[发明专利]一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法和系统

权利要求书

1.一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、开始进行岩层掘进；

S2、根据岩层情况调整激光工艺参数和辅助气体参数；

S3、设置机械臂的姿态和移动轨迹，包括起始位置、移动速度、沿轨迹运动的重复次数，激光照射方向；

S4、所述激光钻机在所述机械臂的带动下，环切出拱形割缝；

S5、判断所述拱形割缝是否需要分区，若需要分区则进行步骤S6，否则进行步骤S7；

S6、将所述拱形割缝分区，所述激光钻机网状斜切割所述拱形割缝内各个分区的岩块，生成多棱柱岩块，将所述多棱柱岩块运出平硐或隧道，进入步骤S8；

S7、所述激光钻机网状斜切割所述拱形割缝，生成多棱柱岩块，将所述多棱柱岩块运出平硐或隧道,进入步骤S8；

S8、若未完成岩层掘进则返回步骤S2，否则结束岩层掘进。

2.根据权利要求1所述的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，其特征在于，步骤S2中所述激光工艺参数包括激光能量密度、光斑大小、照射距离、照射时间、照射次数、吹扫气体种类及流速。

3.根据权利要求2所述的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，其特征在于，所述激光钻机发射高能激光在岩石上熔融气化出割缝，所述割缝的深度由所述激光能量密度、所述照射时间、所述照射距离和所述照射次数决定，所述割缝的宽度由所述光斑大小决定，每次掘进深度由割缝深度决定。

4.根据权利要求1所述的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，其特征在于，步骤S3中所述机械臂的移动轨迹为直线轨迹或曲线轨迹。

5.根据权利要求1所述的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，其特征在于，步骤S4中所述激光钻机包括激光器、气体辅助装置及激光头、机械臂。

6.根据权利要求5所述的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，其特征在于，所述激光头安装在所述机械臂的末端，所述机械臂安装在移动小车上，所述小车上搭建升降台；所述激光头使用光纤与所述激光发生器连接，所述光纤用于将高能激光由所述激光器传送至所述激光头；所述激光头和所述机械臂使用控制线与控制主机连接，所述控制主机用于控制所述激光头和所述机械臂。

7.根据权利要求1所述的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，其特征在于，步骤S6中所述将拱形割缝分区具体为：激光在岩块合适位置走水平和竖直割缝，将所述拱形割缝内的大岩块划分成多个区域，在每个区域切割岩块时能保证机械臂臂展可达。

8.根据权利要求1所述的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，其特征在于，步骤S6中所述网状斜切割具体为：所述激光钻机沿第一方向斜切割所述拱形割缝，所述激光钻机沿第二方向斜切割所述拱形割缝，自上而下、自中间往两边以一定间距重复上述切割过程。

9.一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进系统，其特征在于，包括以下模块：

岩层掘进启动模块，用于开始岩层掘进；

激光和辅助气体工艺参数调整模块，用于根据岩层情况调整激光钻机的激光工艺参数和辅助气体参数；

机械臂移动轨迹设置模块，用于设置机械臂的姿态和移动轨迹，包括起始位置、移动速度、沿轨迹运动的重复次数；

环切模块，用于将所述激光钻机在所述机械臂的带动下，环切出拱形割缝；

分区判断模块，用于判断所述拱形割缝是否需要分区，若需要分区则进入分区切割模块，否则进入网状斜切割模块；

分区切割模块，用于将所述拱形割缝分区，所述激光钻机网状斜切割所述拱形割缝内各个分区的岩块，生成多棱柱岩块，将所述多棱柱岩块运出平硐或隧道；

网状斜切割模块，用于将所述激光钻机网状斜切割所述拱形割缝，生成多棱柱岩块，将所述多棱柱岩块运出平硐或隧道；

工作进度判断模块，用于判断岩层掘进的工作进度，若未达到掘进深度则返回激光和辅助气体工艺参数调整模块，否则结束岩层掘进。

10.根据权利要求9所述的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进系统，其特征在于，激光工艺参数调整模块中所述激光工艺参数包括激光能量密度、光斑大小、照射距离、照射时间、照射次数、吹扫气体种类及流速。