[发明专利]一种TBM高压脉冲水射流辅助破岩装置

说明书

本发明提供一种TBM高压脉冲水射流辅助破岩装置，装置包括：水箱、TBM供水管线、过滤器、供水泵、液压增压器、回转器、分流器、脉冲水流发生装置、刀盘、控制器、导电滑环和计算机；所述液压增压器、供水泵、过滤器、水箱和控制器通过螺栓固定安装于TBM主梁内部；所述分流器、脉冲水流发生装置安装于所述刀盘；各部件通过高压输水管线、低压输水管线、电线或信号线连接；本发明的有益效果是：通过装置生成高压脉冲水射流束，有效致裂岩石，从而辅助刀具高效、安全破岩。

技术领域

本发明涉及破岩装置领域，尤其涉及一种TBM高压脉冲水射流辅助破岩装置。

背景技术

传统TBM主要利用刀盘上的滚刀进行机械破岩。滚刀与岩石表面接触运动过程中，会对岩石表面施加法向力、滚动力和侧向力，产生压碎、剪切、磨蚀等机械作用，使岩石产生应力集中和微裂纹，微裂纹延伸扩展形成宏观破坏，从而破碎岩石。在掘进高围压硬质岩体时，TBM破岩能力不足、效率低下，易出现刀具贯入度低、磨损严重等问题。导致频繁更换维修刀具，耗费大量时间，严重影响施工进度，显著增加施工成本。据统计，掘进硬质岩体时，刀具损耗所造成的经济成本和时间成本均占项目成本和工期的30％以上。因而，如何提高TBM破碎硬岩能力和效率是当前亟待解决的难题。

高压水射流具有高效的冲击破碎能力，在石油钻井、矿山开采、机械加工等领域应用广泛。而且，利用水作为工作介质，安全环保、清洁高效，射流生成装置也较为简易。当前，已有专利《高压水射流全断面岩石掘进机刀盘设计方法》提出了在TBM刀盘上设置喷嘴生成水射流辅助刀具破岩的概念，已有专利《搭载于TBM上的水射流辅助破岩系统及方法》公开了水射流生成系统在TBM上的布置方法，但是两者均仅提出利用水射流，没有明确采用何种形式的水射流；后者采用电动机驱动的增压泵作为动力装置，射流压力一般不高，并且体积庞大。对于冲击破碎硬岩，射流形式和射流压力均会显著影响冲击破碎效果，是破碎硬岩的关键影响因素。

因此，针对TBM结构和施工特点，提出创新的高效射流辅助破岩系统及方法，对于提高射流辅助TBM刀具破岩能力和效率十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，并进一步提高水射流辅助刀具破岩性能，提供了一种TBM高压脉冲水射流辅助破岩装置，其是以体积小、额定压力高的液压增压泵为动力源，便于在TBM上搭载，而且可以获得更高的射流压力；以电动机驱动的旋转装置周期性的隔断射流束，形成间断的高压脉冲水射流束，利用间断射流束初始的水锤效应对岩石产生强冲击和脉动载荷，从而强化射流破岩效果。

为实现上述目的，本发明所述TBM高压脉冲水射流辅助破岩装置，具体包括：

脉冲水射流发生装置、刀盘高压输水管线、刀盘、分流器、电线、导电滑环、回转器、高压供水管线、液压增压器、主梁、控制器、低压输水管线、供水泵、过滤器、水箱、信号线和计算机；

所述水箱的入口与TBM供水管线相连，以通过所述TBM供水管线向所述水箱提供水源；所述水箱的出口通过所述低压输水管线与所述过滤器的入口相连；所述过滤器的出口通过所述低压输水管线与所述供水泵的入口相连；所述供水泵的出口通过所述低压输水管线与所述液压增压器的入口相连，以将所述水箱内的水经所述过滤器传输至所述液压增压器内，进由所述液压增压器对水进行增压，形成高压水流束；所述液压增压器的出口通过所述高压供水管线与所述回转器入口相连；所述回转器的出口处的回转端安装有所述导电滑环，所述回转器的出口与所述分流器相连；

所述脉冲水流装置有两个，分别安装于刀盘的内部，所述分流器通过刀盘高压输水管线分别与两个所述脉冲水流装置相连，以将述液压增压器所提供的一路高压水流束分成两路高压水流束并分别传输至所述刀盘内的两个所述脉冲水流装置；所述控制器电源端通过所述电线与TBM供电线路相连，以连接外部电源；控制输出端与所述导电滑环的定子电性相连；所述控制器通过所述信号线与所述计算机相连，以通过所述计算机控制所述控制器，进而通过所述导电滑环控制所述刀盘转动。