[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

说明书

本发明涉及一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法和系统，包括以下步骤：开始进行岩层掘进；调整激光工艺参数和辅助气体参数；设置机械臂的姿态和移动轨迹；激光钻机在机械臂的带动下，环切出拱形割缝；判断拱形割缝是否需要分区；需要分区将拱形割缝分区，激光钻机网状斜切割拱形割缝内各个分区的岩块，生成多棱柱岩块；若不分区激光钻机网状斜切割所述拱形割缝，生成多棱柱岩块，将多棱柱岩块运出平硐；若未完成岩层掘进重复上述步骤，否则结束岩层掘进。本发明提供的一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法和系统，掘进轮廓清晰完整，不会产生超挖欠挖，非爆破式掘进，对周边环境破坏小、结构简单、操作简便、易于实现自动化。

技术领域

本发明涉及激光破岩技术领域，尤其涉及一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法和系统。

背景技术

激光钻机因其高效率、低污染、易于自动化等特点成为钻井领域研究热点，但受大功率激光器发展的影响，其应用于实际平硐或隧道或隧道掘进尚需时日，因此相应的钻进工艺更是缺乏。这里提供一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法和系统，所述方法能够充分利用激光钻机复杂轨迹成孔灵活性和快速性，能够极大程度提高掘进面岩土去除率，而且掘进轮廓清晰完整，不会产生超挖欠挖，非爆破掘进，对周边环境破坏小、结构简单、操作简便、易于实现自动化。

发明内容

本发明提供了一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法和系统，解决了现有技术中缺乏将激光钻机应用于全断面掘进的问题。

本发明为解决其技术问题，提供了一种多棱柱网状斜切割的全断面激光掘进方法，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。

进一步的，本发明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。

进一步的，本发明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。

进一步的，本发明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。

进一步的，本发明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。

进一步的，本发明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。