具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种竖井非爆开挖与取芯装置，用于进行竖井隧道施工，其施工效率高。

请参考图1-图7，图1为本发明具体实施例所提供的竖井非爆开挖与取芯装置开挖环形沟槽的结构示意图；图2为取芯装置放入环形沟槽后的结构示意图；图3为取芯装置带动中心岩石横向移动的结构示意图；图4为取芯装置的结构示意图；图5为单个岩芯抓取瓣的结构示意图；图6为弹性环的结构示意图；图7为取芯装置抱紧劈裂后的中心岩石的结构示意图。

本发明提供一种竖井非爆开挖与取芯装置，包括环形沟槽开挖装置、取芯装置2、横移运动机构3以及升降驱动机构4。

具体地，环形沟槽开挖装置用于开挖环形沟槽；取芯装置2用于放入环形沟槽内并抱紧环形沟槽所围绕的中心岩石7；取芯装置2与横移运动机构3相连，横移运动机构3用于驱动取芯装置2横向移动，以使中心岩石7被横向拉断；取芯装置2还与升降驱动机构4相连，升降驱动机构4用于驱动取芯装置2带动中心岩石7提升。

也就是说，在采用本发明提供的竖井非爆开挖与取芯装置对竖井进行施工时，首先利用环形沟槽开挖装置开挖出一个环形沟槽，这样，可以使该环形沟槽所围绕的中心岩石7的周向侧面临空；然后，再将取芯装置2放入环形沟槽内，并使取芯装置2抱紧中心岩石7；当取芯装置2抱紧中心岩石7后，启动横移运动机构3，使横移运动机构3驱动取芯装置2横向移动，在取芯装置2横向移动的过程中，使中心岩石7受到横向拉力作用而被拉断，此时，启动升降驱动机构4，使升降驱动机构4驱动取芯装置2带动中心岩石7整体上升，以使取芯装置2将中心岩石7取出，实现整体取芯的功能。

可以理解的是，相比于采用盾构法对竖井的全断面进行开挖，本发明利用环形沟槽开挖装置仅仅开挖出环形沟槽，并在开挖出环形沟槽后，将环形沟槽所围绕的中心岩石7整体取出，达到整体取芯的目的，施工效率高。

另外，由于岩石的抗压强度远远大于其抗拉强度，试验结果表明，岩石的抗拉强度只有其抗压强度的十分之一左右，而且，在开挖出环形沟槽，使中心岩石7的周向侧面临空后，中心岩石7更容易在横向拉力作用下被拉断，因此，本发明通过横移运动机构3驱动取芯装置2横向移动使中心岩石7在横向拉力作用下被拉断，降低了施工难度，可快速取芯，进一步提升了竖井施工的效率。

需要说明的是，本实施例对环形沟槽开挖装置的具体结构不做限定，例如，环形沟槽开挖装置可以为排钻装置，以利用排钻装置进行成排钻孔，并使各孔相连，构成环形沟槽。

当然，环形沟槽开挖装置还可以是其它的结构，作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，环形沟槽开挖装置包括冲击回转凿岩机构11和臂架回转机构13。

具体地，冲击回转凿岩机构11的输出端连接有钻杆12，以通过冲击回转凿岩机构11驱动钻杆12运动进行冲击凿岩，臂架回转机构13与冲击回转凿岩机构11相连，臂架回转机构13用于驱动冲击回转凿岩机构11按预设半径的圆形轨道回转，也即，使钻杆12边冲击边沿着圆形轨道移动，以使冲击回转凿岩机构11驱动钻杆12连续凿岩，形成环形沟槽。

可以理解的是，钻杆12与冲击回转凿岩机构11的输出端可拆卸连接，以便在钻出环形沟槽后将钻杆12拆除，以避免妨碍取芯装置2取出中心岩石7。

本领域技术人员可以理解的是，可以通过接钻杆12的方式实现不同深度环形沟槽的开挖。

为了确保冲击回转凿岩机构11的环形轨迹，优选地，还包括回转支撑机构，回转支撑机构设有圆环形轨道，以使冲击回转凿岩机构11沿着该圆环形轨道移动，产生环形沟槽。

圆环形轨道可确保冲击回转凿岩机构11的运动轨迹及其运动平稳性。

另外，为了方便冲击回转凿岩机构11在开挖环形沟槽时的不断进给，在上述实施例的基础之上，臂架回转机构13连接有竖直伸缩机构5。

也即是说，在开挖环形沟槽的过程中，本实施例通过竖直伸缩机构5实现冲击回转凿岩机构11的整体钻进。

进一步地，考虑到设置的方便性，在上述实施例的基础之上，横移运动机构3与升降驱动机构4的输出端相连，竖直伸缩机构5与横移运动机构3的输出端相连，竖直伸缩机构5设有用于挂接取芯装置2的取芯吊装机构6。

也就是说，横移运动机构3通过驱动竖直伸缩机构5带动取芯装置2进行横移运动，启动横移运动机构3时，竖直伸缩机构5、取芯吊装机构6、取芯装置2以及臂架回转机构13和冲击回转凿岩机构11进行整体横移。

此时，升降驱动机构4具有实现竖井非爆开挖与取芯装置的整体提升功能，通过驱动横移运动机构3升降，使横移运动机构3带动竖直伸缩机构5、取芯吊装机构6、取芯装置2以及臂架回转机构13和冲击回转凿岩机构11进行整体升降。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解的是，本实施例中的冲击回转凿岩机构11和取芯装置2的设置并不干涉。例如，在开挖环形沟槽时，可以先不挂接取芯装置2，等待环形沟槽开挖完成后，将钻杆12拆除，再挂接取芯装置2，以避免钻杆12干涉取芯装置2取出中心岩石7。

当然，也可以通过设置切换机构，使冲击回转凿岩机构11和取芯装置2切换运动至竖井位置，当冲击回转凿岩机构11运动至竖井位置时，取芯装置2运动至非工作位置，以便利用冲击回转凿岩机构11开挖环形沟槽；当取芯装置2运动至竖井位置时，冲击回转凿岩机构11运动至非工作位置，以便取芯装置2进行取出中心岩石7。

另外，还需要说明的是，在本实施例中，优选地，钻杆12长度比升降驱动机构4和竖直伸缩机构5的行程之和小500～1000mm，以便于实现正常装卸杆操作。

为了使取芯装置2能够在水平面内沿任意方向进行横向移动，在上述实施例的基础之上，横移运动机构3为平面二自由度运动机构。

也就是说，横移运动机构3包括两个运动方向相互垂直的水平驱动机构，以通过两个水平驱动机构的共同作用，调整取芯装置2的横移方向。

需要说明的是，在上述各个实施例中，对升降驱动机构4和横移运动机构3的具体结构不做限定，优选地，在上述实施例的基础之上，升降驱动机构4和横移运动机构3均包括若干个油缸。

也就是说，本实施例通过若干个油缸的组合，实现取芯装置2的升降运动；并通过若干个油缸的组合，实现取芯装置2的横移运动。

同理，优选地，在上述实施例的基础之上，竖直伸缩机构5也包括油缸，由油缸的伸缩实现冲击回转凿岩机构11和取芯装置2的升降。

进一步地，在上述各个实施例中，对取芯装置2的具体结构不做限定，只要能够使取芯装置2放入环形沟槽并抱紧中心岩石7即可。

当然，横移运动机构3还可以是其它的实现方式，例如，通过将油缸和楔块置于环形沟槽中，通过油缸伸缩，使楔块顶紧取芯装置2的侧部，对取芯装置2抱紧的中心岩石7产生横向力，使中心岩石7被拉断。

作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，取芯装置2包括至少两个用于拼接成筒形的岩芯抓取瓣21，各个岩芯抓取瓣21的底部通过锁紧缆绳22相连，锁紧缆绳22通过若干个缆绳提拉器23与若干个吊装缆绳24相连，吊装缆绳24用于连接升降驱动机构4和横移运动机构3。

各个岩芯抓取瓣21的顶部分别与开口的弹性环25相连，弹性环25在吊装缆绳24提升时受到挤压收缩，以使各个岩芯抓取瓣21聚拢抱紧中心岩石7。

可以理解的是，当吊装缆绳24提升时，使锁紧缆绳22拉紧，从而使各个岩芯抓取瓣21的底部收紧，以抱紧中心岩石7的底部；与此同时，吊装缆绳24对弹性环25产生径向挤压力，使弹性环25收缩，从而使各个岩芯抓取瓣21的顶部收紧，以抱紧中心岩石7的顶部，从而使取芯装置2整体抱紧中心岩石7。

需要说明的是，本实施例对岩芯抓取瓣21的具体结构不做限定，优选地，岩芯抓取瓣21为紧网结构。

另外，本实施例对岩芯抓取瓣21的具体数量不做限定，优选地，如图4所示，岩芯抓取瓣21的数量为四个。

可以理解的是，吊装缆绳24的数量与缆绳提拉器23的数量相等，吊装缆绳24与缆绳提拉器23一一对应相连。

优选地，缆绳提拉器23和吊装缆绳24的数量均为四个。

进一步地，考虑到连接的方便性，优选地，各个吊装缆绳24远离缆绳提拉器23的一端分别与吊装盘28相连，也即，各个吊装缆绳24远离缆绳提拉器23的一端通过吊装盘28汇集于一体。

优选地，吊装盘28设有吊环29，用于与横移运动机构3或升降驱动机构4或取芯吊装机构6相连。

进一步地，考虑到锁紧缆绳22设置的方便性，在上述实施例的基础之上，各个岩芯抓取瓣21的底部设有第一弧形挡块26，第一弧形挡块26设有贯通的弧形孔，锁紧缆绳22穿设于弧形孔中。

也就是说，本实施例中的锁紧缆绳22穿设于各个岩芯抓取瓣21的第一弧形挡块26的弧形孔中，使各个岩芯抓取瓣21的底部连接在一起。

优选地，第一弧形挡块26为整体连续的弧形挡块，此时，锁紧缆绳22仅在相邻两个岩芯抓取瓣21之间裸露，因此，此时，可将缆绳提拉器23设置在任意两个相邻的岩芯抓取瓣21之间。

另外，为了增加第一弧形挡块26与岩石之间的摩擦力，在上述实施例的基础之上，第一弧形挡块26的内侧沿其弧长方向设有若干个柔性垫块261。

可以理解的是，第一弧形挡块26的内侧是指第一弧形挡块26朝向中心岩石7的一侧，这样，可以通过柔性垫块261增大第一弧形挡块26与中心岩石7接触的摩擦力。

另外，考虑到弹性环25设置的方便性，在上述实施例的基础之上，各个岩芯抓取瓣21的顶部设有第二弧形挡块27，第二弧形挡块27设有用于穿设弹性环25的穿环耳271，弹性环25上穿设有吊装缆绳扣环251，吊装缆绳扣环251设有用于穿设吊装缆绳24的穿绳孔。

也就是说，弹性环25从各个岩芯抓取瓣21的穿环耳271中穿过，方便弹性环25与各个岩芯抓取瓣21的连接。

另外，吊装缆绳24从吊装缆绳扣环251的穿绳孔中穿过后，当吊装缆绳24提升时，可以通过吊装缆绳扣环251对弹性环25施加径向挤压力，使各个第二弧形挡块27带动岩芯抓取瓣21聚拢。

另外，在上述各个实施例中，还可以包括劈裂机构，用于将中心岩石7劈裂，以使取芯装置2将劈裂后的中心岩石7整体取出。

可以理解的是，中心岩石7被劈裂后更容易在横向力作用下被拉断。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的竖井非爆开挖与取芯装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。