[发明专利]一种基于刀具预切与弹丸侵彻的联合破岩机构及破岩系统

说明书

本发明提供一种基于刀具预切与弹丸侵彻的联合破岩机构，用于对隧道的岩石掌子面预设点进行破碎开挖，破岩机构包括：爆破装置，爆破装置包括线膛炮管和与线膛炮管连接的装填部，线膛炮管的出口对准掌子面，装填部用于储存炮弹并供应线膛炮管的炮弹发射；机械破岩装置，机械破岩装置包括三牙轮钻头和驱动电机，驱动电机的驱动端与三牙轮钻头连接，三牙轮钻头用于与掌子面接触；其中，当需要对掌子面进行破碎开发时，先启动驱动电机，使三牙轮钻头发生旋转以对掌子面进行一次破碎，然后通过装填部向线膛炮管输入炮弹以对掌子面进行二次爆破。

技术领域

本发明属于岩体破碎技术领域，特别涉及一种基于刀具预切与弹丸侵彻的联合破岩机构及破岩系统。

背景技术

随着经济的不断发展，我国地下空间工程项目日益增多，特别是以川藏铁路为代表的一系列长大隧道群以及大规模深埋矿山巷道、引水隧洞等建设项目需求不断增加，随之而来的是日趋复杂的地质结构和工程难题。数十年来，以钻爆法和TBM工法为代表的隧道掘进技术长期活跃在各种不同类型的地下空间工程施工现场，然而，在复杂多变的地质环境和高效施工需求面前，传统的破岩技术逐渐面临新的挑战。近年来，各种用于岩石快速开挖的新技术和新方法不断涌现，包括激光辐射、水射流(包括纯水射流及磨料水射流)和牙轮等。这类技术的出现为隧道开挖效率的提升创造了新的可能。然而，在硬岩、极硬岩开挖方面，一般常规技术难以实现对岩体的有效破碎，而上述新技术在破碎岩体的效率上仍旧有待提升。

也即，在隧道开挖中，对于硬岩和极硬岩的破碎，现有技术中通过单一的激光辐射、水射流等，无法对其进行有效破碎；

可见，如何提高对硬岩和极硬岩的破碎，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供的一种基于刀具预切与弹丸侵彻的联合破岩机构，以至少解决上述技术问题；

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种基于刀具预切与弹丸侵彻的联合破岩机构，用于对隧道的岩石掌子面预设点进行破碎开挖，所述破岩机构包括：爆破装置，所述爆破装置包括线膛炮管和与所述线膛炮管连接的装填部，所述线膛炮管的出口对准所述掌子面，所述装填部用于储存炮弹并供应所述线膛炮管的炮弹发射；机械破岩装置，所述机械破岩装置包括三牙轮钻头和驱动电机，所述驱动电机的驱动端与所述三牙轮钻头连接，所述三牙轮钻头用于与所述掌子面接触；其中，当需要对所述掌子面进行破碎开发时，先启动所述驱动电机，使所述三牙轮钻头发生旋转以对所述掌子面进行一次破碎，然后通过装填部向线膛炮管输入炮弹以对所述掌子面进行二次爆破。

在第一方面中，所述机械破岩装置还包括电缆线和发动机；所述发动机通过所述电缆线与所述驱动电机连接并供电。

在第一方面中，所述三牙轮钻头包括固定部和三个钻取部；三个所述钻取部的一端与所述固定部一体连接，且三个所述钻取部的另一端等角间隔设置，所述钻取部用于与所述掌子面接触。

在第一方面中，所述钻取部为类圆锥状，且类圆锥状的尖端远离所述固定部，沿所述类圆锥状的表面由尖端向所述固定部的方向依次设置若干台阶。

在第一方面中，所述类圆锥状的表面布设有若干凸起。

在第一方面中，所述钻取部的尖端由金刚石材质制备形成。

在第一方面中，所述三牙轮钻头设置为多个，且通过一环状的固定环将多个所述三牙轮钻头集合为一个整体所述破岩机构还包括监视组件和显示组件。

在第一方面中，所述监视组件用于获取所述掌子面的图像信息，所述显示组件用于显示所述图像信息。

在第一方面中，所述监视组件为可调焦的视频监视器。

在第二方面中，本发明提供了一种基于刀具预切与弹丸侵彻的联合破岩系统，所述破岩系统包括上述任意一项所述的基于刀具预切与弹丸侵彻的联合破岩机构。