CN116378699A - 一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道掘进技术领域，特别是涉及一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法，包括刀盘面板，刀盘面板的盘面上设有中心破岩组件、若干盘面破岩组件和若干边部破岩组件，盘面破岩组件包括沿刀盘面板的转动方向依次设置的第一盘形滚刀、喷淋装置、热储能装置和激光发射装置。本发明可以实现热能再利用以降低能量损耗，激光发射装置的高强激光辐照岩石与刀盘面板带动第一盘形滚刀破岩的同步进行，解决了以往停机辐照岩石的缺点，极大的提高了掘进效率，并降低了第一盘形滚刀的磨损。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进技术领域，特别是涉及一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法。
背景技术
近年来，我国基础建设发展快速，无论是偏远山区还是城市建设中，大量的隧道被广泛建设，但在建设过程许多关键工程问题也逐渐暴露出来，在各种极端地质条件下，导致刀具在施工过甚至因刀具破损而程中磨损严重，停工换刀，这一过程不仅会耽误工期还会增加隧道建设成本。
激光破岩是一种利用高密度能量非接触式破岩的方法，即利用高密度激光照射岩石表面使其局部温度发生突变，岩石在热应力的作用下改变其物理性质，降低所承受的压应力甚至破裂。同时随着温度的升高，还会出现熔化、蒸发等相变变化，综合考虑岩石发生热破裂破岩效果最佳。
热储能装置主要是吸收激光辐射岩石后产生的热能，并将热能储存在介质中，当热能达到一定程度后将其释放出来加热岩石，以此来降低热量损耗。红外传感装置主要用于测量掌子面的温度，可在线实时在线监测破岩情况。并为安全掘进提供保证。
在全硬岩地层以及复合地层掘进过程中，滚刀破岩速度较慢，且磨损严重易失效，为了提高隧道掘进速率现将掘进机刀盘进行改造。现有专利“一种激光辅助隧道掘进机及其破岩的方法”、“一种用于TBM的激光辅助破岩方法”以及“微波、激光及空化射流组合的破岩刀盘及破岩方法”将激光同滚刀结合破岩，但是在应用过程中激光辐照岩石产生的热量无法得到充分利用，造成了巨大的热能浪费。而“微波、激光及空化射流组合的破岩刀盘及破岩方法”专利在运行过程中激光辐照岩石、岩石冷却降温以及破岩过程均单独进行，无法实现掘进的连续性。且在复杂地质条件下激光固定照射无法针对性破岩，因此亟需一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法来解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光与热储能组合的破岩刀盘及其破岩方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种激光与热储能组合的破岩刀盘，包括刀盘面板，所述刀盘面板的盘面上设有中心破岩组件、若干盘面破岩组件和若干边部破岩组件，若干所述盘面破岩组件由内至外环绕所述中心破岩组件设置，若干所述边部破岩组件环向设置在所述刀盘面板的边部，所述刀盘面板盘面的边部固接有若干红外传感装置，若干所述红外传感装置套设在若干所述盘面破岩组件的外侧，所述刀盘面板的边缘转动连接有若干边滚刀，若干所述边滚刀环向设置；
所述盘面破岩组件包括沿所述刀盘面板的破岩顺序依次设置的激光发射装置、热储能装置、喷淋装置和第一盘形滚刀；所述第一盘形滚刀与所述刀盘面板的盘面转动连接，所述喷淋装置与所述刀盘面板的盘面固接；所述刀盘面板远离盘面的一侧设有密封空间，所述激光发射装置的一端和所述热储能装置的一端固接在所述密封空间内，所述激光发射装置的另一端和所述热储能装置的另一端与所述刀盘面板的盘面活动连接。
优选的，所述激光发射装置包括移动基座，所述移动基座的一端与所述密封空间内壁固接，所述移动基座周向铰接有若干第一伸缩部的一端，若干所述第一伸缩部远离所述移动基座一端铰接有同一激光移动平台，所述激光移动平台远离所述移动基座一端设有偏摆组件，所述偏摆组件远离所述激光移动平台的一端固接有激光发射头，所述激光发射头与所述刀盘面板的盘面活动连接，所述激光发射头上设有保护部。
优选的，所述第一伸缩部包括第一液压缸，所述第一液压缸的一端与所述移动基座铰接，所述第一液压缸的另一端与所述激光移动平台铰接。
优选的，所述偏摆组件包括摇杆，所述摇杆的一端与所述激光移动平台转动连接，所述摇杆的另一端与所述激光发射头固接。
优选的，所述保护部包括防护接头，所述防护接头与所述激光发射头固接。
优选的，所述热储能装置包括导热棒，所述导热棒与所述刀盘面板的盘面活动连接，所述导热棒的一端固接有第二伸缩部的一端，所述第二伸缩部的另一端与所述密封空间内壁固接，所述导热棒连通有储热供热组件。
优选的，所述储热供热组件包括储热罐，所述储热罐的一端与所述导热棒连通，所述储热罐固接在所述密封空间内，所述储热罐外包裹有保温层，所述储热罐内固接有温度传感器，若干所述储热罐远离所述导热棒的一端通过输油管连通有同一盾尾油脂泵。
优选的，所述第二伸缩部包括第二液压缸，所述第二液压缸的一端与所述导热棒侧壁固接，所述第二液压缸另一端与所述密封空间内壁固接。
一种激光与热储能组合的破岩方法，基于一种激光与热储能组合的破岩刀盘，包括以下步骤：
S1、将若干所述激光发射装置伸出所述刀盘面板的盘面，对岩壁的掌子面进行辐射处理，同时缓慢转动所述刀盘面板；
S2、所述刀盘面板转动后，启动所述热储能装置和所述喷淋装置，所述热储能装置和所述喷淋装置沿着被所述激光发射装置激光加热的岩石路径转动，由所述热储能装置主动吸收部分热量后再由所述喷淋装置通过水雾降低岩石温度，随后温度降低的岩壁的掌子面经所述第一盘形滚刀碾压下破碎；
S3、通过所述红外传感装置测绘出整个掌子面的温度，对掌子面进行实时监控并将测得数据传送至地质识别系统，同时将渣土等地勘信息输入其中，地质识别系统将地质状况反馈至激光发射装置，用于在特殊地质状况调节激光入射角度、光斑的形状、功率等数据；
S4、当所述热储能装置内的储热介质温度达到500℃后所述激光发射装置停止工作，随后所述热储能装置开始向外释放热能加热岩石；当所述热储能装置内的储热介质的温度降低至200℃时，所述激光发射装置重新启动加热岩石，所述热储能装置再次开始吸收外部热能进行储能，重复执行S1-S4。
本发明具有如下技术效果：使用时，将激光发射装置和热储能装置均伸出刀盘面板的盘面，首先开启激光发射装置，同时刀盘面板开始缓慢转动，通过刀盘面板转动，进而带动热储能装置、喷淋装置和第一盘形滚刀转动，通过激光发射装置对掌子面进行辐照处理，加热掌子面表面岩层，随后热储能装置和喷淋装置开始运行，热储能装置和喷淋装置沿着被激光加热的岩石路径转动，由热储能装置先吸收部分热量后再由喷淋装置通过水雾降低岩石温度，随后在第一盘形滚刀的触碰下将岩石碾碎，同时刀盘面板转动带动刀盘面板上的中心破岩组件和若干边部破岩组件一同转动，中心破岩组件用于掌子面中部的掘进，边部破岩组件用于掌子面边部的岩层的破碎，若干红外传感装置用于测绘出整个掌子面的温度，对掌子面进行实时监控，同时通过地质勘测和螺旋输送机渣土排除状况综合判别地质状况，将地质状况反馈至激光发射装置用于在特殊地质状况调节激光入射角度、光斑的形状、功率等数据，当热储能装置内温度达到一定数值后，关闭激光发射装置，由热储能装置起到加热岩层的作用，当热储能装置的温度降低到一定数值后，重新启动激光发射装置，激光发射装置加热岩层的温度余量再次被热储能装置吸收，如此往复，实现了热能再利用以降低能量损耗，且激光发射装置多性能设置为精准破岩提供了技术保障，激光发射装置的高强激光辐照岩石与刀盘面板带动第一盘形滚刀破岩的同步进行，解决了以往停机辐照岩石的缺点，极大的提高了掘进效率，并降低了第一盘形滚刀的磨损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明激光发射装置结构示意图；
图3为本发明偏摆组件结构示意图；
图4为本发明热储能装置结构示意图；
图5为本发明第一盘形滚刀、喷淋装置、热储能装置和激光发射装置安装示意图；
图6为本发明热储能装置供油示意图；
图7为本发明防护接头结构示意图；
其中，1、第一盘形滚刀；2、刀盘面板；3、激光发射装置；4、热储能装置；5、中心滚刀；6、喷淋装置；7、红外传感装置；8、边滚刀；9、激光移动平台；10、第一液压缸；11、移动基座；12、防护接头；13、激光发射头；14、摇杆；15、导热棒；16、第二液压缸；17、导热软管；18、储热罐；19、保温层；20、输油管；21、温度传感器；22、盾尾油脂泵；23、第二盘形滚刀；24、第三盘形滚刀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1至图7，本发明提供一种激光与热储能组合的破岩刀盘，包括刀盘面板2，刀盘面板2的盘面上设有中心破岩组件、若干盘面破岩组件和若干边部破岩组件，若干盘面破岩组件由内至外环绕中心破岩组件设置，若干边部破岩组件环向设置在刀盘面板2的边部，刀盘面板2盘面的边部固接有若干红外传感装置7，若干红外传感装置7套设在若干盘面破岩组件的外侧，刀盘面板2的边缘转动连接有若干边滚刀8，若干边滚刀8环向设置；
盘面破岩组件包括沿刀盘面板2的破岩顺序依次设置的激光发射装置3、热储能装置4、喷淋装置6和第一盘形滚刀1；第一盘形滚刀1与刀盘面板2的盘面转动连接，喷淋装置6与刀盘面板2的盘面固接；刀盘面板2远离盘面的一侧设有密封空间，激光发射装置3的一端和热储能装置4的一端固接在密封空间内，激光发射装置3的另一端和热储能装置4的另一端与刀盘面板2的盘面活动连接。
使用时，将激光发射装置3和热储能装置4均伸出刀盘面板2的盘面，首先开启激光发射装置3，同时刀盘面板2开始缓慢转动，通过刀盘面板2转动，进而带动热储能装置4、喷淋装置6和第一盘形滚刀1转动，通过激光发射装置3对掌子面进行辐照处理，加热掌子面表面岩层，随后热储能装置4和喷淋装置6开始运行，热储能装置4和喷淋装置6沿着被激光加热的岩石路径转动，由热储能装置4先吸收部分热量后再由喷淋装置6通过水雾降低岩石温度，随后在第一盘形滚刀1的触碰下将岩石碾碎，同时刀盘面板2转动带动刀盘面板2上的中心破岩组件和若干边部破岩组件一同转动，中心破岩组件用于掌子面中部的掘进，边部破岩组件用于掌子面边部的岩层的破碎，若干红外传感装置7用于测绘出整个掌子面的温度，对掌子面进行实时监控，同时通过地质勘测和螺旋输送机渣土排除状况综合判别地质状况，将地质状况反馈至激光发射装置3用于在特殊地质状况调节激光入射角度、光斑的形状、功率等数据，当热储能装置4内温度达到一定数值后，关闭激光发射装置3，由热储能装置4起到加热岩层的作用，当热储能装置4的温度降低到一定数值后，重新启动激光发射装置3，激光发射装置3加热岩层的温度余量再次被热储能装置4吸收，如此往复，实现了热能再利用以降低能量损耗，且激光发射装置3多性能设置为精准破岩提供了技术保障，激光发射装置3的高强激光辐照岩石与刀盘面板2带动第一盘形滚刀1破岩的同步进行，解决了以往停机辐照岩石的缺点，极大的提高了掘进效率，并降低了第一盘形滚刀1的磨损。
中心破岩组件包括中心滚刀5，中心滚刀5转动连接在刀盘面板2盘面的中心，环绕中心滚刀5设置有若干第二盘形滚刀23，若干第二盘形滚刀23由内至外周向设置，第二盘形滚刀23与刀盘面板2的盘面转动连接。第二盘形滚刀23的数量可根据实际情况确认。
进一步的，为保证中心破岩组件的破岩效果，在相邻的第二盘形滚刀23之间应尽可能保证沿破岩方向依次安装激光发射装置3、热储能装置4和喷淋装置6，而当相邻的第二盘形滚刀23之间空间较小时，也应尽量保证激光发射装置3和喷淋装置6的安装，如相邻的第二盘形滚刀23之间无法安装任何其他装置时，可以不安装激光发射装置3、热储能装置4和喷淋装置6等设备。
边部破岩组件包括由内至外依次排列的若干第三盘形滚刀24，第三盘形滚刀24与刀盘面板2转动连接。
第二盘形滚刀23、第三盘形滚刀24和第一盘形滚刀1结构完全相同。
本发明优选为两组边部破岩组件，两组边部破岩组件中心对称设置，每组边部破岩组件优选为3个第三盘形滚刀24。
如图5所示，刀盘面板2上每把第一盘形滚刀1行走的轨迹是圆形，第一盘形滚刀1的切割半径为该第一盘形滚刀1的安装半径，安装半径为该第一盘形滚刀1与刀盘面板2中心的距离，在每把第一盘形滚刀1行走轨迹上(合适位置上)安装激光发射装置3，同时在每把第一盘形滚刀1和激光发射装置3所在的同心圆上安装有热储能装置4和喷淋装置6，沿刀盘面板2的破岩顺序依次设置的激光发射装置3、热储能装置4、喷淋装置6和第一盘形滚刀1。
对于第一盘形滚刀1安装较为密集无足够空间时，优先安装激光发射装置3和喷淋装置6，但安装顺序依旧采用如图5所示的安装方式，且运动轨迹相同。
进一步优化方案，激光发射装置3包括移动基座11，移动基座11的一端与密封空间内壁固接，移动基座11周向铰接有若干第一伸缩部的一端，若干第一伸缩部远离移动基座11一端铰接有同一激光移动平台9，激光移动平台9远离移动基座11一端设有偏摆组件，偏摆组件远离激光移动平台9的一端固接有激光发射头13，激光发射头13与刀盘面板2的盘面活动连接，激光发射头13上设有保护部。
进一步优化方案，第一伸缩部包括第一液压缸10，第一液压缸10的一端与移动基座11铰接，第一液压缸10的另一端与激光移动平台9铰接。
进一步优化方案，偏摆组件包括摇杆14，摇杆14的一端与激光移动平台9转动连接，摇杆14的另一端与激光发射头13固接。
进一步优化方案，保护部包括防护接头12，防护接头12与激光发射头13固接。
参考图2至图3，激光发射装置3主要由激光移动平台9、第一液压缸10、移动基座11、激光发射头13组成。初始状态时，激光发射头13位于刀盘面板2后的密闭空间内，使用时，由第一液压缸10将激光发射头13推送出密闭空间，并使激光发射头13与刀盘面板2表面齐平。
如图3所示，图3中A表示为摇杆14的动力输入源，激光发射头13固定在摇杆14上，从而带动摇杆14摆动。
在激光移动平台9的中部通过螺栓固定连接有一滑杆，滑杆上滑动连接有滑套，滑套中部铰接有连杆的一端，连杆的另一端与摇杆14中部铰接，当输入动力源带动摇杆14改变角度时，通过连杆使滑套在滑杆上移动。
摇杆14摆动带动激光发射头13改变激光的入射角度，动力输入源摆动角度的大小以地质状况为依据来判别激光入射角的大小、激光光斑形状以及离焦量。
激光发射头13的光斑根据岩石强度进行调整，当岩石强度大于90MPa时采用圆形光斑，当岩石强度小于90MPa时采用矩形光斑。
激光发射头13前端通过透镜组合将圆形光斑调整为矩形光斑，通过电动马达带动来改变透镜安装位置，进一步调节输出光斑形状，在硬岩或极硬岩掘进过程中，岩石抗压强度大于90MPa时采用圆形光斑辐射，否则采用矩形光斑照射，在软岩掘进过程中，为获得更大的辐照面积，采用矩形光斑。在硬岩或极硬岩掘进过程中为了获取较高的能量密度，采用圆形光斑辐照岩石。
激光移动平台9通过螺栓与第一液压缸10的一端相连接，通过若干第一液压缸10将激光移动平台9推出和收回，进而使得激光发射头13伸出或收回密闭空间。
其中，如图7所示，图7中B处表示防护接头12内部的夹层，图7中C处表示防护接头12中部通道。
防护接头12螺纹安装在激光发射头13上，防护接头12螺纹以上高度优选为7cm，最大直径优选为7cm。
在防护接头12内部的夹层B处由隔板(图中未画出)均匀的划分为四个独立的空间，以保证足够的强度，据实际应用情况根基实际应用情况，可适当调整尺寸和隔板的数量。
在防护接头12内部的夹层B处周向开设有若干小孔，本发明优先为若干小孔等间隔设置，小孔直径优选为2cm。
在应用过程中，防护接头12具有不同的安装位置，当防护接头12与喷淋装置6的一起使用时，防护接头12直接固定在刀盘面板2上，喷淋装置6的喷头位于防护接头12内，经防护接头12的C处将水喷淋至掌子面上。
防护接头12与激光发射装置3一同使用时，防护接头12直接固定在激光发射装置3的激光发射头13上，以便于跟随激光发射头13摆动。而激光发射头13处射出的激光经防护接头12的C处照射到掌子面上，在防护接头12与激光发射头13配合使用时，防护接头12的B点为高压气流喷射口，以清除将要进入防护接头12的小碎石。
进一步地，在加热过程中激光发射头13的入射角度非固定设置且具有一定的转动角度，入射角的范围为0～25°，在正常情况下激光垂直于刀盘面板2辐照岩石，其激光照射轨迹和所在同心圆上的第一盘形滚刀1运行轨迹相重合。当遇到特殊地质条件，激光的入射角度按需转动，各个部位的激光发射头13可单独控制入射角度以便于针对某一特性区域进行加热处理。
进一步优化方案，热储能装置4包括导热棒15，导热棒15与刀盘面板2的盘面活动连接，导热棒15的一端固接有第二伸缩部的一端，第二伸缩部的另一端与密封空间内壁固接，导热棒15连通有储热供热组件。
进一步优化方案，储热供热组件包括储热罐18，储热罐18的一端与导热棒15连通，储热罐18固接在密封空间内，储热罐18外包裹有保温层19，储热罐18内固接有温度传感器21，若干储热罐18远离导热棒15的一端通过输油管20连通有同一盾尾油脂泵22。
进一步优化方案，第二伸缩部包括第二液压缸16，第二液压缸16的一端与导热棒15侧壁固接，第二液压缸16另一端与密封空间内壁固接。
热储能装置4主要由导热棒15、第二液压缸16、导热软管17、储热罐18组成。导热棒15和储热罐18采用导热软管17连通，以便于导热棒15的移动。导热棒15采用铜合金制成，且外部涂有特殊的导热涂层以增大导热效率，导热涂层优选为PbS涂层，导热棒15和导热软管17内存放有低熔点盐以存储热量，低熔点盐的工作温度可达到500℃，在导热棒15移动过程中会导致导热软管17的体积变化，因此为保证有充足的导热介质，故将盾尾润滑油脂从输油管20注入其中，以保证热量传递的连续性(在低温情况下，导热软管17的移动将导致内部体积的变化，以及长期运行导致低熔点盐体积的变化，因此采用盾尾润滑油脂来填充储热装置的内部空间)，为提高储热罐18的储热率，在其外部包裹有保温层19以降低热量的散失。同时在储热罐18内安装有温度传感器21来检测储热介质温度的变化，并以温度为阈值来控制激光的开启与否。
热储能装置4在不使用时，回缩至密封空间内，使用时由第二液压缸16将导热棒15推送至刀盘面板2外5～10cm。在运行过程中当导热棒15吸收的热量足够对岩石进行持续高温热后，激光停止工作开始由导热棒15对外释放热量加热岩石。当导热棒15温度低于200°后激光重新启动，再次由激光加热岩石，而导热棒15重新吸收外部热量。
如图6所示，若干储热罐18通过输油管20与同一盾尾油脂泵22连通，盾尾油脂泵22用于盾尾油的注入。
其中，储热罐18为偏平式箱体，导热软管17具有一定的伸缩长度。
其中，第二液压缸16和储热罐18可固定于刀盘面板2的背面。
进一步地，为确定导热棒15在激光关闭后的最佳运行时间，对导热棒15加热岩石的温度场进行确认，并在此基础上推导出导热棒15的散热时间。
ΔM＝T1 4-T2 4
S＝a·b
K1＝η·σ·S·ΔM
K2＝c1·m1·Δt
Bi＝hR/λ1
Δt＝Tmax-Tfa
当Bi＞0.1采用诺莫图，再由θ1/θ2查表得出Fo
当Bi＜0.1采用集总参数法
其中，T1为发热体(即岩石的掌子面)的温度；T2为受热体(即导热棒15)的温度；ΔM为温差系数；K1为辐射出的热量；η为岩石的吸热率；a为第一盘形滚刀1的侵岩深度；b为刀盘面板2的转速；s为热辐照面积；K1储热介质释放的热量；σ为单位面积发射的热量；λx、λy、λz为x、y、z方向导热率；λ1为储热介质的导热率；c1储热介质的比热容；m1储热介质的质量；Δt储热介质的放热温差；Tmax介质的最高温度；Tfa保证正常工作条件下介质的最低温度；Bi毕渥数；h为导热棒15表面热传导系数；R导热棒15特征那长度；θ1为导热棒15开始对外散发热能的过余温度；θ2为导热棒15任意时刻导热棒的过余温度；FO傅里叶数；α1热扩散率；K1＝Q1对外释放的热量；ρ导热棒15密度；c导热棒15比热容；C导热棒15体积；τ散热时间；S导热棒15表面积。
一种激光与热储能组合的破岩方法，基于一种激光与热储能组合的破岩刀盘，包括以下步骤：
S1、将若干激光发射装置3伸出刀盘面板2的盘面，对岩壁的掌子面进行辐射处理，同时缓慢转动刀盘面板2；
S2、刀盘面板2转动后，启动热储能装置4和喷淋装置6，热储能装置4和喷淋装置6沿着被激光发射装置3激光加热的岩石路径转动，由热储能装置4主动吸收部分热量后再由喷淋装置6通过水雾降低岩石温度，随后温度降低的岩壁的掌子面经第一盘形滚刀1碾压下破碎；
S3、通过红外传感装置7测绘出整个掌子面的温度，对掌子面进行实时监控并将测得数据传送至地质识别系统，同时将渣土等地勘信息输入其中，地质识别系统将地质状况反馈至激光发射装置3，用于在特殊地质状况调节激光入射角度、光斑的形状、功率等数据；
地质识别系统包括实时监测系统，包括图像可视模块、传感器模块和信息采集模块，保证激光辅助掘进的安全和实现破坏模式间的转变，信息采集模块实时同步采集，对掘进过程中的不同类型、强度的岩石做出及时的判断；
智能控制系统包括对信息采集模块输出的信号进行调理和识别，实现激光-滚刀破岩模式和滚刀破岩模式之间的灵活转换，再对激光器的数量与空间布局、激光器的类型、刀盘的转速进行控制，提高掘进机对不同地质条件适应能力。
其地质识别系统为现有技术，此处不做赘述。
S4、当热储能装置4内的储热介质温度达到500℃后激光发射装置3停止工作，随后热储能装置4开始向外释放热能加热岩石；当热储能装置4内的储热介质的温度降低至200℃时，激光发射装置3重新启动加热岩石，热储能装置4再次开始吸收外部热能进行储能，重复执行S1-S4。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：包括刀盘面板(2)，所述刀盘面板(2)的盘面上设有中心破岩组件、若干盘面破岩组件和若干边部破岩组件，若干所述盘面破岩组件由内至外环绕所述中心破岩组件设置，若干所述边部破岩组件环向设置在所述刀盘面板(2)的边部，所述刀盘面板(2)盘面的边部固接有若干红外传感装置(7)，若干所述红外传感装置(7)套设在若干所述盘面破岩组件的外侧，所述刀盘面板(2)的边缘转动连接有若干边滚刀(8)，若干所述边滚刀(8)环向设置；
所述盘面破岩组件包括沿所述刀盘面板(2)的破岩顺序依次设置的激光发射装置(3)、热储能装置(4)、喷淋装置(6)和第一盘形滚刀(1)；所述第一盘形滚刀(1)与所述刀盘面板(2)的盘面转动连接，所述喷淋装置(6)与所述刀盘面板(2)的盘面固接；所述刀盘面板(2)远离盘面的一侧设有密封空间，所述激光发射装置(3)的一端和所述热储能装置(4)的一端固接在所述密封空间内，所述激光发射装置(3)的另一端和所述热储能装置(4)的另一端与所述刀盘面板(2)的盘面活动连接。
2.根据权利要求1所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述激光发射装置(3)包括移动基座(11)，所述移动基座(11)的一端与所述密封空间内壁固接，所述移动基座(11)周向铰接有若干第一伸缩部的一端，若干所述第一伸缩部远离所述移动基座(11)一端铰接有同一激光移动平台(9)，所述激光移动平台(9)远离所述移动基座(11)一端设有偏摆组件，所述偏摆组件远离所述激光移动平台(9)的一端固接有激光发射头(13)，所述激光发射头(13)与所述刀盘面板(2)的盘面活动连接，所述激光发射头(13)上设有保护部。
3.根据权利要求2所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述第一伸缩部包括第一液压缸(10)，所述第一液压缸(10)的一端与所述移动基座(11)铰接，所述第一液压缸(10)的另一端与所述激光移动平台(9)铰接。
4.根据权利要求2所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述偏摆组件包括摇杆(14)，所述摇杆(14)的一端与所述激光移动平台(9)转动连接，所述摇杆(14)的另一端与所述激光发射头(13)固接。
5.根据权利要求2所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述保护部包括防护接头(12)，所述防护接头(12)与所述激光发射头(13)固接。
6.根据权利要求1所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述热储能装置(4)包括导热棒(15)，所述导热棒(15)与所述刀盘面板(2)的盘面活动连接，所述导热棒(15)的一端固接有第二伸缩部的一端，所述第二伸缩部的另一端与所述密封空间内壁固接，所述导热棒(15)连通有储热供热组件。
7.根据权利要求6所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述储热供热组件包括储热罐(18)，所述储热罐(18)的一端与所述导热棒(15)连通，所述储热罐(18)固接在所述密封空间内，所述储热罐(18)外包裹有保温层(19)，所述储热罐(18)内固接有温度传感器(21)，若干所述储热罐(18)远离所述导热棒(15)的一端通过输油管(20)连通有同一盾尾油脂泵(22)。
8.根据权利要求6所述一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于：所述第二伸缩部包括第二液压缸(16)，所述第二液压缸(16)的一端与所述导热棒(15)侧壁固接，所述第二液压缸(16)另一端与所述密封空间内壁固接。
9.一种激光与热储能组合的破岩方法，基于权利要求1-8任一所述的一种激光与热储能组合的破岩刀盘，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将若干所述激光发射装置(3)伸出所述刀盘面板(2)的盘面，对岩壁的掌子面进行辐射处理，同时缓慢转动所述刀盘面板(2)；
S2、所述刀盘面板(2)转动后，启动所述热储能装置(4)和所述喷淋装置(6)，所述热储能装置(4)和所述喷淋装置(6)沿着被所述激光发射装置(3)激光加热的岩石路径转动，由所述热储能装置(4)主动吸收部分热量后再由所述喷淋装置(6)通过水雾降低岩石温度，随后温度降低的岩壁的掌子面经所述第一盘形滚刀(1)碾压下破碎；
S3、通过所述红外传感装置(7)测绘出整个掌子面的温度，对掌子面进行实时监控并将测得数据传送至地质识别系统，同时将渣土等地勘信息输入其中，地质识别系统将地质状况反馈至激光发射装置(3)，用于在特殊地质状况调节激光入射角度、光斑的形状、功率等数据；
S4、当所述热储能装置(4)内的储热介质温度达到500℃后所述激光发射装置(3)停止工作，随后所述热储能装置(4)开始向外释放热能加热岩石；当所述热储能装置(4)内的储热介质的温度降低至200℃时，所述激光发射装置(3)重新启动加热岩石，所述热储能装置(4)再次开始吸收外部热能进行储能，重复执行S1-S4。
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