[发明专利]一种掘进机及其磨料射流辅助破岩装置

说明书

本发明公开了一种掘进机及其磨料射流辅助破岩装置，磨料射流辅助破岩装置包括：用于喷射磨料与水混合物的射流喷嘴、执行机构、用于为射流喷嘴提供磨料的磨料供给装置以及用于为射流喷嘴提供具有一定压力的水的压力水供给装置；射流喷嘴安装于执行机构，并由执行机构带动运动，以实现射流喷嘴的喷射角度、靶距以及径向位置的调整，执行机构设置有用于实时获取掌子面信息的拍摄设备。本发明所提供的磨料射流辅助破岩装置在使用的过程中，可以通过执行机构对射流喷嘴的喷射角度、靶距以及径向位置进行调整，避免设置过多的射流喷嘴，保证每个射流喷嘴所喷射磨料的压力，以确保切割岩石的效率和质量。

技术领域

本发明涉及隧道施工设备技术领域，更具体地说，涉及一种磨料射流辅助破岩装置。此外，本发明还涉及一种包括上述磨料射流辅助破岩装置的掘进机。

背景技术

传统的全断面隧道掘进机(TBM)通过布置在旋转刀盘上的盘形滚刀对掌子面实施挤压、滚动和摩擦等作用，使岩石产生高应力和放射裂纹实现机械破岩。但TBM在硬岩和极硬岩地质掘进时，由于刀具材料强度受限和主轴承等结构强度受限，出现刀具磨耗量加大、换刀次数和换刀时间增加等诸多问题，机械破岩能力大大降低，严重影响施工进度和施工成本。

磨料射流破岩技术是一种新型的破岩方式，利用高压水辅以金刚砂为工作介质，通过高压泵站和特定形状的喷嘴产生高速磨料浆状射流冲击岩石，使岩石裂隙扩容增压，从而加速裂纹的产生和扩展，达到破碎岩石的目的。

由于TBM掘进过程中喷嘴到掌子面的靶距和喷射角度是影响破岩能力的关键参数，因此需要通过获取掌子面的围岩实时调整喷嘴到掌子面的靶距以及喷射角度，保证单次走刀达到理想切割深度；但是射流喷嘴一般是固定在刀盘上的，使得喷嘴到刀盘回转中心的径向距离固定不变，如果想通过水射流系统切割不同径向的掌子面岩石，通常是在刀盘不同径向增加喷嘴，而这种设置方式会导致单个喷嘴的出口压力下降从而使得破岩效率减低，同时由于喷头的增多，相应的液压管路和接头也会增多，这也进一步增大了密封不良导致系统泄压甚至爆管的故障率。

综上所述，如何提高破岩装置的切割效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种磨料射流辅助破岩装置，射流喷嘴可喷射磨料与高压水的混合物，并通过执行机构对射流喷嘴的喷射角度、靶距以及径向位置进行改变，避免设置过多的射流喷嘴，保证射流喷嘴的喷射压力，并可以根据掌子面的实际情况，对射流喷嘴的喷射角度、靶距以及径向位置进行调整，提高破岩装置的切割效率。

本发明的另一目的是提供一种包括上述磨料射流辅助破岩装置的掘进机。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磨料射流辅助破岩装置，包括：用于喷射磨料与水混合物的射流喷嘴、执行机构、用于为所述射流喷嘴提供磨料的磨料供给装置以及用于为所述射流喷嘴提供具有一定压力的水的压力水供给装置；

所述射流喷嘴安装于所述执行机构，并由所述执行机构带动运动，以实现所述射流喷嘴的喷射角度、靶距以及径向位置的改变，所述执行机构设置于刀盘的滚刀间隙处；

所述执行机构设置有用于实时获取掌子面信息的拍摄设备。

优选的，所述执行机构设置有第一旋转部、第二旋转部以及伸缩部；

所述第一旋转部与所述射流喷嘴连接，并带动所述射流喷嘴转动，以实现所述射流喷嘴喷射角度的改变；

所述伸缩部与所述第一旋转部连接，并带动所述第一旋转部沿磨料射流辅助破岩装置的轴向移动，以改变所述射流喷嘴与所述掌子面之间的所述靶距；

所述第二旋转部与所述伸缩部连接，且所述伸缩部相对于所述第二旋转部可移动设置，所述第二旋转部带动所述伸缩部和所述第一旋转部整体转动，以改变所述射流喷嘴距离所述刀盘中心的径向距离。