[发明专利]利用高速粒子冲击破岩的新型全断面隧道掘进机

说明书

本发明公开了一种利用高速粒子冲击破岩的新型全断面隧道掘进机，解决的是在铁道、水电交通矿山市政等硬岩隧洞施工中，滚刀异常磨损和更换频率增加，掘进机主轴承和机械刀具都易发生损坏等问题。本发明包括掘进机主机和与掘进机主机相配合的出渣系统，所述的掘进机主机上设有盾体，盾体上设有刀盘，所述的刀盘为固定刀盘，刀盘上设有粒子喷嘴。本发明设计了一种利用高速粒子冲击破岩的新型全断面隧道掘进机及其新型刀盘结构，配合的粒子注入系统和粒子回收系统，实现根据刀盘上粒子喷嘴的安装结构调整任意形状断面的目的。

技术领域

本发明涉及掘进机领域，具体涉及一种利用高速粒子冲击破岩的新型全断面隧道掘进机。

背景技术

全断面隧道掘进机是目前铁道、水电交通矿山市政等硬岩隧洞施工中普遍应用的工程机械，主要是利用旋转刀盘上的滚刀挤压破岩实现隧道掘进的目的，其主要克服的是岩石的抗压强度，工程实践表明在岩石的单轴抗压强度在100MPa左右时，掘进机破岩效率相对尚可，但随着岩石强度的增加，破岩效率逐渐下降，滚刀异常磨损和更换频率增加，导致工期延长和施工成本的增加。且在遇到地质不均或复杂地层时，掘进机主轴承和机械刀具都易发生损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在铁道、水电交通矿山市政等硬岩隧洞施工中，滚刀异常磨损和更换频率增加，掘进机主轴承和机械刀具都易发生损坏，提供一种利用高速粒子冲击破岩的新型全断面隧道掘进机。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种利用高速粒子冲击破岩的新型全断面隧道掘进机，包括掘进机主机和与掘进机主机相配合的出渣系统，所述的掘进机主机上设有盾体，盾体上设有刀盘，所述的刀盘为固定刀盘，刀盘上设有粒子喷嘴。

所述的与粒子喷嘴相连设有粒子注入系统，所述的粒子注入系统包括高压泵和与高压泵相连的粒子发生罐，粒子喷嘴通过高压管路与高压泵相连通。

所述的粒子发生罐设置在粒子喷嘴与高压泵之间。

所述的高压泵与粒子发生罐之间设有增压器，增压器与高压泵之间还设有蓄能器。

与所述的出渣系统相配合设有粒子回收系统，所述的粒子回收系统包括一级皮带机、二级皮带机和筛选机，所述一级皮带机的一端设置在出渣系统落料口的下方、另一端通过磁性皮带伸至与筛选机进料口的上方；所述二级皮带机一端设置在筛选机下方、另一端伸出掘进机主机外侧；所述筛选机的出料口与粒子存储箱相连。所述粒子存储箱用于存放回收粒子，以备进行多次使用。

所述的出渣系统一端设置刀盘与掌子面之间的下部，另一端伸至一级皮带机上方。出渣系统为皮带机或螺旋输送机，本发明采用底部出渣系统，将掉落至掌子面与刀盘之间的岩屑经过出渣系统输送至一级皮带机上方进行自由落体运动，进行对粒子的首次筛选。

所述的磁性皮带一端设有滚筒式电磁铁、另一端伸至筛选机进料口的上方。

所述的筛选机内设有筛网，筛网下方设有磁选机，与磁选机相连设有脱磁机，脱磁机的出料口与粒子存储箱相通。粒子存储箱上设有接料斗，接料斗设置在脱磁机的出料口的下方。

所述的粒子喷嘴有多个，所述的刀盘外轮廓为圆形、矩形、类矩形或马蹄形。

所述的刀盘上设有吸能板和保持架，刀盘内部设有管路通道，伸出管路通道的高压管路上设有防护装置，所述的防护装置为包裹在高压管路上的钢板层。

一种利用高速粒子冲击破岩的新型全断面隧道掘进机的施工方法，包括以下步骤：①采用高压泵对流体介质经高压泵加压形成高速运动的流体介质，高速运动的流体介质在高压管道中利用虹吸原理使粒子发生罐中的粒子混入高速运动的流体介质中形成高速粒子流；

②高速粒子流经布置在刀盘上的粒子喷嘴喷出至掌子面，高速粒子流中的粒子作用于掌子面的岩石，使岩石产生破坏，流体介质同时作用于掌子面使岩屑脱落；