本發明涉及礦業豎井工程，特別涉及一種豎井掘進機及豎井全斷面施工支護方法。

背景技術：

1、礦山豎井的地質條件復雜多變，鉆爆法施工效率低，豎井掘進機（cn116398142a），然而隨著掘進深度的增加圍巖壓力不斷加大，過高的圍壓使得掘進難度過大，挖掘過程中如果沒能進行及時的支護豎井掘進機難以向下推進，撐靴系統配合錨網噴支護工藝能有效解決上述問題，但現有的豎井掘進機（cn116398142a）撐靴系統推進力不足，支撐程度不夠，嚴重地影響豎井的建設施工進度并容易造成安全事故。同時豎井掘進機（cn116398142a）初期支護成環慢、容易對其他工序形成干擾，采用隧道施工的錨網噴支護工藝可以改善這一問題，但目前的豎井掘進機（cn116398142a）不能適應錨網索噴支護工藝，噴錨支護系統與撐靴也無法形成有機統一的整體，同時由于在豎井充填料受到重力影響較大，會出現分布不均與充填不密實的問題，使得支護不穩固，后期充填管道也容易出現變形、開裂等問題。另外現有的豎井掘進機（cn116398142a）推進施工效率低。

2、現有豎井掘進機施工法基本用于超深礦山、大型井巷工程掘進施工，配合豎井掘進機的支護工藝基本采用管片或鋼片加襯砌支護，由于豎井掘進機掘進形成的是圓形斷面，而豎井掘進機后續向下掘進需要沿著豎井向下移動，現有技術單純采用錨網噴支護或者管片襯砌，剛開挖后的井巷無法向下推進，豎井需要鋪裝混凝土，等待混凝土凝固后才能安裝軌道供豎井掘進機向下推進，而混凝土的鋪裝和等待凝固需要一定時間，同時在豎井中受到重力的作用，混凝土無法均勻分布，并且充填的十分不充分，存在重大安全隱患，這直接導致現有技術中豎井掘進機配合錨網索噴支護工藝施工巷道初期支護過程中豎井掘進機后配套設備無法向下移動，后續組件跟不上又導致豎井掘進機無法繼續向下掘進，存在成環慢的問題。

技術實現思路

1、鑒于現有技術的不足，本發明的主要目的是提供一種豎井掘進機及豎井全斷面施工支護方法，旨在解決現有技術中豎井掘進機配合錨網索噴支護工藝施工豎井初期支護成環慢、撐靴系統與后方錨網噴支護系統不能形成整體結構以及撐靴無法為豎井掘進機推進提供足夠支撐力、重力影響管道內充填料漿不充分等問題。

2、為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

3、本發明首先提供一種豎井掘進機，包括主梁、支護組件、撐靴組件和豎井掘進機刀盤，其特征在于：還包括運輸組件、固定與動力組件和機載錨索鉆機，所述的支護組件設置在豎井掘進機主機的最上部，固定與動力組件設置在支護組件上側面，用于為整個支護組件提供動力和固定支護組件，所述的運輸組件設置在支護組件的下方，所述的機載錨索鉆機為打錨索的裝置，設置在豎井掘進機主機中部，所述的撐靴組件設置在機載錨索鉆機的下部，所述的豎井掘進機刀盤通過主軸轉動連接在豎井掘進機主機的最下端。

4、優選地，所述的支護組件為長方體結構，在支護組件上設有螺栓連接孔和錨索孔，螺栓連接孔用于穿設拉緊螺栓，錨索孔由左至右橫向貫通，且錨索孔兼做注漿孔。

5、優選地，所述的運輸組件安裝置在主梁上，用于運送支護組件，運輸組件包括左側上卡扣、左側下卡扣、左側伸縮主桿、左側連接滑輪a、左側連接滑輪、左側伸縮輔助桿、右側上卡扣、右側下卡扣、右側伸縮主桿、右側連接滑輪a右側連接滑輪b、右側伸縮輔助桿；左側上卡扣用于連接支護組件底部，左側下卡扣用于連接巖渣停留層頂部，左側伸縮于伸縮以帶動支護組件實現上下移動，左側連接滑輪a、左側連接滑輪b、左側伸縮輔助桿共同工作用于調整左側運輸組件運動方向；右側上卡扣用于連接固定與動力組件底部，右側下卡扣用于連接巖渣停留層頂部，右側伸縮主桿用于伸縮以帶動固定與動力組件實現上下移動，右側連接滑輪a、右側連接滑輪b、右側伸縮輔助桿共同工作用于右側調整運輸組件運動方向。

6、優選地，所述的運輸組件安裝置在主梁上，用于運送支護組件，運輸組件包括上滑輪、下滑輪、側方的輔助滑輪及連接各滑輪的伸縮桿，上滑輪與下滑輪為主動滑輪，在整個豎井中實現上下移動運輸物體，側方輔助滑輪負責調整運輸組件的方向，以滿足豎井兩側240°范圍的打孔工藝。

7、優選地，所述的固定與動力組件包括帶有空腔的長方形殼體，設置在長方形殼體內的兩個油缸和設置在扇形殼體外的與兩個油缸連接的壁向收縮管。

8、優選地，所述的固定與動力組件包括帶有空腔的扇形殼體，設置在扇形殼體內的兩個油缸和設置在扇形殼體外的與兩個油缸連接的壁向收縮管。

9、優選地，所述的撐靴組件為上下兩層都是相同的結構，每層撐靴組件包括中心主體，對稱設置在中心主體四周環形撐靴板，一端與中心主體連接且伸縮端與撐靴板接連接的，用于通過伸縮端伸縮以帶動撐靴板徑向移動的支撐油缸，設置在支撐油缸兩側的抗剪粱，所述的撐靴板為弧形撐靴板，弧形撐靴板的外壁設有粗糙點。

10、優選地，所述的機載錨索鉆機安裝主梁上，配置有鉆機角度調節器、鉆機上下調節齒軌和鉆機前后調節齒軌，所述的鉆機上下調節齒軌和鉆機前后調節齒軌分別用于調節鉆機的上下高度位置、鉆機在巷道行程的前后位置，所述的鉆機角度調節器用于調節鉆機繞豎井截面中心旋轉角度，機載錨索鉆機繞豎井截面中心旋轉，錨索的方向與豎井輪廓線的法線一致，角度允許誤差≤15°，支護角度為豎井兩側240°范圍。

11、優選地，在所述的支護組件設有螺栓連接孔和錨桿孔，螺栓連接孔用于穿設拉緊螺栓，錨桿孔由左至右貫通，兼做注漿及錨索孔。

12、優選地，所述的支護組件上螺栓連接孔為三列，中心一列，左右對稱結構各一列，上下對稱結構兩排，錨索孔設置多個，并與豎井壁垂直。

13、本發明還提供一種豎井全斷面施工支護方法，采用所述的豎井掘進機，其特征在于：包括下列步驟：

14、s1：將豎井掘進機吊運至待擴挖的豎井中掘進施工，豎井掘進機的刀盤系統工作帶動錐形刀盤轉動對豎井進行擴挖，施工區域分為豎井掘進機刀盤所進行開鑿的破巖區，撐靴組件支撐的撐靴區16，進行支護初始支護區；

15、s2：當豎井掘進機刀盤掘進每次達到1.0m-4m時，撐靴組件隨著豎井掘進機刀盤進入掘進過的位置，打開撐靴組件，支撐油缸與抗剪柱將撐靴板緊緊支撐在豎井井壁上以固定主機，撐靴組件8產生的摩擦力平衡掘進機重力、破巖鉆壓以及扭矩產生的各種反力，兩力相等以達成平衡，掘進機刀盤上刮渣器收集巖渣，通過豎井掘進機把破碎的巖渣向上提升；同時，在撐靴后方的初始支護區由載錨索鉆機開始給豎井內壁鋪設鋼筋網片；

16、s3：然后利用豎井掘進機配套的機載錨索鉆機施打錨桿錨索，實現邊掘進邊支護；同時巖渣繼續向上提升到達運輸組件下方的巖渣停留區，運輸組件和巖渣接觸，把巖渣運送到豎井掘進機上方地表平臺排出，最后運輸組件返回準備下一步運動支護組件；

17、s4：通過動力組件為運輸組件提供動力將支護組件運輸至撐靴組件后方支護起始區中的起始區拼裝預定位置；

18、s5：調整運輸組件，使運輸組件運送支護組件到達待支護空區，在待支護空區中支護組件的上下兩個凹陷處和豎井的井壁相貼合，運輸組件的主桿支撐在待支護空區，與豎井的井壁垂直，連接著動力組件的兩油缸提供動力，之后固定組件支撐在待支護空區；

19、s6：在拼裝預定位置進一步撐緊運輸組件，給支護組件提供足夠預緊力，利用支護組件中的拉緊螺栓將支護組件拉緊固定；

20、s7：支護組件完成固定后，通過運輸組件把動力組件運輸到初始支護區的待支護空區，這時固定與動力組件變固定組件，在待支護空區中，支護組件與豎井的井壁貼合，?將長方形殼體置于兩段式收緊錨索段的外側，伸縮管伸向支護空區；與固定與動力組件在待支護空區協同支護；形成三向收緊系統以三面合圍包裹支護空區；

21、s8：在初始支護區利用機載錨索鉆機順著支護組件上預留的錨索孔向豎井壁施工錨索孔，放入錨固劑和兩段式收緊錨索進行錨固；

22、s9：利用噴射混凝土系統在豎井井壁兩側固定組件與支護組件預留的待支護空區噴射混凝土，以封閉四周圍巖；

23、s10：噴射完混凝土后，巖體貫入的兩段式收緊錨索與固定組件的油缸共同發力，兩段式錨索在豎井井壁充填處上下收緊，固定組件的兩個收縮管同時向豎井井壁收縮以壓密充填料，通過三向收緊系統，使得充填料充實整個豎井壁，以抵抗充填料自身重力作用；

24、?s11：充填料漿凝固后，豎井掘進機繼續向下掘進，釋放撐靴組件，回收固定組件，固定組件還原為動力系統繼續為支護組件與運輸組件提供動力，一同向前推進進入下一個支護循環，前井巷支護完成。

25、優選地，所述的兩段式收緊錨索由雙層對稱設置的兩對錨索組件組成，兩對錨索組件組成u字形結構，每個錨索組件由貫入巖體的錨桿段，與貫入巖體的錨桿段連接的外部兩段式收緊錨索段和錨桿外滾輪組成，所述的外部兩段式收緊錨索段包括錨索安裝架，設置在錨索安裝架內的橫向收緊伸縮段和與錨索安裝架端部垂直連接的縱向收緊伸縮段；在錨索安裝架的左側設有錨索外部滑輪；所述的橫向收緊伸縮段包括錨索內部油缸a，與錨索內部油缸a連接的收縮片a，所述的縱向收緊伸縮段設置在錨索安裝架右側，且與錨索安裝架垂直連接，包括錨索外部油缸b和與錨索外部油缸b連接的收縮片b，兩對錨索組件鏡向設置，組成u字形結構的兩段式收緊錨索。

26、本發明相對于現有技術的有益效果是：

27、現有的豎井掘進機支護方式落后，在豎井項目中不能穩固支護，容易變形凝結不穩，同時現有的撐靴支撐力與動力不足單層結構難以穩固預支撐，同時現有的錨桿無法無法起到壓緊料漿的作用；而本發明的豎井掘進機及豎井全斷面施工支護方法，施工系統分區針對性布置，配套的撐靴先支撐，后續支護組件跟上機載錨索鉆機施打錨索，結合快速噴混系統，能夠快速錨固，快速安裝支護組件，豎井掘進機刀盤快速掘進，極大提高掘進施工效率。本發明適用于各種地下豎井施工。