本发明涉及竖井掘进机技术领域，具体涉及一种竖井掘进机的换步掘进方法及掘进机。
背景技术：
竖井掘进机在向下掘进过程中，由于自身和管环重量原因，整机需要有固定装置将机器稳定的固定在掌子面上方，同时这种固定装置必须要能够与推进装置紧密配合，实现整机向下掘进。
目前，国内竖井掘进机施工过程中，一种是采用地面钢绞线提升系统配合整机向下掘进方式，另一种是取消地面提升固定装置，完全依靠于固定撑靴系统稳定整机向下掘进。前者整机向下掘进的同时，地面钢绞线需要同步向下释放，在向下掘进过程中，由于地层地质不均匀、刀盘掘进轴线偏移等原因，导致整机卡在井壁上，此时需要利用钢绞线将整机提升一段距离后再次下放，有时甚至需要提升下放多次，才能解决问题恢复掘进，这大大降低了竖井施工效率。后者由于取消了地面提升固定装置，完全依靠固定撑靴系统稳定整机，对于不稳定地层，加大了施工风险(这是由于不稳定地层可能导致撑靴在井壁上的压力不足，进而导致掘进机受到的支撑力不足产生向下滑动)。
综上所述，急需一种竖井掘进机的换步掘进方法及掘进机以解决现有技术中存在的问题。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种竖井掘进机的换步掘进方法，旨在解决现有技术中竖井掘进机在掘进过程中存在的问题，具体技术方案如下：
一种竖井掘进机的换步掘进方法，包括以下步骤：
步骤s1：掘进机处于待机状态，此时撑靴油缸处于伸出状态，撑靴顶住井壁；
步骤s2：掘进机进入推进模式，掘进机掘进一个推进行程后退出推进模式，掘进机进入换步模式；
步骤s3：撑靴油缸缩回，带动撑靴脱离井壁，钢绞线提升系统释放钢绞线，掘进机向下运动一个推进行程，并通过调节钢绞线提升系统的钢绞线释放量，将掘进机姿态调整至水平状态；
步骤s4：撑靴油缸伸出，带动撑靴顶住井壁，掘进机退出换步模式进入待机状态，完成掘进机换步掘进。
以上技术方案中优选的，所述钢绞线提升系统的数量为多组，所述步骤s3中通过调整至少一组钢绞线提升系统的钢绞线释放量对掘进机的姿态进行调节。
以上技术方案中优选的，通过掘进机上的倾角传感器对掘进机的姿态进行检测。
以上技术方案中优选的，通过钢绞线提升系统检测钢绞线的释放量，从而判断掘进机向下运动的距离。
以上技术方案中优选的，所述步骤s2具体是：
步骤s2.1：启动刀盘，进入推进模式；
步骤s2.2：掘进机的推进油缸伸出，驱动刀盘向下进行掘进；
步骤s2.3：推进油缸完成一个推进行程后，停止推进油缸伸出，退出推进模式，同时停止刀盘；
步骤s2.4：进入换步模式，控制推进油缸缩回，带动刀盘退回至开始掘进前的位置。
以上技术方案中优选的，通过推进油缸的行程传感器检测推进油缸的运动行程。
以上技术方案中优选的，通过检测撑靴油缸的行程和伸出压力信息判断撑靴是否已经撑紧井壁；通过检测撑靴油缸的行程信息判断撑靴是否缩回到位。
本发明还提供了一种应用上述换步掘进方法的掘进机，所述掘进机包括换步掘进装置，所述换步掘进装置包括钢绞线提升系统、盾体、刀盘、推进油缸和撑靴组件，所述刀盘通过推进油缸设置于盾体上，多组所述撑靴组件沿着盾体的周向均匀设置，所述钢绞线提升系统设置于地面上，通过钢绞线连接盾体。
以上技术方案中优选的，多组钢绞线提升系统沿着竖井的周向均布。
以上技术方案中优选的，所述撑靴组件包括撑靴油缸和撑靴，所述撑靴油缸设置于盾体上，所述撑靴设置于所述撑靴油缸的活动杆上，所述撑靴用于撑紧井壁；所述盾体上还设有用于检测盾体姿态的倾角传感器。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
对于传统的钢绞线同步下放掘进控制方式，本发明的换步掘进方式避免了地层地质不均匀、刀盘掘进轴线偏移等原因造成需要钢绞线多次提升整机再下放恢复掘进的问题，可以有效提高施工效率。通过检测掘进机的姿态，通过调节钢绞线的释放量即可对掘进机的姿态进行调整，掘进一个推进行程后即可完成一次姿态检测(和调整)，有效地确保掘进机按照设计方向进行掘进，保证了施工质量。
本发明的换步掘进方法在掘进过程中由撑靴受力，降低了地面钢绞线带载运动的时间，从而降低了钢绞线的疲劳强度，利于延长钢绞线使用寿命，降低了因钢绞线断裂带来的施工风险。
相对于现有技术中靠撑靴系统稳定整机向下掘进的方式存在难以保证整机稳定性，会带来施工风险的问题，本发明的换步掘进方法如果遇到不稳定地层，可以通过钢绞线吊住掘进机，有效地确保整机的稳定性，有效地杜绝施工风险。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明换步掘进方法的流程示意图；
图2是本发明掘进机换步掘进装置的示意图；
图3是盾体的俯视图；
图4是撑靴油缸、撑靴以及盾体之间的结构示意图；
其中，1、刀盘，2、盾体，3、推进油缸，4、撑靴油缸，5、钢绞线提升系统，6、撑靴，7、倾角传感器，8、钢绞线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1：
参见图2-图4，一种竖井掘进机，所述掘进机包括换步掘进装置，所述换步掘进装置包括钢绞线提升系统5、盾体2、刀盘1、推进油缸3和撑靴组件，所述刀盘1通过推进油缸3设置于盾体2上，多组所述撑靴组件沿着盾体2的周向均匀设置，所述钢绞线提升系统5设置于地面上，通过钢绞线8连接盾体2。
所述撑靴组件包括撑靴油缸4和撑靴6，所述撑靴油缸4设置于盾体2上，所述撑靴6设置于所述撑靴油缸4的活动杆上，所述撑靴6用于撑紧井壁；所述盾体2上还设有用于检测盾体2姿态的倾角传感器7，即检测盾体2是否处于水平状态。
优选的，多组钢绞线提升系统5沿着竖井的周向均布，即掘进机下放的过程中由多组钢绞线提升系统5吊住，另外，通过调节钢绞线8释放量的多少可以对掘进机的姿态进行调节(由于盾体是由多根钢绞线吊住的，因此当单根钢绞线的释放量相对于其他钢绞线的释放量多一点或少一点时，盾体在该钢绞线的一侧则会相应的比其他侧低一点或者是高一点)。
所述刀盘1通过驱动装置驱动进行旋转，具体请参见现有技术。所述钢绞线提升系统5同样请参见现有技术，所述钢绞线提升系统5通过自身的检测装置(例如传感器)可以检测钢绞线8的释放量。优选的，所述推进油缸3通过传感器检测运动行程，所述撑靴油缸4通过传感器分别检测运动行程以及伸出压力。
参见图1，本实施例还提供了一种上述竖井掘进机的换步掘进方法，包括以下步骤：
步骤s1：掘进机处于待机状态，此时撑靴油缸4处于伸出状态，撑靴6顶住井壁。
步骤s2：掘进机进入推进模式，掘进机掘进一个推进行程后退出推进模式，掘进机进入换步模式；
具体地，所述步骤s2具体是：
步骤s2.1：启动刀盘1，进入推进模式；
步骤s2.2：掘进机的推进油缸3伸出，驱动刀盘1向下进行掘进；
步骤s2.3：推进油缸3完成一个推进行程后，停止推进油缸3伸出，退出推进模式，同时停止刀盘1；
步骤s2.4：进入换步模式，控制推进油缸3缩回，带动刀盘1退回至开始掘进前的位置(即步骤s2.2中推进油缸3伸出前的刀盘1位置，即实现刀盘1复位)；
优选的，步骤s2中通过推进油缸3的行程传感器检测推进油缸3的运动行程，从而判断推进油缸3伸出一个推进行程以及判断推进油缸3缩回到位。
步骤s3：撑靴油缸4缩回，带动撑靴6脱离井壁，钢绞线提升系统5释放钢绞线8，掘进机向下运动一个推进行程，并通过调节钢绞线提升系统5的钢绞线8释放量，将盾体2姿态调整至水平状态。
优选的，步骤s3中通过检测撑靴油缸4的行程信息判断撑靴6是否缩回到位。
优选的，通过掘进机上的倾角传感器7对掘进机的姿态进行检测，即检测掘进机的盾体2是否处于水平状态，当掘进机的姿态不处于水平状态时，通过调整至少一组钢绞线提升系统5的钢绞线8释放量对掘进机的姿态进行调节。姿态调节完成后，钢绞线提升系统5将钢绞线锁止，钢绞线提升系统5进入待机状态。进一步优选的，通过钢绞线提升系统5检测钢绞线8的释放量，从而判断掘进机向下运动的距离，同时通过钢绞线8的释放量也可以起到检测掘进行程的效果。
步骤s4：撑靴油缸4伸出，带动撑靴6顶住井壁，掘进机退出换步模式进入待机状态，完成掘进机换步掘进。优选的，通过检测撑靴油缸4的行程和伸出压力信息判断撑靴6是否已经撑紧井壁，根据伸出压力和行程信息判断，可以确保撑靴6与井壁之间是紧密撑紧的。防止出现撑靴油缸4行程未到但是由于撑靴6运动受阻(例如撑靴6碰到凸出的小石块)导致压力达标引起支撑力不足，也防止行程达标但是撑靴6撑在柔软壁面(或者是不稳定底层)导致压力不足而引起支撑力不足。
此时，掘进机已经完成一次换步掘进，重复步骤s1-步骤s4可以实现连续掘进施工，直至施工完成。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种竖井掘进机的换步掘进方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1：掘进机处于待机状态，此时撑靴油缸处于伸出状态，撑靴顶住井壁；
步骤s2：掘进机进入推进模式，掘进机掘进一个推进行程后退出推进模式，掘进机进入换步模式；
步骤s3：撑靴油缸缩回，带动撑靴脱离井壁，钢绞线提升系统释放钢绞线，掘进机向下运动一个推进行程，并通过调节钢绞线提升系统的钢绞线释放量，将掘进机姿态调整至水平状态；
步骤s4：撑靴油缸伸出，带动撑靴顶住井壁，掘进机退出换步模式进入待机状态，完成掘进机换步掘进。
2.根据权利要求1所述的竖井掘进机的换步掘进方法，其特征在于，所述钢绞线提升系统的数量为多组，所述步骤s3中通过调整至少一组钢绞线提升系统的钢绞线释放量对掘进机的姿态进行调节。
3.根据权利要求2所述的竖井掘进机的换步掘进方法，其特征在于，通过掘进机上的倾角传感器对掘进机的姿态进行检测。
4.根据权利要求2所述的竖井掘进机的换步掘进方法，其特征在于，通过钢绞线提升系统检测钢绞线的释放量，从而判断掘进机向下运动的距离。
5.根据权利要求1所述的竖井掘进机的换步掘进方法，其特征在于，所述步骤s2具体是：
步骤s2.1：启动刀盘，进入推进模式；
步骤s2.2：掘进机的推进油缸伸出，驱动刀盘向下进行掘进；
步骤s2.3：推进油缸完成一个推进行程后，停止推进油缸伸出，退出推进模式，同时停止刀盘；
步骤s2.4：进入换步模式，控制推进油缸缩回，带动刀盘退回至开始掘进前的位置。
6.根据权利要求5所述的竖井掘进机的换步掘进方法，其特征在于，通过推进油缸的行程传感器检测推进油缸的运动行程。
7.根据权利要求1所述的竖井掘进机的换步掘进方法，其特征在于，通过检测撑靴油缸的行程和伸出压力信息判断撑靴是否已经撑紧井壁；通过检测撑靴油缸的行程信息判断撑靴是否缩回到位。
8.一种应用如权利要求1-7中任意一项所述换步掘进方法的掘进机，其特征在于，所述掘进机包括换步掘进装置，所述换步掘进装置包括钢绞线提升系统、盾体、刀盘、推进油缸和撑靴组件，所述刀盘通过推进油缸设置于盾体上，多组所述撑靴组件沿着盾体的周向均匀设置，所述钢绞线提升系统设置于地面上，通过钢绞线连接盾体。
9.根据权利要求8所述应用所述换步掘进方法的掘进机，其特征在于，多组钢绞线提升系统沿着竖井的周向均布。
10.根据权利要求8所述应用所述换步掘进方法的掘进机，其特征在于，所述撑靴组件包括撑靴油缸和撑靴，所述撑靴油缸设置于盾体上，所述撑靴设置于所述撑靴油缸的活动杆上，所述撑靴用于撑紧井壁；所述盾体上还设有用于检测盾体姿态的倾角传感器。
技术总结