一种钻井掘进设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种钻井掘进设备和方法，属于岩土工程物理力学领域，包括：刀盘切割系统、加热系统以及冷却系统；刀盘切割系统包括刀盘面板、切割刀具、主传动轴、以及传动轴驱动机构；切割刀具设置在刀盘面板上并用于切割岩体，主传动轴一端与驱动机构连接，另一端与刀盘面板连接，以使传动轴驱动机构可通过主动传动轴驱动刀盘转动；加热系统设置于刀盘面板上，并用于对岩体进行微波加热；冷却系统设置于刀盘面板上，并用于对岩体进行水雾冷却，本发明专利技术将微波、水雾协同辅助破岩技术应用到地质钻探与掘进的现场工程中，提高了深部硬岩钻井和开挖效率，减少切削、剪切岩体时盾构机刀具的磨损。剪切岩体时盾构机刀具的磨损。剪切岩体时盾构机刀具的磨损。

【技术实现步骤摘要】
一种钻井掘进设备和方法


[0001]本专利技术属于岩土工程物理力学领域，更具体的涉及一种钻井掘进设备和方法。

技术介绍

[0002]盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构，盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，用来抵挡外向水压和地层压力，大多数盾构的形状为圆形，盾构机的刀具一般分为面板式和辐条式，实际施工过程前根据不同的地形和岩层结构来选择相适应的刀具，在盾构法施工中，由于岩石强度比较高，在切削、剪切岩体时盾构机刀具此时会产生不同程度的磨损，刀具磨损成了制约掘进速度的重要因素，因此，如何减少切削、剪切岩体时盾构机刀具的磨损，提高盾构机的挖掘效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出了一种钻井掘进设备和方法，解决了现有的深部硬岩掘进过程中刀具磨损严重的技术问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种钻井掘进设备，其特征在于，包括：刀盘切割系统、加热系统以及冷却系统；
[0006]所述刀盘切割系统包括刀盘面板、切割刀具、主传动轴、以及传动轴驱动机构；所述切割刀具设置在所述刀盘面板上并用于切割岩体，所述主传动轴一端与所述驱动机构连接，另一端与所述刀盘面板连接，以使传动轴驱动机构可通过所述主动传动轴驱动所述刀盘转动；
[0007]所述加热系统设置于所述刀盘面板上，并用于对岩体进行微波加热；
[0008]所述冷却系统设置于所述刀盘面板上，并用于对岩体进行水雾冷却。
[0009]优选的，所述刀盘面板底部设置有废料输送装置，所述废料输送装置用于向挖掘方向的相反方向运输石料。
[0010]优选的，所述加热系统包括微波照射装置和微波控制系统，所述微波控制系统能够控制所述微波照射装置的微波照射参数。
[0011]优选的，所述微波照射装置设置有一对，一对所述微波照射装置关于所述刀盘面板中心对称设置，各个所述微波照射装置均设置为以所述刀盘面板的中心为圆心的扇形结构，所述扇形结构开口角度设置为0
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120
°
。
[0012]优选的，刀盘切割系统还包括第一辐条组和第二辐条组，所述第一辐条组和所述第二辐条组均包括两条沿所述刀盘面板的径向延伸且关于所述刀盘面板的中心对称设置的辐条，所述第一辐条组和所述第二辐条组关于所述刀盘面板的中心对称设置，各个所述辐条上均设置有所述切割刀具，所述微波照射装置设置于所述第一辐条组和所述第二辐条组之间。
[0013]优选的，所述切割刀具包括先行滚刀、中心滚刀以及切削刀，多个所述中心滚刀以
所述刀盘面板中心为圆心均匀分布，所述中心滚刀可转动的设置在所述刀盘面板上，所述第一辐条组的所述辐条与第二辐条组的所述辐条均设置有多个可转动的所述先行滚刀，所述切削刀固定设置在所述第一辐条组的所述辐条上。
[0014]优选的，刀盘切割系统还包括刀具驱动机构以及刀盘控制系统，所述先行滚刀以及所述中心滚刀均与所述刀具驱动机构传动连接，所述刀具驱动机构用于驱动所述先行滚刀以及所述中心滚刀转动，所述刀盘控制系统与所述刀具驱动机构电连接，并控制所述刀具驱动机构的运行状态。
[0015]优选的，所述冷却系统包括水射流喷嘴、水泵和水雾控制系统，所述水射流喷嘴设置于刀盘面板上，两组所述水射流喷嘴均沿线性排布，且两组所述水射流喷嘴并排设置于第二辐条组的所述辐条上，所述水泵与所述主传动轴连接并同步转动，所述水泵通过冷却管道向所述水射流喷嘴输送冷却水，所述水雾控制系统控制水射流喷嘴喷射参数。
[0016]优选的，一种钻井掘进方法，包括如下步骤：
[0017]步骤一：根据施工现场地质条件、实验数据和工程进度需求，设计微波波形、照射角度、照射强度、照射频率、水雾喷射角度、水雾喷射流量、刀盘切割进度的施工参数；
[0018]步骤二：将微波控制系统和微波照射装置通过传输电缆进行连接；将水射流喷嘴和水泵使用冷却管道进行连接；
[0019]步骤三：启动废料输送装置，准备开始运废料工作；
[0020]步骤四：启动所述微波控制系统，启动所述微波照射装置按照设计的微波波形、照射角度、照射强度和照射频率进行岩壁微波加热；
[0021]步骤五：启动水雾控制系统，启动水泵按照设计的所述水雾喷射角度和所述水雾喷射流量对施工岩壁进行持续水雾冷却和工作面除尘降温；
[0022]步骤六：启动切割刀具，刀盘面板按照逆时针方向转动，持续前进式剥岩施工。
[0023]本专利技术的有益效果在于：本专利技术能够根据不同工程地质硬岩特性和工程进度需求进行适应性调整，实现由微波控制系统和微波照射装置共同控制的范围在0
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120
°
的可调控式的照射覆盖区域，通过设计切割进度需求、微波照射方案和水雾降温方案之间的匹配关系，大大降低了岩体硬度，实现钻井掘进时辅助破岩的效果，减少了切削、剪切岩体时盾构机刀具的磨损，同时使用水雾降温能够对岩体进行均匀降温，使得岩体崩坏位置更均匀，并且水雾还可以吸附切削岩石时产生的飞尘，具有减尘的功效。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术中复合破岩刀盘的正视图；
[0026]图2为本专利技术中复合破岩刀盘的侧视图；
[0027]其中，图中：101
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刀盘面板，102
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微波照射臂组，103
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水射流喷嘴组，104
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先行滚刀，105
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中心滚刀，106
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切削刀，201
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装置集中控制室，202
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水泵，203
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主传动轴，204
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废料输送带，205
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刀盘控制系统，206
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微波控制系统，207
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水雾控制系统。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]参阅附图1
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2，本专利技术提供了一种钻井掘进设备，包括：刀盘面板101承载有微波照射臂组102、中心滚刀105、水射流喷嘴组103、先行滚刀104和切削刀106，微波发射臂组102是向岩体表面发射微波的装置，对岩体进行一定时间的持续加热，岩体内部吸波矿物吸收微波后，在岩体内部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井掘进设备，其特征在于，包括：刀盘切割系统、加热系统以及冷却系统；所述刀盘切割系统包括刀盘面板、切割刀具、主传动轴、以及传动轴驱动机构；所述切割刀具设置在所述刀盘面板上并用于切割岩体，所述主传动轴一端与所述驱动机构连接，另一端与所述刀盘面板连接，以使传动轴驱动机构可通过所述主动传动轴驱动所述刀盘转动；所述加热系统设置于所述刀盘面板上，并用于对岩体进行微波加热；所述冷却系统设置于所述刀盘面板上，并用于对岩体进行水雾冷却。2.根据权利要求1所述的一种钻井掘进设备，其特征在于，所述刀盘面板底部设置有废料输送装置，所述废料输送装置用于向挖掘方向的相反方向运输石料。3.根据权利要求1所述的一种钻井掘进设备，其特征在于，所述加热系统包括微波照射装置和微波控制系统，所述微波控制系统能够控制所述微波照射装置的微波照射参数。4.根据权利要求3所述的一种钻井掘进设备，其特征在于，所述微波照射装置设置有一对，一对所述微波照射装置关于所述刀盘面板中心对称设置，各个所述微波照射装置均设置为以所述刀盘面板的中心为圆心的扇形结构，所述扇形结构开口角度设置为0
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120
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。5.根据权利要求3所述的一种钻井掘进设备，其特征在于，刀盘切割系统还包括第一辐条组和第二辐条组，所述第一辐条组和所述第二辐条组均包括两条沿所述刀盘面板的径向延伸且关于所述刀盘面板的中心对称设置的辐条，所述第一辐条组和所述第二辐条组关于所述刀盘面板的中心对称设置，各个所述辐条上均设置有所述切割刀具，所述微波照射装置设置于所述第一辐条组和所述第二辐条组之间。6.根据权利要求5所述的一种钻井掘进设备，其特征在于，所述切割刀具包括先行滚刀、中心滚刀以及切削刀，多个所述中心滚刀以所述刀盘面板...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕腾，赵毅鑫，朱笑颜，高艺瑞，王玉明，张洪伟，徐铎，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：