CN113216998A - 隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，包括：储砂罐，具有第一入口、第二入口和出口；岩渣处理组件，与储砂罐的第一入口连接并用于向储砂罐内输入岩渣制成的磨料；水泵，与储砂罐的第二入口连接；喷嘴，与储砂罐的出口连接。本发明的有益效果是，利用原岩废料(即岩渣)制作磨料，不但可以实现磨料水射流的持续供料，亦可以节省传统磨料的使用费用，降低施工成本，且工作性能稳定、可控。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备。
背景技术
磨料水射流技术发展于高压水射流技术，弥补了高压水射流需要超高压力的缺点，通过在较低压力的水射流中添加固体颗粒即可完成对钢铁或岩石的切割，是一种高效节能的施工方式，目前在石油钻井、岩石切割中得到了越来越广泛的应用。
目前隧道掘进针对于岩层来讲，主要是依靠盘型滚刀挤压岩石达到破碎岩体的目的，其主要克服的是岩石的抗压强度，针对一般强度的岩层(100MPA以内)其破岩效率尚可，但掘进机掘进过程中碰到孤石和较硬的岩石时，滚刀挤压破岩的效率会下降，滚刀异常磨损和更换频率的增加，随之带来盾构掘进效率的降低，掘进成本增加。同时在掘进上软下硬、软硬不均等严重不均匀地质时，传统的金属刀具极易发生异常损坏。
磨料水射流技术以其优越的施工特性，在隧道掘进过程中可以代替滚刀进行岩层的破碎，或进行岩石强度的弱化，脆性增加，岩石内部裂纹拓展多且深，此时掘进机滚刀或刮刀轻易能将岩石破碎，大大降低了滚刀的磨损，延长了滚刀的寿命，提高了施工效率，降低了施工成本。
但磨料水射流技术在隧道施工应用中存在一定的问题，也制约了磨料水射流的发展：1、储砂箱在连续供料过程中会出现压力很高的情况，一般难以进行连续供料，目前解决这种问题的方法一般是换用较大的储砂箱或终止连续供料，较大的储砂箱在隧道掘进过程中由于场地的限制不适用，终止连续供料会造成施工效率的降低，增加施工成本；2、磨料水射流一般采用特制磨料(石榴石、拓榴石或石英砂)，需要进行从外部采购并运输至隧道中，制造与运输的成本很高；3、特制磨料存在使用寿命，回收重复利用会影响其切削性能；使用一次又会造成能源的浪费且污染环境。
隧道掘进过程中，破碎岩石产生的岩渣一般当做工业废料排出，有研究表明，岩石颗粒在获得较大动能作用于岩石表面时，也会对岩石产生致裂及破碎作用。
发明内容
本发明提供了一种隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，以达到利用岩渣进行破岩的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，包括：储砂罐，具有第一入口、第二入口和出口；岩渣处理组件，与储砂罐的第一入口连接并用于向储砂罐内输入岩渣制成的磨料；水泵，与储砂罐的第二入口连接；喷嘴，与储砂罐的出口连接。
进一步地，岩渣处理组件包括：烘干箱，上侧设置有烘干箱入口，下侧设置有烘干箱出口；岩石破碎机，入口与烘干箱的出口连通，岩石破碎机的出口与储砂罐的第一入口连通。
进一步地，岩渣处理组件还包括第一皮带机，一端与烘干箱出口连接，第一皮带机的另一端与岩石破碎机的入口连接。
进一步地，岩渣处理组件还包括：岩石分离器，设置在烘干箱上方，岩石分离器具有岩石出口和碎屑出口，岩石出口与烘干箱入口连接；第二皮带机，一端与碎屑出口连接，第二皮带机的另一端与隧道外部连接。
进一步地，岩渣处理组件还包括：振动筛，设置在岩石破碎机与储砂罐的第一入口之间；第三皮带机，一端与振动筛的卸料端连接，第三皮带机的另一端与隧道外部连接。
进一步地，隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括储砂箱，设置在振动筛与储砂罐的第一入口之间。
进一步地，储砂箱与储砂罐的第一入口之间通过输砂管道连接，隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括固体颗粒料位计和第一单向电磁阀，固体颗粒料位计设置在储砂箱内，第一单向电磁阀设置在输砂管道处，且第一单向电磁阀能够根据固体颗粒料位计的电信号控制输砂管道开闭。
进一步地，储砂罐具有第三入口隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括备用储砂箱，备用储砂箱的出口端与第三入口连接。
进一步地，隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括空气压缩机，与备用储砂箱的入口连接。
进一步地，隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括上固体颗粒料位计和下固体颗粒料位计，上固体颗粒料位计和下固体颗粒料位计沿竖直方向间隔设置在储砂罐的内壁。
本发明的有益效果是，利用原岩废料(即岩渣)制作磨料，不但可以实现磨料水射流的持续供料，亦可以节省传统磨料的使用费用，降低施工成本，且工作性能稳定、可控。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为刀盘的结构示意图；
图3为储砂罐的出口结构示意图；
图4为备用储砂箱及相关组件的结构示意图。
图中附图标记：1、刀盘；2、盾体；3、螺旋输送机；4、烘干箱；5、岩石分离器；6、第二皮带机；7、第一皮带机；8、岩石破碎机；9、振动筛；10、第三皮带机；11、储砂箱；12、输砂管道；13、第一单向电磁阀；14、储砂罐；15、水泵；16、第一高压水管；17、下固体颗粒料位计；18、上固体颗粒料位计；19、输砂管；20、第二电磁阀；21、固体颗粒料位计；22、备用储砂箱；23、气管；24、空气压缩机；25、第二高压水管；26、喷嘴；27、滚刀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，包括储砂罐14、岩渣处理组件、水泵15和喷嘴26。储砂罐14具有第一入口、第二入口和出口；岩渣处理组件与储砂罐14的第一入口连接并用于向储砂罐14内输入岩渣制成的磨料；水泵15与储砂罐14的第二入口连接；喷嘴26与储砂罐14的出口连接。
利用原岩废料(即岩渣)制作磨料，不但可以实现磨料水射流的持续供料，亦可以节省传统磨料的使用费用，降低施工成本，且工作性能稳定、可控。
岩渣处理组件包括烘干箱4和岩石破碎机8。烘干箱4的上侧设置有烘干箱入口，下侧设置有烘干箱出口；岩石破碎机8的入口与烘干箱4的出口连通，岩石破碎机8的出口与储砂罐14的第一入口连通。
设置烘干箱4可以对岩石进行烘干操作，便于后续提供干燥的磨料，设置岩石破碎机8，目的是将大块岩石进行破碎以达到磨料粒径并进入到储砂罐14中储存备用。
具体地，岩渣处理组件还包括第一皮带机7，一端与烘干箱出口连接，第一皮带机7的另一端与岩石破碎机8的入口连接。设置第一皮带机7可以通过第一皮带机7的传导作用实现岩石破碎机8与烘干箱4的连接。
如图1所示，本发明实施例中岩渣处理组件还包括岩石分离器5和第二皮带机6。岩石分离器5设置在烘干箱4上方，岩石分离器5具有岩石出口和碎屑出口，岩石出口与烘干箱入口连接；第二皮带机6的一端与碎屑出口连接，第二皮带机6的另一端与隧道外部连接。
设置岩石分离器5可以将大块岩石与碎屑分离，从而使大块岩石进入到烘干箱4中进行后续操作，使碎屑进入到第二皮带机6处运输至隧道外部。
需要说明的是，本实施例还包括螺旋输送机3，与岩石分离器5连接并能够将挖掘下的岩石运输至岩石分离器5中。
进一步地，岩渣处理组件还包括振动筛9和第三皮带机10。振动筛9设置在岩石破碎机8与储砂罐14的第一入口之间；第三皮带机10的一端与振动筛9的卸料端连接，第三皮带机10的另一端与隧道外部连接。
通过振动筛9可以将不满足粒径大小要求的岩石通过第三皮带机10运输至外部，同时使满足粒径要求的岩石进入到储砂罐14中进行储存。
优选地，隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括储砂箱11，设置在振动筛9与储砂罐14的第一入口之间。其中，储砂箱11与储砂罐14的第一入口之间通过输砂管道12连接，隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括固体颗粒料位计21和第一单向电磁阀13，固体颗粒料位计21设置在储砂箱11内，第一单向电磁阀13设置在输砂管道12处，且第一单向电磁阀13能够根据固体颗粒料位计21的电信号控制输砂管道12开闭。
本实施例具有控制组件，与固体颗粒料位计21和第一单向电磁阀13均连接，在工作时通过固体颗粒料位计21检测储砂箱11中的磨料高度，当储砂箱11中磨料到达设定高度时，控制组件控制第一单向电磁阀13打开，从而使磨料进入到储砂罐14中进行储存。
进一步优选地，储砂罐14具有第三入口隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括备用储砂箱22，备用储砂箱22的出口端与第三入口连接。设置备用储砂箱22可以在储砂罐14中磨料不足时通过备用储砂箱22进行磨料补充，以实现装置的正常运行。
具体地，隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括空气压缩机24，通过连接气管23与备用储砂箱22的入口连接。设置空气压缩机24可以将备用储砂箱22中的磨料输送至储砂罐14中，便于磨料补充。
优选地，在备用储砂箱22与储砂罐14之间的输砂管19上设置有第二电磁阀20(与控制组件连接)，用于控制输砂管19的开闭。
隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括上固体颗粒料位计18和下固体颗粒料位计17，上固体颗粒料位计18和下固体颗粒料位计17沿竖直方向间隔设置在储砂罐14的内壁。其中，上固体颗粒料位计18和下固体颗粒料位计17均与控制组件连接，以实时监控磨料高度。
如图1所示，本发明实施例中储砂罐14的出口通过第一高压水管16与水泵15连接，用于向储砂罐14的出口处提供高压水射流。经过混合后且携带磨料的高压水经过第二高压水管25输送至刀盘1处，并通过安装在刀盘1处的喷嘴26朝向设定方向喷射。其中储砂罐14的出口、第一高压水管16和第二高压水管25通过三通连接。
如图2所示，刀盘1上设置有滚刀27，本实施例中的喷嘴26与滚刀27错位设置且互不干涉，以便于进行掘进。
需要说明的是，刀盘1与盾体2连接，盾体2的内腔形成本实施例各部件的安装空间。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：利用原岩废料(即岩渣)制作磨料，不但可以实现磨料水射流的持续供料，亦可以节省传统磨料的使用费用，降低施工成本，且工作性能稳定、可控。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，包括：
储砂罐(14)，具有第一入口、第二入口和出口；
岩渣处理组件，与储砂罐(14)的所述第一入口连接并用于向储砂罐(14)内输入岩渣制成的磨料；
水泵(15)，与储砂罐(14)的所述第二入口连接；
喷嘴(26)，与储砂罐(14)的所述出口连接。
2.根据权利要求1所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，所述岩渣处理组件包括：
烘干箱(4)，上侧设置有烘干箱入口，下侧设置有烘干箱出口；
岩石破碎机(8)，入口与烘干箱(4)的出口连通，岩石破碎机(8)的出口与储砂罐(14)的第一入口连通。
3.根据权利要求2所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，所述岩渣处理组件还包括第一皮带机(7)，一端与所述烘干箱出口连接，第一皮带机(7)的另一端与岩石破碎机(8)的入口连接。
4.根据权利要求3所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，所述岩渣处理组件还包括：
岩石分离器(5)，设置在烘干箱(4)上方，岩石分离器(5)具有岩石出口和碎屑出口，所述岩石出口与所述烘干箱入口连接；
第二皮带机(6)，一端与所述碎屑出口连接，第二皮带机(6)的另一端与隧道外部连接。
5.根据权利要求4所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，所述岩渣处理组件还包括：
振动筛(9)，设置在岩石破碎机(8)与储砂罐(14)的第一入口之间；
第三皮带机(10)，一端与振动筛(9)的卸料端连接，第三皮带机(10)的另一端与隧道外部连接。
6.根据权利要求5所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，所述隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括储砂箱(11)，设置在振动筛(9)与储砂罐(14)的第一入口之间。
7.根据权利要求6所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，储砂箱(11)与储砂罐(14)的第一入口之间通过输砂管道(12)连接，所述隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括固体颗粒料位计(21)和第一单向电磁阀(13)，固体颗粒料位计(21)设置在储砂箱(11)内，第一单向电磁阀(13)设置在输砂管道(12)处，且第一单向电磁阀(13)能够根据固体颗粒料位计(21)的电信号控制输砂管道(12)开闭。
8.根据权利要求1所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，储砂罐(14)具有第三入口所述隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括备用储砂箱(22)，备用储砂箱(22)的出口端与所述第三入口连接。
9.根据权利要求8所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，所述隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括空气压缩机(24)，与备用储砂箱(22)的入口连接。
10.根据权利要求1所述的隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备，其特征在于，所述隧道掘进过程中原岩磨料水射流施工设备还包括上固体颗粒料位计(18)和下固体颗粒料位计(17)，上固体颗粒料位计(18)和下固体颗粒料位计(17)沿竖直方向间隔设置在储砂罐(14)的内壁。
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