[实用新型]一种激光辅助破岩设备

说明书

本实用新型公开了一种激光辅助破岩设备，包括刀盘装置和激光系统，激光系统包括至少一台激光发生器和激光输出头；激光发生器可直接通过激光输出头输出激光束，并与激光输出头一起按照预先设定的位置搭载在隧道掘进机刀盘上，在隧道掘进机工作的过程中，激光头发出的激光束通过各自对应的激光输出口按预定的方式照射在岩石上配合刀盘上的刀具破岩，岩石或其他物体在吸收激光能量下，结构发生弱化并在隧道掘进机刀具的作用下发生破坏，本实用新型可降低隧道施工难度，节省施工成本，同时采用激光照射破岩减少了机械开挖对地层的扰动，提高施工安全性。

技术领域

本实用新型属于隧道施工设备技术领域，涉及到一种激光辅助破岩设备，如隧道掘进机。

背景技术

由于隧道掘进机TBM(tunnel boring machine)掘进效率高，而且安全性远远高于钻爆法开挖，所以越来越多的山岭隧道采用隧道掘进机进行施工。当遇到高强度岩石，如花岗岩、大理石等，隧道掘进机掘进效率明显下降，刀具消耗快，施工成本增加。如何有效提高隧道掘进机的破岩效率，是隧道掘进机研究的关键技术之一。

未来10年内，各类隧道掘进里程约2万公里，硬岩隧道掘进机设备需求约600台，能有效提高这些隧道掘进机设备的掘进效率，产生的节能、环保、经济效益将非常显著。常规隧道掘进机在深层地层高硬度岩石施工方面遇到一定的困难，因此，寻找一个节能、安全高效的破岩方法是目前研究中的一个热点。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种激光辅助破岩设备，如隧道掘进机，适应于深层地层高硬度岩石等地质，开挖过程中对地层扰动小，在提高了破岩效率和施工效率的同时提升了施工安全性。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种激光辅助破岩设备，包括驱动装置，刀盘装置，清理装置和激光系统，激光系统包括至少一台激光发生器和与之相衔接的至少一个激光输出光学头；其中和激光发生器和激光输出光学头按照预先设定的位置搭载在所述刀盘装置上，驱动装置推动掘进设备并驱动所述刀盘装置，在掘进的过程中，激光发生器发出的激光束通过激光输出光学头按预定位置照射在掘进表面上，掘进表面上的岩石或其他物体在吸收激光能量下被加热，结构发生弱化并在所述刀盘装置上刀具的作用下发生破坏，使掘进完成，清理装置则在掘进中清理碎石碎渣并保证掘进可连续进行。这里的刀具可以是滚刀或其他刀具。

在这个掘进设备中，另外可以包括激光冷却器和电源系统，用来给各激光发生器供电及提供冷却。

每台激光发生器的功率可以任意选择，比如可以在50-20000W间任意选择。激光功率可以任意调整。当多路激光器使用时，各路激光输出功率可以按需要调整为一样或不同。

另外照射在掘进面岩石或其他物体上的光斑形状可以按要求设定为圆形、方形、长方形或不规则形状。

所述激光发生器可以随光束要求和性价比任意选择。比如所述激光发生器可以是半导体激光器，光纤激光器或其他固体激光器。激光的工作模式可以为连续输出，也可以是脉冲输出。工作波长也可以任意选择，但目前波长为近红外的激光器性价比比较高。

为了最好地达到辅助破岩的目的，在掘进设备中还可以包括温度监控装置，如红外温度监控或其他监控系统用来监控加热部分的温度，甚至可以通过温度反馈控制激光输出以达到最佳效果。

在需要时，本实用新型中的激光输出头可以加入分光结构实现多路输出。在发生器上也可以由多各输出光学头来满足多路输出的需求。