[发明专利]一种破岩掘进装置及其破岩方法

权利要求书

1.一种破岩掘进装置，包括驱动装置，刀盘和清理机构，其特征在于，还包括：

高能发射装置，其高能输出口设置在所述刀盘的正面，高能辐照岩石使得岩石萌生裂纹；

脉冲液体射流系统，其液体喷射口设置在所述刀盘的正面，所述液体喷射口设置在所述高能输出口的周围，用于喷射低温液体使得岩石温度骤降；

实时监测系统，包括传感器系统，通过所述传感器系统对掘进过程中待挖掘的掌子面的相应数据进行采集，所述传感器系统与信息采集装置电连接；

温度监控装置，掘进前，探测岩石温度性能，判断是否为热岩，传输信号至智能控制系统；掘进中，监控所述高能发射装置对待掘进的掌子面的加热部分的加热温度；

智能控制系统，根据所述实时监测系统和温度监控装置输出的各种信号，智能决策破岩模式并控制所述高能发射装置和脉冲液体射流系统的工作，控制刀盘的工作。

2.根据权利要求1所述的破岩掘进装置，其特征在于，所述高能发射装置为激光发生装置、高频电脉冲发生装置、电弧发生装置中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的破岩掘进装置，其特征在于，所述高能输出口设置有若干行，每行包括若干个所述高能输出口，每行的若干个所述高能输出口沿所述刀盘的径向分布；

所述液体喷射口设置有若干行，每行包括若干个所述液体喷射口，每行的若干个所述液体喷射口沿所述刀盘的径向分布。

4.根据权利要求1所述的破岩掘进装置，其特征在于，所述脉冲液体射流系统包括液体回收利用系统，所述液体回收利用系统包括依次连通设置的排气检测装置、固气分离装置、CO₂气体制冷换热器、颗粒状干冰制得装置和脉冲射流液体高压注入泵。

5.根据权利要求1所述的破岩掘进装置，其特征在于，所述传感器系统包括压力传感器和超声波传感器，所述压力传感器用于监测待掘进掌子面的岩石硬度，所述超声波传感器用于监测待挖掘位置的地质条件；

所述温度监控装置，包括红外温度传感器、微处理单元和无线通信模块，所述红外温度传感器用于监测掘进前和掘进中的掌子面的温度，所述微处理单元用以处理所述红外温度传感器感测的温度信息，所述无线通信模块将温度信息传递给所述智能控制系统。

6.根据权利要求1所述的破岩掘进装置，其特征在于，所述实时监测系统还包括图像可视模块，所述图像可视模块用于监测掘进处的工作情况。

7.一种破岩掘进装置的破岩方法，其特征在于，智能控制系统根据实时监测系统采集到的掌子面的地质数据，以及温度监控装置实时采集的岩面的温度数据，采取不同的破岩模式。

8.根据权利要求7所述的破岩掘进装置的破岩方法，其特征在于，具体步骤包括：

a)、所述实时监测系统对掘进隧道的岩性进行实时信息采集，所述温度监控装置实时采集岩面的温度数据，采集的信息和数据传递给智能控制系统；

b)、所述智能控制系统根据信息采集输入的数据进行分析、识别，根据待掘进掌子面的温度、岩性、地质，匹配不同的破岩模式；

c)、刀盘驱动装置根据所述智能控制系统传输的掘进参数及控制信号，驱动高能发射装置空间布局的调整及破岩模式间的切换，调整完毕后推进装置启动，开始辅助破岩的工作；

d)、滚刀破岩，使刀盘缓慢旋转推进，开始滚刀破岩；当刀盘的扭矩增大到一定程度后，智能控制系统控制将刀盘回缩，重复步骤a)至步骤d)。

9.根据权利要求8所述的破岩掘进装置的破岩方法，其特征在于，所述辅助破岩的过程包括：

岩石加热过程，高能发射装置开启，以加热待掘进的掌子面岩石，同时使刀盘缓慢转动；

降温破岩过程，脉冲液体射流系统在高能发射装置加热岩石，且当岩石温度到达温度监控装置预设的温度阈值时，高能发射装置关闭，同时触发脉冲液体射流系统喷射低温液体使得岩石温度骤降，岩石降温到预设温度以下后脉冲液体射流系统关闭。

10.根据权利要求7所述的破岩掘进装置的破岩方法，其特征在于，所述破岩模式包括：滚刀破碎模式、高能辐照-脉冲射流-滚刀破碎模式、高能辐照-滚刀破碎模式、脉冲射流-滚刀破碎模式。