本發明涉及豎井施工設備，尤其是涉及一種反扭矩裝置、擴孔式豎井掘進機及其作業方法。

背景技術：

1、目前深地開發逐漸成為國內科技創新和行業發展的新高地，豎井是進入深地空間的咽喉通道，以資源礦產開采、抽水蓄能電站建設為代表的一批深豎井掘進工程應運而生。傳統鉆爆法施工作業環境惡劣，工人勞動強度大，難以適應高效、安全、綠色、智能的施工技術發。深豎井全斷面掘進機以機械破巖取代爆破破巖實現智能化機械鑿井，將工作人員從惡劣的井筒施工環境中解脫出來，是建井科研人員的夢想，也是建井技術發展方向。由此可見，研發深豎井硬巖全斷面豎井掘進機是實現深地空間開發的關鍵一環，具有重大戰略意義。

2、但豎井掘進機發展幾年來，在設備創新、施工過程中仍存在諸多問題和挑戰。例如，設備在掘進時難以調整掘進姿態，換步時設備平臺等后配套難以得到有效的穩定支護，掘進下方如遇復雜地質、涌水等突發情況，無法實現設備回退等。

3、中國專利cn114278305b，公開(公告)日?：2024.09.20，就公開了一種擴孔式豎井掘進機及其施工方法，其中，擴孔式豎井掘進機包括刀盤、主驅動結構和主梁。主驅動結構與刀盤連接并能驅動刀盤旋轉，主梁的下端與主驅動結構固接。在主梁上還套設有呈上下設置的支護平臺和撐靴推進機構，在支護平臺上設有管片拼裝機。其優點只在于：解決了傳統豎井施工工作條件差、勞動強度大、施工進度慢的問題，在已知有導井的情況下，可一次鉆進開挖成井并同步完成井壁襯砌；其不足之處在于：其一：其弧面塊體組件結構無法滿足主梁在任意角度擺動；其二：設備在掘進時難以調整掘進姿態；其三：無法實現設備回退。

技術實現思路

1、為解決當前存在技術問題，本發明的主要目的在于提供了一種反扭矩裝置、擴孔式豎井掘進機及其作業方法，至少解決上述其中一項技術問題。

2、為克服現有技術存在的問題，本發明所采用的技術方案是：一種反扭矩裝置，包括支座和支撐架，支撐架的外壁對稱的固定安裝有支撐桿，支撐桿通過球面滑動軸承安裝在支座上，還包括調整環，?所述調整環的外圓周面為弧形面，弧形面與支撐架的中心孔通過球面副配合連接，支撐架的中心孔內設置有環槽，環槽內沿圓周方向設置有環齒，弧形面沿圓周方向設置有鼓形齒，鼓形齒位于環槽內并與環齒嚙合；所述調整環的內孔設置有軸向滑動結構，使用狀態下，調整環通過軸向滑動結構與掘進機的主軸徑向限位，而軸向滑動配合的連接。

3、所述支撐架包括托架，托架的中心孔內固定安裝有限位座，所述環槽位于所述限位座的中心孔內，所述限位座的上側通過螺栓安裝有上蓋。

4、所述軸向滑動結構為安裝在調整環內孔的多個導向塊，導向塊上設置有滑槽，所述主軸外壁軸向的設置有滑塊，滑塊與導向塊的滑槽滑動配合連接。

5、一種擴孔式豎井掘進機，包括主驅動裝置、刀盤、支撐系統以及設備平臺，?所述主驅動裝置的一端安裝有所述刀盤，另一端安裝有支撐系統，還包括所述的一種反扭矩裝置，所述反扭矩裝置通過支座安裝在支撐系統遠離所述主驅動裝置的一端，所述主軸安裝在主驅動裝置上，主軸穿過調整環的內孔。

6、所述刀盤包括上刀體和下刀體，上刀體和下刀體之間可拆卸的安裝連接，并且上刀體和下刀體的作業線構成160°至175°的夾角a。

7、所述上刀體和下刀體分別由至少兩瓣可拆卸的組裝而成，通過徑向調整所述上刀體和下刀體各瓣的位置，以調整所述刀盤的作業直徑。

8、所述設備平臺包括下層平臺、支柱以及上層平臺，至少三個支柱固定安裝在下層平臺上，支柱的頂部設置有凹座，上層平臺的下側在對應所述支柱的位置設置有凸座，上層平臺通過凸座與凹座可拆卸的連接；所述下層平臺和上層平臺之間還安裝有伸縮梯和溜渣通道，溜渣通道上安裝有風琴式溜渣管。

9、所述主驅動裝置的外壁環形均布的安裝有至少三個穩定器，所述穩定器包括伸出座、頂升座以及第三油缸，伸出座一端與主驅動裝置的外壁安裝固定，另一端滑動伸縮的安裝有頂升座，第三油缸位于伸出座和頂升座的內部，第三油缸一端伸出座連接，另一端與頂升座連接。

10、所述支撐系統包括上層支撐機構、升降油缸、下層支撐機構、主推油缸以及輔助油缸，上層支撐機構和下層支撐機構分別套裝在主軸外部，反扭矩裝置安裝在上層支撐機構上，下層支撐機構位于上層支撐機構與主驅動裝置之間；

11、所述上層支撐機構包括上支撐環座，上支撐環座的外側環形均布并徑向的安裝有至少三個上支撐套，上支撐套內滑動的安裝有上伸縮桿，上撐靴與上伸縮桿固定連接，所述上撐靴的兩側還分別安裝有第一油缸，第一油缸一端與上撐靴連接，另一端與上支撐環座連接；所述升降油缸設置有多個，升降油缸一端與上支撐環座連接，另一端穿過下層支撐機構后與主軸靠主驅動裝置的一端連接；

12、所述下層支撐機構包括下支撐環座，下支撐環座的外側環形均布并徑向的安裝有至少三個下支撐套，下支撐套內滑動的安裝有下伸縮桿，下撐靴與下伸縮桿固定連接，所述下撐靴的兩側還分別安裝有第二油缸，第二油缸一端與下撐靴連接，另一端與下支撐環座連接；所述主推油缸和輔助油缸分別設置有多個，主推油缸一端轉動銷接在下支撐環座的內孔處，另一端轉動銷接在主軸靠主驅動裝置的一端，輔助油缸一端轉動銷接在下撐靴的底部，另一端轉動銷接在主軸靠主驅動裝置的一端。

13、一種作業方法，采用了所述的一種擴孔式豎井掘進機，用于豎井作業，作業方法包括掘進步驟、換步步驟以及回退步驟，其中，

14、掘進步驟包括：

15、主驅動裝置帶動刀盤旋轉，主推油缸和輔助油缸的活塞桿對應伸出，為刀盤向下掘進提供一定推力，此過程中，第一油缸和第二油缸伸長，提供推力將上撐靴和下撐靴同步撐緊在井壁上，穩定器的第三油缸伸長，同時撐緊井壁來穩定主驅動裝置，反扭矩裝置抵消主驅動裝置傳給主軸的扭矩；此時，上層支撐機構和下層支撐機構同時撐緊，最大限度的抵消設備掘進過程中的震動和沖擊；在掘進過程中，通過控制各輔助油缸的伸出長度，來進行掘進姿態的調整；

16、換步步驟包括：

17、在刀盤掘進一個行程后，下層支撐機構的下撐靴在第二油缸的拉力作用下縮回，此時上撐靴保持撐緊狀態，主推油缸和輔助油缸回縮帶動下層支撐機構向下移動一個掘進行程，此過程中升降油缸隨動其活塞桿伸出，移動完成后，下撐靴在第二油缸的推力作用下再次撐緊，之后上撐靴在第一油缸作用下回縮，升降油缸回縮帶動上層支撐機構、反扭矩裝置及設備平臺向下移動一個掘進行程，換步完成；

18、本發明有如下有益效果：

19、1、本發明提供的反扭矩裝置，能夠現在主軸轉動，并允許主軸上下滑動，通過能夠滿足主軸在任意角度擺動，這樣就提高了主軸上下移動的靈活性，同時也為掘進姿態的調整提供了條件。

20、2、本發明提供上刀體采用了大錐度結構，方便破碎渣料溜入導井，保證了溜渣面不會出現渣料滯留，渣料堵塞的情況，下刀體采用了較小的錐度，保證開挖面能夠自行溜渣的同時也兼顧了滾刀布置的經濟性，同時下刀體較小的錐度結構便于與導井對正。

21、3、本發明提供通過徑向調整所述上刀體和下刀體各瓣的位置，以調整所述刀盤的作業直徑，使一個刀盤能夠滿足不同豎井的尺寸，提高了刀盤的適用性。

22、4、本發明提供當掘進速度較快時，為了協調豎井掘進機的掘進和噴錨不同步的問題，設備平臺通過豎井頂部的起重設備吊掛，拆除凹座和凸座之間的連接螺栓，然后設備主體就可以繼續向下掘進，，實現豎井掘進機掘進和噴錨各自施工，互不干擾，有利于提高豎井掘進機工作效率。當掘進速度較滿時，上層平臺通過凸座定位在支柱的凹座上，在安裝螺栓固定，實現同步的移動。

23、5、本發明提供主驅動裝置的外壁環形均布的安裝有至少三個穩定器，以提高主驅動裝置作業時的穩定性，并能夠輔助調整掘進姿態。

24、6、本發明提供支撐系統包括上層支撐機構、升降油缸、下層支撐機構、主推油缸以及輔助油缸，上層支撐機構和下層支撐機構分別套裝在主軸外部，反扭矩裝置安裝在上層支撐機構上，下層支撐機構位于上層支撐機構與主驅動裝置之間，實現掘進機的掘進、換步、回退以及掘進姿態調整。