[发明专利]一种基于复合激光射孔的激光盾构机及其使用方法

权利要求书

1.一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，包括：

激光射孔装置，其用于向工作面发射复合激光，所述激光射孔装置包括用于输出连续激光的第一激光器、用于输出与连续激光不同光轴的短脉冲激光的第二激光器、耦合组件以及射筒，且短脉冲激光的输出时间晚于连续激光的输出时间，所述连续激光经过第一聚焦组件传输至耦合组件，所述短脉冲激光经过第二聚焦组件传输至耦合组件，且第一聚焦组件、第二聚焦组件均可移动，聚焦后的连续激光和短脉冲激光经耦合组件耦合合束至同一光轴形成复合激光，所述复合激光经射筒作用于工作面形成射孔；

和机械掘进装置，用于挖掘形成射孔的工作面；

采用所述基于复合激光射孔的激光盾构机的方法，包括如下步骤：

S1：所述第一激光器输出连续激光，且连续激光经第一聚焦组件传输至耦合组件处，并经耦合组件、射筒作用于工作面，所述连续激光利用其热效应辐射岩石；

S2：当连续激光作用于岩石后，所述第二激光器输出短脉冲激光，且短脉冲激光经第二聚焦组件传输至耦合组件处，并经耦合组件耦合合束至与连续激光同一光轴形成复合激光，所述复合激光经射筒辐射并冲击工作面形成射孔；

S3：移动第一聚焦组件和第二聚焦组件，调节射孔与光束焦点的相对位置，进而调节连续激光、短脉冲激光在工作面的光斑尺寸；

S4：固定第一聚焦组件，持续移动第二聚焦组件，以持续调节短脉冲激光在工作面的光斑尺寸，强化破岩效果，在移动过程中，保证短脉冲激光在工作面的光斑尺寸不大于连续激光在工作面的光斑尺寸，完成射孔，实现预破碎，移动激光射孔装置至下一个射孔位置；

S5：若激光射孔装置与机械掘进装置为一体式结构，执行S7，反之，执行S6或S7；

S6：重复S1至S4，直至完成工作面某一区域的射孔工作，机械掘进装置进入所述工作面某一区域进行挖掘，移动激光射孔装置至工作面另一区域同步进行射孔，直至完成整个工作面挖掘工作；

S7：机械掘进装置对预破碎后的工作面进行挖掘，重复S1至S4，直至完成整个工作面挖掘工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，所述第一聚焦组件与第二聚焦组件的结构相同，以调节连续激光和短脉冲激光作用于工作面上的光斑位置及光斑尺寸，且短脉冲激光作用于工作面上的光斑尺寸不大于连续激光作用于工作面上的光斑尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，所述激光射孔装置还包括压缩空气气源，且压缩空气气源通过管路与射筒连通，用于提高及维持射筒内激光通道的洁净度，所述射筒内的压缩空气流动方向与射筒的中心轴平行。

4.根据权利要求1所述的一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，所述耦合组件为双色镜或偏振片。

5.根据权利要求1所述的一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，所述射筒内部且位于复合激光的传输光路上设有分束元件，用于将复合激光分束成多个子光束，且子光束的数量不小于2，射筒的末端设置有用于实现复合激光传输至工作面的第一激光孔，且第一激光孔与子光束对应设置。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，所述激光射孔装置至少设有2个。

7.根据权利要求6所述的一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，所述机械掘进装置包括传动连接的驱动组件和动作组件，所述动作组件包括转筒、设置于转筒内部并与转筒固定连接的转轴、位于转筒末端的钻头，所述驱动组件包括驱动电机、主动齿轮和减速器，所述驱动电机与减速器传动连接，且主动齿轮位于减速器的输出端，所述转轴的外围套设有与主动齿轮相啮合的从动齿轮。

8.根据权利要求7所述的一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，所述激光射孔装置与机械掘进装置为一体式结构或分体式结构。

9.根据权利要求8所述的一种基于复合激光射孔的激光盾构机，其特征在于，所述连续激光的功率不低于1000W。