[發明專利]基于高能激光束預切邊界與彈丸侵徹聯合破巖機構及系統

在審

• 申請號: 202210887628.2
• 申請日: 2022-07-26
• 公開（公告）號: CN115405317A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 盧景景;孟甜甜;周輝;李彥恒;徐福通;譚可可;肖建成;崔健
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所;沈陽工業大學;中國人民解放軍火箭軍工程設計研究院
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10;E21D9/00;E21F17/18
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 田靈菲

本發明提供基于高能激光束預切邊界與彈丸侵徹聯合破巖機構及系統，包括：爆破裝置，其包括線膛炮管和與線膛炮管連接的裝填部，線膛炮管的出口對準掌子面；激光破巖裝置，包括光纖激光器、能量傳輸光纖和光纖準直聚焦頭，光纖激光器通過能量傳輸光纖的兩端與光纖準直聚焦頭連接，光纖準直聚焦頭正對掌子面，且光纖激光器通過能量傳輸光纖將激光傳輸至光纖準直聚焦頭，以通過光纖準直聚焦頭進行聚焦后將激光發射至掌子面；其中，當需要對掌子面進行破碎開發時，先啟動光纖激光器，將激光通過述能量傳輸光纖傳輸至光纖準直聚焦頭，以通過光纖準直聚焦頭對掌子面進行一次破碎，然后通過裝填部向線膛炮管輸入炮彈以對掌子面進行二次爆破。

技術領域

本發明屬于巖體破碎技術領域，特別涉及基于高能激光束預切邊界與彈丸侵徹聯合破巖機構。

背景技術

隨著經濟的不斷發展，我國地下空間工程項目日益增多，特別是以川藏鐵路為代表的一系列長大隧道群以及大規模深埋礦山巷道、引水隧洞等建設項目需求不斷增加，隨之而來的是日趨復雜的地質結構和工程難題。數十年來，以鉆爆法和TBM工法為代表的隧道掘進技術長期活躍在各種不同類型的地下空間工程施工現場，然而，在復雜多變的地質環境和高效施工需求面前，傳統的破巖技術逐漸面臨新的挑戰。近年來，各種用于巖石快速開挖的新技術和新方法不斷涌現，包括激光輻射、水射流(包括純水射流及磨料水射流)和牙輪等。這類技術的出現為隧道開挖效率的提升創造了新的可能。然而，在硬巖、極硬巖開挖方面，一般常規技術難以實現對巖體的有效破碎，而上述新技術在破碎巖體的效率上仍舊有待提升。

也即，在隧道開挖中，對于硬巖和極硬巖的破碎，現有技術中通過單一的激光輻射、水射流等，無法對其進行有效破碎；

可見，如何提高對硬巖和極硬巖的破碎，是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明提供的基于高能激光束預切邊界與彈丸侵徹聯合破巖機構，以至少解決上述技術問題；

為了解決上述問題，本發明的第一方面提供基于高能激光束預切邊界與彈丸侵徹聯合破巖機構，用于對隧道預設位置的巖石掌子面的預設點進行破碎開挖，所述破巖機構包括：爆破裝置，所述爆破裝置包括線膛炮管和與所述線膛炮管連接的裝填部，所述線膛炮管的出口對準所述掌子面，所述裝填部用于儲存炮彈并供應所述線膛炮管的炮彈發射；激光破巖裝置，所述激光破巖裝置包括光纖激光器、能量傳輸光纖和光纖準直聚焦頭，所述光纖激光器通過所述能量傳輸光纖的兩端與所述光纖準直聚焦頭連接，所述光纖準直聚焦頭正對所述掌子面，且所述光纖激光器通過所述能量傳輸光纖將激光傳輸至所述光纖準直聚焦頭，以通過所述光纖準直聚焦頭進行聚焦后將所述激光發射至所述掌子面；其中，當需要對所述掌子面進行破碎開發時，先啟動所述光纖激光器，將所述激光通過所述能量傳輸光纖傳輸至光纖準直聚焦頭，以通過光纖準直聚焦頭對所述掌子面進行一次破碎，然后通過裝填部向線膛炮管輸入炮彈以對所述掌子面進行二次爆破。

在第一方面中，所述激光破巖裝置為多個，且通過一固定支架以所述掌子面的預設點為中心環形設置。

在第一方面中，所述破巖機構還包括：安裝環和夾具，所述安裝環用于與所述夾具活動連接，所述夾具遠離所述安裝環的一端與所述光纖準直聚焦頭連接。

在第一方面中，所述安裝環與所述夾具的連接位置設置有類T型滑槽，所述夾具的與所述安裝環連接的端部設置有與所述滑槽相適配的滑塊，所述滑塊可沿所述滑槽的開設方向移動。

在第一方面中，若干所述激光破巖裝置圍繞所述預設點為中心按照環形、呈單層或者雙層設置。

在第一方面中，所述破巖機構還包括：機架、若干行走輪和若干輔助支撐裝置，所述機架的內部用于安裝所述裝填部，所述機架的底部設置有若干所述行走輪和若干所述支撐裝置；其中，每一所述行走輪的兩側均對應設置有一對所述支撐裝置。

在第一方面中，所述輔助支撐裝置為剛性頂舉件。