CN113847052B - 隧道快速破岩开挖支护智能装备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道快速破岩开挖支护智能装备，该隧道快速破岩开挖支护智能装备包括龙门架、激光破岩装置、拱架锚杆安装装置和喷浆装置；所述激光破岩装置包括激光切割器和激光破岩机械臂，所述激光切割器通过所述激光破岩机械臂连接于所述龙门架；所述拱架锚杆安装装置用于夹取拱架、钢筋网或锚杆本体，所述拱架锚杆安装装置与所述龙门架连接，以通过所述龙门架的导向将所述拱架本体、所述钢筋网本体或所述锚杆本体送至安装位置；所述喷浆装置与所述龙门架连接，以通过所述龙门架的导向对围岩进行喷浆操作。该隧道快速破岩开挖支护智能装备采用激光破岩，减少了爆破施工对周围环境及建筑物的影响，保证了围岩的完整性，精简了施工工序，实现了全断面自动无需人工干预，从而降低了施工风险，提高了工作效率。

Description

隧道快速破岩开挖支护智能装备

技术领域

本发明涉及隧道设备技术领域，特别涉及隧道快速破岩开挖支护智能装备。

背景技术

隧道施工仍然是最危险的施工工种，如隧道开挖工、隧道立架工、喷砼工长期工作在光线阴暗的环境中进行繁重的体力劳动，头顶着随时可能坍塌、掉块的岩体，脚下还是几米高悬空的作业平台。同时爆破的存在对围岩的扰动加剧了这些危险源如坍塌、落石、挤压、坠落的发生。

现有技术的隧道破岩方法为钻爆法，使用该方法可能对围岩进行不可逆的损伤；施工大量使用人工操作，一个循环需要隧道施工工人近30人，同时隧道施工过程中需要较大的隧道空顶距，施工狭长，施工风险极大；基于人工进行隧道施工时，由于各工序之间不能同时进行，必须等上一个工序完成以后才能实现有效的衔接，导致施工效率慢，制约当前隧道的施工速度；基于TBM刀具切削或者基于爆破进行钻头的切削，在遇到坚硬的围岩时破岩效率很底，刀具损耗很大；复杂环境下隧道的建设过程广泛使用的矿山法施工技术，在隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态，随时都有可能坍落，不仅可能会影响施工进程，威胁施工人员的安全，还可能对周围环境和建筑物带来一定的影响；隧道使用传统方法开挖后的岩体，成为了固体废物，失去了其使用价值，造成了极大的浪费并污染了环境。

发明内容

本发明的目的在于提供隧道快速破岩开挖支护智能装备，该隧道快速破岩开挖支护智能装备采用激光破岩，减少了爆破施工对周围环境及建筑物的影响，精简了施工工序，实现了全断面自动无需人工干预。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了隧道快速破岩开挖支护智能装备。所述隧道快速破岩开挖支护智能装备包括龙门架、激光破岩装置、拱架锚杆安装装置和喷浆装置；所述激光破岩装置包括激光切割器和激光破岩机械臂，所述激光切割器通过所述激光破岩机械臂连接于所述龙门架，以通过所述龙门架的导向对整个掌子面进行激光破岩；所述拱架锚杆安装装置用于夹取拱架、钢筋网或锚杆本体，所述拱架锚杆安装装置与所述龙门架连接，以通过所述龙门架的导向将所述拱架本体、所述钢筋网本体或所述锚杆本体送至安装位置；所述喷浆装置与所述龙门架连接，以通过所述龙门架的导向对围岩进行喷浆操作。

根据本发明的一实施方式，其中，所述隧道快速破岩开挖支护智能装备还包括三个驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机和连接于所述驱动电机的驱动齿轮，三个所述驱动齿轮分别连接于所述激光破岩装置、所述拱架锚杆安装装置和所述喷浆装置，所述龙门架的内周设置有齿条，所述驱动齿轮与所述齿条啮合连接。

根据本发明的一实施方式，其中，所述激光破岩装置还包括液氮通道，所述液氮通道设置于所述激光切割器的下方，以使熔融或气化后的岩石冷却变成固体小颗粒。

根据本发明的一实施方式，其中，所述喷浆装置包括喷浆喷嘴、砂浆管、速凝剂管和连接于所述龙门架的喷浆机械臂，所述喷浆喷嘴设置于所述喷浆机械臂远离所述龙门架的一端，所述砂浆管和所述速凝剂管分别沿所述喷浆机械臂延伸且分别连接所述喷浆喷嘴，以将水泥砂浆和速凝剂混合后通过所述喷浆喷嘴喷向围岩。

根据本发明的一实施方式，其中，所述喷浆装置还包括设置于所述喷浆机械臂的旋转电机，所述喷浆喷嘴设置于所述旋转电机的输出端，以通过所述旋转电机调整所述喷浆喷嘴的喷射角度。

根据本发明的一实施方式，其中，所述拱架锚杆安装装置包括连接于所述龙门架的拱架锚杆机械臂、以及分别设置于所述拱架锚杆机械臂远离所述龙门架一端的拱架安装器和锚杆安装器，所述拱架安装器用于所述拱架和所述钢筋网送至安装位置，所述锚杆安装器用于将锚杆本体固接至围岩。

根据本发明的一实施方式，其中，所述拱架安装器包括顶压件、约束件和一对夹手，一对所述夹手通过所述约束件连接，所述顶压件设置于一个所述夹手的一侧，通过所述顶压件对一个所述夹手施加压力靠近另一个所述夹手，以将所述拱架本体或所述钢筋网本体夹持于两个所述夹手之间。

根据本发明的一实施方式，其中，所述锚杆安装器包括旋转轴、以及间隔环设于所述旋转轴的钻孔组件、锚杆安装组件和后处理组件，通过所述旋转轴的旋转切换，所述钻孔组件在围岩上钻锚杆孔，所述锚杆安装组件将锚杆本体打入所述锚杆孔，所述后处理组件对打入后的锚杆本体进行后处理。

根据本发明的一实施方式，其中，所述钻孔组件包括钻孔推动件、以及依次连接的钻孔钻机、钎杆和钻头，所述钻孔钻机连接于所述钻孔推动件上，所述钻孔推动件沿所述钎杆的中心轴移动，以推动所述钻孔钻机带动所述钎杆和所述钻头旋转在围岩上钻所述锚杆孔。

根据本发明的一实施方式，其中，所述锚杆安装组件包括锚杆推动件、锚杆仓、翻转件和锚固剂仓，所述锚杆仓通过所述翻转件连接于所述旋转轴，所述锚杆本体夹持于所述锚杆仓内，所述翻转件驱动所述锚杆仓旋转，以使所述锚杆推动件、所述锚杆本体、所述锚固剂仓和所述锚杆孔依次同轴设置。

本发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

本发明的隧道快速破岩开挖支护智能装备可以实现隧道激光无损快速破岩、碎石清运和全自动支护的综合机械化运行，解决了传统隧道方法效率低、设备分散和劳动强度高的问题，大大提高了工作效率；在最危险的施工场景下实现了无人作业，有利于隧道施工规模化，为隧道增效、机械化和集约化生产模式创造条件；采用激光破岩，实现了无爆破破岩，减少了爆破施工对周围环境及建筑物的影响，精简了施工工序，实现了全断面自动无需人工干预，破岩速度快从而提升了施工效率，与爆破相比，激光破岩可以一定程度上保证围岩的完整性，从而使块状的岩体从掌子面切割出来，吊装到地面以供园林装饰、装修建材等使用。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的立体图。

图2是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的主视图。

图3是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的左视图。

图4是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的喷浆装置的立体图。

图5是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的拱架锚杆安装装置的立体图。

图6是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的拱架安装器一个视角的示意图。

图7是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的拱架安装器另一个视角的示意图。

图8是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的锚杆安装器的主视图。

图9是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的钻孔组件的结构示意图。

图10是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的锚杆安装组件的结构示意图。

图11是根据一示例性实施方式示出的隧道快速破岩开挖支护智能装备的后处理组件的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、龙门架；11、齿条；2、激光破岩装置；21、激光切割器；22、激光破岩机械臂；221、机械臂主体；222、衍生臂；23、液氮通道；3、拱架锚杆安装装置；31、拱架锚杆机械臂；32、拱架安装器；321、顶压件；322、约束件；323、夹手；33、锚杆安装器；331、旋转轴；3311、第一导轨；3312、第二导轨；3313、第三导轨；332、钻孔组件；3321、钻孔推动件；3322、钻孔钻机；3323、钎杆；3324、钻头；3325、钎杆稳定器；3326、防尘罩；3327、钻杆传感器；333、锚杆安装组件；3331、锚杆推动件；3332、锚杆仓；33321、锚杆本体；3333、翻转件；3334、锚固剂仓；3335、粘接剂引流器；3336、锚杆稳定器；334、后处理组件；3341、锚杆张拉件；3342、锁具仓转机；3343、托盘锁具仓；3344、托盘锁具弹夹；33441、托盘锁具体；3345、弹夹推进电机；3346、后处理推动件；3347、位移量检测装置；3348、轴力检测装置；34、管线卷筒；35、液压千斤顶；4、喷浆装置；41、喷浆喷嘴；42、砂浆管；43、速凝剂管；44、喷浆机械臂；45、旋转电机；5、驱动组件；6、第一轨道；7、第二轨道；8、挖掘车；9、运渣车。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

如图1至图11所示，图1示出了本发明提供的一种隧道快速破岩开挖支护智能装备的立体图。图2示出了本发明提供的一种隧道快速破岩开挖支护智能装备的主视图。图3示出了本发明提供的一种隧道快速破岩开挖支护智能装备的左视图。图4示出了本发明提供的一种隧道快速破岩开挖支护智能装备的喷浆装置4的立体图。图5示出了本发明提供的一种隧道快速破岩开挖支护智能装备的拱架锚杆安装装置3的立体图。图6示出了本发明提供的隧道快速破岩开挖支护智能装备的拱架安装器32一个视角的示意图。图7示出了本发明提供的隧道快速破岩开挖支护智能装备的拱架安装器32另一个视角的示意图。图8示出了本发明提供的隧道快速破岩开挖支护智能装备的锚杆安装器33的主视图。图9示出了本发明提供的隧道快速破岩开挖支护智能装备的钻孔组件332的结构示意图。图10示出了本发明提供的隧道快速破岩开挖支护智能装备的锚杆安装组件333的结构示意图。图11示出了本发明提供的隧道快速破岩开挖支护智能装备的后处理组件334的结构示意图。

本发明实施例的基于激光快速破岩的隧道快速破岩开挖支护智能装备包括龙门架1、激光破岩装置2、拱架锚杆安装装置3和喷浆装置4；激光破岩装置2包括激光切割器21和激光破岩机械臂22，激光切割器21通过激光破岩机械臂22连接于龙门架1，以通过龙门架1的导向对整个掌子面进行激光破岩；拱架锚杆安装装置3用于夹取拱架本体、钢筋网本体或锚杆本体33321，拱架锚杆安装装置3与龙门架1连接，以通过龙门架1的导向将拱架本体、钢筋网本体或锚杆本体33321送至安装位置；喷浆装置4与龙门架1连接，以通过龙门架1的导向对围岩进行喷浆操作。

其中，在龙门架1的下方铺设第一轨道6，龙门架1沿第一轨道6的方向前进，进入隧道后，龙门架1与隧道围岩紧密贴合，初步支撑围岩，形成了一个安全的工作面，激光破岩装置2、拱架锚杆安装装置3和喷浆装置4分别连接于龙门架1上，由于龙门架1与围岩紧密贴合，激光破岩机械臂22远离激光切割器21的一端连接于龙门架1，因此激光破岩装置2的激光破岩机械臂22沿龙门架1的周向移动时，激光由激光切割器21的激光钻头3324直射掌子面时，可以对整个掌子面进行激光破岩，激光破岩是基于高能激光束对岩石进行熔融、粉碎和蒸发，岩石的熔点只有1215°-1715°，沸点约2600°，高强激光束可以提供瞬间近万度的能量，使围岩快速熔融甚至气化，以用高强激光束将围岩切割呈块状的岩体从掌子面切割出来，一定程度上保证围岩的完整性，通过拱架锚杆安装装置3沿龙门架1的周向运动，以将拱架本体和钢筋网本体沿围岩的周向间隔设置并人工固接或机械固接，然后将锚杆沿围岩的周向间隔打入围岩中对围岩进一步加固，最后再通过喷浆装置4沿龙门架1的周向运动，朝围岩一圈一圈的进行喷浆工序，进而完成整个隧道围岩的支护工序。

优选地，激光破岩机械臂22包括依次连接的机械臂主体221和衍生臂222，机械臂主体221用于支撑激光切割器21沿龙门架1的延伸方向移动，而衍生臂222则为高强激光束提供角度转换，使得激光束可以在掌子面上切割处块状的岩体以及楔形岩体。

在本发明的一个优选实施例中，隧道快速破岩开挖支护智能装备还包括三个驱动组件5，驱动组件5包括驱动电机和连接于驱动电机的驱动齿轮，三个驱动齿轮分别连接于激光破岩装置2、拱架锚杆安装装置3和喷浆装置4，龙门架1的内周设置有齿条11，驱动齿轮与齿条11啮合连接。

如图1至图3所示，由于龙门架1的外周要与隧道围岩贴合，则在龙门架1的内周设置齿条11，而激光破岩装置2、拱架锚杆安装装置3和喷浆装置4分别固接一个驱动电机，每个驱动电机的输出轴上固接一个驱动齿轮，驱动齿轮与齿条11啮合连接，当驱动电机带动驱动齿轮旋转时，驱动齿轮相对于齿条11滚动，进而使得激光破岩装置2、拱架锚杆安装装置3和喷浆装置4可以分别沿龙门架1的周向运动，同时这三个驱动电机与控制系统连接，即可实现激光破岩装置2、拱架锚杆安装装置3和喷浆装置4三个装置移动的程序化控制。

在本发明的一个优选实施例中，激光破岩装置2还包括液氮通道23，液氮通道23设置于激光切割器21的下方，以使熔融或气化后的岩石冷却变成固体小颗粒。

如图1至图3所示，液氮是一种惰性，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低的液体，激光破岩时让使围岩快速熔融甚至气化变成液体或气体，液氮通道23的一端与液氮储存罐连接，另一端连接液氮喷嘴朝向掌子面进行喷射，在激光破岩的同时同步向液态或气态的岩石喷洒液氮，可以使岩石的温度快速降低而重新变回固体小颗粒，沉积在掌子面的下方，从而可以通过挖掘车8将固态小颗粒铲起放入第二轨道7上的运渣车9，方便对隧；道进行清理工作，并且不会在空气中存在大量固体颗粒。

在本发明的一个优选实施例中，喷浆装置4包括喷浆喷嘴41、砂浆管42、速凝剂管43和连接于龙门架1的喷浆机械臂44，喷浆喷嘴41设置于喷浆机械臂44远离龙门架1的一端，砂浆管42和速凝剂管43分别沿喷浆机械臂44延伸且分别连接喷浆喷嘴41，以将水泥砂浆和速凝剂混合后通过喷浆喷嘴41喷向围岩。

如图4所示，砂浆管42的一端连接喷浆喷嘴41，砂浆管42远离喷浆喷嘴41的一端连接砂浆存储箱或者其他可以提供水泥砂浆来源的装置，以将水泥砂浆泵入喷浆喷嘴41，同时还设置速凝剂管43对水泥砂浆进行速凝，速凝剂管43的一端连接喷浆喷嘴41，速凝剂管43远离喷浆喷嘴41的一端连接速凝剂储存箱或者其他一些可以提供速凝剂来源的装置，可以将速凝剂和水泥砂浆同时引入喷浆喷嘴41进行混合后喷洒，当喷浆机械臂44连接于龙门架1后，通过驱动电机和驱动齿轮的驱动沿龙门架1的周向运动，运动的过程开启喷浆喷嘴41，即可对围岩一圈一圈的喷洒砂浆。

在本发明的一个优选实施例中，喷浆装置4还包括设置于喷浆机械臂44的旋转电机45，喷浆喷嘴41设置于旋转电机45的输出端，以通过旋转电机45调整喷浆喷嘴41的喷射角度。

如图4所示，旋转电机45输出端的旋转面与龙门架1平行，也就是喷浆机械臂44的运动轨迹平行，当旋转电机45运转时，喷浆喷嘴41始终朝向围岩，也就是喷浆的喷射方向始终垂直于围岩，进而实现水泥砂浆的小范围均匀喷射，因此在后期如果对围岩的喷洒的水泥砂浆不够均匀，也可以通过旋转电机45带动喷浆喷嘴41进行小范围的补喷。

在本发明的一个优选实施例中，拱架锚杆安装装置3包括连接于龙门架1的拱架锚杆机械臂31、以及分别设置于拱架锚杆机械臂31远离龙门架1一端的拱架安装器32和锚杆安装器33，拱架安装器32用于拱架本体和钢筋网本体送至安装位置，锚杆安装器33用于将锚杆本体33321固接围岩。

如图5所示，由于锚杆在打入围岩后需要进行后处理等工序，而钢筋网本体或拱架本体只需拼装固接，因此根据安装方式的不同分别设置拱架安装器32和锚杆安装器33，通过拱架安装器32将分片的拱架本体或者钢筋网本体举升至需要安装的位置进行人工或机械拼装即可，而锚杆安装器33在锚杆本体33321打入围岩前，还需对围岩进行钻孔，以及对打入围岩的锚杆本体33321施加预应力等后处理工序。

在本发明的一个优选实施例中，拱架安装器32包括顶压件321、约束件322和一对夹手323，一对夹手323通过约束件322连接，顶压件321设置于一个夹手323的一侧，通过顶压件321对一个夹手323施加压力靠近另一个夹手323，以将拱架本体或钢筋网本体夹持于两个夹手323之间。

如图6和图7所示，一对夹手323的一端通过约束件322连接，使得两个夹手323平行且相距一定的距离，顶压件321设置于其中一个夹手323的一侧，拱架本体或钢筋网本体放置在两个夹手323之间，或者是两个夹手323远离约束件322的一端靠近拱架本体或钢筋网本体，通过顶压件321顶住这个夹手323向远离顶压件321的那个夹手323靠近，即可减小两个夹手323之间的距离，从而夹取拱架本体或钢筋网本体，通过拱架机械臂相对于龙门架1的移动或旋转，即可将拱架本体或钢筋网本体举升至需要安装的位置。优选地，顶压件321为千斤顶。

在本发明的一个优选实施例中，锚杆安装器33包括旋转轴331、以及间隔环设于旋转轴331的钻孔组件332、锚杆安装组件333和后处理组件334，通过旋转轴331的旋转切换，钻孔组件332在围岩上钻锚杆孔，锚杆安装组件333将锚杆本体33321打入锚杆孔，后处理组件334对打入后的锚杆本体33321进行后处理。

如图8至图11所示，旋转轴331设置于锚杆安装器33的中心，钻孔组件332、锚杆安装组件333和后处理组件334间隔环设于旋转轴331的周向上，首先通过钻孔组件332对准需要打锚杆孔的位置进行打孔，旋转轴331可以通过驱动件驱动旋转，带动钻孔组件332旋下，锚杆安装组件333旋上对准锚杆孔进行锚杆本体33321的安装，然后旋转轴331继续旋转使得锚杆安装组件333旋下，后处理组件334旋上对准锚杆孔，对打入锚杆孔的锚杆本体33321施加预应力。

优选地，后处理组件334包括锚杆张拉件3341、锁具仓转机3342、托盘锁具仓3343、托盘锁具弹夹3344、弹夹推进电机3345和后处理推动件3346，沿旋转轴331的延伸方向设置有第三导轨3313，在进行预应力锚杆张拉时，通过后处理推动件3346在第三导轨3313上运动，可以推动锚杆张拉件3341对打入锚杆孔的锚杆本体33321进行张拉，优选地，还可以通过在锚杆张拉件3341上设置位移量检测装置3347和轴力检测装置3348对锚杆本体33321的安装质量进行监测，通过位移-应力转换程序和锚杆轴力监测装置对施工质量进行双控把关。对锚杆本体33321施加预应力后通过托盘锁具体33441锁住，其中托盘锁具体33441可进行自动化安装，具体是在托盘锁具弹夹3344中储存着大量托盘锁具体33441，通过弹夹推进电机3345将托盘锁具体33441推入托盘锁具仓3343中的空位中，再通过锁具仓转机3342将托盘锁具体33441转换到锚杆本体33321张拉时的位置，使得锚杆安装器33可以实现垂直钻孔、锚固剂填塞、锚杆自动安装、锚杆预应力数字施加以及预应力自动检测等功能。

在本发明的一个优选实施例中，钻孔组件332包括钻孔推动件3321、以及依次连接的钻孔钻机3322、钎杆3323和钻头3324，钻孔钻机3322连接于钻孔推动件3321上，钻孔推动件3321沿钎杆3323的中心轴移动，以推动钻孔钻机3322带动钎杆3323和钻头3324旋转在围岩上钻锚杆孔。

如图9所示，钻孔推动件3321可以是直线步进电机，同时沿旋转轴331的中心轴方向设置第一导轨3311，钻孔钻机3322固接于钻孔推动件3321上，通过钻孔推动件3321沿第一导轨3311滑动，即可推动钻孔钻机3322带动钎杆3323和钻头3324在围岩上打入锚杆孔，由于锚杆孔实际需要可能会比较深，钎杆3323起到了延长钻头3324的作用，优选地，在钎杆3323的中部设置有钎杆稳定器3325，钎杆稳定器3325固接于第一导轨3311或者旋转轴331上，保持钎杆3323和钻头3324的稳定，进而保证在钻进过程中锚杆孔的孔径不会扩散，在钻头3324的外周增设防尘罩3326，防止钻孔过程中蹦出的碎石影响钻孔组件332工作。

进一步地，在钻机钻孔的一侧设置钻杆传感器3327在钻孔时进行数据采集，监测钎杆3323推力、钎杆3323扭矩与钻孔屑量等来判断围岩情况，如果钎杆3323推力出现突变，证明有断层存在，同时通过钎杆3323扭矩与钻孔屑量来判断围岩强度。

在本发明的一个优选实施例中，锚杆安装组件333包括锚杆推动件3331、锚杆仓3332、翻转件3333和锚固剂仓3334，锚杆仓3332通过翻转件3333连接于旋转轴331，锚杆本体33321夹持于锚杆仓3332内，翻转件3333驱动锚杆仓3332旋转，以使锚杆推动件3331、锚杆本体33321、锚固剂仓3334和锚杆孔依次同轴设置。

如图10所示，锚杆存放于锚杆仓3332内，粘接剂为软体存放于锚固剂仓3334内，锚杆推动件3331、锚杆仓3332、锚固剂仓3334由左至右依次设置，当旋转轴331旋转带动锚杆安装组件333旋上后，锚杆仓3332可能并没有对准锚杆推动件3331，通过翻转件3333翻转锚杆仓3332，使得锚杆仓3332内的锚杆本体33321被放置于锚杆推动件3331的前方，然后锚杆仓3332撤出，锚杆推动件3331推动锚杆穿过锚固剂仓3334，进而将锚杆连同粘接剂仪器推入锚杆孔中。优选地，翻转件3333采用千斤顶，锚杆仓3332旋转连接于旋转轴331上，千斤顶的一端连接于旋转轴331，另一端连接于锚杆仓3332，通过千斤顶的输出端伸缩，即可推动锚杆仓3332旋转至锚杆与锚杆推动器对准的位置，锚杆推动件3331采用直线步进电机，同时在旋转轴331上设置第二导轨3312，通过锚杆推动件3331沿第二导轨3312的移动推动锚杆本体33321前移穿过锚固剂仓3334内时取用锚固剂仓3334内的粘结剂胶卷，并推入锚杆孔内，然后通过锚杆推动件3331带动锚杆本体33321旋转进行搅拌， 充分混合粘接剂，然后使用后处理组件334进行预应力张拉。

优选地，锚固剂仓3334靠近锚杆孔的一侧设置有粘接剂引流器3335，粘接剂引流器3335的流道一端与锚固剂仓3334连通，另一端与锚杆孔连通，以使流质的粘接剂胶卷顺利进入锚杆孔内。锚杆本体33321中部位置处设置有连接于旋转轴331的锚杆稳定器3336，以确保锚杆本体33321在安装过程中稳定旋转。

在本发明的一个优选实施例中，拱架锚杆安装装置3还包括管线卷筒34和液压千斤顶35，管线卷筒34设置于旋转轴331的尾部，用于保持工作装置的各种管线不会处于卷曲状态，防止由于工作过久各种管线交织，妨碍装置工作；液压旋转千斤顶的一端与拱架锚杆机械臂31固接，另一端与旋转轴331固接，以负责使台车在闲置状态与工作状态中转换。

本发明的基于激光快速破岩的隧道快速破岩开挖支护智能装备可以实现隧道、支撑、锚固和运输的综合机械化运行，解决了传统隧道方法效率低、设备分散和劳动强度高的问题，大大提高了工作效率；为职工提供了良好的安全工作环境，降低了劳动强度，有利于隧道施工规模化、为隧道增效、机械化、集约化生产模式创造条件；采用激光破岩，实现了无爆破破岩，减少了爆破施工对周围环境及建筑物的影响，精简了施工工序，实现了全断面自动无需人工干预，破岩速度快从而提升了施工效率，与爆破相比，激光破岩可以一定程度上保证围岩的完整性，从而使块状的岩体从掌子面切割出来，吊装到地面供园林装饰、装修建材等使用。

在本发明实施例中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可折卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明实施例的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一个优选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明实施例的优选实施例而已，并不用于限制本发明实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，包括：

龙门架（1）；

激光破岩装置（2），包括激光切割器（21）和激光破岩机械臂（22），所述激光切割器（21）通过所述激光破岩机械臂（22）连接于所述龙门架（1），以通过所述龙门架（1）的导向对整个掌子面进行激光破岩，所述激光破岩机械臂（22）包括依次连接的机械臂主体（221）和衍生臂（222），所述机械臂主体（221）远离衍生臂（222）的一端连接于所述龙门架（1），以使所述激光切割器（21）沿所述龙门架（1）的延伸方向移动，所述激光切割器（21）连接于所述衍生臂（222）远离所述机械臂主体（221）的一端，以使所述激光切割器（21）发出的激光束可以在掌子面上切割出块状的岩体以及楔形岩体；

拱架锚杆安装装置（3），用于夹取拱架本体、钢筋网本体或锚杆本体（33321），所述拱架锚杆安装装置（3）与所述龙门架（1）连接，以通过所述龙门架（1）的导向将所述拱架本体、所述钢筋网本体或所述锚杆本体（33321）送至安装位置；以及

喷浆装置（4），所述喷浆装置（4）与所述龙门架（1）连接，以通过所述龙门架（1）的导向对围岩进行喷浆操作。

2.根据权利要求1所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，还包括三个驱动组件（5），所述驱动组件（5）包括驱动电机和连接于所述驱动电机的驱动齿轮，三个所述驱动齿轮分别连接于所述激光破岩装置（2）、所述拱架锚杆安装装置（3）和所述喷浆装置（4），所述龙门架（1）的内周设置有齿条（11），所述驱动齿轮与所述齿条（11）啮合连接。

3.根据权利要求1所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，所述激光破岩装置（2）还包括液氮通道（23），所述液氮通道（23）设置于所述激光切割器（21）的下方，以使熔融或气化后的岩石冷却变成固体小颗粒。

4.根据权利要求1所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，所述喷浆装置（4）包括喷浆喷嘴（41）、砂浆管（42）、速凝剂管（43）和连接于所述龙门架（1）的喷浆机械臂（44），所述喷浆喷嘴（41）设置于所述喷浆机械臂（44）远离所述龙门架（1）的一端，所述砂浆管（42）和所述速凝剂管（43）分别沿所述喷浆机械臂（44）延伸且分别连接所述喷浆喷嘴（41），以将水泥砂浆和速凝剂混合后通过所述喷浆喷嘴（41）喷向围岩。

5.根据权利要求4所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，所述喷浆装置（4）还包括设置于所述喷浆机械臂（44）的旋转电机（45），所述喷浆喷嘴（41）设置于所述旋转电机（45）的输出端，以通过所述旋转电机（45）调整所述喷浆喷嘴（41）的喷射角度。

6.根据权利要求1所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，所述拱架锚杆安装装置（3）包括连接于所述龙门架（1）的拱架锚杆机械臂（31）、以及分别设置于所述拱架锚杆机械臂（31）远离所述龙门架（1）一端的拱架安装器（32）和锚杆安装器（33），所述拱架安装器（32）用于所述拱架本体和所述钢筋网本体送至安装位置，所述锚杆安装器（33）用于将所述锚杆本体（33321）固接至围岩。

7.根据权利要求6所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，所述拱架安装器（32）包括顶压件（321）、约束件（322）和一对夹手（323），一对所述夹手（323）通过所述约束件（322）连接，所述顶压件（321）设置于一个所述夹手（323）的一侧，通过所述顶压件（321）对一个所述夹手（323）施加压力靠近另一个所述夹手（323），以将所述拱架本体或所述钢筋网本体夹持于两个所述夹手（323）之间。

8.根据权利要求6所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，所述锚杆安装器（33）包括旋转轴（331）、以及间隔环设于所述旋转轴（331）的钻孔组件（332）、锚杆安装组件（333）和后处理组件（334），通过所述旋转轴（331）的旋转切换，所述钻孔组件（332）在围岩上钻锚杆孔，所述锚杆安装组件（333）将锚杆本体（33321）打入所述锚杆孔，所述后处理组件（334）对打入后的锚杆本体（33321）进行后处理。

9.根据权利要求8所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，所述钻孔组件（332）包括钻孔推动件（3321）、以及依次连接的钻孔钻机（3322）、钎杆（3323）和钻头（3324），所述钻孔钻机（3322）连接于所述钻孔推动件（3321）上，所述钻孔推动件（3321）沿所述钎杆（3323）的中心轴移动，以推动所述钻孔钻机（3322）带动所述钎杆（3323）和所述钻头（3324）旋转在围岩上钻所述锚杆孔。

10.根据权利要求8所述的隧道快速破岩开挖支护智能装备，其特征在于，所述锚杆安装组件（333）包括锚杆推动件（3331）、锚杆仓（3332）、翻转件（3333）和锚固剂仓（3334），所述锚杆仓（3332）通过所述翻转件（3333）连接于所述旋转轴（331），所述锚杆本体（33321）夹持于所述锚杆仓（3332）内，所述翻转件（3333）驱动所述锚杆仓（3332）旋转，以使所述锚杆推动件（3331）、所述锚杆本体（33321）、所述锚固剂仓（3334）和所述锚杆孔依次同轴设置。

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