一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置及方法与流程

1.本发明属于破岩技术领域，特别涉及一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置及方法。


背景技术：

2.随着经济发展，我国地下空间工程项目日益增多，特别是以川藏铁路为代表的一系列长大隧道群，以及大规模深埋矿山巷道、引水隧洞等建设项目需求不断增加，随之而来的是逐渐复杂的地质结构和工程难题。数十年来，以钻爆法和tbm工法为代表的隧道掘进技术长期活跃在各种不同类型的地下空间工程施工现场，然而，在复杂多变的地质环境和高效施工需求面前，传统的破岩技术逐渐面临新的挑战。近年来，各种用于岩石快速开挖的新技术和新方法不断涌现，包括激光辐射、微波处理、液氮冷冻、水射流和电子束等。这类技术的出现为隧道开挖效率的提升创造了新的可能。然而，在硬岩、极硬岩开挖方面，一般常规技术难以实现对岩体的有效破碎，而上述新技术尚未达到可以应用的阶段。
3.也即，对于硬岩、极硬岩的开挖，现有技术仍然存在难以对岩体破碎不充分或破碎效果差的技术弊端；
4.可见，对于硬岩、极硬岩的开挖，如何充分对岩体进行破碎，以及提高破碎效果，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置，以至少解决上述技术问题；
6.为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置，所述装置用于对岩石的掌子面进行破碎，所述装置包括：机架；爆破组件，所述爆破组件设置在所述机架内，所述爆破组件包括炮筒，所述炮筒正对所述掌子面的第一预设位置，用于执行爆破动作；机械破岩组件，所述机械破岩组件设置在所述机架的一端，所述机械破岩组件若干包括旋转破岩臂，若干所述旋转破岩臂正对所述掌子面的第二预设位置，用于执行旋转破碎动作；其中，当爆破组件对所述第一预设位置执行爆破动作后，所述机械破岩组件对所述第二预设位置执行旋转破碎动作，以对所述掌子面进行联合破碎。
7.在第一方面中，所述机械破岩组件还包括：旋转部和旋转驱动部，所述旋转驱动部的输出端连接所述旋转部，用于驱动所述旋转部转动，若干所述旋转破岩臂设置周向设置在所述旋转部的端部；其中，所述旋转部的轴心与所述炮筒同轴心设置，且所述旋转部的旋转直径大于所述炮筒的直径。
8.在第一方面中，所述旋转破岩臂的端部还设置有滚刀。
9.在第一方面中，所述装置还包括：耙斗和皮带输送机；所述耙斗设置在所述机架靠近所述掌子面的端部，所述耙斗用于接收所述爆破组件和所述机械破岩组件对所述掌子面进行破碎后掉落的碎片；所述皮带输送机的皮带输入端连通所述耙斗，用于将由所述耙斗
接收的所述碎片输送至所述皮带输送机的输出端。
10.在第一方面中，所述装置还包括：若干蟹爪，若干所述蟹爪转动设置在所述耙斗内外侧，用于将调入所述耙斗的所述碎片转动输入至所述耙斗的内侧；每一所述蟹爪均包括：基础转动部和若干齿部，基础转动部转动设置在所述耙斗内，若干所述齿部布设在所述基础转动部的外周，用于与所述基础转动部同步转动。
11.在第一方面中，所述装置还包括：若干撑靴，若干所述撑靴设置在所述机架的下方。
12.在第一方面中，所述装置还包括：推进油缸，所述推进油缸设置在所述机架上，所述推进油缸的输出端连接在旋转驱动部远离所述掌子面的一端，用于推进所述旋转驱动部朝所述掌子面的方向发生位移。
13.在第一方面中，所述装置还包括：第一油压缸和第二油压缸；所述第一油压缸和所述第二油压缸对应设置在所述机架上下方向的对立侧壁上，用于调节所述机架的高度。
14.第一方面中，所述装置还包括：若干机械锁；若干所述机械锁对应设置在若干所述旋转破岩臂与所述旋转部的端部连接位置，用于对应调节若干所述旋转破岩臂与所述旋转部之间的角度。
15.第二方面，本发明提供了一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的方法，所述方法应用于任意一项所述的弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置，所述装置包括爆破组件和机械破岩组件，所述方法包括：通过爆破组件对掌子面的第一预设位置进行爆破；所述通过爆破组件对掌子面的第一预设位置进行爆破包括，在所述掌子面上设置靶点，通过爆破组件对掌子面的靶点位置进行炮弹爆破；通过机械破岩组件对所述掌子面的第二预设位置进行爆破，所述通过机械破岩组件对所述掌子面的第二预设位置进行爆破包括：通过所述机械破岩组件沿爆破后的所述靶点的外围进行周向破碎。
16.在第二方面中，所述装置包括皮带输送机，所述方法还包括：在爆破组件以及所述机械破岩组件对掌子面进行破碎后，通过皮带输送机将破碎后的碎片输送出去。
17.有益效果：本发明提出了一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置，通过爆破组件对掌子面的第一预设位置进行爆破动作，以对掌子面的第一预设位置形成第一破碎区域，然后在通过机械破岩组件对掌子面的第二预设位置进行旋转破岩动作，以对掌子面的第二预设位置第二破碎区域，通过第一破碎区域与第二破碎区域相结合的方式，对掌子面形成充分的破碎环境；综上，通过爆破组件和机械破岩组件相结合的方式对掌子面进行联合破岩，以达到充分、高效的破岩效果。
附图说明
18.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例一中弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置的结构示意图；
20.图2为本发明图1中标记l的视角的结构图。
21.图3为本发明实施例一中滚刀的结构示意图；
22.图4为本发明实施例一中机械锁的结构示意图；
23.图5为本发明实施例一中蟹爪的结构示意图；
24.图6为本发明实施例一中掌子面先由初始状态被爆破组件爆破然后再由机械破岩组件破岩后的示意图一；
25.图7为本发明实施例一中掌子面先由初始状态被爆破组件爆破然后再由机械破岩组件破岩后的示意图二；
26.附图标记说明：
27.1、机架；
28.2、爆破组件；
29.201、炮筒；
30.202、装填部；
31.3、机械破岩组件；
32.301、旋转破岩壁；
33.302、旋转驱动部；
34.303、旋转部；
35.4、掌子面；
36.5、耙斗；
37.6、皮带输送机；
38.7、推进油缸；
39.8、第一油压缸；
40.9、撑靴；
41.10、后支撑；
42.11、滚刀；
43.12、蟹爪；
44.1201、基础转动部；
45.1202、齿部；
46.13、机械锁；
47.14、第二油压缸。
具体实施方式
48.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
50.实施例一：
51.如图1-7所示，本实施例一提供了一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置，装置用于对岩石的掌子面4进行破碎，装置包括：机架1、爆破组件2和机械破岩组件3。
52.其中，爆破组件2设置在机架1内，爆破组件2包括炮筒201，炮筒201正对掌子面4的第一预设位置，用于执行爆破动作；机械破岩组件3设置在机架1的一端，机械破岩组件3若干包括旋转破岩臂301，若干旋转破岩臂301正对掌子面4的第二预设位置，用于执行旋转破碎动作；其中，当爆破组件2对第一预设位置执行爆破动作后，机械破岩组件3对第二预设位置执行旋转破碎动作，以对掌子面4进行联合破碎。
53.具体而言，通过爆破组件2对掌子面4的第一预设位置进行爆破动作，以对掌子面4的第一预设位置形成第一破碎区域，然后在通过机械破岩组件3对掌子面4的第二预设位置进行旋转破岩动作，以对掌子面4的第二预设位置第二破碎区域，通过第一破碎区域与第二破碎区域相结合的方式，对掌子面4形成充分的破碎环境；综上，通过爆破组件2和机械破岩组件3相结合的方式对掌子面4进行联合破岩，以达到充分、高效的破岩效果。需要说明的是炮筒201为高强度线膛炮管，且炮管连接炮弹装填部202，由炮弹装填部202装填用于爆破的弹丸。
54.请继续参阅图6-图7，分别为掌子面先由初始状态被爆破组件爆破然后再由机械破岩组件破岩后的两种状态示意图；
55.在一些可能的实施方式中，机械破岩组件3还包括：旋转部303和旋转驱动部302，旋转驱动部302的输出端连接旋转部303，用于驱动旋转部303转动，若干旋转破岩臂301设置周向设置在旋转部303的端部；其中，旋转部303的轴心与炮筒201同轴心设置，且旋转部303的旋转直径大于炮筒201的直径；
56.这样即能通过旋转驱动部302驱动旋转部303转动，以带动设置在旋转部303端部的旋转破岩臂301进行旋转，在旋转的过程中与掌子面4的进行摩擦、进而到破岩目的；其中，旋转部303的轴心与炮筒201同轴心设置，是为了使得当破洞向掌子面4发射炮弹爆破后，设置在旋转部303端部的旋转破岩臂301能够围绕轴心位置进行旋转破碎，进而达到充分破岩的技术目的；
57.在一些可能的实施方式中，所述旋转破岩臂301的端部还设置有滚刀11；
58.这是为了通过滚刀11对加深对掌子面4的切割力度，以达到对硬岩、极硬岩的切割效果。
59.在一些可能的实施方式中，装置还包括：耙斗5和皮带输送机6；耙斗5设置在机架1靠近掌子面4的端部，耙斗5用于接收爆破组件2和机械破岩组件3对掌子面4进行破碎后掉落的碎片；皮带输送机6的皮带输入端连通耙斗5，用于将由耙斗5接收的碎片输送至皮带输送机6的输出端；
60.为了防止掌子面4被破碎后形成过量的碎石堆积，进而破岩程序，通过将耙斗5设置在机架1靠近掌子面4的端部，当掌子面4被破碎后，岩石碎片会自然掉落至耙斗5内，然后在通过皮带输送机6将碎石输送至外部，以达到防止掌子面4被破碎后形成大量碎石堆积，进而影响整个破碎进程的弊端。
61.在一些可能的实施方式中，装置还包括：若干蟹爪12，若干蟹爪12转动设置在耙斗5内外侧，用于将掉入耙斗5的碎片转动输入至耙斗5的内侧；每一蟹爪12均包括：基础转动
部1201和若干齿部1202，基础转动部1201转动设置在耙斗5内，若干齿部1202布设在基础转动部1201的外周，用于与基础转动部1201同步转动；
62.当经过破碎后的碎石掉入耙斗5内后，为了避免碎石在耙斗5的掉落位置堆积，以及及时将耙斗5内的碎石由掉落端顺利输送至耙斗5内侧以进行向外输出，本实施例一提出一种实施方式：即在耙斗5内位于掉落端(耙斗5内外侧)设置可转动的若干蟹爪12，在掉落的过程中通过蟹爪12的转动持续将碎石输入至蟹爪12的转动方向，也即耙斗5内侧的方向；以此来避免碎石在掉落端堆积的弊端。
63.在一些可能的实施方式中，装置还包括：若干撑靴9，若干撑靴9设置在机架1的下方；
64.当装置到达预设的破岩位置后，为了维持装置稳定的破岩状态，通过在机架1的下方设置撑靴9，以对机架1进行支撑使机架1保持稳态。
65.在一些可能的实施方式中，装置还包括：推进油缸7，推进油缸7设置在机架1上，推进油缸7的输出端连接在旋转驱动部302远离掌子面4的一端，用于推进旋转驱动部302朝掌子面4的方向发生位移。
66.在破岩过程中，随着对一个位置的掌子面4进行阶段性破碎后，就需要将装置稳定地推进，以对更深入的掌子面4进行持续破碎，通过在旋转驱动部302远离掌子面4的一端设置推进油缸7的方式，以实现，当需要进行装置推进时，利用推进油缸7的推动进行位置移动。
67.在一些可能的实施方式中，装置还包括：第一油压缸8和第二油压缸14；第一油压缸8和第二油压缸14的输出端对应设置在机架1上下方向的对立侧壁上，以及第一油缸和第二油缸远离输出端的端部设置在岩体结构的侧壁，用于调节机架1的高度；
68.为了调整装置的高度，通过在机架1的上下方向的对立侧壁上设置第一油缸和第二油缸，当需要对装置的高度进行调整时，通过设置在机架1下方的第一油缸或第二油缸进行推进或收缩，对应的，设置在机架1上方的第一油缸或第二油缸同步进行推进或收缩，以调整装置的高度。
69.在一些可能的实施方式中，所述装置还包括：若干机械锁13；若干所述机械锁13对应设置在若干所述旋转破岩臂301与所述旋转部303的端部连接位置，用于对应调节若干所述旋转破岩臂301与所述旋转部303之间的角度；
70.在通过旋转破岩臂301进行旋转破岩石时，需要考虑到最佳的旋转破岩角度，也即，需要使得每一旋转破岩臂301都与掌子面4发生贴合，基于此，通过机械锁13的方式将旋转破岩臂301旋转部303设置为可调节角度的连接方式，以解决上述问题。
71.综上所述，通过上述装置进行破岩，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：
72.s1、将弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置对准待开挖洞(即掌子面)；
73.s2、固定该装置的机架，启动该装置，使该装置向前掘进一个行程。具体过程为：对速爆破武装穿甲弹的装填部装上炮弹，启动炮弹发射装置，使炮弹从高强度线膛炮管发射出去，击中预先设定的目标位置；随后调节旋转破岩臂在垂直于掌子面方向与该掌子面之间的夹角，调节完毕后使用机械锁装置将旋转破岩臂在该角度固定锁死，利用旋转破岩臂的伸缩功能使臂端的刀刃紧密接触到掌子面；使用旋转驱动装置旋转安装在高强度线膛炮
管外侧的旋转装置，从而带动机械破岩组件旋转；推进油缸向掌子面方向施加推力，该装置被慢慢推出，向前掘进，后支撑10提供支撑，a、安装在旋转破岩臂上的刀刃在滚刀安装结构的作用下固定锁死，旋转破岩组件旋转，破碎岩体，使岩渣崩落(b、安装在旋转破岩臂上的刀刃在滚刀安装结构的作用下在旋转破岩组件上作径向运动，同时也随塑性机械破岩面旋转，破碎岩体，使岩渣崩落；)；崩落的岩渣靠自重掉入洞底，并由耙斗铲入皮带输送机，最后运至机后卸载。推进油缸伸长一个行程，塑性机械破岩结构及与该结构连接的构件相应向前移动一个行程。
74.s3、重复步骤s1-s2，开始下一个行程作业，直至掘进到指定距离，即完成洞时开挖。
75.需要注意的是：在上述掘进过程中，将岩体内部的锚杆和完整的开挖面表面支护通过连接装置紧密的连接在一起，利用表面支护的抗冲击能力来避免岩体的破坏，利用锚杆的承载力来承担冲击表面系统的载荷，保障支护的系统性。
76.实施例二：
77.本发明的实施例二提出了一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的方法，方法应用于上述的弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置，装置包括爆破组件和机械破岩组件，方法包括：通过爆破组件对掌子面的第一预设位置进行爆破；通过爆破组件对掌子面的第一预设位置进行爆破包括，在掌子面上设置靶点，通过爆破组件对掌子面的靶点位置进行炮弹爆破；通过机械破岩组件对掌子面的第二预设位置进行爆破，通过机械破岩组件对掌子面的第二预设位置进行爆破包括：通过机械破岩组件沿爆破后的靶点位置进行周向破碎。
78.进一步地，装置还包括装置包括皮带输送机，基于此，在爆破组件以及机械破岩组件对掌子面进行破碎后，通过皮带输送机将破碎后的碎片输送出去。
79.由于该实施例二与实施例一为同一发明构思下的一个实施例，其部分结构完全相同，因此对实施例二中与实施例一实质相同的结构不在详细阐述，未详述部分请参阅实施例一即可。
80.最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
81.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。