[发明专利]基于高压脉冲放电-机械联合破岩的新型竖井钻机

说明书

本发明公开了一种基于高压脉冲放电‑机械联合破岩的新型竖井钻机，解决的是竖井开挖中采用传统的机械破碎工作方式掘进速度异常缓慢，刀具损坏几率大。本发明包括竖井钻机主机，竖井钻机主机上设有刀盘刀具系统，所述的刀盘刀具系统上设有电极。本发明高压脉冲放电控制系统的电极与滚刀等其他机械刀具耦合作用，提高破岩效率，减小刀具磨损。

技术领域

本发明涉及全断面竖井钻机领域，具体涉及一种提高破岩效率，减小刀具磨损的基于高压脉冲放电-机械联合破岩的新型竖井钻机。

背景技术

全断面竖井钻机根据类似于TBM和盾构机的全断面开挖原理，主要利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩实现竖井开挖的目的。然而，这种机械破碎工作方式的掘进效率常受到岩石硬度等外在因素影响，尤其在极端条件下，不仅掘进速度异常缓慢，刀具损坏几率也大幅提高，给业主和施工方带来巨额经济损失。高压脉冲放电破岩法通过电极之间的高压电弧放电实现破岩，且可通过调整电极间距和输入电量等参数控制岩石破碎体积和掘进速度，相比于传统破岩方法，它具有破岩效率高、破岩功率低、破岩能耗小、无环境污染等优点，在岩石破碎领域中有着广阔的应用前景。有关研究结果表明采用该技术即便在高硬度的花岗岩或玄武岩等地质条件下钻探速度也可高达12-30米/小时，且噪音和振动水平极低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是竖井开挖中采用传统的机械破碎工作方式掘进速度异常缓慢，刀具损坏几率大，提供一种基于高压脉冲放电-机械联合破岩的新型竖井钻机。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种基于高压脉冲放电-机械联合破岩的新型竖井钻机，包括竖井钻机主机，竖井钻机主机上设有刀盘刀具系统，所述的刀盘刀具系统上设有电极。

所述的电极为电极材料制作而成的电极刮刀。

所述的刀盘刀具系统包括刀盘和滚刀，滚刀和电极刮刀均设置在刀盘上。

所述的电极与高压脉冲电弧控制系统相连。

所述的高压脉冲放电系统还包括高压脉冲电弧控制器，高压脉冲电弧控制器与高压配电站连接；所述的电极与高压配电站连接，高压配电站与高压变压器连接。

所述与电极相连设有转子电缆，转子电缆通过电滑环与定子电缆连接。

所述的竖井内设有放电介质。放电介质充填在竖井井底，放电介质要淹没电极。

与竖井井底空间相连通设有出渣系统。

一种基于高压脉冲放电-机械联合破岩的新型竖井钻机的施工方法，包括以下步骤：①竖井钻机在掘进过程中，将放电介质充入竖井底部，刀盘刀具系统在主驱动系统的驱动下进行旋转；

②刀盘刀具系统旋转时，高压脉冲电弧控制器根据破岩需要控制放电回路使电极进行放电，在放电介质内形成高压脉冲电弧，对岩石进性破坏。

步骤②所述的高压脉冲电弧控制器使电极进行放电时，刀盘旋转，滚刀和电极刮刀共同作用于井底掌子面，对岩石进行滚压和刮削。

本发明设计了兼具高压脉冲放电和刮削能力的新型电极刮刀；高压脉冲放电控制系统主要由高压脉冲电弧控制器、电能储存装置（充电回路中的储能电容）、电极刮刀、高压变电器、放电介质等组成，可通过放电对岩石产生破坏，如产生裂纹、粉尘、剥落等；高压脉冲放电控制系统的电极与滚刀等其他机械刀具耦合作用，提高破岩效率，减小刀具磨损。

附图说明

图1是本发明下部结构示意图；

图2是本发明局部放大结构示意图；

图3是本发明刀盘结构示意图；

图4是本发明刀盘上滚刀、电极刮刀与岩石接触状态结构示意图。

具体实施方式