[发明专利]基于磨料浆体TBM后混式磨料射流辅助破岩系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统及方法，系统包括：高压水供给装置、磨料浆体供给装置和后混式磨料射流喷头装置，所述高压水供给装置、磨料浆体供给装置分别和所述后混式磨料射流喷头装置连接。高压水供给装置为整个系统提供高压水；磨料浆体供给装置为整个系统供给磨料浆体；磨料浆体和高压水通过后混式磨料射流喷头装置混合，形成磨料射流，从而辅助TBM滚刀破岩。本发明采用渣浆泵泵送磨料浆体至后混式磨料射流喷头装置，克服了干燥磨料的长距离密封传输困难问题，便于工业化应用，且杜绝了大量空气吸入混合腔，提高了磨料射流的汇聚性，提高了磨料射流的切割效果和工作效率，从而可提高磨料射流的辅助破岩能力。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统及方法。

背景技术

TBM应对超硬岩的破岩效率一直是困扰TBM应用的共性难题，随着TBM的应用越来越广泛，该问题也越来越凸显。为克服现有设备存在的短板和痛点，解决超硬岩条件下“掘不动、掘进慢”等问题，亟需从破岩原理上实现TBM技术突破。水射流破岩技术是一种利用高压水冲击岩石并诱导岩石发生损伤的一种破岩方法，由于其具有高效、无尘、低热和低振动等优势，高压水射流辅助破岩技术在石油钻探、矿山开采和隧道开挖等领域被广泛应用。目前高压水射流辅助TBM破岩工业应用的最大工作压力在270MPa左右，而当岩石强度超过250MPa时，高压水射流的辅助破岩作用大大减弱，甚至起不到辅助破岩的作用。因此，优化改进TBM高压水射流辅助破岩技术迫在眉睫。

高压水射流中加入一定数量的磨料微粒，可大大提高高压水射流的冲击能力。磨料射流技术已较为成熟，但如何将磨料射流系统耦合于TBM系统，实现协同控制和稳定运行，是一个关键问题。在本发明之前，中国专利“一种磨料射流辅助机械破岩系统及方法(ZL202011069014.0)”、“一种掘进机及其磨料射流辅助破岩装置(ZL 202011070045.8)”公开了一种磨料射流辅助TBM破岩的装置及系统，该系统将磨料罐放置于TBM滑车上，干燥的磨料需通过长距离的密封传输，才能到达刀盘中的射流喷嘴，长距离密封传输干燥的磨料是十分困难的。此外，后混式磨料射流中易吸入大量空气，造成磨料混合不均匀，射流汇聚性变差，从而影响射流的破岩效果。因此，如何将磨料射流系统有效耦合于TBM系统，实现工业化应用，是目前本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统及方法，用以解决背景技术提出的：将磨料罐放置于TBM滑车上，干燥的磨料需通过长距离的密封传输，才能到达刀盘中的射流喷嘴，长距离密封传输干燥的磨料十分困难的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统，包括：高压水供给装置、磨料浆体供给装置和后混式磨料射流喷头装置，所述高压水供给装置、磨料浆体供给装置分别和所述后混式磨料射流喷头装置连接。

优选的，所述高压水供给装置包括依次连接的：水箱、水处理模块、高压泵组、高压管路、管接头、分流器；

所述磨料浆体供给装置包括：磨料浆体池、搅拌器、渣浆泵、调节阀、磨料浆体管路，所述磨料浆体池中设置搅拌器，所述渣浆泵入口连接所述磨料浆体池，所述渣浆泵出口经磨料浆体管路连接管接头；

所述管接头为双通道管接头，一个通道为高压水通道，连接所述高压管路，另一个通道为磨料浆体通道，连接所述磨料浆体管路。

优选的，所述水处理模块包括：过滤单元和软化水单元；

所述水箱、水处理模块、高压泵组、磨料浆体池、渣浆泵均设置于TBM滑车上；所述磨料浆体管路上设置调节阀；

所述管接头设置于TBM内铠固定端与旋转刀盘之间。