MX2012008715A - Metodo y dispositivo para trabajar rocas. - Google Patents

Abstract

Método y equipo para perforar túneles, galerías, pozos y similares, el equipo para perforar túneles tiene una unidad base movible (2) que sobre una unidad de soporte soporta una unidad portadoras que a su vez lleva un cabezal de corte que tiene elementos de corte dirigidos hacia afuera, el método incluye: rotar el cabezal cortador (4) alrededor de un eje general de rotación (R) y aplicar el cabezal cortador contra una superficie de la roca a ser trabajada, el método además incluye: oscilar la unidad portadora entre una primera posición mutua seleccionada con respecto a la pared de soporte, rotar la unidad de soporte a una segunda posición mutua seleccionada con respecto a la unidad base alrededor de un eje que es esencialmente longitudinal con respecto a la unidad base, por lo que un ángulo de operación del cabezal cortador es controlable.

Description

METODO Y DISPOSITIVO PARA TRABAJAR ROCAS Campo de la Invención La invención se refiere a un método y a un equipo de perforación para perforar túneles, galerías o similares.

Antecedentes de la Invención Durante la excavación de túneles como también en la minería, el proceso mismo de perforar túneles, galerías, pozos o similares es un elemento que consume tiempo, energía y es costoso. Para completar todos estos espacios, además de avanzar en la perforación, se debe agregar el aseguramiento del techo, el piso, las paredes y un posible tratamiento de superficie. Es sabido con anterioridad que en la perforación de túneles y galerías se usan equipos de perforación que tienen ruedas ' cortadoras, las cuales durante el trabajo barren la superficie de la roca que se va a trabajar con la ayuda de un brazo oscilante y pivotante y un dispositivo de impulsión dispuesto en un vehículo de transporte. Una rueda cortadora giratoria con herramientas de trabajo del tipo barra es dispuesta entonces para llevar a cabo el trabajo en la roca.

La patente estadounidense 4 721 340 puede mencionarse como representativa de la técnica anterior. Otros documentos representativos de la técnica anterior son US 4 629 010 y WO 93/07359 y GB 801 615.

Ref. 232461 Todos estos documentos representativos de la técnica anterior tienen los inconvenientes mencionados más arriba, principalmente, .una operación que demanda tiempo, energía y costos Breve Descripción de la Invención Un objetivo de la. presente invención es proporcionar un método y un equipo perforador de túneles como se ha indicado anteriormente, donde se abordan y al menos se reducen los inconvenientes de la técnica anterior. Esto se logra por medio de las características de las respectivas reivindicaciones independientes.

La invención se refiere al trabajo en la roca por medio de un cabezal cortador que gira alrededor de un eje general de rotación con el elemento cortador de roca dirigido hacia afuera esencialmente en forma radial, con el propósito de que los elementos cortadores de roca estén posicionados distribuidos alrededor del área de la superficie de recubrimiento del cabezal cortador. Además se tiene el propósito de que el cabezal cortador sea aplicado contra la superficie de una roca que va a ser trabajada por esta área de la superficie de recubrimiento que se pone en contacto con la roca.

En relación con el método inventivo para perforar túneles, galerías o similares, un método de acuerdo con lo anterior para perforar túneles, galerías o similares con un equipo perforador de túneles que tiene una unidad base movible, la cual sobre una unidad de soporte sostiene una unidad de transporte que a su vez lleva un cabezal cortador que tiene elementos cortadores dirigidos hacia afuera, incluye : ¦ rotar el cabezal cortador alrededor de un eje general de rotación y aplicar el cabezal cortador contra una superficie de roca a ser trabajada, ¦ transportar el material cortado suelto fuera de tal superficie de roca, ¦ hacer oscilar la unidad de transporte en una primera posición mutua elegida con respecto a la unidad de soporte , ¦ rotar la unidad de soporte en una segunda posición mutua elegida con respecto a la unidad base alrededor de un eje que es un eje longitudinal de la unidad base, con lo cual es controlable un ángulo de operación del cabezal cortador, y ¦ efectuar cortes laterales de túnel esencialmente en forma paralela con tal eje longitudinal con el cabezal cortador girado avanzando con el ángulo de operación que es un ángulo oblicuo.

Por "eje que es un eje longitudinal de la unidad base" se quiere decir un eje que se extiende esencialmente en dirección longitudinal de la unidad base. Este eje podría ser, o es paralelo con un eje de simetría de la unidad base o una parte de la unidad base y/o un eje que es paralelo con un movimiento de dirección esencial del equipo perforador de túneles.. Cabe hacer notar que hacer oscilar la unidad de transporte en una primera posición mutua elegida con respecto a la unidad de soporte, puede significar que la unidad de transporte sea mantenida en posición central durante la operación o se hace oscilar hacia afuera, dependiendo por ejemplo del ancho de túnel deseado (o algo similar) .

Por "una posición mutua elegida" se quiere decir una posición deseada, la cual es el resultado del movimiento relativo entre dos unidades movibles.

De acuerdo con la presente descripción, un solo golpe (en una parte del frente total de un túnel/galería) efectuado de acuerdo con el método inventivo y por el equipo perforador de túneles es mencionado como un "corte" . "Cortes" significa una pluralidad de los mismos. "Corte central" es un corte efectuado en el centro del túnel/galería, que es esencialmente central como se ve en un plano de simetría vertical del túnel/galería. Los cortes que no son "cortes centrales" son denominados como "cortes laterales" . Los "cortes laterales" son cortes efectuados normalmente en dirección lateral extrema, pero no se excluye que un "corte lateral" con un cabezal cortador inclinado de forma diferente se efectúe en un lado o en cada lado de tal plano de simetría vertical.

Con "un ángulo de operación del cabezal cortador" se quiere decir aquí un ángulo entre un plano general del cabezal cortador, siendo tal plano perpendicular al eje general de rotación del cabezal cortador, y un plano de simetría vertical longitudinal del equipo perforador de túneles, en un cabezal cortador posicionado directamente. (0 hablando en forma más general, respecto de una línea vertical) . Este plano general del cabezal cortador, por medio de la rotación de la unidad de soporte, será "inclinado" para obtener el ángulo oblicuo con el cual el corte puede ser hecho según lo requerido para producir las formas deseadas de los techos de túnel. Cabe hacer notar que el "ángulo de operación del cabezal cortador" es establecido rotando la unidad de soporte con respecto a la unidad base alrededor de tal eje que es un eje longitudinal de la unidad base.

"Horizontalmente" y "verticalmente" deben ser vistos aquí en respecto del equipo perforador de túneles. Obviamente pueden desviarse de las verdaderas direcciones horizontal y vertical, líneas, planos, etc.

Por medio de la invención se logra provechosamente que sea posible de manera muy simple y rápida formar techos de túnel (y similares) que son abovedados de la forma deseada, con lo cual se aumenta la estabilidad del techo y la estabilización del frente de roca puede hacerse más adecuadamente en comparación con los túneles que tienen techos de perfil plano o escalonado.

Con la característica: efectuar cortes laterales de túnel con el cabezal cortador rotado avanzando en un ángulo oblicuo, se debe entender que los cortes laterales son hechos con el cabezal cortador un poco inclinado y teniendo de esta manera un ángulo de operación oblicuo, que puede ser por ejemplo de aproximadamente 30 grados en ambos lados, cuando se han hecho tres cortes. Normalmente los cortes laterales son efectuados en un estado elevado del equipo perforador de túneles para producir un nivel de techo del túnel/galería que sea más alto que el diámetro del cabezal cortador. Por este medio, primero, tienen que hacerse menos cortes para obtener un perfil de techo aceptable. Segundo, el techo del túnel tendrá un perfil que es "abovedado" , en que el perfil del techo estará comprendido de partes que se acoplan al frente de la roca con ángulos que se alteran sucesivamente como se ve en una sección del túnel/galería.

Un ejemplo: Un techo producido por medio de un número de cortes (por ejemplo tres) con un cabezal cortador girado en un ángulo tan grande como sea necesario para la creación de tales partes acopladas al frente de la roca, siendo tal ángulo oblicuo (por ejemplo de 30 grados) entre un corte central con el cabezal cortador posicionado verticalmente y los respectivos cortes laterales tendrán partes frontales correspondientes a la sección periférica del cabezal cortador, extendiéndose tales frentes a lo largo de la dirección del túnel y formando el correspondiente ángulo oblicuo (por ejemplo 30 grados) con cada uno. Por supuesto que es posible producir techos con más de tres cortes, tal como cinco cortes, con un corte central y dos cortes laterales sucesivos con ángulos oblicuos en forma diferente en cualquiera de los lados . Esto puede ser especialmente interesante respecto de cabezales cortadores más angostos. Los techos también pueden ser producidos por medio de un número par de cortes, donde todos están hechos con el cabezal cortador inclinado en diferentes ángulos para producir partes frontales acopladas con partes de sección oblicuas correspondientes mutuamente. En ese caso, todos los cortes del techo son "cortes laterales" .

También los túneles hechos de acuerdo con la invención tienen que ser asegurados por medio de la instalación de pernos de roca, pero la carga esperada será disminuida provechosamente en comparación con los túneles de techo plano y la instalación será más fácil. Los techos abovedados hechos de acuerdo con otros métodos convencionales consumirían más tiempo y por lo tanto serían menos económicos de producir.

Además, un método de acuerdo con la invención da por resultado una perforación de túnel considerablemente más rápida porque, típicamente, para obtener un túnel con techo abovedado o al menos un techo de perfil de tipo abovedado, se deben efectuar menos pasos de perforación para lograr un resultado similar (y aún mejor) .

Preferiblemente, los elementos cortadores de roca están formados como rodillos cortadores al menos periféricamente en forma de discos, que son hechos girar contra el lado de la roca durante la presión contra la roca y la rotación del cabezal cortador. Los elementos cortadores de roca durante el movimiento giratorio son llevados a cortar ranuras dispuestas lateralmente en la superficie de la roca a una distancia entre sí.

Preferiblemente, el cabezal cortador es presionado contra la roca por medio del desplazamiento en forma lineal en una dirección de impulsión contra la roca que se va a trabajar en una fase de desplazamiento.

Después de completada una fase de perforación, el cabezal cortador es dirigido fuera de la roca, desplazado a una posición con una nueva roca a ser trabajada y repetidamente es llevado linealmente contra la roca para una nueva fase de perforación.

Provechosamente, el cabezal cortador giratorio es presionado contra la superficie de la roca a ser trabajada en una dirección que forma un ángulo de entre 70° y 90° aproximadamente con el eje general de rotación.

Provechosamente, también, la rotación de la unidad de soporte con respecto a la unidad base se efectúa entre 0o y 90° desde una posición neutral donde el eje general de rotación (R) está esencialmente horizontal para la mejor adaptación posible a la operación deseada.

Un techo de un túnel o galería con perfil de arco es formado provechosamente aplicando e impulsando el cabezal cortador con la unidad de soporte rotada en diferentes ángulos con respecto a la unidad base para cada uno de un número de cortes .

Preferiblemente, se hace un corte central de altura máxima con la unidad de soporte no rotada, y dos cortes para producir cortes a los lados superiores respectivos de cada techo con perfil de arco, con la unidad de soporte rotada en forma respectiva para obtener tal ángulo oblicuo, del cabezal cortador .

Para obtener un túnel/galería de una altura preferida, un túnel o galería pueden ser formados efectuando las fases de impulsión inferior con la unidad de soporte no rotada con respecto a la unidad base y con cada uno de tales cortes inferiores con la unidad de transporte oscilada en diferentes posiciones mutuas con respecto a la unidad de soporte, y donde cada techo con perfil de arco es producido por medio de fases de impulsión elevadas con el equipo perforador de túneles en tal estado elevado.

Típicamente, un frente de un techo con perfil de un túnel, galería o similar es formado como una sección de una superficie de recubrimiento del cabezal cortador.

Un equipo para perforar túneles, galerías o similares de acuerdo con la invención para perforar túneles, galerías o similares incluye una unidad base, que incluye: ¦ unidades estabilizadoras para estabilizar el acoplamiento con al menos uno de un piso, una primera pared lateral, una segunda pared lateral y/o un techo, ¦ una unidad de presión para presionar un cabezal cortador giratorio que tiene elementos de corte dirigidos hacia afuera contra la roca a ser trabajada. ¦ medios impulsores para la impulsión giratoria de tal cabezal cortador, en que el equipo tiene medios para transportar el material que es soltado durante el corte. ¦ una unidad base movible, la cual sobre una unidad de soporte sostiene una unidad de transporte, que a su vez lleva el cabezal cortador.

El equipo perforador de túneles además incluye: ¦ un dispositivo oscilatorio para hacer oscilar la unidad de transporte en posiciones mutuas elegidas con respecto a la unidad de soporte, ¦ un dispositivo de rotación para hacer rotar la unidad de soporte en una posición mutua elegida con respecto a la unidad base alrededor de un eje que es un eje longitudinal de la unidad base, por medio del cual es controlable un ángulo de operación del cabezal cortador, y ¦ medios para posicionar el cabezal cortador rotado en un ángulo oblicuo durante el avance del mismo, esencialmente en paralelo con tal eje longitudinal, para efectuar los cortes laterales del túnel con el cabezal cortador avanzando con tal ángulo oblicuo.

Preferiblemente la unidad de transporte con el cabezal cortador puede oscilar por medio de un dispositivo lateral oscilatorio, de manera que cuando el cabezal cortador es presionado contra el frente de la roca a ser trabajada, el eje general de rotación formará ángulos con la dirección de presión de entre 70° y 90° aproximadamente.

La unidad de soporte tiene preferiblemente en los lados opuestos ranuras de guia en forma de arcos circulares para la recepción en forma desplazable de los elementos de guía de la unidad de transporte.

Preferiblemente, las unidades estabilizadoras que actúan verticalmente contra un piso o un techo están dispuestas para elevar la unidad base desde la primera posición de trabajo para operación en un nivel más bajo, a una segunda posición de trabajo para operar en un nivel más alto .

Preferiblemente, la disposición es tal que el cabezal cortador giratorio en operación es presionado contra la superficie de roca a ser trabajada en una dirección que forma un ángulo de entre 70° y 90° aproximadamente con el eje general de rotación.

Usando elementos cortadores de roca, los cuales están formados como rodillos cortadores al menos periféricamente en forma de discos, se hacen girar contra el lado de la roca durante la presión contra la roca y la rotación del cabezal cortador, y- donde los elementos cortadores de roca durante el movimiento giratorio son llevados a cortar ranuras dispuestas hacia los lados y distanciadas entre sí en la superficie de la roca, la cantidad de roca que tiene que ser desintegrada por trabajo directo por medio de los mismos elementos cortadores de roca es minimizada por el hecho de que solamente las ranuras en el lado de la roca tienen que ser cortadas por medio del contacto del movimiento giratorio contra la roca, donde las ranuras están distanciadas entre sí, y ésta es una manera ventajosa y efectiva debido a las características del cabezal cortador .

El material que está entre las ranuras será desintegrado por sí mismo predominantemente, a causa del agrietamiento auto- inducido en el material durante el corte de las ranuras. Posiblemente, solamente el material parcialmente suelto puede ser por lo„ tanto simplemente soltado del lado de la roca trabajada, por ejemplo durante la siguiente aplicación del cabezal cortador giratorio. Por este medio se logra que pueda ser minimizada la energía que se consume para desintegrar el material de roca, de modo que pueden reducirse el tiempo, la energía y el costo.

Además, los mismos elementos que trabajan la roca pueden ser usados por un tiempo considerablemente más largo, como se ve por la cantidad de roca trabajada en los métodos previos correspondientes de acuerdo con los antecedentes de la tecnología, a causa de la reducción del desgaste en estos elementos. El ancho de la ranura, la profundidad de la ranura y la distancia entre las ranuras se eligen según la aplicación y según las propiedades de la roca, especialmente su susceptibilidad a formar grietas. Estos parámetros pueden ser determinados durante pruebas de campo, análisis prácticos y/o por medio de pruebas de laboratorio y cálculos. Durante el dimensionado, por supuesto, también tienen gran importancia la resistencia de los elementos cortadores de roca y el material elegido para ellos, puesto que el grosor de los elementos cortadores de roca es directamente determinante del ancho de las ranuras formadas. El material de un rodillo cortador es sabido que es un material de alta resistencia per se, que se ha usado previamente para aplicaciones similares. Un rodillo cortador también puede estar equipado con incrustaciones de metal duro distribuidas alrededor de la circunferencia.

El hecho de que solamente el material de roca del área de las ranuras que se quieren formar tendrá que ser desintegrado se logra porque los elementos cortadores de roca están formados como rodillos cortadores al menos parcialmente en forma de disco, que son llevados a girar contra el lado de la roca durante la presión contra la roca y la rotación de un cabezal cortador, y porque durante el movimiento giratorio son llevados a cortar ranuras dispuestas hacia los lados que están distanciadas entre sí. Por esto se trata que los rodillos cortadores sean esencialmente en forma de disco o parcialmente esencialmente en forma de disco periféricamente, donde se trata que sean lisos, esencialmente circulares, generalmente con el mismo grosor, al menos periféricamente. Con esto se logra que se formen en el lado de la roca ranuras que tienen esencialmente el mismo ancho con respecto a la profundidad de las ranuras, con lo cual el material entre las ranuras no tiene que ser desintegrado, lo que produce las ventajas mencionadas anteriormente para trabajo en la roca, tanto en lo relativo a consumo de energía como al desgaste de los elementos cortadores de roca.

La invención, sin embargo, también incluye que tenga elementos de trabajo en la roca de diferentes formas, tal como elementos no giratorios, del tipo perno, del tipo barra, del tipo botón, etc., aún si de acuerdo con lo anterior se prefieren elementos en forma de disco o en parte en forma de disco.

Cuando el cabezal cortador es presionado linealmente contra la roca a ser trabajada, y según lo requerido, después de completada una fase de trabajo, el cabezal cortador es alejado de la roca, movido a un nuevo lugar con una nueva roca a ser trabajada, después de lo cual el método es repetido en una fase de trabajo subsiguiente.

Normalmente para los pozos verticales y cierta perforación de túnel y similares, el cabezal cortador giratorio es presionado contra una superficie de roca a ser trabajada en una dirección esencialmente en ángulo recto con el eje general de rotación.

Para un cierto tipo de perforación de túnel, sin embargo, la impulsión contra una superficie de roca a ser trabajada es muy ventajosa en una posición oscilada hacia un lado del eje de un cabezal cortador en una dirección que forma un ángulo de entre 70° y 90° con un eje general de rotación. Esto puede ser de interés por ejemplo durante la perforación de un túnel o galería cuando el equipo perforador de túneles que se está usando proporciona la presión del cabezal cortador en una dirección correspondiente a la dirección de la galería o del túnel también con el cabezal cortador puesto en ángulo hacia afuera. Debido a la geometría de esto, también en la mayoría de las posiciones desplazadas hacia afuera, generalmente 12° - 15° y hasta 20° aproximadamente, cuando se usan rodillos cortadores, la trayectoria de un rodillo cortador se desvía un poco de una ranura formada por los rodillos anteriores de un grupo, de modo que el efecto discutido y deseado más arriba tendrá lugar de todos modos. Los valores un poco sobre 20° no están excluidos a este respecto.

En algunas ocasiones, el material parcialmente pegado entre las ranuras cortadas es soltado por actuación mecánica, por ejemplo con raspadores y cubos posicionados sobre o en el área de los caminos de corte. En suma, el material suelto es luego llevado afuera en una manera conocida per se, por ejemplo, ascensores, correas transportadoras o de cualquiera otra manera adecuada.

Se prefiere especialmente que una fuerza aplicada para presionar el cabezal cortador contra la roca sea controlada como una función de torque aplicado para la rotación del cabezal cortador o alternativamente como efecto aplicado para la rotación del cabezal cortador. Por este medio se asegura que la eficiencia de la impulsión sea mantenida a un nivel de altura. Se prefiere especialmente para este propósito que el torque aplicado para la rotación del cabezal cortador o el efecto aplicado para la rotación del cabezal cortador sea controlado en la dirección de maximización . Debido a lo cual, deberían ser considerados el desgaste, la vida útil, el consumo de energía, etc.

Cuando se usan rodillos cortadores, los ejes de rotación del rodillo para al menos una parte de los rodillos cortadores, están adecuadamente paralelos con el eje general de rotación, pero puede suceder, especialmente para los rodillos posicionados más a los lados del cabezal cortador, que los ejes de rotación del rodillo formen un ángulo con el eje general de rotación. En particular, los rodillos cortadores del cabezal cortador preferiblemente forman un perfil que se desvía de un cilindro y de manera tal que el cabezal cortador generalmente puede ser visto con un perfil redondeado, por ejemplo como parte de una esfera. Los rodillos cortadores de los lados exteriores del cabezal cortador están adecuadamente puestos en ángulo un poco más a los lados, de modo que las superficies de corte activas lleguen axialmente fuera de las orejas de sujeción, los lados del cabezal cortador, etc. para facilitar el contacto con la roca sin trabajar que está a los lados y evitar que el cabezal cortador quede pegado. Como ejemplo, el ángulo entre los ejes del rodillo y el eje general de rotación puede llegar a más de 45°. El ángulo está, sin embargo, generalmente considerablemente por debajo de este valor. En estas áreas los rodillos pueden ser dispuestos en hileras o grupos con distancia menor que la expresada arriba, por ejemplo 20 mm aproximadamente.

Debe entenderse que en general el cabezal cortador está formado como un cuerpo con lados planos o al menos con lados sin rodillos cortadores, puesto que el mayor efecto de trabajo se logra a través de rodillos cortadores esencialmente dispuestos en forma lineal, que tienen sus ejes paralelos al eje general de rotación. Sin embargo, los cabezales cortadores redondeados pueden ser adecuados cuando se trata de perforar túneles o galerías, donde la forma del cabezal cortador ¡puede ser tal que da por resultado una sección de cavidad circular por la perforación de acuerdo con la invención.

Los elementos cortadores de roca preferiblemente comprenden rodillos en forma de discos que tienen una circunferencia esencialmente circular o rodillos con partes de disco sobresalientes radialmente y periféricas con circunferencia esencialmente circular.

Un equipo perforador de túneles de acuerdo con la invención para perforar túneles, galerías o similares incluye una unidad base que tiene: unidades estabilizadoras o encaje estabilizador con un suelo, una primera pared lateral, una segunda pared lateral, un techo; una unidad de presión contra la roca a ser trabajada para al menos un cabezal cortador giratorio; y medios de impulsión para la impulsión giratoria de tal cabezal cortador, en que el equipo perforador de túneles proporciona medios para transportar hacia afuera el material que es soltado por el corte. Además incluye una unidad de transporte para transportar, rotar y desplazar el cabezal cortador.

Más preferiblemente, el equipo incluye un cabezal cortador equipado con elementos cortadores en forma de rodillos cortadores, como se ha descrito más arriba, por medio de los cuales tal unidad de presión de tal cabezal cortador está dispuesta para presionar contra la roca durante la rotación del cabezal cortador de manera tal que los elementos cortadores de roca que están dispuestos en tal cabezal cortador son llevados a girar contra el lado de la roca durante la formación de ranuras situadas hacia los lados distanciadas una de otra.

Preferiblemente, la unidad base es un vehículo móvil con ruedas, bandas de oruga o un sistema de avance escalonado que permita el movimiento del equipo perforador de túneles. Sin embargo, no se excluye que el equipo pueda ser movido por medios externos de propulsión. La unidad de presión es típicamente operativa en una dirección general de movimiento de la unidad base.

Las unidades estabilizadoras que actúan verticalmente contra un piso y un techo respectivamente están adecuadamente dispuestas para levantar la unidad base desde una primera posición de trabajo para trabajar en un nivel más bajo, a una segunda posición de trabajo levantada para operación en un nivel más alto de manera de producir el techo del túnel (etc . ) .

La unidad base está preferiblemente provista de una unidad telescópica trasera que se alarga/acorta, además de la unidad de presión, y dispuesta detrás de ella, como se ve en la dirección de presión; tal unidad telescópica permite alargamiento/acortamiento extra del largo total de la unidad base .

Básicamente el método y el equipo perforador de túneles de acuerdo con la invención se refiere a producir túneles o galerías destinados a la conducción de vehículos, es decir túneles o galerías que son al menos esencialmente horizontales o al menos tienen tal dirección en relación con la dirección horizontal, en que son aptos para conducir vehículos en ellos. Las direcciones de los túneles o galerías producidos así tienen componentes horizontales que sobrepasan sus componentes verticales. Normalmente, la inclinación de un túnel producido o de una galería está considerablemente por debajo de 1:5 (20%) entre el componente de dirección vertical y el largo del túnel/galería. Los túneles o galerías obtenidos están, por lo tanto, sometidos a fuerzas en la^ roca que hace ventajoso tener techos abovedados.

Para que sea posible perforar túneles, galerías o similares de acuerdo con la invención, un equipo perforador de túneles que se use para este propósito necesita suficiente estabilidad y precisión para que el cabezal cortador no tambalee hacia adelante y hacia atrás durante la operación. Esto se logra por una parte por que el equipo perforador de túneles mismo tenga suficiente rigidez, por otra parte que tenga unidades estabilizadoras operativas de acuerdo con lo anterior para que el equipo perforador de túneles pueda ser fijado de manera estable con respecto a la roca a ser trabajada. Por este medio se logra, por una parte, que pueda aplicarse una gran fuerza de presión al cabezal cortador durante el avance, por otra parte que el corte pueda ser efectuado con suficiente precisión, puesto que se evita que el equipo perforador de túneles se mueva en una forma indeseada durante el avance.

Otras características y ventajas de la invención son objeto de otras reivindicaciones y quedarán claras de la descripción detallada de las modalidades que siguen a continuación.

Breve Descripción de las Figuras La invención será descrita ahora con mayor detalle por medio de las modalidades y con referencia a las figuras anexas , en donde : Las Figuras la - lf muestran un equipo perforador de túneles de acuerdo con una modalidad de esta invención, en diferentes posiciones y diferentes vistas, La Figura 2 muestra un cabezal cortador en una vista en perspectiva, Las Figuras 2a - 2e muestran vistas en forma de diagrama de rodillos cortadores alternativos, La Figura 2f muestra en forma de diagrama el recubrimiento de la superficie de un cabezal cortador en una vista desplegada, Las Figuras 3a y 3b muestran diferentes vistas de un equipo perforador de túneles de acuerdo con una modalidad más de la invención, en una posición en que el equipo perforador de túneles está elevado y la unidad de soporte está rotada en 30° aproximadamente, La Figura 4a muestra en forma de diagrama una sección a través de un túnel o una galería producida por el equipo perforador de túneles inventivo mientras que la Figura 4b muestra en forma de diagrama una sección a través de un túnel o una galería producida por una variante más antigua de un equipo perforador de túneles, La Figura 5 muestra una sección de una parte de un equipo perforador de túneles similar a la de las Figuras 3a y 3b, La Figura 6a muestra en una vista frontal en forma de diagrama un cabezal cortador siendo girado en un ángulo oblicuo, y La Figura 6b muestra en forma de diagrama una vista superior de un cabezal cortador en una posición fuera de oscilación.

Descripción de Detallada de la Invención Para elementos iguales o similares se han asignado en parte los mismos números de referencia.

El equipo de trabajo de acuerdo con la invención está destinado a perforar esencialmente túneles y galerías horizontales, como se ha expresado anteriormente.

El equipo perforador de túneles de las Figuras la -lf tiene una unidad base 2 con bandas de oruga 63 para moverse hacia adelante y un motor de impulsión (no mostrado) , medios de impulsión, transmisión para el equipo de trabajo, y medios de control .

La unidad base tiene en el lado delantero una unidad de transporte 3 para un cabezal cortador 4. El cabezal cortador 4 está soportado en el extremo libre de la unidad de transporte 3 y tiene un cuerpo principal extendido y giratorio alrededor de un eje general de rotación R en el área de una parte del extremo de la unidad de transporte 3. Un motor de rotación (no mostrado) con una transmisión para la cooperación con un eje motor del cabezal cortador 4 que está ubicado dentro del cabezal cortador 4.

Radialmente y periféricamente en el cabezal cortador -4 están dispuestos, distribuidos en el perímetro y el ancho, un número de rodillos cortadores 7 o elementos cortadores de roca que tienen periferia circular, en forma de disco, los que serán descritos con más detalle más adelante.

En la rotación del cabezal cortador 4 y la presión simultánea del cabezal cortador 4 contra un lado de la roca a ser trabajada, se originan con esto ranuras cortadas en la roca, ranuras que están dispuestas una al lado de la otra y distanciadas una de otra. Los elementos cortadores de roca están dispuestos así a una distancia axial entre sí, la distancia está determinada a partir de, por ejemplo, las propiedades de la roca, tal como dureza de la roca, capacidad de la roca para formar grietas, etc.

Para estabilizar la unidad base 2 durante la operación de apertura de galería, se proporciona un dispositivo con unidades estabilizadoras S que actúan contra el techo y el piso del túnel o de la galería. También es posible proporcionar unidades estabilizadoras que actúan contra las paredes laterales. Las unidades mostradas son unidades de soporte del tipo gato que se conectan a la unidad base.

Los rodillos 7 tienen una configuración en forma de disco . al menos radialmente y más extrema hacia afuera para cortar ranuras a una distancia mutua, de acuerdo con lo anterior .

Los rodillos cortadores 7 pueden ser posicionados de manera que el cabezal cortador 4 tenga una forma redondeada vista en una dirección en ángulo recto al eje general de rotación R, contra los lados del cabezal cortador, con los rodillos cortadores 7 en el área central del cabezal cortador llevados por ejes de rodillo, de modo que los ejes de rotación de los rodillos están paralelos al eje general de rotación R, mientras que los rodillos cortadores posicionados hacia los lados están soportados por ejes de manera que los ejes giratorios de rodillo de estos rodillos cortadores forman un ángulo con el eje general de rotación R. Los rodillos 7 son llevados por orejas de. sujeción, que tienen rebajes para tales ejes de rodillo.

Como alternativa, cada rodillo cortador 7 puede incluir una pluralidad de elementos cortadores de roca dispuestos a los lados y distanciados entre sí y formando partes en. forma de disco.

Un cilindro de presión que es parte de una unidad de presión (no mostrada) está destinado a presionar el cabezal cortador 4 contra el lado de la roca a ser trabajado con el cabezal cortador 4.

El equipo perforador de túneles trabaja esencialmente horizontalmente para abrir túneles, galerías o similares. El equipo perforador de túneles está provisto de un dispositivo de impulsión delantero para el cabezal cortador, dispuesto para actuar en una dirección longitudinal paralela a un eje longitudinal de la unidad base 2 por medio de uno o más cilindros hidráulicos dimensionados suficientemente poderosos, o de cualquiera otra manera, por ejemplo por medio de un sistema de eslabones multiplicador de fuerza .

La unidad base 2 tiene una unidad de soporte delantera 60, que tiene una parte cilindrica parcialmente circular para permitir el desplazamiento angular y el desplazamiento lateral del cabezal cortador 4 sobre la unidad de transporte 3. La unidad de transporte 3 está sostenida por la unidad de soporte 60 sobre una combinación de guías de ranuras en parte circulares 68 en la parte superior y en la parte inferior de la unidad de soporte 60, estando tales guías de ranuras 68 dirigidas hacia cada una de ellas. La unidad de transporte 3 tiene elementos de guía (no mostrados) indicados con flechas cortadas en 69. Estos elementos de guía 69 que pueden comprender por ejemplo rodillos o clavijas o bloques, encajan en y se deslizan o ruedan en tales ranuras de guía 68 para guiar la unidad de transporte 3 a lo largo de un recorrido parcialmente circular cuando se acciona un dispositivo de girado 67. El dispositivo de giro 67 que en las Figuras está en forma de un cilindro hidráulico, está fijado en un extremo a un borde de la unidad de soporte 60 y en su otro extremo a una oreja de acoplamiento fijada a la unidad de transporte 3.

La unidad base 2 tiene una parte de base delantera 62 donde está integrada una unidad de presión para el desplazamiento de la unidad de soporte con el cabezal cortador 4 sostenido en una dirección longitudinal de la unidad base 2. La unidad base 2 además tiene una. parte de base trasera 64 que es inmovilizable -¦ desplazable en un dispositivo estabilizador trasero 66, que a su vez tiene unidades estabilizadoras S8 y S9 para encaje con el techo y el piso de un túnel, galería o similar. Además, un dispositivo estabilizador delantero 65 tiene unidades estabilizadoras S6 y S7, del mismo modo de encaje con el techo y el piso de túnel, galería o similar. El equipo perforador de túneles en estas Figuras es móvil y tiene un dispositivo propulsor el cual por medio de las unidades estabilizadoras S6 - S9 desactivadas puede mover el equipo perforador de túneles en dirección longitudinal.

La Figura le muestra el equipo perforador de túneles en una vista superior, donde se muestra claramente que la unidad de transporte 3 con el cabezal cortador 4 está en ángulo desde una posición central a una posición lateral. Activar un dispositivo delantero de impulsión de esta manera significa que el cabezal cortador 4 en posiciones fuera de oscilación será movido hacia adelante un tanto oblicuamente con respecto a su eje general de rotación, donde los rodillos cortadores de un grupo y en el mismo grupo seguirán trayectorias de rodillo que se desvían un poco de una trayectoria hecha por un rodillo que ya ha efectuado una depresión de ranura en el material de roca. La desviación, sin embargo, será pequeña a causa de la geometría y por eso se sugiere una oscilación hacia afuera más pequeña del cabezal cortador durante tal desviación, generalmente una desviación cercana a 15° de un "eje local" X con respecto a la dirección longitudinal a lo largo del. eje longitudinal X de la máquina y de la extensión general del túnel o galería, pero también con una oscilación hacia afuera de hasta 20° aproximadamente. Esto corresponde a aplicar el cabezal cortador con un ángulo de entre 90° y hasta 70° con el eje general de rotación R del cabezal cortador 4.

En la Figura Id se muestra el equipo perforador de túneles de las Figuras la - le en una segunda posición, donde la unidad de presión incluida en la parte de base delantera 62 ha presionado la unidad de soporte 60 con el cabezal cortador 4 sostenido en dirección hacia adelante tan lejos que se muestra una parte telescópica interior 72 de tal unidad de presión. Como medio de impulsión para una unidad de presión puede usarse cilindros hidráulicos poderosos, un sistema de eslabones multiplicador de fuerza o similar, que puede estar contenido dentro de la unidad base 2.

En la posición mostrada en la Figura Id se muestra en principio la unidad de presión 62 con la unidad de soporte 60 con el cabezal cortador 4 sostenido en una posición máxima hacia adelante. Por supuesto se entiende que el trabajo se hace sucesivamente moviendo hacia adelante el cabezal cortador 4 de manera continua durante su rotación.

La parte de base trasera 64 puede ser invertida por medio del dispositivo estabilizador 66 de manera tal que una parte del extremo de la misma, 64' se extiende más allá de este dispositivo estabilizador 66 como se ve en una dirección de trabajo. Esta posición permite desplazar el cabezal cortador radicalmente hacia atrás desde un lugar de perforación, lo que puede ser ventajoso por ejemplo cuando se necesita espacio frente al equipo perforador de túneles para diferentes tipos de trabajo a ser efectuados en esta posición .

Para hacer posible el trabajo en toda la altura de un túnel, la unidad base 2 puede ser levantada con respecto al piso de manera tal que las unidades estabilizadoras inferiores S7 son presionadas hacia afuera y las unidades estabilizadoras superiores S6 pueden ser presionadas en correspondencia con esta medida y que el cilindro alzador 69 del dispositivo estabilizador trasero 66 es activado para presionar hacia arriba de la parte de base trasera 64 de la unidad base 2 en el grado correspondiente. Con esto el cabezal cortador 4 puede ser levantado a una altura correspondiente a un nivel de techo deseado, después de lo cual la apertura de galería continúa de la manera que se explica más adelante.

En la Figura le se muestra que la unidad de soporte es giratoria alrededor de un eje X que se extiende en la dirección longitudinal de la unidad base 2. Por este medio la unidad de soporte 60, la unidad de transporte 3 y el cabezal cortador 4 pueden ser rotados con respecto a la unidad base para hacer girar el cabezal cortador de modo que quede inclinado y posicionado en un ángulo oblicuo donde es inmovilizado en esa posición rotatoria y comienza la siguiente secuencia de corte para efectuar un corte.

En la Figura lf se muestra el equipo perforador de túneles en una posición, donde la unidad de presión incluida en la parte de base delantera 62 ha presionado la unidad de soporte 60 con el cabezal cortador 4 sostenido en una dirección hacia adelante tan lejos que se muestra una parte telescópica interna 72 de tal unidad de presión. Una hélice está indicada dentro de la parte telescópica movible axialmente 72 con líneas cortadas con número de referencia 71 y está fijado a esa parte. Con la ayuda de un medio rotatorio (no mostrado) la hélice 71 es capaz de hacer rotar la unidad de soporte 60 alrededor del eje L. Una superficie divisoria entre las partes mutuamente rotatorias tiene como referencia 73. Cuando una posición rotatoria elegida de la unidad de soporte 60 ha sido alcanzada, las partes quedan inmovilizadas giratoriamente una con otra por medio de partes mutuamente inmóvilizadoras que pueden ser encajadas una con otra.

En las Figuras le y lf, la unidad de soporte 60 se muestra rotada en 30° aproximadamente con respecto a la unidad base por medio de la hélice 71 que actúa entre la unidad de soporte y la unidad base, que en este caso es de sección cuadrangular . De acuerdo con este aspecto de la invención, el hélice es situado dentro de la parte delantera de la unidad base y tiene partes mutuamente rotatorias e inmovilizadoras que están permanentemente encajando con la parte respectiva de la unidad de soporte y la parte telescópica 72 y por lo tanto con la unidad base.

En las Figuras 2a - 2f se muestran un cabezal cortador 4, que tiene un gran número de rodillos cortadores 7 distribuidos en la dirección de la circunferencia y en dirección axial del cabezal cortador 4. En este caso hay rodillos cortadores 7 con ejes paralelos al eje general de rotación R para el cabezal cortador 4, como también un número de rodillos cortadores 7 cuyos ejes de rotación forman un ángulo con el eje general de rotación R. Además, el cabezal cortador 4 tiene cuatro raspadores de material 58 distribuidos alrededor de su periferia para ayudar a soltar el material de roca parcialmente pegado. Los raspadores de material 58 están adecuadamente fabricados de un material convencional que se utiliza en relación con máquinas raspadoras, etc., para el uso correspondiente.

En la Figura 2a se muestra una variante donde un rodillo cortador 7 está construido con elementos cortadores de roca combinados dispuestos hacia los lados 13 en forma de partes de disco que se extienden radialmente teniendo una circunferencia esencialmente circular. Esto puede ser válido para al menos una parte de los elementos cortadores de roca 13 en un cabezal cortador y el número de elementos cortadores de roca 13 puede variar en un rodillo cortador.

En las Figuras 2b y 2c se · muestra una variante usual de un rodillo cortador 7 que tiene forma de disco cilindrico circular plano con un orificio central pasante para un eje de rodillo (no mostrado) .

Las Figuras 2d y 2e muestran una variante más de un rodillo cortador 7 donde el rodillo cortador tiene una parte periférica en forma de disco y centralmente, una parte de cubo de rueda que se extiende en ambos lados de la forma de disco y con un orificio para un eje de rodillo.

En la Figura 2f se muestra en forma de diagrama una superficie de recubrimiento desplegada imaginariamente 4' en dos dimensiones de un cabezal cortador (tal como el N°4 de la Figura 2) en una representación en parte en forma de diagrama. La altura en la Figura corresponde así a la circunferencia periférica del cabezal cortador y el ancho en la Figura 2f al ancho axial del cabezal cortador. Con las líneas de punto a y b respectivamente se indican dos de una pluralidad (no se muestran todos) de diferentes niveles axiales de un cabezal cortador 4 en la superficie de recubrimiento desplegada 4'. Por este medio se muestra que en un mismo nivel axial dos rodillos cortadores están activos y asi en el nivel axial a dos rodillos cortadores 7 están activos, y en el nivel axial b dos rodillos cortadores 7' están activos. Esto significa que durante la operación del equipo perforador de túneles con un cabezal cortador 4, dos rodillos cortadores actuarán para formar una y la misma ranura, lo que aumenta la velocidad de trabajo del dispositivo. También es posible tener más de dos rodillos cortadores actuando en la misma ranura.

Los cabezales cortadores pueden estar formados de otra manera respecto de lo que se muestra en las Figuras . Así, los cabezales cortadores pueden ser construidos más delgados o más anchos en comparación con su diámetro que lo que se muestra.

Los elementos cortadores de roca pueden ser de otros tipos y estar dispuestos en otra forma aún si se prefieren los rodillos cortadores. Cuando se usan rodillos cortadores, ellos pueden estar dispuestos con sujetadores o elementos cortadores de roca separados, de modo que axialmente los elementos que se encuentran en el mismo nivel forman un grupo, o con varios elementos cortadores de roca en un respectivo rodillo cortador, de manera que cada rodillo cortador incluye elementos cortadores de roca dentro de grupos plurales, donde con un grupo se tiene el propósito de que actúen los elementos cortadores de roca para hacer una misma ranura, ver la Figura 2a.

La impulsión del cabezal cortador puede efectuarse de una manera conocida per se, por ejemplo a través de medios hidráulicos tal como un dispositivo de impulsión hidráulico posicionado en la unidad de transporte.

Las dimensiones de los elementos cortadores de roca son adecuadamente tales que su ancho en una parte radialmente extrema destinada a penetrar en la roca es por ejemplo de aproximadamente 8 - 25 mm y su diámetro puede ser de aproximadamente 200 - 500 mm. Dependiendo de la dureza de la roca y de la fuerza de presión usada, los rodillos normalmente penetran aproximadamente 3 -. 12 mm. Los rodillos están dispuestos de modo que las ranuras producidas estén formadas con una separación de 50 - 120 mm, lo que como se ha expresado anteriormente, depende de la rigidez de la roca, su susceptibilidad de formar grietas, etc.

Los cabezales cortadores de acuerdo con la invención pueden tener dimensiones muy grandes con diámetros de hasta y sobre 4 metros. El cabezal cortador puede ser entonces, por ejemplo, aproximadamente o aún considerablemente de más de 1 metro. El efecto impulsor del cabezal cortador en tal caso necesita ser de hasta, por ejemplo, 1400 kW para roca dura con una velocidad de rotación de desde pocas rotaciones por minuto hasta 20 rpm aproximadamente. Como un ejemplo más, no limitante, la fuerza telescópica puede llegar a 200 toneladas.

El material que es soltado a causa del corte de las ranuras es transportado en forma adecuada por dispositivos conocidos asociados con el equipo perforador de túneles, adecuadamente por medio de una abertura, axialmente a través del equipo perforador de túneles .

Las Figuras 3a y 3b muestran diferentes vistas de un equipo perforador de túneles de acuerdo con otra modalidad, en una posición donde la unidad de soporte 60 está elevada y también está rotada en aproximadamente 30° con respecto a la unidad base 2, alrededor de un eje X que es un eje longitudinal de la unidad base. La unidad de transporte 3 aquí está esencialmente en el centro en la unidad de soporte 60. En la Figura 3b el cabezal cortador 4 es mostrado en. forma ligeramente oblicua del frente del equipo perforador de túneles. La letra S indica las unidades estabilizadoras .

La Figura 4a muestra en forma de diagrama una sección a través de un túnel o galería producidos por el equipo perforador de túneles en las Figuras 3a y 3b, el 70 indica el techo abovedado que ha sido producido por medio de tres cortes en la parte inferior (a, b y c) y tres cortes en la parte superior, de los cuales uno en el centro (d) (extremo superior) con el cabezal sostenido recto y dos (e y f) (cortes laterales superiores) con el cabezal cortador rotado (girado). El 61 son las paredes laterales del túnel. Como puede verse en esta figura, los cortes superiores (d, e y f) están hechos respecto de pequeñas partes solamente de la altura de corte del cabezal cortador.

La Figura 4b muestra en forma de diagrama una sección a través de un túnel o una galería producida por un equipo perforador de túneles que no está provisto del aspecto inventivo, dando por resultado un techo "semi-abovedado" que ha sido producido por tres cortes inferiores (a, b y c) y cinco cortes superiores (d, e, f, g, h) sin el cabezal cortador rotado (girado) . Como puede verse en esta figura, el perfil es menos suave y no es tan apropiado para forzar la roca directamente. El tiempo consumido para producir el perfil de la Figura 4b excede esencialmente el tiempo consumido para producir el perfil de la Figura 4a puesto que tienen que efectuarse más cortes.

La Figura 5 muestra una sección parcial de un equipo perforador de túneles similar al de las Figuras 3a y 3b. La rotación puede ser efectuada de varias maneras. Un ejemplo es tener una parte del extremo de un elemento interno de forma tubular 80 que es movible longitudinalmente dentro de un alojamiento de unidad base 81 provisto de acanaladuras en su parte trasera para encajar con una hélice. La rotación puede ser de entre 0o y 90° pero al menos de 25° - 30° y los ángulos pueden ser de sobre 25° - 30° vistos desde una posición neutral, donde el eje general de rotación R es esencialmente horizontal.

La Figura 6a muestra una vista en forma de diagrama de un cabezal cortador 4 rotado de modo que su ángulo de operación o¡ entre un plano general G del cabezal cortador (esencialmente un plano de simetría del cabezal cortador) , perpendicular al eje general de rotación R, respecto de una línea vertical V está en un ángulo oblicuo a. Como se ha indicado anteriormente, en el uso normal de la invención el cabezal cortador está virado para ser dirigido directamente hacia adelante en relación con la dirección longitudinal del equipo perforador de túneles, el cual también está paralelo a la dirección de presión a lo largo del eje longitudinal X de la unidad base (ver por ejemplo las Figuras 3a y 5. X' en la Figura 6a es el eje local mostrado en la Figura le. Como se ha descrito anteriormente, para la operación normal de la invención con el ángulo oblicuo del cabezal cortador X y X' coinciden (o están paralelos al menos) . La línea vertical V está entonces normalmente incluida en un plano vertical que es aproximadamente un plano de simetría vertical de la unidad base y el equipo perforador de túneles . La Figura 6a también deja en claro que el ángulo de operación a del cabezal cortador es un ángulo visto en un plano vertical que incluye el eje de rotación general R.

La Figura 6b muestra en forma de diagrama una vista superior del cabezal cortador en una posición un poco fuera de oscilación. El ángulo aquí es OÍ = 0. La unidad de soporte 60 está indicada con una línea cortada. Los ejes X y X' se cruzan en el centro del movimiento de oscilación (ver también la Figura le) .

Una máquina de ejemplo opera en un modo en que los cortadores siguen sus propias huellas (diferencia significativa con los vehículos mineros móviles de la técnica anterior) . De modo que en lugar de hacer oscilar el cabezal cortador hacia los lados, cuando trabaja el cabezal cortador., éste debe estar avanzado en línea recta o casi en línea recta hacia adelante. Puesto que ésta es una máquina de frente parcial, solamente una parte del frente es excavada a la vez . Esto significa que el cabezal tiene que ser retirado fuera de la roca y luego movido hacia los lados o verticalmente en el aire y luego aplicado y presionado hacia adelante otra vez para cubrir todo el frente de avance de perforación. Para reducir el tiempo perdido en este necesario reposicionamiento, la máquina está diseñada para que tenga una carrera larga.

Finalmente, el rendimiento esperado es alcanzar 240 a 360 m de avance promedio por mes contra la máquina de la técnica anterior (en el mejor mes: 83 m) . Con más energía y más cortadores se necesita una máquina más pesada por motivos de estabilidad.

La forma del túnel y el ancho y el diámetro del cabezal cortador definirán cuántos de estos cortes repetidos será necesario hacer para completar el frente. Si se necesitan 3.5 cortes para hacer el ancho completo significa que en la práctica deben hacerse 4 cortes.

En operación normal la máquina hará los cortes inferiores a toda la profundidad y ancho. Entonces toda la máquina será levantada (horizontal sin movimiento, no inclinada) y se harán tres (o cinco) cortes superiores, cada uno con mucho menos volumen que los tres de la parte inferior. En realidad, dos de ellos son más del tipo dé cortes "pulidores" para generar el arco deseado. Ver ejemplos de perfiles en las Figuras 4a y 4b.

El cabezal cortador de ejemplo tiene un diámetro de 4.5 m y un ancho de corte de 1.8 m. Teniendo un cabezal amplio da la oportunidad de montar todos los motores que se necesiten y las cajas de engranaje incluidas en el medio para la rotación del cabezal cortador dentro del cabezal cortador y para evitar cualquier línea de impulsión con ángulo muy complejo.

Al mismo tiempo, la energía de las máquinas antiguas ahora ha aumentado (300/500 kW) a 1260 kW. El sistema de impulsión está basado en la técnica VSD (siglas en inglés de velocidad de impulsión variable) y la velocidad puede ser alterada de 0 - 15 rpm en ambas direcciones.

El cabezal cortador está montado en una unidad de transporte del tipo horquilla. Esta unidad puede ser movida a lo largo de la placa curva frontal +/- 15 grados por ser parte del dispositivo de oscilación. Este movimiento generalmente es hecho sin carga y luego la horquilla es inmovilizada en posición, para el corte izquierdo, derecho o central. El cuerpo principal con el tubo de torque interno puede, dentro de los armazones del sujetador que constituyen los estabilizadores, ser levantado horizontalmente 1.5 m para los cortes superiores. El avance para cada corte es una carrera de 1.75 m lograda por cilindros dentro de un tubo cuadrado que fuerzan la placa frontal doblada hacia adelante. En los cortes laterales, el cabezal cortador avanzará así con un pequeño ángulo oblicuo, pero siempre en línea con el túnel. "Angulo oblicuo" significa aquí que un plano a través del cabezal cortador en ángulo recto con el eje general de rotación R forma un cierto ángulo con una línea vertical.

Después de ser completados todos, los 6 u 8 cortes, toda la máquina con el sistema de remolque de respaldo se moverá hacia adelante para el próximo conjunto de carreras. La máquina es modular y como tal puede usar espaciadores debajo de los agarradores para manejar túneles más grandes. También, la placa frontal, incluida en la unidad de soporte 60, puede ser adaptada en el tamaño para diferentes anchos de maxi o mini túneles .

En cualquier caso, esta máquina no puede cortar un perfil más bajo que 4.5 m puesto que ese es el diámetro del cabezal cortador. Sin embargo, tanto las máquinas más grandes como las más pequeñas pueden ser diseñadas usando componentes similares. Una unidad giratoria de cabezal cortador puede inclinar el cabezal hacia los lados +/- 30 grados por medio de la rotación del dispositivo oscilatorio con respecto a la unidad base .

La máquina tiene una base de oruga, con orugas dirigibles individualmente que hacen posible manejar las curvas angostas tanto cuando se está taladrando como cuando se retrocede para reposicionarse en un nuevo f ente. El escombro es recogido frente a la máquina y transportado a la parte trasera con transportadores plurales . El escombro puede ser entonces llevado a los camiones de la mina o posiblemente en sistemas transportadores extensibles. El respaldo alberga un sistema de 2500 kVA para los sistemas VSD e hidráulico de la máquina MM . Además hay dispuestos bombas de concreto lanzado, compresores, ventiladores y succionadores de polvo. Se proporciona el transporte del material de pernos de roca, malla de alambre, repuestos y cortadores en todo el trayecto desde la parte trasera hasta el destino final.

El rendimiento promedio estimado de esta tecnología estará entre 10 a 16 m/día. Como la velocidad del corte de roca cambia con las diferentes condiciones de la roca, la trayectoria crítica (actividad limitante de la velocidad) cambiará en el proceso. Como ejemplo, un ciclo típico en una roca de 150 MPa para un avance completo de 1.75 m incluyendo el soporte de la roca demorará 2 horas y 45 minutos. Esto corresponde a 0.64 m/h de velocidad instantánea de penetración. Al considerar los factores que demoran las actividades de corte y de soporte del suelo, tal como el tiempo perdido planeado y no planeado, mantención, servicios, y demora en acarreo, puede predecirse una velocidad de avance de 12 m/día. Es importante señalar que en roca más débil, la velocidad de avance aumentará significativamente. Puesto que el soporte de roca se instala concurrentemente con la excavación de la roca, será posible sin embargo, lograr velocidades de avance de aproximadamente 16 m/día con el tiempo requerido para el soporte de la roca, siendo la tarea limitante del proceso (trayectoria crítica) .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que, resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (27)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en. las siguientes reivindicaciones :

1. Método para perforar túneles, galerías o similares con un equipo perforador de túneles que tiene una unidad de base movible la cual sobre una unidad de soporte sostiene una unidad de transporte la cual a su vez lleva un cabezal cortador que tiene elementos cortadores dirigidos hacia afuera, caracterizado porque incluye: rotar el cabezal cortador alrededor de un eje general de rotación y aplicar el cabezal cortador contra una superficie de roca a ser trabajada, tran?;portar el material suelto cortado fuera de tal superficie de roca, hacer oscilar la unidad de transporte dentro de una primera posición mutua elegida con respecto a la unidad de soporte, rotar la unidad de soporte en una posición mutua elegida con respecto a la unidad de base alrededor de un eje que es un eje longitudinal de la unidad de base, por medio de lo cual es controlable un ángulo de operación del cabezal cortador, y efectuar los cortes laterales de túnel esencialmente en paralelo con tal eje longitudinal con el cabezal cortador rotado avanzando con el ángulo de operación que es un ángulo oblicuo.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los cortes laterales son efectuados en un estado levantado del equipo perforador de túneles .

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cabezal cortador está controlado para formar un ángulo con respecto a un plano de simetría longitudinal vertical del equipo perforador.

4. El método de conformidad con las reivindicaciones 1, 2 o 3, caracterizado porque los elementos cortadores de roca, que están formados de rodillos cortadores al menos periféricamente en forma de disco, son llevados a girar contra el lado de la roca durante la presión contra la roca y la rotación del cabezal cortador, y en donde los elementos cortadores durante el movimiento giratorio son llevados a cortar ranuras dispuestas hacia los lados distanciadas una de otra en la superficie de la roca.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque dos o más rodillos cortadores actúan para formar una y la misma ranura.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cabezal cortador es presionado contra la roca al ser desplazado linealmente en una dirección de impulsión contra una roca durante el corte en una fase de apertura de túnel.

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque después de 5 completado un corte, el cabezal cortador es retirado de la roca, desplazado a una nueva posición con una nueva roca a ser trabajada y repetidamente es llevado linealmente contra la roca para una nueva fase de perforación.

8. El método de conformidad con cualquiera de 10 las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el cabezal cortador giratorio es presionado contra la superficie de roca a ser trabajada en una dirección que forma un ángulo entre 70° y 90° aproximadamente con el eje general de. rotación.

9. El método de conformidad con cualquiera de 15. las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la rotación de la unidad de soporte con respecto a la unidad de base es efectuada entre 0o y 90° desde una posición neutral donde el eje de rotación general es esencialmente horizontal.

10. El método de conformidad con cualquiera de 20 las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el cabezal cortador es aplicado contra una superficie de roca a ser trabajada con la unidad de soporte girada en forma controlada con respecto a la unidad de base entre 0o y 90°, más preferiblemente entre 0o y 30° , y más preferiblemente en 25 aproximadamente 30ó desde una posición neutral donde el eje de rotación general es esencialmente horizontal.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el cabezal cortador es aplicado con la dirección de aplicación y de impulsión formando un ángulo de 90° con tal eje general de rotación para cortar con la unidad de soporte rotada en diferentes ángulos con respecto a la unidad de base.

12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque se forma un techo con perfil de arco en un túnel o galería aplicando e impulsando el cabezal cortador con la unidad de soporte rotada en diferentes ángulos con respecto a la unidad de base para cada uno de un número de cortes .

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque un corte central de altura máxima es efectuado con la unidad de soporte no rotada y dos cortes para producir cortes en los lados superiores respectivos del techo con perfil de arco, con la unidad de soporte rotada respectivamente de modo de obtener tal ángulo oblicuo del cabezal cortador.

14. El método de conformidad con la reivindicación 12 o la reivindicación 13, caracterizado porque un túnel o galería es formado efectuando fases de perforación inferior con la unidad de soporte no rotada con respecto a la unidad de base y con cada uno de tales cortes inferiores con la unidad de transporte oscilada en diferentes posiciones mutuas con respecto a la unidad de soporte, y donde tal techo con perfil de arco es producido por medio de fases de perforación elevadas con el equipo perforador de túneles en tal estado elevado.

15. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un frente de un techo perfilado de un túnel, galería o similar es formado como una sección de una superficie de recubrimiento del cabezal cortador.

16. Equipo perforador de túneles para perforar, galerías o similares que incluye una unidad de base, caracterizado porque incluye: unidades estabilizadoras para el acoplamiento del estabilizador con al menos uno de un piso, una primera pared lateral, una segunda pared lateral y/o un techo, una unidad de presión para presionar contra la roca a ser trabajada un cabezal cortador giratorio que tiene elementos cortadores dirigidos hacia afuera, - medios de impulsión para la impulsión giratoria de tal cabezal cortador, donde el equipo perforador de túneles tiene medios para transportar el material que es soltado durante el corte, y una unidad de base movible la cual sobre una unidad de soporte sostiene una unidad de transporte que a su vez lleva el cabezal cortador, en donde el equipo perforador de túneles además incluye: un dispositivo oscilante para hacer oscilar la unidad de transporte en posiciones mutuas elegidas con respecto a la unidad de soporte, un dispositivo de rotación para hacer rotar la unidad de soporte en una posición mutua elegida con respecto a la unidad de base alrededor de un eje que es un eje longitudinal de la unidad de base, con lo cual es controlable un ángulo de operación del cabezal cortador, y medios para posicionar el cabezal cortador rotado en un ángulo oblicuo durante el avance del mismo para efectuar cortes laterales de túnel esencialmente en paralelo con tal eje longitudinal con el cabezal cortador avanzando con tal ángulo de operación que es tal ángulo oblicuo.

17. Equipo perforador de túneles de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque incluye medios para levantar el equipo para permitir efectuar cortes laterales de túnel en un estado levantado del equipo perforador de túneles.

18. Equipo perforador de túneles de conformidad con la reivindicación 16 o la reivindicación 17, caracterizado porque la unidad de transporte oscila por medio de un dispositivo lateral de oscilación de modo que el eje general de rotación formará ángulos de entre 70° y 90° aproximadamente con una -dirección de presión que es paralela a tal eje longitudinal.

19. Equipo perforador de túneles de conformidad con las reivindicaciones 16, 17 o 18, caracterizado porque la unidad de soporte en los extremos opuestos tiene guías de ranuras en forma de arco circular para la recepción en forma desplazable de los elementos de guía de la unidad de transporte .

20. Equipo perforador de túneles de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque las unidades estabilizadoras que actúan verticalmente contra un piso o un techo están dispuestas para levantar la unidad de base deñde la primera posición de trabajo para operación en un nivel inferior, a una segunda posición de trabajo para operar en un nivel más alto.

21. Equipo perforador de túneles de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, caracterizado porque la disposición es tal que el cabezal cortador giratorio en operación es presionado contra la superficie de roca a ser trabajada en una dirección que forma un ángulo de entre 70° y 90° aproximadamente con el eje general de rotación.

22. Equipo perforador de túneles de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 21, caracterizado porque el cabezal cortador está equipado con elementos cortadores de roca formados como rodillos cortadores al menos periféricamente en forma de discos que son llevados a girar contra el lado de la roca durante la presión contra la roca y la rotación del cabezal cortador, con lo cual los elementos cortadores de roca durante el movimiento giratorio son llevados a cortar ranuras dispuestas hacia los lados distanciadas una de otra en la superficie de la roca.

23. Equipo perforador de túneles de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque dos o más de los rodillos cortadores están dispuestos en el cabezal cortador para actuar y por ese medio formar una y la misma ranura .

24. Equipo perforador de túneles de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 23, caracterizado porque está dispuesto para aplicar el cabezal cortador contra una superficie de roca a ser trabajada con la unidad de soporte rotada en forma controlable con respecto a la unidad de base entre 0o y 90°, más preferiblemente alrededor de 30° desde una posición neutral caracterizado porque el eje general de rotación es esencialmente horizontal.

25. Equipo perforador de túneles de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 24, caracterizado porque está dispuesto para aplicar el cabezal cortador con la aplicación y la dirección de impulsión formando un ángulo de 90° con tal eje general de rotación para cortar con la unidad de soporte rotada con diferentes ángulos con respecto a la unidad de base .

26. Equipo perforador de túneles de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 25, caracterizado porque el dispositivo de rotación incluye un elemento en forma tubular que está dentro de un alojamiento de la unidad de base y que tiene ranuras que encajan con una hélice.

27. Equipo perforador de túneles de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 26, caracterizado porque el dispositivo de rotación incluye una hélice situada dentro de la unidad de base, la hélice tiene partes giratorias y que se acoplan mutuamente que están permanentemente acopladas con la parte respectiva de la unidad de soporte y la unidad de base .