[發(fā)明專利]一種適用于極硬巖地層下的掘進(jìn)機(jī)刀盤

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110033608.4
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112682057B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張旭輝;李建閩;胡定邦;夏毅敏;劉明;代禮奇
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南師范大學(xué)
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種適用于極硬巖地層下的掘進(jìn)機(jī)刀盤。所述的適用于極硬巖地層下的掘進(jìn)機(jī)刀盤由外圈刀盤、邊緣刮刀、鋸齒刀、外開口、內(nèi)圈刀盤、沖擊齒、尖齒、內(nèi)開口、推進(jìn)油缸、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和沖擊油缸組成。所述的外圈刀盤先帶動(dòng)所述的鋸齒刀和所述的邊緣刮刀開挖出環(huán)形隧道，隨后所述的內(nèi)圈刀盤帶動(dòng)所述的沖擊齒和所述的尖齒利用臨空面沖擊中間區(qū)域巖石，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)高效破巖。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于極硬巖地層下的掘進(jìn)機(jī)刀盤。

背景技術(shù)

隧道掘進(jìn)機(jī)是一種集掘進(jìn)和支護(hù)為一體的巨型高端裝備，被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜巖石地層施工掘進(jìn)。隧道掘進(jìn)機(jī)主要依靠刀盤及安裝在刀盤上的滾刀破巖，其破巖性能直接決定隧道掘進(jìn)機(jī)整體工作性能。

我國幅員遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是近期朝向深部地層掘進(jìn)發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)遭遇巖石地層愈加復(fù)雜，所遇地層呈現(xiàn)高強(qiáng)度、高地應(yīng)力以及高石英含量等特點(diǎn)。掘進(jìn)機(jī)遭遇該種極硬巖地層時(shí)，破巖效率極低，且極易引發(fā)掘不快甚至掘不動(dòng)等問題，極大增加了施工周期和施工成本，使得傳統(tǒng)的隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤結(jié)構(gòu)難以完成極硬巖地層下的施工要求，因此針對極硬巖地層設(shè)計(jì)一種新型的刀盤結(jié)構(gòu)顯得極為重要。

通過文獻(xiàn)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，目前已經(jīng)有多個(gè)單位針對極硬巖地層設(shè)計(jì)了相關(guān)掘進(jìn)機(jī)刀盤。中南大學(xué)申請的專利(申請?zhí)枺?02011003153.3)，名稱為：微波與空化射流組合的破巖刀盤及破巖方法，設(shè)計(jì)了一種微波與空化射流組合式刀盤結(jié)構(gòu)，可以極大改善刀盤上的滾刀破巖效率；中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司申請的專利(申請?zhí)枺?01820727493.2)，名稱為：用于高硬度、高耐磨巖石條件下的TBM刀盤，設(shè)計(jì)了一種激光和液氮耦合滾刀破巖結(jié)構(gòu)，以提升滾刀破巖效率；中鐵隧道局集團(tuán)有限公司和盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室申請的專利(申請?zhí)枺?01811590452.4)，名稱為：一種用于硬巖的微波輔助破巖TBM刀盤，提出了一種采用微波輔助掘進(jìn)機(jī)刀盤破巖裝置，在滾刀切割前先采用微波照射以削弱巖石強(qiáng)度，進(jìn)而提升刀盤以及滾刀破巖能力。概括上述刀盤結(jié)構(gòu)可知，都是在傳統(tǒng)刀盤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，巧妙地增加激光、水射流以及熱輻射等輔助性手段以改善刀盤破巖性能，可以在一定程度上提升極硬巖地層下隧道掘進(jìn)機(jī)破巖效率和破巖性能。不難發(fā)現(xiàn)，采用激光、水射流以及熱輻射等手段時(shí)，必須依賴強(qiáng)電力能源，這些輔助手段破巖過程中不可避免要耗費(fèi)巨大能源，因此雖然提升了掘進(jìn)機(jī)破巖效率但不利于節(jié)能環(huán)保，存在一定的局限性。

西安交通大學(xué)申請的專利(申請?zhí)枺?01210579999.0)，名稱為：一種用于全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的兩級階梯式刀盤系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種階梯式刀盤結(jié)構(gòu)并提出了三種掘進(jìn)開挖方式，可有效降低單級刀盤破巖載荷，進(jìn)而提升刀盤掘進(jìn)效率。該種結(jié)構(gòu)具有節(jié)能且能提升破巖效率的巨大優(yōu)點(diǎn)。但其刀盤依然是采用傳統(tǒng)滾刀滾壓破巖，滾刀滾壓切割極硬巖地層時(shí)破巖載荷過大，在提升刀盤破巖效率方面非常有限。

已有研究表明，掘進(jìn)機(jī)刀具依靠沖擊方式或采用臨空面協(xié)助方式破巖，可以在不增加破巖能耗的基礎(chǔ)上提升破巖效率。同時(shí)也有研究表明，鉆削切割模式下的刀具破巖載荷和破巖效率均優(yōu)于滾壓切割模式，即在極硬巖地層下，鉆削式刀具相比于滾壓式刀具(主要指滾刀)更具優(yōu)勢。為此，本發(fā)明針對現(xiàn)有發(fā)明中掘進(jìn)機(jī)刀盤設(shè)計(jì)的不足，充分考慮沖擊破巖方式和臨空面協(xié)助破巖方式，并結(jié)合鉆削式刀具，設(shè)計(jì)了一種新型的以適用于極硬巖地層下的掘進(jìn)機(jī)刀盤，以滿足極硬巖地層破巖需求，實(shí)現(xiàn)高效、長壽命及低能耗掘進(jìn)破巖。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于極硬巖地層下的掘進(jìn)機(jī)刀盤，該掘進(jìn)機(jī)刀盤分為外圈刀盤和內(nèi)圈刀盤，外圈刀盤依靠旋轉(zhuǎn)鉆削式刀具切割破巖，首先構(gòu)成外圈巖石鏤空，即產(chǎn)生臨空面。在此基礎(chǔ)上，內(nèi)圈刀盤充分利用臨空面，采用鉆削式刀具以振動(dòng)沖擊方式撞擊破巖，因此該掘進(jìn)機(jī)刀盤結(jié)合了臨空面協(xié)助和沖擊破巖兩大優(yōu)勢，在不提升破巖能耗的基礎(chǔ)上極大提升刀盤破巖能力和破巖壽命。

本發(fā)明主要通過以下方案實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明主要包括外圈刀盤、邊緣刮刀、鋸齒刀、外開口、內(nèi)圈刀盤、沖擊齒、尖齒、內(nèi)開口、推進(jìn)油缸、旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及沖擊油缸。