一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法技术

本发明专利技术涉及隧道掘进技术领域，特别是涉及一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法，包括刀盘面板，刀盘面板的盘面上设有中心破岩组件、若干盘面破岩组件和若干边部破岩组件，盘面破岩组件包括沿刀盘面板的转动方向依次设置的第一盘形滚刀、喷淋装置、热储能装置和激光发射装置。本发明专利技术可以实现热能再利用以降低能量损耗，激光发射装置的高强激光辐照岩石与刀盘面板带动第一盘形滚刀破岩的同步进行，解决了以往停机辐照岩石的缺点，极大的提高了掘进效率，并降低了第一盘形滚刀的磨损。并降低了第一盘形滚刀的磨损。并降低了第一盘形滚刀的磨损。

【技术实现步骤摘要】
一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法


[0001]本专利技术涉及隧道掘进
，特别是涉及一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国基础建设发展快速，无论是偏远山区还是城市建设中，大量的隧道被广泛建设，但在建设过程许多关键工程问题也逐渐暴露出来，在各种极端地质条件下，导致刀具在施工过甚至因刀具破损而程中磨损严重，停工换刀，这一过程不仅会耽误工期还会增加隧道建设成本。
[0003]激光破岩是一种利用高密度能量非接触式破岩的方法，即利用高密度激光照射岩石表面使其局部温度发生突变，岩石在热应力的作用下改变其物理性质，降低所承受的压应力甚至破裂。同时随着温度的升高，还会出现熔化、蒸发等相变变化，综合考虑岩石发生热破裂破岩效果最佳。
[0004]热储能装置主要是吸收激光辐射岩石后产生的热能，并将热能储存在介质中，当热能达到一定程度后将其释放出来加热岩石，以此来降低热量损耗。红外传感装置主要用于测量掌子面的温度，可在线实时在线监测破岩情况。并为安全掘进提供保证。
[0005]在全硬岩地层以及复合地层掘进过程中，滚刀破岩速度较慢，且磨损严重易失效，为了提高隧道掘进速率现将掘进机刀盘进行改造。现有专利“一种激光辅助隧道掘进机及其破岩的方法”、“一种用于TBM的激光辅助破岩方法”以及“微波、激光及空化射流组合的破岩刀盘及破岩方法”将激光同滚刀结合破岩，但是在应用过程中激光辐照岩石产生的热量无法得到充分利用，造成了巨大的热能浪费。而“微波、激光及空化射流组合的破岩刀盘及破岩方法”专利在运行过程中激光辐照岩石、岩石冷却降温以及破岩过程均单独进行，无法实现掘进的连续性。且在复杂地质条件下激光固定照射无法针对性破岩，因此亟需一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法来解决。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法，以解决上述问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种激光与热储能组合的破岩刀盘，包括刀盘面板，所述刀盘面板的盘面上设有中心破岩组件、若干盘面破岩组件和若干边部破岩组件，若干所述盘面破岩组件由内至外环绕所述中心破岩组件设置，若干所述边部破岩组件环向设置在所述刀盘面板的边部，所述刀盘面板盘面的边部固接有若干红外传感装置，若干所述红外传感装置套设在若干所述盘面破岩组件的外侧，所述刀盘面板的边缘转动连接有若干边滚刀，若干所述边滚刀环向设置；
[0009]所述盘面破岩组件包括沿所述刀盘面板的破岩顺序依次设置的激光发射装置、热
储能装置、喷淋装置和第一盘形滚刀；所述第一盘形滚刀与所述刀盘面板的盘面转动连接，所述喷淋装置与所述刀盘面板的盘面固接；所述刀盘面板远离盘面的一侧设有密封空间，所述激光发射装置的一端和所述热储能装置的一端固接在所述密封空间内，所述激光发射装置的另一端和所述热储能装置的另一端与所述刀盘面板的盘面活动连接。
[0010]优选的，所述激光发射装置包括移动基座，所述移动基座的一端与所述密封空间内壁固接，所述移动基座周向铰接有若干第一伸缩部的一端，若干所述第一伸缩部远离所述移动基座一端铰接有同一激光移动平台，所述激光移动平台远离所述移动基座一端设有偏摆组件，所述偏摆组件远离所述激光移动平台的一端固接有激光发射头，所述激光发射头与所述刀盘面板的盘面活动连接，所述激光发射头上设有保护部。
[0011]优选的，所述第一伸缩部包括第一液压缸，所述第一液压缸的一端与所述移动基座铰接，所述第一液压缸的另一端与所述激光移动平台铰接。
[0012]优选的，所述偏摆组件包括摇杆，所述摇杆的一端与所述激光移动平台转动连接，所述摇杆的另一端与所述激光发射头固接。
[0013]优选的，所述保护部包括防护接头，所述防护接头与所述激光发射头固接。
[0014]优选的，所述热储能装置包括导热棒，所述导热棒与所述刀盘面板的盘面活动连接，所述导热棒的一端固接有第二伸缩部的一端，所述第二伸缩部的另一端与所述密封空间内壁固接，所述导热棒连通有储热供热组件。
[0015]优选的，所述储热供热组件包括储热罐，所述储热罐的一端与所述导热棒连通，所述储热罐固接在所述密封空间内，所述储热罐外包裹有保温层，所述储热罐内固接有温度传感器，若干所述储热罐远离所述导热棒的一端通过输油管连通有同一盾尾油脂泵。
[0016]优选的，所述第二伸缩部包括第二液压缸，所述第二液压缸的一端与所述导热棒侧壁固接，所述第二液压缸另一端与所述密封空间内壁固接。
[0017]一种激光与热储能组合的破岩方法，基于一种激光与热储能组合的破岩刀盘，包括以下步骤：
[0018]S1、将若干所述激光发射装置伸出所述刀盘面板的盘面，对岩壁的掌子面进行辐射处理，同时缓慢转动所述刀盘面板；
[0019]S2、所述刀盘面板转动后，启动所述热储能装置和所述喷淋装置，所述热储能装置和所述喷淋装置沿着被所述激光发射装置激光加热的岩石路径转动，由所述热储能装置主动吸收部分热量后再由所述喷淋装置通过水雾降低岩石温度，随后温度降低的岩壁的掌子面经所述第一盘形滚刀碾压下破碎；
[0020]S3、通过所述红外传感装置测绘出整个掌子面的温度，对掌子面进行实时监控并将测得数据传送至地质识别系统，同时将渣土等地勘信息输入其中，地质识别系统将地质状况反馈至激光发射装置，用于在特殊地质状况调节激光入射角度、光斑的形状、功率等数据；
[0021]S4、当所述热储能装置内的储热介质温度达到500℃后所述激光发射装置停止工作，随后所述热储能装置开始向外释放热能加热岩石；当所述热储能装置内的储热介质的温度降低至200℃时，所述激光发射装置重新启动加热岩石，所述热储能装置再次开始吸收外部热能进行储能，重复执行S1
‑
S4。
[0022]本专利技术具有如下技术效果：使用时，将激光发射装置和热储能装置均伸出刀盘面
板的盘面，首先开启激光发射装置，同时刀盘面板开始缓慢转动，通过刀盘面板转动，进而带动热储能装置、喷淋装置和第一盘形滚刀转动，通过激光发射装置对掌子面进行辐照处理，加热掌子面表面岩层，随后热储能装置和喷淋装置开始运行，热储能装置和喷淋装置沿着被激光加热的岩石路径转动，由热储能装置先吸收部分热量后再由喷淋装置通过水雾降低岩石温度，随后在第一盘形滚刀的触碰下将岩石碾碎，同时刀盘面板转动带动刀盘面板上的中心破岩组件和若干边部破岩组件一同转动，中心破岩组件用于掌子面中部的掘进，边部破岩组件用于掌子面边部的岩层的破碎，若干红外传感装置用于测绘出整个掌子面的温度，对掌子面进行实时监控，同时通过地质勘测和螺旋输送机渣土排除状况综合判别地质状况，将地质状况反馈至激光发射装置用于在特殊地质状况调节激光入射角度、光斑的形状、功率等数据，当热储能装置内温度达到一定数值后，关闭激光发射装置，由热储能装置起到加热岩层的作用，当热储能装置的温度降低到一定数值后，重新启动激光发射装置，激光发射装置加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：包括刀盘面板(2)，所述刀盘面板(2)的盘面上设有中心破岩组件、若干盘面破岩组件和若干边部破岩组件，若干所述盘面破岩组件由内至外环绕所述中心破岩组件设置，若干所述边部破岩组件环向设置在所述刀盘面板(2)的边部，所述刀盘面板(2)盘面的边部固接有若干红外传感装置(7)，若干所述红外传感装置(7)套设在若干所述盘面破岩组件的外侧，所述刀盘面板(2)的边缘转动连接有若干边滚刀(8)，若干所述边滚刀(8)环向设置；所述盘面破岩组件包括沿所述刀盘面板(2)的破岩顺序依次设置的激光发射装置(3)、热储能装置(4)、喷淋装置(6)和第一盘形滚刀(1)；所述第一盘形滚刀(1)与所述刀盘面板(2)的盘面转动连接，所述喷淋装置(6)与所述刀盘面板(2)的盘面固接；所述刀盘面板(2)远离盘面的一侧设有密封空间，所述激光发射装置(3)的一端和所述热储能装置(4)的一端固接在所述密封空间内，所述激光发射装置(3)的另一端和所述热储能装置(4)的另一端与所述刀盘面板(2)的盘面活动连接。2.根据权利要求1所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述激光发射装置(3)包括移动基座(11)，所述移动基座(11)的一端与所述密封空间内壁固接，所述移动基座(11)周向铰接有若干第一伸缩部的一端，若干所述第一伸缩部远离所述移动基座(11)一端铰接有同一激光移动平台(9)，所述激光移动平台(9)远离所述移动基座(11)一端设有偏摆组件，所述偏摆组件远离所述激光移动平台(9)的一端固接有激光发射头(13)，所述激光发射头(13)与所述刀盘面板(2)的盘面活动连接，所述激光发射头(13)上设有保护部。3.根据权利要求2所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述第一伸缩部包括第一液压缸(10)，所述第一液压缸(10)的一端与所述移动基座(11)铰接，所述第一液压缸(10)的另一端与所述激光移动平台(9)铰接。4.根据权利要求2所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述偏摆组件包括摇杆(14)，所述摇杆(14)的一端与所述激光移动平台(9)转动连接，所述摇杆(14)的另一端与所述激光发射头(13)固接。5.根据权利要求2所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述保护部包括防护接头(12)，所述防护接头(12)与所述激光发射头(13)固接。6.根据权利要求1所述一种激光与热储...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，应家驹，孙岩坤，郭京波，梁晓，苏康，苏珊，陈玉丹，黄元俊，辛智勇，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：