[发明专利]一种磨料射流辅助机械破岩系统及方法

说明书

本发明公开了一种磨料射流辅助机械破岩系统及方法，磨料射流辅助机械破岩系统包括：磨料射流装置，用于对掌子面围岩喷射磨料射流；围岩感知装置，用于实时获取掌子面的围岩状态参数以及掘进机的掘进参数；压力流量监测装置，用于对管路以及管路接头的压力流量状态进行实时监测；中央处理器，根据围岩感知装置和压力流量监测装置所获取的数据控制磨料射流装置的工作状态。本发明提供的磨料射流辅助机械破岩系统可以实时获取掌子面的围岩状态参数以及掘进机的掘进参数，压力流量监测装置可以对管路以及管路接头的压力流量状态进行实时监测，有利于实现精准破岩的效果，提高破岩的效率，提高磨料射流辅助机械破岩系统的安全性。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，更具体地说，涉及一种磨料射流辅助机械破岩系统。此外，本发明还涉及一种应用于上述磨料射流辅助机械破岩系统的方法。

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，包括供水系统、增压系统、高压管路系统、磨料供给系统和射流喷嘴等，其基本原理是利用高压水辅以金刚砂为工作介质，通过增压系统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。

现有技术中，由于TBM结构受限，磨料射流辅助破岩系统中高压泵站和喷嘴之间的高压管路往往需要高压接头进行多段连接且距离很长，由于磨料射流破岩时工作水压高达2000bar以上，高压管路接头连接处经常由于密封不良导致泄压甚至爆管，如果没有及时发现，不仅浪费工作介质，还起不到破岩效果，更有甚者可能会危机施工人员的生命；另外，磨料供给系统由于磨料受潮发生供沙管路堵塞或由于供沙管路距离较长、破损发生气压不足等问题，也会影响破岩效率。

由于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也只能是固定不变，如果想通过水射流系统切割不同径向的掌子面岩石，目前通常是在不同径向增加喷嘴，而这种设计一方面会导致单个喷嘴的出口压力下降从而使得破岩效率减低，另一方面由于喷头的增多，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，如何提高磨料射流辅助机械破岩系统的安全性和可靠性，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机械破岩系统，在对掌子面围岩进行破岩的过程中，设置有用于获取所述掌子面的围岩状态参数以及掘进机的掘进参数的围岩感知装置，可以实时获取围岩的状态以及掘进参数，并对管路以及管路接头的压力流量状态进行实时检测，可以获取管路堵塞、爆管、泄压等信息，避免工作介质浪费，有效保证施工人员的安全，提高磨料射流辅助机械破岩系统的可靠性。

本发明的另一目的是提供一种应用于上述磨料射流辅助机械破岩系统的方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磨料射流辅助机械破岩系统，包括：

磨料射流装置，用于对掌子面围岩喷射磨料射流，以使所述围岩破碎；

围岩感知装置，用于实时获取所述掌子面的围岩状态参数以及掘进机的掘进参数；

压力流量监测装置，用于对管路以及管路接头的压力流量状态进行实时监测；

中央处理器，用于对所述围岩感知装置和所述压力流量监测装置所获取的数据进行存储和分析，并根据所述围岩感知装置和所述压力流量监测装置所获取的数据控制所述磨料射流装置的工作状态；