射弹增强型钻孔系统的制作方法

射弹增强型钻孔系统
1.优先权
2.本技术要求2020年11月12日提交的美国非临时申请17/096,435的优先权。本技术还要求2019年11月15日提交的美国临时申请62/936,280的优先权。本技术还要求2020年2月18日提交的美国临时申请62/978,166的优先权。申请17/096,435、申请62/936,280和申请62/978,166全都以引用方式整体并入本文中。
3.以引用方式并入
4.以下美国专利和专利申请全文以引用方式并入：
5.2013年3月15日提交的标题为“ram accelerator system”的美国专利申请第13/841,236号，现公布为美国专利9,500,419。
6.2015年5月11日提交的标题为“ram accelerator system with endcap”的美国专利申请14/708,932，现公布为美国专利9,458,670。
7.2015年10月21日提交的标题为“ram accelerator system with rail tube”的美国专利申请14/919,657，现公布为美国专利9,988,844。
8.2016年4月21日提交的标题为“ram accelerator system with baffles”的美国专利申请15/135,452，现公布为美国专利10,697,242。
9.2016年11月1日提交的标题为“projectile drilling system”的美国专利申请第15/340,753号，现公布为美国专利10,557,308。
10.2017年9月7日提交的标题为“augmented drilling system”的美国专利申请15/698,549，现公布为美国专利10,590,707。
11.2016年11月10日提交的标题为“system for generating a hole using projectiles”的美国专利申请15/348,796，现公布为美国专利10,329,842。
12.2018年1月15日提交的标题为“system for acoustic navigation of boreholes”的美国专利申请15/871,824。


背景技术：

13.传统的钻井和挖掘方法利用钻子来在要刺穿的一个或多个材料层中形成孔。例如，用于在岩石或类似材料中形成隧道或竖井的常规开采技术可包括钻井和爆破操作(例如，使用炸药)的组合。这些操作可能会产生碎石和其他碎屑，并且可使用拖运操作将碎石和其他碎屑从工作面输送走。这些过程可能占到了开采作业中所用时间的55％以上，这可能会减慢采矿竖井或隧道的前进。例如，使用常规开采技术，隧道每轮(例如，一个挖隧道或爆破周期跟着一个碎屑移除周期)可能仅前进10至20英寸的距离，这可能导致竖井或隧道每天前进小于100英尺的距离。
附图说明
14.参看附图来阐述详细描述。
15.图1绘示可用于大体上连续的挖隧道、钻孔或采矿作业的系统的实现方式。
16.图2绘示可用于将射弹从用于容纳射弹的腔室移动到弹筒中的方法的实现方式，射弹可从所述弹筒朝向工作面加速。
17.图3绘示包括用于运送碎屑并且使隧道或竖井稳定的额外组件的系统的实现方式的俯视图。
18.图4绘示包括用于运送碎屑并且使隧道或竖井稳定的额外组件的系统的实现方式的透视图。
19.图5是绘示切削工具的实现方式的一系列图，所述切削工具可与冲压加速器组件结合使用以使用射弹撞击与钻孔作业的组合来延伸竖井或隧道。
20.图6是绘示用于将多个冲压加速器组件与切削工具的切削表面结合使用来延伸隧道的系统的图。
21.图7是绘示示例实现方式的一系列图，其中可基于工作面的特性、期望的刺穿速率或期望的刺穿形状来使用不同数量或配置的冲压加速器组件。
22.图8是绘示工作面的图，其中外区域受一个或多个射弹撞击的影响，如射弹路径所示，而内区域不受射弹撞击的影响。
23.图9是示出挖隧道单元的实现方式的一系列图，所述挖隧道单元可用于调节表面并且使用水射流和冲压加速器组件的组合将材料从所述表面移走。
24.图10是示出图9的挖隧道单元的透视图的图，所述挖隧道单元被定位为与工作面(诸如岩面或其他类型的材料或表面)相互作用并且在工作面内形成隧道。
25.图11绘示可使用预调节装置来形成隧道的隧道轮廓的图，同时可使用射弹射击图案来基于隧道轮廓使材料移位以形成隧道的一段。
26.图12是示出使用冲压加速器组件加速的射弹与隧道的预调节部分之间的相互作用的实现方式的图。
27.图13是绘示包括多个挖隧道单元的系统的实现方式的图。
28.图14是示出图13的第一挖隧道单元和第二挖隧道单元的实现方式的正视图的一系列图。
29.尽管本公开举例描述了实现方式，但是本领域技术人员将认识到，实施方式并不限于所描述的示例或附图。应理解，附图以及对其的详细描述不旨在将实现方式限于所公开的特定形式，而是相反地，旨在涵盖落入如所附权利要求书界定的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。本公开所用的标题只出于组织目的，并非意在用于限制说明书或权利要求书的范围。如整个申请中所用，词语“可以”是以许可意义(即，意指具有某种潜在性)来使用，而不是以强制意义(即，意指必须)来使用。类似地，词语“包括”、“包含”和“含有”意指“包括但不限于”。
具体实施方式
30.本公开描述了可实现大体上连续的开采、挖隧道和钻孔作业的技术，与常规技术相比，所述技术可提高效率。为了削弱位于工作面处(诸如要延伸的竖井或隧道的末尾处)的岩石或其他材料，可使射弹加速进入工作面中。在一些实现方式中，冲压加速器组件可使用加压气体来使用冲压效应使射弹加速，所述冲压效应是由射弹的外部特征与冲压加速器组件的管子或其他导管的内部特征之间的相互作用导致。在一些实现方式中，射弹可使用
材料的燃烧来加速，诸如由柴油或天然气的燃烧产生的低成本化学能。另外，在一些实现方式中，射弹可由低成本的材料(诸如混凝土)形成。在一些实现方式中，射弹的材料、几何形状或材料与几何形状两者可被定制以控制隧道延伸的深度或影响隧道的形状。例如，尖头或楔形射弹可更深地且更容易地刺穿到某些类型的材料中。另外，也可以修改用于对射弹施加力的加速剂的类型和数量以定制与岩面的撞击的特性。例如，当与由速度较低的射弹造成的撞击相比时，使用加压气体将射弹加速到冲压速度可能会影响射弹与工作面相互作用的方式以及所形成的坑的形状。
31.加速的射弹与岩面或其他类型的工作面的撞击可能会移走或削弱工作面的材料，这可能会促进隧道或竖井更快速地且更安全地延伸穿过材料。在用一个或多个射弹撞击工作面之后，可使钻孔或扩孔工具与工作面接触。所述钻孔或扩孔工具可更容易地且更快地刺穿被削弱的材料，对工具的切削表面的磨损减少。另外，在一些实现方式中，可在减少或去除在现场作业中对炸药的常规使用的同时执行所公开的开采、挖隧道和钻孔作业，这可降低成本并提高与所述作业相关联的安全性。例如，使用射弹撞击来削弱工作面可能会导致在一些情况下不必使用炸药。在一些情况下，使用加速射弹来延伸隧道可能会比常规方法快3到10倍来执行，成本最高降低35％。例如，使用加速射弹来撞击工作面可实现比常规方法快的钻孔，因为由射弹撞击提供的能量等于0.5*d*v^2，其中d是射弹的密度并且v是射弹的速度。例如，使用以1500-2000米/秒的速度行进的加速射弹可具有为被射弹撞击的岩石或其他材料的强度的10至100倍的动态压力。影响射弹与工作面之间的相互作用的因素可包括射弹速度、射弹质量和射弹的密度与工作面的密度的比。
32.在一些实现方式中，通过与钻孔作业至少部分同时地执行移除碎屑的操作，可比常规技术更连续地执行所描述的操作。例如，斜坡、运送系统或用于收集由射弹撞击和钻孔作业形成的碎屑的其他装置可将碎屑移除到拖车或用于收集碎屑或其他材料的其他可移动的容器。继续该示例，扩孔或钻孔工具可附接到车辆、轨条或向工具提供运动的其他装置。收集板、斜坡、运送系统或类似机构可位于同一个车辆或组件上，使得在执行钻孔或挖隧道作业时，可收集并移除由钻孔或挖隧道作业产生的碎屑。在一些实现方式中，被配置为移入和移出正形成的隧道的一个或一系列车辆或其他类型的组件可用于执行本文所述的操作。例如，冲压加速器组件可沿着轨条、轨道、轮子等移动而放置于某位置以使一个或多个射弹加速进入工作面中。钻孔工具可位于带轮子或轨道的车辆或其他类型的可移动组件上，以使得在一次或多次射弹撞击之后与工作面接触。用于收集碎屑且将碎屑从工作面移除的收集组件可以和钻孔工具与同一个车辆或组件相关联，或与单独的车辆或组件相关联，并且可移动到某位置以移除由钻孔或挖隧道作业产生的碎屑。在一些实现方式中，所公开的开采、挖隧道和钻孔作业可在远程执行，诸如通过使用自主设备或可在远程控制的设备。例如，位于远离设备的位置的一个或多个计算装置可用于与和冲压加速器组件、钻孔组件、收集组件等相关联的控制器通信以控制射弹、钻孔工具的使用和碎屑的收集。
33.本文描述的实现方式可用于钻井、开采、挖隧道和钻孔作业，以及露天矿钻井、露天矿台阶开采、连续地下和挖隧道作业、连续岩石移除和分类作业以及其他类型的作业。使用低成本的工业气体作为使射弹加速的推进剂材料以及使用低成本的材料来形成射弹可以以比常规技术低的成本来实现隧道和竖井的有效延伸。另外，使隧道或竖井以较低成本以较快速率前进可通过使射弹的速度和重量增加来实现。可选择冲压加速器组件的射击参
数以针对稳定性、速度、成本或其他因素来进行优化。
34.图1绘示可用于大体上连续的挖隧道、钻孔或开采作业的系统100的实现方式。系统100可包括可相对于工作面(诸如隧道或竖井的末尾)移动的多个车辆或其他类型的组件。在一些实现方式中，每个组件可与其他组件分开移动。另外，在一些实现方式中，可在远程控制每个组件以及其操作，诸如通过使用位于远离进行挖隧道、钻孔或开采作业的地点处的一个或多个计算装置。计算装置可与控制器通信，所述控制器与系统100的各种部件相关联，诸如以致使射弹加速进入工作面、致动切削工具、收集碎屑等。
35.系统100的第一组件可包括冲压加速器组件102。冲压加速器组件102可用于使射弹加速进入工作面中，诸如要延伸的隧道或竖井的末尾。冲压加速器组件102可包括用于容纳射弹和推进剂材料的一个或多个腔室。例如，第一腔室可包括可燃材料，诸如柴油燃料、天然气或可被点燃以对第二腔室内的射弹施加力的其他类型的材料。在其他实现方式中，推进剂材料可包括一种或多种产生气体的材料。在其他实现方式中，推进剂材料可包括一种或多种炸药材料。在一些实现方式中，一种系统可包括用于执行高压电解以生成氢和氧的设备，氢和氧用于使射弹加速、减少或消除向冲压加速器组件102供应单独的推进剂材料源的需要。在一些情况下，多种类型的推进剂材料可在冲压加速器组件102的不同部分中使用，诸如柴油与空气的组合在第一部分中并且柴油与天然气的组合在第二部分中。独立于所使用的推进剂材料的源或类型，推进剂材料可对一个或多个射弹施加力以使射弹朝向工作面加速。在一些实现方式中，射弹、来自推进剂材料的力与冲压加速器组件102的管子或其他部分的特征之间的相互作用可对射弹提供冲压效应。例如，冲压加速器组件102的管子内的内部挡板或轨条与射弹的外部特征结合可使加压气体能够使用冲压效应使射弹加速。在一些实现方式中，射弹可在离开冲压加速器组件102并接触工作面之前达到冲压速度。在其他实现方式中，冲压加速器组件102可能不一定向射弹提供冲压效应或致使射弹达到冲压速度。
36.射弹可具有任何形状和尺寸并且可由任何类型的材料形成。在一些实现方式中，射弹可由混凝土形成。在一些实现方式中，射弹可具有楔形或锥形形状以便于刺穿到工作面中。参考先前通过引用并入的申请来描述了冲压加速器组件、射弹和推进剂材料的示例实现方式。
37.在一些实现方式中，冲压加速器组件102可经由一个或多个轨条104朝向和远离工作面移动，所述一个或多个轨条可使用一个或多个导向件106接合至冲压加速器组件102。在其他实现方式中，冲压加速器组件102可使用轮子、轨道、胎面等来朝向或远离工作面移动。例如，可使用拖车或其他类型的车辆来在隧道或竖井内输送冲压加速器组件102。
38.工作面与使用冲压加速器组件102加速的射弹之间的相互作用可至少部分地压裂、削弱、破裂或打碎岩石或工作面处的其他材料。在一些实现方式中，冲压加速器组件102可选择地瞄准或以其他方式定位以撞击工作面的特定部分。随后可使用扩孔工具108来延伸通过射弹造成的孔，诸如通过从工作面的受撞击影响的区域以及所述区域周围移除材料。在一些实现方式中，扩孔工具108可包括掘进机工具，所述掘进机工具可剥落并清除受射弹撞击影响的岩石或其他材料。扩孔工具108可与系统100的钻孔组件相关联，在一些实现方式中，所述钻孔组件可包括与冲压加速器组件102分离的车辆。在其他实现方式中，扩孔工具108可和冲压加速器组件102与同一个车辆或其他类型的组件相关联，并且相对于冲
压加速器组件102定位，使得扩孔工具108可接触受射弹撞击影响的一部分工作面。例如，扩孔工具108可用于使通过射弹与工作面之间的相互作用产生的坑的边缘变平滑并延伸所述边缘。当与使用钻子或其他类型的扩孔器的旋转移动进行的常规钻孔相比，使用机械能，诸如在扩孔工具108上的切削头的旋转移动或其他移动，可相当容易地移除由于一个或多个射弹的撞击而被削弱的材料。因此，对扩孔工具108的切削头的磨损以及移除材料所需的机械旋转能可能低于与常规钻孔作业相关联的磨损和能量。
39.在一些实现方式中，扩孔工具108可被移动、取向、瞄准等以接触工作面的所选部分。例如，扩孔工具108可被取向，使得其切削头接触工作面的受来自冲压加速器组件102的射弹撞击的一部分。继续该示例，图1绘示与吊杆110相关联的扩孔工具108，所述吊杆又与枢转或铰接接头112相关联。铰接接头112可使得扩孔工具108的切削表面升高、降低并且在一些情况下在一个或多个横向方向上移动。在一些实现方式中，吊杆110可伸出和缩回(例如，伸缩式)以将扩孔工具108的切削表面定位为离工作面更远或更近。还可以使用动力使扩孔工具108朝向或远离工作面移动。例如，扩孔工具108可包括轮子114、胎面、轨道或方便其移动的其他结构。在其他实现方式中，扩孔工具108可与轨条、轨道或其他类似结构接合。虽然图1绘示了单个扩孔工具108，但是在其他实现方式中，可使用多个扩孔工具108来延伸竖井或隧道。多个扩孔工具108可与单个车辆或钻孔组件相关联或与多个车辆或组件相关联。例如，可使用多个扩孔工具108来同时钻透工作面的相同或不同部分，诸如以从工作面移除大块材料。
40.在一些实现方式中，可使用射弹撞击与扩孔工具108的组合来造出尺寸大于扩孔工具108或用于形成竖井或隧道的其他设备的尺寸的孔。例如，冲压加速器组件102可使射弹以不平行于隧道或竖井的纵轴的角度加速，并且扩孔工具108可被定位以将材料从受射弹撞击的位置移走。结果，可在不需要常规过扩孔器机械系统的情况下造出尺寸大于用于形成孔的组件的孔。
41.与系统100相关联的第三组件可包括用于从工作面收集、输送、移位或以其他方式移除由射弹撞击以及使用扩孔工具108执行的操作产生的碎屑的收集组件。在一些实现方式中，收集板116可与包括扩孔工具108的收集组件相关联。例如，图1将收集板116绘示为位于扩孔工具108下面在靠近扩孔工具108下面的地面的位置的斜坡、平台或类似结构。收集板116可从工作面捕集或收集由于工作面与射弹或扩孔工具108之间的相互作用产生的岩屑和其他材料。例如，收集板116可从扩孔工具108以向下角度延伸以接触竖井或隧道的底板或位于竖井或隧道的底板附近，使得在扩孔工具108朝向工作面前进时，收集板116在已沿着竖井或隧道的底板掉落的碎屑下面或在碎屑中前进。在一些实现方式中，收集板116可包括延伸部、臂或其他特征，用于从包括扩孔工具108的钻孔组件或其他车辆或组件的路径移除岩石或其他材料，诸如通过留下隧道或竖井的底切部分，这可以防止损坏系统100的部件。在一些实现方式中，收集板116可在垂直方向上移动，诸如以将收集板116定位成更靠近竖井或隧道的底板，或将收集板升高以致使所收集的碎屑朝向位于收集板116下面的引导斜坡118移动。例如，一个或多个接头112还可以使收集板116能够移动。在一些实现方式中，收集板116还可以在一个或多个横向方向上移动。另外，在一些实现方式中，收集板116可相对于包括扩孔工具108的钻孔组件向内或向外移动，诸如通过使用吊杆110或另一类伸缩构件。包括扩孔工具108和收集板116的钻孔组件在向前方向上的移动，诸如通过使用轮子114
或类似构件，还可以用于使收集板116移动得更靠近与工作面相关联的碎屑。
42.收集板116的移动可使由收集板116收集的碎屑朝向引导斜坡118移动。在一些实现方式中，收集板116或引导斜坡118的至少一部分可包括用于对碎屑施加动力的运送带或其他机构。在其他实现方式中，收集板116或引导斜坡118中的一者或多者可以是可枢转的以将碎屑从收集板116移走并移向引导斜坡118。在其他实现方式中，扩孔工具108的向前移动可用于使碎屑朝向引导斜坡118移动。在其他实现方式中，扩孔工具108自身或与收集板116相关联的一个或多个臂可用于将碎屑和其他材料扫到收集板116中并且在一些情况下扫向引导斜坡118。例如，收集板116可与可朝向和远离工作面移动的带轮子或轨道的系统相关联。在一些实现方式中，扩孔工具108可用于致使碎屑从隧道的所选部分掉到收集板116上或附近。例如，扩孔工具108可位于工作面的多个部分、隧道的底板、顶板或壁附近或与之接触，以将碎石和其他碎屑扫到收集板116之中或附近。
43.为了方便将碎屑从工作面移除，收集拖车120或其他类型的可移动容器可位于引导斜坡118的后端附近。收集拖车120可包括可用于从引导斜坡118收集碎屑的斜道、槽、引导件或其他类似结构。在一些实现方式中，收集拖车120的斜道、槽或引导件可对碎屑施加动力，诸如通过使用运送带或类似装置。例如，与收集拖车120相关联的动力可用于将碎屑远离工作面并朝向隧道或竖井的入口移动。在其他实现方式中，收集拖车120可以是可枢转的或成角度的以使用重力迫使碎屑离开工作面。在其他实现方式中，可使用轮子、轨道、轨条或用于使收集拖车120能够移动的其他机构来将收集拖车120从工地移除，以使收集拖车120能够被清空并被送回，或更换为另外的收集拖车120。在一些实现方式中，收集拖车120可位于包括扩孔工具108的钻孔组件后面，并且从收集拖车120伸出的一个或多个突出或伸出的部分可位于扩孔工具108、收集板116或引导斜坡118上方，这可保护其部件。
44.虽然图1绘示收集板116和引导斜坡118与包括扩孔工具108的同一个组件相关联，但是在其他实现方式中，收集板116和引导斜坡118可与单独的组件相关联。另外，虽然图1将收集拖车120绘示为与收集板116和引导斜坡118分离的组件，但是在其他实现方式中，收集拖车120或另一类可移动容器可以是与收集板116和引导斜坡118同一个组件的部分。参看图1描述的部件的任何组合可组合为任何数量的组件。例如，冲压加速器组件102可与收集拖车120、包括扩孔工具108的钻孔组件等接合。因而，虽然图1将冲压加速器组件102、扩孔工具108和收集拖车120绘示为离散部件，但是在各种实现方式中，所述部件中的一者或多者可彼此接合。例如，扩孔工具108可包括电动机或其他动力源并且可用于拉动收集拖车120或冲压加速器组件102中的一者或多者。在其他情况下，冲压加速器组件102和收集拖车120可与扩孔工具108分离并且可与车辆、电动机或另一个动力源相关联。
45.图1中所示的系统100可通过以下操作来实现有效且大体上连续的钻孔作业：使用来自一个或多个冲压加速器组件102的加速射弹来至少部分地削弱工作面、使用扩孔工具108来将碎屑从工作面的受射弹影响的区域移除以及在执行冲压加速器组件102和扩孔工具108的操作的同时使用收集组合和收集拖车120来移除工作面附近的碎屑。
46.虽然图1绘示了单个冲压加速器组件102、扩孔工具108和收集拖车120，但是在其他实现方式中，可使用包括多个车辆的自主车队来更有效地钻穿单个工作面。另外，可在远程协调多个工地处的多个车辆车队。例如，冲压加速器组件102、扩孔工具108或收集拖车120中的一者或多者可在远程操作或自动地操作，而不需要有人工地上。
47.在一些实现方式中，冲压加速器组件102可选择性地用于钻穿硬的岩石和类似材料，而扩孔工具108可独立于冲压加速器组件102使用来钻穿较软的材料，诸如沙子或较低强度的岩石。可在远程或自主地控制冲压加速器组件102的使用和扩孔工具108的选择性使用，以最大化稳定性(例如，隧道或竖井的壁或顶板的完整性)、速度或成本中的一者或多者。另外，在一些实现方式中，可通过使用一个或多个计算装置或其他自主控制来防止冲压加速器组件102对射弹的意外加速或冲压加速器组件102对射弹的可能不是有益的加速。例如，与冲压加速器组件102相关联的控制器可被配置为仅在从计算装置接收到“心跳”信号时致使冲压加速器组件102对射弹加速。在一些实现方式中，可向与冲压加速器组件102相关联的计算装置或控制器提供一个或多个标准，诸如压力、倾斜、磁性特性或其他类型的数字或机械测量。如果未满足所选的标准，则可防止冲压加速器组件102致动(例如，射弹加速以撞击工作面)，或者如果存在某些标准，则可防止冲压加速器组件致动，这可以防止在冲压加速器组件102未处于正确位置或使用射弹撞击可能不会提供显著效果的情况下使射弹加速。在一些实现方式中，冲压加速器组件102可与加速度计、激光环陀螺、gps、无线电引导系统、成像系统(例如，光学系统、摄像机等)等相关联，以使远程用户或自主系统能够确定使射弹加速的最佳时间以及使加速的射弹瞄准工作面的特定部分。在使用冲压加速器组件102时，计算机控制的部件的使用可提高准确性，诸如使射弹能够准确地撞击工作面，即便系统100的部分正在移动。
48.在一些实现方式中，由射弹与工作面之间的撞击产生的声信号可用于确定岩石或其他材料的特性，所述特性可用于控制隧道或竖井延伸的方向。例如，隧道或竖井可优先朝向具有较大孔隙度或较低密度的岩石延伸以促进更快的钻孔作业、朝向或远离地下水延伸等等。用于确定由射弹撞击产生的声信号并且基于该信息控制竖井的延伸的示例系统和方法在先前通过引用并入的美国专利申请第15/871,824号中进行描述。
49.图2绘示可用于将射弹202从用于容纳射弹202的腔室204移动到弹筒206中的方法200的实现方式，射弹202可从所述弹筒朝向工作面加速。射弹202与工作面之间的撞击208可能会造成致使其他射弹202从腔室204朝向弹筒206移动的流体流210。
50.明确地说，图2绘示第一射弹202(1)与工作面之间的撞击208，所述撞击可造成流体流210，其中流体被引导向弹筒206中的开口，射弹202(1)从所述开口离开弹筒206。流体流210可使第二射弹202(2)从腔室204前面的位置朝向弹筒206前面移动，如表示第二射弹202(2)的移动212的箭头所指示。流体和第二射弹202(2)的移动212可使第二射弹202(2)置于弹筒206内，使得与射弹202(2)相关联的一个或多个密封件214接合弹筒206的内径。在一些实现方式中，在射弹202位于腔室204中时，射弹202的密封件214还可以接合所述腔室的内径。在第二射弹202(2)位于弹筒206中之后，弹筒206内的推进剂材料的致动可使第二射弹202(2)朝向工作面加速以产生撞击208，所述撞击又可致使流体流210促进另外的射弹202移动到弹筒206中。在一些实现方式中，流体流210可致使与腔室204或弹筒206相关联的挡板阀或其他类型的封闭机构闭合以防止过多的流体、碎屑或空气进入腔室204或弹筒206。
51.虽然图2绘示了流体流210使射弹202朝向弹筒206前面移动的实现方式，但是在其他实现方式中，射弹202可朝向弹筒206的后端或弹筒206的侧面开口(例如，后装式)移动。另外，虽然图2绘示了射弹202从腔室204移动到弹筒206，但是在其他实现方式中，射弹202
的泥浆可朝向冲压加速器组件102的弹筒206被泵送通过管子。在其他实现方式中，可在现场产生一个或多个射弹102。例如，冲压加速器组件102或与系统100相关联的另一个组件可用混凝土、另一种可固化材料或稠密液体来填充塑料容器或其他类型的容器，并且被填满的容器可用作射弹202。
52.在一些实现方式中，射弹202中的一者或多者可包括锥形尖端216以方便刺穿到工作面中。射弹202还可以包括大体上圆柱形的主体218，以及方便射弹202加速并减少阻力的背面220。在一些实现方式中，射弹202的特性，诸如射弹202的主体的外部特征，可与弹筒206的特性相互作用，从而在射弹202加速通过弹筒206时产生冲压效应。
53.在一些实现方式中，冲压加速器组件102、扩孔工具108或收集拖车120中的一者或多者可在气体或液体压力下操作，诸如在水下、在钻井泥浆内或在加压空气中，这可以增加碎屑的浮力以及促使碎屑运送离开工作面。增加的压力还可以促进隧道或竖井的稳定性，减少或去除对岩栓或其他类型的地面支撑的需要。例如，岩石和其他材料在浸入水、钻井泥浆或加压空气中时可能更具浮力，这可使用于将碎屑运送离开工作面的组件的部件能够更轻并且使用较少的力和能量来操作。另外，系统100的多个部分在流体内操作可减少或去除对清空隧道中的水的需要。减少或去除对水排放的需要可提高效率并降低与隧道或竖井的延伸有关的成本。另外，系统100可在倾斜区域(例如，斜面或斜坡)中使用以延伸水平隧道或竖井，或延伸弯曲的隧道或竖井。使用冲压加速器组件102加速的射弹202的使用可使射弹202能够准确地撞击目标位置，即便在压力下、在流体内等等中使用时。例如，虽然射弹202在行进穿过某些介质时可能会丢失速度，但是使用冲压加速器组件102加速的射弹202可维持足够的速度以准确地撞击目标。
54.在一些实现方式中，隧道稳定机构，诸如用于将岩栓、钉子或其他稳定结构放置到隧道的壁中的岩栓固定工具、用于将混凝土、砂浆或其他材料提供到隧道壁的混凝土喷射工具或其他类型的工具，可结合到冲压加速器组件102、扩孔工具108或收集拖车120中的一者或多者中。使用岩栓固定和混凝土喷射工具或其他类型的隧道稳定机构可允许通过使稳定和地面支撑过程能够与射弹的加速、使用扩孔工具108对隧道或竖井钻孔和使用收集板116和收集组件的其他部分来移除碎屑至少部分同时地执行来允许执行连续开采、挖隧道或钻孔作业。
55.例如，图3和图4绘示了示例系统300、400，其中收集拖车102包括用于将碎屑从工作面移走的渣土运送机302以及与渣土运送机302上面的被引导结构接合的混凝土喷射履带车304和钉子/螺栓固定履带车306。渣土运送机302可包括斜道、斜坡或用于将碎屑引导离开工作面的其他结构。在一些实现方式中，渣土运送机302可包括用于向碎屑提供动力的运送带或其他系统。在收集拖车120在隧道或竖井内前进时，混凝土喷射履带车304和钉子/螺栓固定履带车306可在隧道或竖井内执行稳定操作。明确地说，钉子/螺栓固定履带车306可用于螺栓固定操作，而混凝土喷射履带车304可用于在隧道内提供砂浆或其他稳定材料。虽然图3和图4绘示了混凝土喷射履带车304和钉子/螺栓固定履带车306与用于从工作面移除碎屑的组件相关联，但是在其他实现方式中，混凝土喷射履带车304、钉子/螺栓固定履带车306或其他工具或组件可与冲压加速器组件102、包括扩孔工具108的组件或单独的组件或车辆相关联。
56.在一些实现方式中，参看图1描述的用于执行连续挖隧道、钻孔或开采作业的组件
中的一者或多者可按不同方式组合或结合。例如，扩孔工具108和冲压加速器组件102可结合在单个组件内。
57.图5是绘示切削工具502的实现方式的一系列图500，所述切削工具可与冲压加速器组件102结合使用以使用射弹撞击与钻孔作业的组合来延伸竖井或隧道。在一些实现方式中，切削工具502可包括钻头，诸如牙轮钻头、取芯钻头或具有一个或多个切削元件的其他类型的钻头，所述一个或多个切削元件被带到与岩石或其他材料接触并且通过钻头的旋转来对材料进行切削或移位。例如，切削工具502如图所示具有大体上圆柱形的主体，在其端部具有切削表面504。切削表面504可包括一个或多个切削元件，在切削表面504旋转时，所述一个或多个切削元件对切削表面504附近的岩石或其他材料进行切削、扩孔或以其他方式进行移位。切削表面504还可以包括一个或多个孔，射弹202可加速通过所述孔而与切削表面504附近的工作面接触。例如，一个或多个冲压加速器组件102可结合在切削工具502的主体内。
58.继续该示例，图5绘示切削表面504的图解正视图，在所述切削表面中有加速射弹202可从中穿过切削表面504的一系列孔。在一些实现方式中，每个孔可与冲压加速器组件102相关联。在其他实现方式中，单个冲压加速器组件102可被配置为使射弹202加速通过多个孔。
59.明确地说，图5绘示一系列径向射弹孔506绕着切削表面504的圆周大体上均匀间隔开的实现方式。切削表面504如图所示包括具有八个径向射弹孔506的外环以及具有相对于外环位于里面的八个径向射弹孔506的内环。切削表面508还如图所示包括两个中心射弹孔508，在一些实现方式中，所述中心射弹孔的直径比径向射弹孔506的直径大。例如，加速通过中心射弹孔508的射弹202可具有比加速通过径向射弹孔506的射弹202大的一个或多个尺寸。
60.在一些实现方式中，可基于切削工具502正在刺穿的材料的特性、隧道或竖井的延伸方向、隧道延伸的期望速率等等来选择射弹202加速通过的特定孔。
61.例如，图6是绘示用于将多个冲压加速器组件102与切削工具502的切削表面504结合使用来延伸隧道602的系统的图600。在图6中，未示出切削工具502的主体以实现对切削表面504和冲压加速器组件102的位置的视觉化。图6绘示布置成一行的四个加速器组件102。在一些实现方式中，切削表面504可相对于冲压加速器组件102旋转，并且当切削表面504中的孔与冲压加速器组件102对准时，可致动冲压加速器组件102的至少一部分以使一个或多个射弹202加速通过孔。
62.图6绘示与切削工具502和冲压加速器组件102相关联的一个或多个额外车辆604。例如，可使用轮子114、轨道、轨条等来使冲压加速器组件102前进通过隧道602，并且车辆604可类似地包括用于前进通过隧道602的轮子114或另一个机构。在一些情况下，车辆604可与支持切削工具502或冲压加速器组件102的使用的组件相关联，诸如将射弹202和推进剂材料提供到冲压加速器组件102中的组件。另外，在一些情况下，车辆604可与用于收集和移除由切削表面504或射弹202与工作面之间的相互作用产生的碎屑的组件相关联。
63.在一些实现方式中，可基于隧道602的期望的延伸方向来选择被致动的特定冲压加速器组件102。例如，重复地使射弹202朝向切削表面504的一侧加速可能会由于由射弹202的加速以及射弹202与隧道602的一侧之间的相互作用施加的力而致使隧道602在相反
的方向上延伸。在其他实现方式中，可基于切削表面504正在刺穿的材料的特性、期望的刺穿速率等来选择被致动的特定冲压加速器组件102。例如，在使用切削工具502达到足够的刺穿速率时，可致动较少数量的冲压加速器组件102并且在一些情况下零个冲压加速器组件102。
64.图7是绘示示例实现方式的一系列图700，其中可基于工作面的特性、期望的刺穿速率或期望的刺穿形状来使用不同数量或配置的冲压加速器组件102。在第一个图中，通过致动与切削工具502相关联的大量冲压加速器组件102，在切削表面504前面的工作面的大部分可能会受到射弹撞击影响，如第一组射弹路径702所示。在此种情况下，岩面或其他类型的工作面的大部分可能会被多个射弹202撞击，这可能会显著地削弱工作面的大部分。在第二个图中，可致动冲压加速器组件102的所选子集，如第二组射弹路径704所示，这可能会削弱工作面的所选部分。使用射弹撞击削弱工作面的所选部分可用于控制刺穿通过材料的速率、在材料中形成的隧道602的形状、隧道602的延伸方向等。例如，切削表面504与工作面的未通过射弹撞击削弱的第一部分之间的相互作用可能会导致切削工具502的路径偏离工作面的第一部分，并转向工作面的已通过射弹撞击削弱的第二部分。射弹撞击还可以用于选择性地撞击工作面的中心、工作面的边缘或工作面的其他部分。
65.例如，可选择工作面的将通过射弹202削弱的一部分，诸如一定百分数的孔面积，而工作面的其余部分可仍使用使用切削表面504进行的钻井或钻孔作业来移除。可基于可使用切削工具502延伸隧道602或竖井的速率以及可从工作面移除碎屑的速率来选择工作面的通过射弹202削弱的部分。例如，如果隧道602以使得碎屑能够比碎屑移除更快地积聚的速率延伸，则使用射弹202削弱工作面可能受限以保存材料并减慢刺穿工作面的速率，防止非所要的碎屑积聚。
66.例如，可使用与切削表面504相关联的径向射弹孔506来使射弹202加速，从而产生工作面的受射弹撞击影响的圆盘形区域，而工作面的中心部分未受射弹撞击影响。
67.图8是绘示工作面802的图800，其中外区域804受一个或多个射弹撞击806的影响，如射弹路径706所示，而内区域808不受射弹撞击806的影响。结果，内区域808可能主要被切削工具502的切削表面504撞击，如图8的标记为“切削相互作用”810的区域所示。在一些实现方式中，具有垂直于工作面802的直径的圆盘形切削表面504可用于从工作面802移除材料。在此种情况下，如射弹路径706所示般加速的射弹202可使圆盘形切削表面504可接触工作面802的区域的两侧上的材料破裂或对所述材料进行调节，这可减少圆盘形切削表面504的两侧所受的应力。
68.在一些实现方式中，参看图1至图8描述的系统中的一者或多者可与移动(例如，自驱动或自主控制的)挖隧道单元结合使用。传统的隧道掘进机(tbm)包括圆形刀盘并且使用旋转扭矩来凿通岩石或其他材料。使用tbm的挖掘过程通常造成同心孔，将应用限制为单一横截面类型并且最终产生具有隧道段的低利用率的轮廓。在项目需要不是圆形(诸如矩形或其他形状)的完工隧道横截面的情况下，通常使用二次挖掘作业来提供期望的横截面。与二次挖掘作业相关联的额外设备、劳动和时间可使与形成隧道相关联的时间、成本和其他资源呈指数增加。本文描述的实现方式可使得能够形成并调节隧道，诸如通过非开挖挖掘作业，并且可向隧道提供圆形或非圆形的横截面形状，其中隧道段的利用率明显高于常规的挖掘作业。在一些实现方式中，本文描述的技术可用于形成具有变化的几何形状的隧道
(例如，直径或横截面形状随着长度而改变的隧道)。另外，在与常规挖掘作业相比时，使用本文描述的技术可使得能够用明显较少的时间和成本来形成和调节隧道。
69.在一些实现方式中，这样的挖隧道单元可使用水刀或其他介质或装置来对表面进行预调节，而冲压加速器组件102可用于通过使射弹202加速而与材料接触来使岩石或其他材料破裂。在一些实现方式中，水刀和冲压加速器组件102可在远程进行控制，并且在一些情况下可在各种位置铰接或瞄准。如先前所述，冲压加速器组件102可削弱、破裂、降级或以其他方式影响岩石或其他材料，这可使得其他工具能够更有效地使材料移位。另外，虽然使用术语“冲压加速器”来描述冲压加速器组件102，但是还可以使用轨道炮、气体炮或对射弹202提供力的其他方法。如先前所述，冲压加速器组件102可包括相关联地定位的具有推进剂或其他动力源的管状主体，诸如气体炮，使得来自加压或可燃气体的力可使射弹202在管状主体内移动。随后，射弹202与管状主体之间的相互作用可使射弹202朝向岩面或其他材料进一步加速。射弹202与岩石或其他材料之间的相互作用可使材料破裂为期望的横截面形状。在一些实现方式中，表面可在被一个或多个射弹202撞击之前进行预调节，以控制射弹撞击导致材料破裂或以其他方式受影响的方式。
70.图9是示出挖隧道单元902的实现方式的一系列图900，所述挖隧道单元可用于调节表面并且使用水射流904和冲压加速器组件102的组合将材料从所述表面移位。挖隧道单元902可包括可使用轨道908前后移动(例如，进一步前进到隧道602中以及从隧道退出)的结构框架906。在其他实现方式中，可使用轮子、滑橇、滚轮或用于使挖隧道单元902能够移动的其他方法。在一些实现方式中，可远程控制挖隧道单元902的移动。在一些实现方式中，挖隧道单元902可针对自动移动来进行配置，诸如在使用挖隧道单元902来形成隧道602的一段之后自动前进到隧道更深处。
71.多个水射流904可安装在结构框架906上。在一些实现方式中，水射流904可包括铰接水射流头(例如，水刀)。在其他实现方式中，除了水射流904之外或替代水射流，还可使用其他类型的切削、扩孔或钻孔工具来对表面进行预调节。一个或多个冲压加速器组件102也可安装到结构框架906。图9绘示了结构框架906，所述结构框架具有大体上矩形形状的外框架和具有大体上半圆形形状的内框架，水射流904安装在所述外框架上，冲压加速器组件102安装在所述内框架上。然而，在其他实现方式中，可使用具有任何形状的框架。例如，水射流904可沿着具有半圆形形状或另一个期望形状的外框架定位。作为另一个示例，水射流904与冲压加速器组件102均可沿着具有矩形形状、半圆形形状或另一种形状的单个框架定位，并且可省去单独的内框架和外框架的使用。
72.在一些实现方式中，如图9中所示，水射流904可安装在挖隧道单元902的前(例如，前面)缘处，而冲压加速器组件102安装在水射流904后面，诸如在结构框架906的后(例如，后面)缘处或附近。在一些实现方式中，支架系统可允许每个水射流904独立地移动、铰接并采取多个不同的位置或取向以将水射向表面。每个水射流904可包括致动器，并且在一些实现方式中，可被编程以独立于其他水射流904自动地移动。例如，特定水射流904可被编程为进行的固定的任务，所述任务包括铰接到一个或多个位置、使用一个或多个行进速率、进给速率或流速以及其他操作参数。继续该示例，具有多个水射流904的挖隧道单元902可被编程为将水射流904彼此结合使用来对岩石或其他材料进行预调节以形成隧道602的一段。
73.在一些实现方式中，挖隧道单元902可包括朝向挖隧道单元904的底部定位的一个
或多个额外水射流904，所述水射流可附接到可移动臂。在一些实现方式中，此类水射流904可安装在六轴机械臂上，这可允许水射流904以几乎无限数目的方式来进行定位和取向以向岩石或其他材料提供水。在其他实现方式中，可使用具有比六个轴更多或更少的其他类型的臂或可移动构件。在挖隧道单元902前进到隧道602中时，这些水射流904可预先切削隧道轮廓的下部部分，随后根据需要移出位置以进行其他作业。
74.在一些实现方式中，可使用水射流904来切削隧道断面的初始外轮廓。在其他实现方式中，可使用水射流904来切削其他图案以预调节或削弱岩面或其他材料。在切削初始外轮廓之后，在一些实现方式中可被铰接、瞄准等的冲压加速器组件102可用于使射弹202加速进入外轮廓内的岩石或其他材料中，以压碎所述材料。在一些实现方式中，每个冲压加速器组件102可与轨道908或用于实现其移动的其他机构相关联，并且可被移动、枢转和铰接以将射弹提供到岩石或其他材料中的所选位置。在通过射弹撞击使岩石或其他材料破裂时，可使用装碴操作(诸如参看图1描述的那些)来将材料运出新形成的隧道段。挖隧道单元902随后可向前移动到新形成的隧道段中，并且可重复所述过程以延伸隧道602。在一些实现方式中，挖隧道单元902可在形成隧道602的多个段时继续前进。通过重复该过程来延伸隧道602可用于提供具有相同的横截面形状和直径或不同(或可变)的横截面形状或直径的后续的隧道段。
75.图10是示出图9的挖隧道单元902的透视图的图1000，所述挖隧道单元被定位为与工作面802(诸如岩面或其他类型的材料或表面)内的隧道602相互作用并且形成所述隧道。如先前所述，挖隧道单元902可包括在其前(例如，前面)端处的一个或多个水射流904以及在其后(例如，后面)端处或附近的冲压加速器组件102。水射流904可位于挖隧道单元902的结构框架906的外部部分上，所述外部部分可具有大体上矩形的形状，而冲压加速器组件102位于结构框架906的内部部分上，所述内部部分具有大体上半圆形的形状。挖隧道单元902可位于轨道908或使得挖隧道单元902能够移入或移出隧道602的类似部件上。
76.在一些实现方式中，可使用水射流904来对岩面或其他材料的具有非圆形轮廓(诸如正方形或矩形横截面形状)的一部分进行预调节。例如，图11绘示可使用预调节装置来形成隧道602的隧道轮廓1102的图1100，同时可使用射弹射击图案1104来基于隧道轮廓1102将材料移位以形成隧道602的一段。在使用水射流904对岩面的一部分进行预调节之后，随后可使用一个或多个冲压加速器组件102来将射弹202发射到工作面802或其他材料中的由水射流904形成的预调节轮廓内的多个位置处。射弹202与工作面802或其他材料之间的相互作用可使材料破裂、破碎或以其他方式降级，从而形成具有预调节轮廓的形状的隧道段。随后可使用装碴作业来将降级材料从隧道602移除以使挖隧道单元902能够前进。由于挖隧道单元902的大体上敞开的内部，可在不需要移除挖隧道单元902的情况下，诸如通过使人员或设备从挖隧道单元902的结构框架下面通过，来执行装碴作业以及其他作业。
77.虽然图9至图11绘示了包括水射流904的挖隧道单元902，但是在其他实现方式中，可使用用于对岩面或其他材料进行预调节或切削的其他方法。例如，除了水射流904之外或替代水射流，还可以使用岩石锯片、旋转刀具、圆盘刀具、巷道掘进机、添加磨料的水射流、热散裂、热调节(例如，对岩石加热并使岩石破裂)、等离子刀、预钻井等来切削或预调节期望的轮廓。在一些实现方式中，可使用冲压加速器组件102或其他射弹射击装置来切削或预调节岩面或其他材料。例如，可使用射弹撞击来在岩面中在期望轮廓的周界周围形成孔。
78.使用水射流904或其他机构来按期望的横截面形状对岩面或其他材料进行预调节或预切削可提高岩石破裂作业的效率。例如，通过使用水射流904来形成正方形或矩形周界形状，或隧道602的一部分的横截面的另一种期望的形状，可控制使用来自冲压加速器组件102的射弹撞击所致的岩石破裂。继续该示例，射弹撞击造成的破裂可限于岩石的预切削或预调节区域，由此控制从工作面802移除的材料的形状。在一些实现方式中，可通过使用水射流904产生间隙或被削弱的岩石或具有不同密度的岩石的区域来控制增益和近孔岩石破坏。受水射流904影响的岩石区域可模拟自由面反射区，使得由射弹撞击导致的冲击波从压缩波改变为张力波，这沿着由水射流904进行的预调节界定的周界拉动预调节的岩石并使预调节的岩石破裂。例如，岩石的切削或预调节区域的产生可提供边界区，其中在金属、陶瓷、易侵蚀或尖端有炸药的射弹或其他类型的射弹被发射时，射弹撞击预调节区域内的岩石，从而产生如上文所述受岩石的切削或削弱区域影响的压缩波。在其他实现方式中，除了射弹撞击之外或替代射弹撞击，还可使用其他机构来产生冲击波，诸如通过使用达纳炸药或其他炸药。与常规方法相比，使用本文描述的实现方式可更有效地对岩面进行预调节以便破裂，并且使用射弹撞击更有效地使岩面破裂，射弹撞击可以以某方式进行定时且间隔开，使得控制撞击的冲击波并产生用于破裂的岩石或其他材料掉落的区域。
79.例如，图12是示出使用冲压加速器组件102加速的射弹202与隧道602的预调节部分之间的相互作用的实现方式的图1200。冲压加速器组件102可包括推进剂腔室1202，用于将推进剂材料提供到冲压加速器组件102的一个或多个其他部分以对射弹202施加力。在一些实现方式中，推进剂腔室1202可包括气体炮或其他动力源。通风段1204可包括一个或多个鼓风口或其他开口以使得通过加压、燃烧、化学反应或与推进剂材料的其他相互作用产生的气体能够离开冲压加速器组件102。推进剂材料与射弹202之间的相互作用可使射弹202加速通过冲压加速器组件102的发射管1206而与岩石或另一种材料接触，导致射弹撞击806使材料破裂或削弱。在一些实现方式中，发射管1206的内部与射弹202的外部特征之间的相互作用可对射弹202提供冲压效应以增加其速度。例如，发射管1206的内部可包括挡板、轨条、发射管1206的内径的变化或与射弹202的主体相互作用的其他特征以增加射弹的速度。
80.在一些实现方式中，多个射弹可撞击岩面或其他材料的预调节区域的不同部分以使材料破裂，如上文所述，形成碎屑，可使用装碴作业或其他输送或移除方法来将碎屑从所得的隧道段移除。例如，可使用水射流904或其他预调节装置来形成隧道段的隧道轮廓1102。可通过使用射弹撞击使隧道轮廓1102内的预调节区域破裂来延伸所述隧道段。所得的隧道段可具有基于使用水射流904或其他切削或预调节方法对岩石或其他材料的预调节来确定的横截面形状。在一些实现方式中，可使用单个冲压加速器组件102来使多个射弹202加速进入岩面或其他材料中的同一个位置或多个不同位置。例如，可连续地使用单个冲压加速器组件102来将射弹202提供到岩面的各个区域。在其他情况下，可顺序地或同时地使用多个冲压加速器组件102来用射弹202撞击岩面或其他材料的相同或不同区域。例如，可使用多个不同的冲压加速器组件102对射弹202同时地或时间上接近地加速来对岩面应用图11中所示的射弹射击图案1104。
81.向岩面或其他工作面802提供预切削区域，诸如具有正方形形状的区域，可致使来自射弹撞击的塑性应变延伸到岩面的预切削部分中。例如，在用一个或多个射弹202撞击工
作面802之前向孔的底部或隧道602的端部提供正方形形状的预切削区域可方便改变孔或隧道602的后续部分的横截面形状。使用水射流904、岩石锯、来自射弹202的撞击或上述的其他方法形成预调节或预切削区域可作为离散过程或连续过程来执行。例如，水射流904或用于对工作面802进行预调节的其他机构可连续地使用或在来自射弹202的撞击之间快速接连着使用。虽然本文描述的实现方式包括使用冲压加速器组件102，但是可使用使射弹加速的其他机构。例如，可使用超音速或极超音速质量驱动器、电动轨道炮或其他装置来使射弹202朝向工作面802加速。
82.本文描述的实现方式可用于形成水平的、垂直的、有角度的或具有其他取向的隧道602。隧道602还可以包括矿井、垂直隧道诸如井孔，或其他类型的孔或隧道。另外，一些实现方式可包括在水下或在其他加压环境中形成隧道602。可使用计算装置和传感器来确定用于致动水射流904或其他预调节装置以及用于致动冲压加速器组件102或用于使射弹加速的其他方法的时间和取向。
83.在一些实现方式中，在使用水射流904或其他装置形成预调节区域之前，可首先使岩面或其他材料破裂，诸如通过一个或多个射弹撞击806，随后再次撞击岩石以使岩石按期望形状破裂。在一些实现方式中，如果未通过射弹撞击完全移除岩面或其他材料的预调节区域的多个部分，诸如正方形形状的预调节区域的角落区域，则可使用除垢棒、千斤顶锤、钻头、刀具或其他机械器具来从预调节区域移除剩余的材料。在一些情况下，可使用水射流904来移除剩余的材料，诸如通过在径向方向上对材料进行切削。在其他情况下，可使用额外的射弹撞击来移除初始射弹撞击806未移除的材料。例如，可使用较小的射弹撞击806(例如，使用较小的射弹、较少的力或具有不同特性的射弹、)来移除未通过初始射弹撞击806完全移除的剩余材料。在一些实现方式中，水射流904可被铰接以在不与隧道面的中心线平行的方向上喷射水，诸如以在水射流的喷射期间提供对预调节区域的边缘的位置的更好控制。
84.虽然上文参看图9至图12描述的实现方式绘示了包括水射流904、冲压加速器组件102等的单个单元，但是在其他实现方式中，一种包括射弹加速装置、泵、电源、机器人、预调节装置等的系统可包括可使用一个或多个计算装置进行控制和协调的多个单独单元。例如，可使用传感器和其他仪器来手动地或自动地远程控制并协调各种装置的操作，诸如以满足生产速率的某些多组参数。在一些情况下，可在一件或多件设备之间设置声屏障、空气屏障、气体屏障或其他类型的间隔件，诸如以控制灰尘、噪声等。
85.在一些实现方式中，可接连着使用多个挖隧道单元902。例如，图13是绘示包括多个挖隧道单元902的系统的实现方式的图1300。第一挖隧道单元902(1)可包括水射流904和冲压加速器组件102，如参看图9至图12所描述的。第二挖隧道单元902(2)可位于第一挖隧道单元902(1)后面，并且可包括具有环形构造的切削表面504。例如，第二挖隧道单元902(2)可包括具有环形刀具的隧道掘进机(tbm)。
86.在一些实现方式中，第一挖隧道单元902(1)可安装到大体上圆柱形的结构框架906。第二挖隧道单元902(2)可安装到直径比第一挖隧道单元902(1)的直径大的大体上圆柱形的结构框架906。例如，图13绘示具有在前端的水射流904、在后端的冲压加速器组件102和在冲压加速器组件102后面的降噪挡板1302的第一挖隧道单元902(1)。在一些实现方式中，降噪挡板1302可安装在第一挖隧道单元902(1)的末端隔离壁中。可使用隔离壁和挡
板来对第一挖隧道单元902(1)进行声隔离，从而减少在第二挖隧道单元902(2)紧跟在第一挖隧道单元902(1)后面时由在第二挖隧道单元前面发生的岩石破裂和射弹发射造成的噪声的影响。例如，第二挖隧道单元902(2)可包括具有一位或多位人类操作员的由人操纵的段，并且使用隔离壁、挡板或隔离壁与挡板可减少人类操作员暴露于来自岩石破裂和射弹发射的噪声下。
87.第一挖隧道单元902(1)如图所示在第二挖隧道单元902(2)前面并且与第二挖隧道单元间隔开，第二挖隧道单元如图所示位于较大的圆柱形框架906上。第一挖隧道单元902(1)与第二挖隧道单元902(2)可间隔开选定的间隔距离，诸如用于控制噪声、碎屑等。虽然图13绘示了第二挖隧道单元902(2)的具有环形形状构造的切削表面504，但是在其他实现方式中，第二挖隧道单元902(2)可包括铰接刀具，诸如长壁采矿机或掘进机、沿着多旋转轴机器的圆盘刀具等。因为第一挖隧道单元902(1)可用于使大多数岩石破裂以形成隧道段，所以第二挖隧道单元902(2)可具有与传统tbm的形状不同的各种形状。
88.在一些实现方式中，运送系统1304可结合在挖隧道单元902中的一者或多者内。例如，可使用运送带来将碎石、碎屑或其他材料从隧道602输送走，并且在一些情况下，用于将其他材料输送到隧道602中。在一些情况下，碎石机1306或类似装置可位于运送系统1304上或前面以对使用运送系统1304输送的碎石或其他碎屑进行压碎、破裂或以其他方式降级或处理。例如，图13示出与材料装卸运送系统1304的一部分相关联地定位在第二挖隧道单元902(2)的结构框架906内的碎石机1306。在其他实现方式中，除了与第二挖隧道单元902(2)相关联的碎石机1304之外或替代所述碎石机，碎石机1304还可以位于第一挖隧道单元902(1)的结构框架906内。例如，来自第一挖隧道单元902(1)的射弹撞击可产生相当大块的碎屑，在使碎屑通过或进入第二挖隧道单元902(2)中之前，可通过碎石机1304对所述碎屑进行压碎或以其他方式进行处理。在一些情况下，两个挖隧道单元902可构成共用类似装碴方法的两个独立控制的单元。例如，挖隧道单元902可被独立地控制，而可使用单个运送带或其他材料运送系统来移动与两个挖隧道单元902相关联的材料。
89.在使用期间，如先前所述，可使用第一挖隧道单元902(1)来使岩面的一部分破碎，从而形成隧道602的一段。与直径大于第一挖隧道单元902(1)的直径的环形形状框架906相关联的第二挖隧道单元902(2)可用于对通过第一挖隧道单元902(1)产生的隧道段的外边缘进行扩孔。在挖隧道单元902前进到新形成的隧道段中时，第二挖隧道单元902(2)可对先前通过第一挖隧道单元902(1)产生的隧道段的外边缘进行扩孔或扩展。
90.图14是示出图13的第一挖隧道单元902(1)和第二挖隧道单元902(2)的实现方式的正视图的一系列图1400。第一挖隧道单元902(1)可包括安装到结构框架906的水射流904或其他类型的预调节装置以及冲压加速器组件102或其他类型的射弹加速装置。在图14所示的实现方式中，结构框架906具有大体上圆柱形形状，然而，在其他实现方式中，可使用其他形状。可使用水射流904来预切削或预调节岩面，诸如通过削弱岩面的区域的周界。随后，可使用冲压加速器组件102来使一个或多个射弹202加速进入所述周界内的岩面中。射弹202与岩面之间的撞击可促进所述周界内的岩石的破裂，而如先前所述，预切削或预调节周界的存在可致使由射弹撞击导致的冲击波将岩石从岩面在所述周界内的区域拉动并移除。虽然图14绘示了沿着框架906的内表面定位的冲压加速器组件102，但是在其他实现方式中，冲压加速器组件102可沿着框架906的外表面或沿着框架906的前缘定位。类似地，水射
流904可位于框架906上的其他位置处。
91.第一挖隧道单元902(1)可以是可独立于第二挖隧道单元902(2)使用的自含式单元，并且可独立于第二挖隧道单元902(2)来进行控制。当第一挖隧道单元902(1)靠近岩面定位时，可致动所绘示的水射流904来对完整的360度轮廓中的岩面进行预调节。也围绕框架四周安装的冲压加速器组件102可用于通过接连着将多个射弹发射到岩面中来使预调节的岩面破裂。射弹撞击可使岩面的由水射流的预调节界定的区域破裂，导致岩石片掉落在新形成的隧道段内。可使用第一挖隧道单元902(1)内的运送系统1304来将材料输送到位于离岩面较远处的装碴设备。
92.在一些实现方式中，第一挖隧道单元902(1)可包括材料装卸臂1402，诸如挖掘机臂和挖斗，所述材料装卸臂可安装到第一挖隧道单元902(1)的框架的前缘。例如，材料装卸臂1402可以是远程地、自动地或手动地控制以促进碎石或其他材料远离或朝向岩面移动。虽然图14将挖掘机臂和挖斗绘示为用于运送碎屑和其他材料的示例装置，但是还可以使用用于移动材料的其他类型的装置。
93.在一些实现方式中，如图所示在第一挖隧道单元902(1)中的每个水射流904、冲压加速器组件102、所绘示的材料装卸臂1402和运送系统1304可独立地且自动地进行操作，诸如使用在隧道602外部或在位于第一挖隧道单元902(1)后面的第二挖隧道单元902(2)的由人操纵的部分中的控件来远程控制。
94.另外，图14绘示了第二挖隧道单元902(2)的正视图，在一些实现方式中，第二挖隧道单元可包括沿着大体上圆柱形的框架定位的环形形状的切削表面504。在一些实现方式中，环形刀具的直径可大于第一挖隧道单元902(1)的框架的直径。例如，在最初使用第一挖隧道单元902(1)使岩面破裂之后，第二挖隧道单元902(2)的切削表面504可对隧道的一段进行进一步扩孔、削弱、降级、变平滑或加宽。在其他实现方式中，第二挖隧道单元902(2)可包括铰接刀具，诸如长壁采矿机或掘进机、沿着多旋转轴机器的圆盘形刀具等。因为第一挖隧道单元902(1)可用于使大多数岩石破裂以形成隧道段，所以第二挖隧道单元902(2)的切削表面504可具有与传统tbm的形状不同的各种形状。
95.通过第一挖隧道单元902(1)或第二挖隧道单元902(2)破裂的碎石或其他材料可通过第二挖隧道单元902(2)的中央敞开段1404。例如，运送系统1304可通过敞开段1404并且可将碎石或其他材料远离或朝向岩面输送。如先前所述，在一些实现方式中，碎石机1306或用于使碎石或其他碎屑破裂、压裂或以其他方式进行处理的其他装置可与运送系统1304相关联。
96.在一些情况下，第二挖隧道单元902(2)的环形切削表面504可用作扩孔器，所述扩孔器可清理通过使用第一挖隧道单元902(1)来使岩石破碎并移除岩石而形成的隧道段并使所述隧道段的直径变平滑。通过环形段的中心，连续运送系统1304可用于将岩石、碎屑或其他材料从挖隧道单元902输送到位于第二挖隧道单元902(2)的切削表面504后面的碎石机1306。碎石机1306可处理通过一个或两个挖隧道单元902从岩面移除的较大块的岩石。在一些实现方式中，通过碎石机1306处理的材料随后可馈送到位于碎石机1306后面的额外运送系统1304并朝向装碴系统输送。
97.在其他实现方式中，一个或多个冲压加速器组件102或水射流904可结合在第二挖隧道单元902(2)的框架内。例如，可使用冲压加速器组件102来将射弹发射通过第二挖隧道
单元902(2)的环形形状内的孔或格子图案。
98.在一些实现方式中，挖隧道单元902可与加压排气系统结合使用，诸如包括一个或多个加压螺旋钻的系统。例如，加压螺旋钻或另一个类似装置可用于将由射弹撞击产生的碎石输送通过压力-声屏障，挖隧道单元902可在在所述压力-声屏障内工作。这可使得挖隧道单元能够在不同的压力下工作，以及单独地控制废气的通过、传输或引导废气流等等。
99.尽管某些步骤已经被描述为由某些装置、过程或实体执行，但不一定是这种情况，并且本领域的普通技术人员将理解各种替代的实现方式。
100.此外，本领域的普通技术人员将容易地认识到，上述技术可以用于各种装置、环境和情况中。尽管本公开是相对于特定实施方案和实现方式来撰写，但是可向本领域的技术人员建议各种变化和修改，并且希望本公开涵盖属于所附权利要求书的范围内的此类变化和修改。
101.通过以下条款来描述落入本公开内的各种实现方式：
102.条款1：一种系统，所述系统包括：冲压加速器组件，所述冲压加速器组件包括：发射管，所述发射管具有朝向地质材料的第一区域取向的端部；在所述发射管内的射弹；在所述发射管内的推进剂材料，其中所述推进剂材料的点火对所述射弹施加力以使所述射弹从所述发射管加速离开并与所述地质材料的所述第一区域接触；以及第一动力源，其中所述冲压加速器组件能够朝向和远离所述地质材料的所述第一区域移动；钻孔组件，所述钻孔组件包括：切削工具，所述切削工具具有至少一个切削表面，其中所述切削工具或所述至少一个切削表面中的一者或多者可移动以接触所述地质材料的所述第一区域并且使所述地质材料的受与所述射弹的所述接触影响的至少一部分移位；以及第二动力源，其中所述钻孔组件能够朝向和远离所述地质材料的所述第一区域移动并且能够独立于所述冲压加速器组件移动；以及收集组件，所述收集组件包括：第一构件，所述第一构件位于所述发射管和所述切削工具下面，其中所述第一构件可移动以接触由所述射弹与所述第一区域之间的所述接触或所述至少一个切削表面与所述第一区域之间的所述接触中的一者或多者产生的碎屑，并且其中所述第一构件的移动使所述碎屑的至少一部分移动到所述第一构件上；以及第二构件，所述第二构件与所述第一构件相关联，其中所述第二构件对所述第一构件上的所述碎屑的所述至少一部分施加力以将所述碎屑的所述至少一部分移动远离所述地质材料的所述第一区域。
103.条款2：如条款1所述的系统，其中所述收集组件接合到所述钻孔组件并通过使所述钻孔组件朝向所述第一区域移动而接触所述碎屑。
104.条款3：如条款1或2所述的系统，其中所述收集组件的所述第二构件包括以下各者中的一者或多者：至少一个臂、所述第一构件的至少一个可枢转部分或用于将所述碎屑从所述第一区域移走的运送系统。
105.条款4：如条款1至3所述的系统，所述系统还包括收纳由所述至少一个臂、所述至少一个可枢转部分或所述运送系统中的所述一者或多者移动的所述碎屑的可移动容器。
106.条款5：如条款1至4中任一项所述的系统，所述系统还包括：第一控制器，所述第一控制器与所述冲压加速器组件相关联；第二控制器，所述第二控制器与所述钻孔组件相关联；一个或多个计算装置，所述一个或多个计算装置与所述第一控制器和所述第二控制器通信，其中所述一个或多个计算装置执行计算机可执行指令以进行以下操作：致使所述冲
压加速器组件使所述射弹加速而与所述地质材料的所述第一区域接触；致使所述切削工具将所述至少一个切削表面定位为与所述地质材料的所述第一区域接触以形成竖井的第一部分；以及使所述钻孔组件至少部分地移动到所述竖井的所述第一部分中。
107.条款6：如条款1至5中任一项所述的系统，所述系统还包括：第一控制器，所述第一控制器与所述冲压加速器组件相关联；第二控制器，所述第二控制器与所述钻孔组件相关联；一个或多个计算装置，所述一个或多个计算装置与所述第一控制器和所述第二控制器通信，其中所述一个或多个计算装置执行计算机可执行指令以进行以下操作：确定指示将所述碎屑从所述第一区域移除的速率的第一数据；确定所述切削工具的刺穿速率，所述刺穿速率与碎屑产生速率相关联，所述碎屑产生速率小于或等于所述移除速率；确定朝向所述地质材料加速的射弹的计数或射弹朝向所述地质材料加速的速率中的一者或多者，所述加速速率对应于所述切削工具的所述刺穿速率；以及将第二数据提供到所述第一控制器，其中所述第二数据指示所述射弹计数或所述射弹加速速率中的所述一者或多者。
108.条款7：如条款1至6中任一项所述的系统，所述系统还包括被取向为将以下各者中的一者或多者提供到所述地质材料的第二区域的一个或多个隧道稳定机构：螺栓、钉子、混凝土或砂浆。
109.条款8：如条款1至7中任一项所述的系统，其中所述地质材料的所述第一区域包括竖井的端部，并且所述地质材料的所述第二区域包括所述竖井的底板、顶板或壁中的一者或多者。
110.条款9：如条款1至8中任一项所述的系统，其中所述射弹包括外部特征，所述发射管包括一个或多个内部特征，并且在所述射弹在所述发射管内移动期间所述外部特征与所述一个或多个内部特征之间的相互作用使用冲压效应使所述射弹加速。
111.条款10：一种方法，所述方法包括：使第一射弹加速而与地质材料的第一区域接触，其中所述第一射弹至少部分地削弱所述第一区域处的所述地质材料；使所述地质材料的所述第一区域与切削工具的切削表面接触以使所述第一区域处的所述地质材料的至少一部分移位并形成竖井的第一段；以及将所述切削工具移动到所述竖井的所述第一段中。
112.条款11：如条款10所述的方法，其中所述第一射弹从容纳所述第一射弹和对所述第一射弹提供力的推进剂的组件加速，并且所述组件可独立于所述切削工具移动，所述方法还包括：在使所述地质材料的所述第一区域与所述切削表面接触之后，将所述组件朝向所述竖井的所述第一段移动。
113.条款12：如条款10或11所述的方法，其中所述第一射弹与所述第一区域之间的接触或所述切削表面与所述第一区域之间的接触中的一者或多者形成碎屑，所述方法还包括：将位于所述切削工具下面的构件移动到与所述碎屑接触以将所述碎屑的至少一部分移到所述构件上；以及对所述碎屑的所述至少一部分施加力以将所述碎屑的所述至少一部分从所述竖井的所述第一段移走。
114.条款13：如条款12所述的方法，其中对所述碎屑的所述至少一部分施加所述力包括以下各者中的一者或多者：使所述碎屑的所述至少一部分与和所述构件相关联的臂接触、使所述构件的至少一部分枢转以移动所述碎屑的所述至少一部分，或致动与所述构件相关联的运送系统。
115.条款14：如条款10至13中任一项所述的方法，所述方法还包括：使第二射弹加速而
与所述地质材料的第二区域接触，其中所述第二射弹至少部分地削弱所述第二区域处的所述地质材料；使所述地质材料的所述第二区域与所述切削表面接触以使所述第二区域处的所述地质材料的至少一部分移位并形成竖井的第二段；以及将所述切削工具移动到所述竖井的所述第二段中。
116.条款15：一种系统，所述系统包括：切削工具，所述切削工具具有切削表面；以及第一发射管，所述第一发射管与第一射弹以及用于使所述第一射弹朝向地质材料的第一区域加速的第一推进剂材料相关联，其中所述第一射弹穿过所述切削表面中的至少一个孔以接触所述地质材料的所述第一区域，并且在所述第一射弹与所述第一区域之间的所述接触之后，所述切削表面接触所述第一区域。
117.条款16：如条款15所述的系统，所述系统还包括：控制器，所述控制器与所述第一发射管相关联；一个或多个计算装置，所述一个或多个计算装置与所述控制器通信，其中所述一个或多个计算装置包括用于进行以下操作的计算机可执行指令：确定指示所述地质材料的一个或多个第一特性的第一数据；以及响应于所述第一数据与指示一个或多个第二特性的阈值数据之间的对应性，将第二数据提供到所述控制器以致使所述第一射弹朝向所述第一区域加速。
118.条款17：如条款15或16所述的系统，其中所述地质材料与所述第一射弹或所述切削表面中的一者或多者之间的接触产生碎屑，所述系统还包括：控制器，所述控制器与所述第一发射管相关联；一个或多个计算装置，所述一个或多个计算装置与所述控制器通信，其中所述一个或多个计算装置包括用于进行以下操作的计算机可执行指令：确定指示将所述碎屑从所述第一区域移除的速率的第一数据；确定所述切削工具的刺穿速率，所述刺穿速率与碎屑产生速率相关联，所述碎屑产生速率小于或等于所述移除速率；以及将第二数据提供到所述控制器，其中所述第二数据指示以下各者中的一者或多者：朝向所述地质材料加速的射弹的计数或射弹朝向所述地质材料加速的速率。
119.条款18：如条款15至17中任一项所述的系统，其中所述至少一个孔包括多个孔，所述多个孔包括位于所述切削表面的第一侧上的第一孔和位于所述切削表面的第二侧上的第二孔。
120.条款19：如条款15至18中任一项所述的系统，其中所述至少一个孔包括具有第一直径的第一孔和具有第二直径的第二孔，并且所述第二直径大于所述第一直径，所述系统还包括：第二发射管，所述第二发射管与大于所述第一射弹的第二射弹相关联，其中所述第二发射管被定位为使所述第二射弹加速通过所述第二孔。
121.条款20：如条款15至19中任一项所述的系统，所述系统还包括：可移动车辆，其中所述切削工具安装在所述可移动车辆上，并且其中所述可移动车辆可朝向和远离所述地质材料的所述第一区域移动。