуществляют стадии вращения режущего диска (17) только вокруг горизонтальной оси до получения врезного желоба (43) с предварительно заданной, лежащей глубже фактического забоя (3) шахтного ствола глубиной вреза, а затем вращения режущего диска (17) также и вокруг вертикальной оси с удержанием режущего диска(17) в глубине вреза до тех пор, пока новый забой (3) шахтного ствола не будет углублен на глубину вреза. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вращение режущего диска (17) вокруг вертикальной оси происходит попеременно в разных направлениях вращения. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что стадия вращения режущего диска (17) только вокруг горизонтальной оси происходит сразу после стадии вращения режущего диска (17) также и вокруг вертикальной оси. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что во время вращения режущего диска (17) вокруг горизонтальной оси и вокруг вертикальной оси непрерывно отводят породную массу. 5. Проходческая машина прежде всего для осуществления способа по одному из пп.1-4 с режущим диском (17), который имеет несколько отбойных инструментов (18), с удерживающей режущий диск (17) вертикальной опорной конструкцией (42) для вращения режущего диска (17) вокруг горизонтальной оси и с горизонтальной опорной конструкцией (37) для вращения режущего диска (17) вокруг центральной вертикальной оси,отличающаяся тем, что на лежащем радиально снаружи торце (29) режущего диска (17) расположена группа отбойных инструментов (18) и предназначена для того, чтобы при вращении режущего диска (17) только вокруг горизонтальной оси действовать в вертикальном направлении вниз, и что в граничащей с торцом (29) боковой области (31) расположена еще одна группа отбойных инструментов (18) и предназначена для того, чтобы при вращении режущего диска (17) вокруг горизонтальной оси, а также вокруг центральной вертикальной оси в горизонтальном направлении вращения действовать в этом горизонтальном направлении вращения. 6. Проходческая машина по п.5, отличающаяся тем, что горизонтальная опорная конструкция (37) предназначена для того, чтобы вращать режущий диск (17) вокруг центральной вертикальной оси, по меньшей мере, до такой степени, что после выполнения врезного желоба (43) посредством вращения режущего диска (17) только вокруг горизонтальной оси и последующего вращения режущего диска (17) также и вокруг центральной вертикальной оси с удержанием режущего диска (17) в глубине вреза забой(3) шахтного ствола является углубленным на глубину вреза по всей его поверхности.-4 016020 7. Проходческая машина по п.5 или 6, отличающаяся тем, что между действующей вертикально группой (28) отбойных инструментов (18) и действующей горизонтально группой (30) отбойных инструментов (18) предусмотрена еще одна группа (32) отбойных инструментов (18), которые при вращении режущего диска (17) действуют как в вертикальном направлении, так и в горизонтальном направлении. 8. Проходческая машина по одному из пп.5-7, отличающаяся тем, что предусмотрено фиксирующее устройство (6, 12), с помощью которого режущий диск (17) является фиксируемым в горизонтальном положении, в котором действующая вертикально группа (28) отбойных инструментов (18) при вращении режущего диска (17) вокруг центральной вертикальной оси является бездействующей. 9. Проходческая машина по п.8, отличающаяся тем, что фиксирующее устройство имеет неподвижно установленное на машинной раме (5) фиксирующее кольцо (6), на котором соответственно одним концом установлено несколько распорных цилиндров (10), что каждый распорный цилиндр (10) своим обращенным от фиксирующего кольца (6) концом установлен на распорных салазках (14) распорного узла (12) фиксирующего устройства, при этом распорные салазки (14) удерживает машинную раму (5) с возможностью перемещения в вертикальном направлении и посредством распорных средств (11, 13) распорного узла (12) являются фиксируемыми с возможностью разъединения со стенкой шахтного ствола (4) в горизонтальном закрепленном положении. 10. Проходческая машина по п.9, отличающаяся тем, что на фиксирующем кольце (6) расположен выравнивающий узел (8), с помощью которого машинная рама (5) является выравниваемой в вертикальном направлении. 11. Проходческая машина по п.10, отличающаяся тем, что фиксирующее устройство имеет несколько расположенных по обе стороны от режущего диска (17) опорных ножек (21), которые установлены с возможностью перемещения в продольном направлении между выдвинутым вперед опорным положением и отведенным назад освобождающим положением. 12. Проходческая машина по одному из пп.9-11, отличающаяся тем, что между режущим диском(17) и распорными салазками (14) расположен пылезащитный щит (16). 13. Проходческая машина по одному из пп.5-12, отличающаяся тем, что на режущем диске (17) в области торца (29) расположено несколько чистиков (19), с помощью которых отбитая отбойными инструментами (18) породная масса является вводимой в центр режущего диска (17). 14. Проходческая машина по п.13, отличающаяся тем, что в центре режущего диска (17) расположен обращенный в сторону забоя шахтного ствола конец вертикального транспортного устройства (25),которое является заполняемым породной массой, и с помощью которого является отводимой происходящая из забоя (3) шахтного ствола породная масса.