CN103334764B - 伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法，属于全断面岩石掘进机刀盘结构的设计方法领域，涉及一种伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法。该设计方法采用可伸缩多刃扩挖滚刀组件和高压水射流设备代替原有刀盘的边滚刀组合破岩，在原有刀盘边缘位置去掉边滚刀，安装第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件，可伸缩多刃扩挖滚刀组件由安装在可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备中的可伸缩多刃扩挖滚刀构成，且结构相同。在刀盘上，第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件的两侧分别安装了高压水射流设备。本发明的伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘振动小，从而延长刀盘的掘进寿命，减小噪音，降低工程中的经济损失。

Description

伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法

技术领域：

本发明属于掘进机刀盘结构的设计方法领域，特别涉及一种伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法。

背景技术：

刀盘作为全断面岩石掘进机最主要的部件之一，是所有破岩刀具的安装载体。全断面岩石掘进机在实际工程中多由边滚刀侧向力引起较大的振动，若刀盘振动过大，不仅影响其使用寿命，而且影响着其性能的发挥。因此，刀盘边滚刀处结构的合理设计对刀盘的振动有很大的影响。中国专利号：CN201110435177.0，专利名称为“一种多级分离渐进式盾构刀盘”，发明人魏正英、卢秉恒等人公开了一种多级分离渐进式盾构刀盘，它由可伸缩的多级盾构刀盘组成。工作时，一级刀盘转动对岩体进行切削,当掘进到一定的距离时,二级刀盘开始向前掘进，如此往复，实现多级刀盘渐进开挖。此发明改变了刀盘结构，需要多套主驱动***，空间受限难以布置，造价昂贵；同时出碴难以实现，此刀盘是先切削中心岩石，后切削边界岩石，对隧洞周边围岩扰动较大，容易引起刀盘较大振动。中国专利：CN2058424，专利名称为：“自控水力破碎刀具”，发明人程大中等人公开了一种自控水力破碎刀具结构，这种破碎刀具从刀刃中直接喷出高压水射流，利用刀具产生的裂纹，以液力楔形式使岩石在张力下破碎。但此专利未提及如何减小刀盘振动。由于全断面掘进机在工作过程中，边滚刀受到的侧向力是引起刀盘振动的重要因素，刀盘振动将加剧滚刀及刀盘内部其他部件的损坏，因此用以往方法设计出的刀盘仍存在振动较大的缺点和不足。

发明内容

本发明要解决的难题针对现有刀盘的缺陷，发明一种伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法。即在原有刀盘边缘位置去掉所有边滚刀，安装可伸缩多刃扩挖滚刀组件并在滚刀组件周围安装高压水射流设备。本发明减轻掘进机的震动，降低噪音，提高全断面岩石掘进机的工作效率。

发明采用的技术方案是伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法，该方法考虑刀盘整体技术性能要求、施工要求、要保证刀盘破岩能力、并减小刀盘的振动；在原有刀盘边缘位置去掉所有边滚刀，安装第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件2、8、14，第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件2、8、14都由安装在可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备21中的可伸缩多刃扩挖滚刀22构成，且结构相同；

在刀盘上，第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件2、8、14的两侧分别安装了第一、第二高压水射流设备1、3，第三、第四高压水射流设备7、9，第五、第六高压水射流设备13、15；第一、第二、第三、第四、第五、第六高压水射流设备1、3、7、9、13、15均由喷嘴16、喷头组件17、高压软管18、高压泵19、发动机20组成，且结构相同；

（1）根据伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法所述的刀盘结构及具体施工条件，对可伸缩多刃扩挖滚刀22按下述方法进行设计：

（a）可伸缩多刃扩挖滚刀22相邻两刀刃之间的角度Δθ：

Δθ＝θ         （1）

其中：θ为传统刀盘相邻边滚刀之间的角度（一般取值为5～8°）；

（b）可伸缩多刃扩挖滚刀22刀刃的总数量n_k：

$n_k=\mathrm{int}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }}{\mathrm{\Δ\θ}}\right)+1---\left(2\right)$

其中：θ_max是可伸缩多刃扩挖滚刀22在刀盘过渡圆弧面上最大安装角度；

（c）根据可伸缩多刃扩挖滚刀22最大安装角度及可伸缩多刃扩挖滚刀22数量可求得修正后的可伸缩多刃扩挖滚刀22相邻两刀刃之间的角度Δθ'为：

${\mathrm{\Δ\θ}}^{\′}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }}{n_k}---\left(3\right)$

（d）相邻可伸缩多刃扩挖滚刀22两刀刃之间的间s_p距离为：

其中：r是可伸缩多刃扩挖滚刀在刀盘过渡圆弧半径；

（e）可伸缩多刃扩挖滚刀22的数量n为：

$n=\mathrm{int}\left(\frac{n_k}{m}\right)---\left(5\right)$

其中：m是每把可伸缩多刃扩挖滚刀刀刃数量，m取值为1～4；

（f）第i把可伸缩多刃扩挖滚刀22与刀盘盘面法平面的夹角θ_i为：

${\mathrm{\θ}}_i=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }}{2n}(2i-1),i=\mathrm{1,2}...n---\left(6\right)$

（g）第i把可伸缩多刃扩挖滚刀22在刀盘盘面上的布置相位角度ε_i为：

${\mathrm{\ϵ}}_{i+1}={\mathrm{\ϵ}}_i+\frac{2\mathrm{\π}}{n},i=1,2...n---\left(7\right)$

可伸缩多刃扩挖滚刀具体安装位置可根据刀盘滚刀布置情况做轻微调整；将设计好的可伸缩多刃扩挖滚刀22根据相关计算结果安装在刀盘上；

（2）根据具体施工条件，对第一、第二、第三、第四、第五、第六高压水射流设备1、3、7、9、13、15进行设计，6个高压水射流设备结构完全相同；

（a）确定高压水射流设备在刀盘盘面的安装位置：

本发明伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法，使用可伸缩多刃扩挖滚刀组件与高压水射流设备组合破岩，所以高压水射流设备应布置在可伸缩多刃扩挖滚刀22周围；考虑到喷嘴16直径相对于岩石尺寸很小，因此在可伸缩多刃扩挖滚刀两侧均应安装高压水射流设备；

（b）高压软管18铺设：

高压软管18是高压水射流设备的重要组成部分，流体自高压泵19产生高压水后至喷头组件17间往往要经过较长的距离，期间还应有控制阀、各种接头等，高压水从喷嘴16喷出破碎岩石，高压软管18布置是否恰当直接影响***的性能和工作寿命；

（c）计算高压水射流设备高压泵19的流量q_v：

$q_v=q_{\mathrm{vt}}{\mathrm{\η}}_v=\frac{\mathrm{AS}\×\mathrm{nZ}}{60}{\mathrm{\η}}_v---\left(8\right)$

其中：q_v为泵的实际流量，m³/s；q_vt为泵的理论流量，m³/s；η_v为泵的容积系数；A为柱塞面积，m²，S为柱塞行程，m；n为泵速，单位时间内柱塞往复次数，次/min；Z为柱塞数；D为柱塞直径，m；U_m为柱塞平均速度，m/s，φ为程径比，φ＝S∕D；

（d）确定高压流体在高压水射流设备中不同位置的压力：

高压水射流工作时，流体在喷嘴16出口的压力p_喷嘴出口使得岩石内部产生剪应力，达到岩石的抗剪破坏强度，高压流体使岩石产生裂纹，岩石发生破坏：

p_喷嘴出口＝ησ_c    η＝(0.3～0.5)       （9）

其中：岩石的抗压强度为σ_c，η是岩石抗压强度系数；

校核高压水射流门限压力Pc：

Pc＝P_喷嘴出口[0.5-μ+0.315(1+μ)^3/2]＞2τ_s     （10）

其中：μ是岩石的泊松比、τ_s是岩石的抗剪强度；当此式成立时，说明喷嘴16出口处高压水射流可达到岩石的破坏强度；

流体在喷嘴16入口压力p_喷嘴入口：

其中：流体喷嘴的能量损失系数为η_喷嘴；

高压软管压力损失Δp：

$\mathrm{\Δp}=\frac{59.7q^2}{D^5{\mathrm{Re}}^{0.25}}---\left(12\right)$

其中：Δp为高压软管压力损失，MPa/m；Re为雷诺数，q为流量，L/min；D为高压软管内径，mm；

因此可得到流体在高压泵19处的压力p_泵：

p_泵=p_喷嘴入口+Δp         （13）

（e）高压泵19的有效功率P_e：

（f）高压水射流设备喷嘴16直径d：

根据计算数据选择高压水射流设备，并根据相关计算结果将高压水射流设备安装在刀盘上。

本发明的有益效果是在保证刀盘在破碎岩石的前提条件下，在刀盘周边以可伸缩多刃扩挖滚刀及高压水射流设备切割隧道边缘部分的岩石，由于可伸缩多刃扩挖滚刀采用液压支撑，刀盘切削隧道边缘位置时使用高压水射流以减小可伸缩多刃扩挖滚刀受力，并且可伸缩多刃扩挖滚刀切割岩石分成独立的工作过程，因此本发明设计的刀盘减小了刀盘因可伸缩多刃扩挖滚刀受到的侧向力而产生的振动，从而延长掘进机刀盘的掘进寿命，减小噪音，降低了工程中的经济损失，本发明的刀盘可应用于多种全断面岩石掘进机刀盘设计领域。

附图说明

图1，伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘总装配图；图2，可伸缩多刃扩挖滚刀组件和高压水射流设备在总装配图上的局部放大图；图3，可伸缩多刃扩挖滚刀组件结构简图；图4，高压水射流设备结构简图。图中：1—第一高压水射流设备、2—第一可伸缩多刃扩挖滚刀组件、3—第二高压水射流设备、4—正滚刀、5—刀盘圆弧过渡面板、6—刀盘上面板、7—第三高压水射流设备、8—第二可伸缩多刃扩挖滚刀组件、9—第四高压水射流设备、10—刀盘后面板、11—中心滚刀、12—刀盘周围支撑板、13—第五高压水射流设备、14—第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件、15—第六高压水射流设备、16—喷嘴、17—喷头组件、18—高压软管、19—高压泵、20—发动机、21—可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备、22—可伸缩多刃扩挖滚刀。

具体实施例

结合附图和技术方案详细说明本发明伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法的具体实施过程。刀盘作为全断面岩石掘进机最主要的部件之一，是所有破岩刀具的安装载体。全断面岩石掘进机在实际工程中多由边滚刀切割岩石受到的侧向力引起较大的振动。若刀盘振动过大，不仅影响其使用寿命，而且影响着其性能的发挥。

因此，本发明针对刀盘工作时常由边滚刀切割岩石受到的侧向力引起较大的振动等缺陷，考虑刀盘整体技术性能要求、施工要求，要保证该方法设计的刀盘有足够的破岩能力并减小刀盘由边滚刀切割岩石受到的侧向力引起的刀盘振动，在传统刀盘结构的边缘处以可伸缩多刃扩挖滚刀组件和高压水射流设备代替原有刀盘的边滚刀，刀盘仍保留原有的正滚刀和中心滚刀；可伸缩多刃扩挖滚刀组件由可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备和可伸缩多刃扩挖滚刀组成，由于可伸缩多刃扩挖滚刀由液压支撑，所以刀盘切削隧道边缘位置时可有效的减小刀盘振动；并且本发明的刀盘使用高压水射流与可伸缩多刃扩挖滚刀同时切割隧道，可伸缩多刃扩挖滚刀切割岩石受到的侧向力可减小一半，也可有效的减小刀盘振动。

本发明将刀盘切割岩石工作过程分成两个步骤：步骤一，将可伸缩多刃扩挖滚刀推出，使用可伸缩多刃扩挖滚刀和高压水射流设备共同切割隧道边缘部分岩石，可伸缩多刃扩挖滚刀推出距离应满足下面的关系：l_推出=l_Fmax-l_Δ安装；其中：l_推出为可伸缩多刃扩挖滚刀推出距离；l_Fmax为高压水射流压力最大时喷嘴距离岩石的距离；l_Δ安装为喷嘴与可伸缩多刃扩挖滚刀初始安装距离；步骤二，将可伸缩多刃扩挖滚刀缩回，并推进主刀盘使用正滚刀和中心滚刀继续切割隧道其他部分的岩石，重复这两个步骤完成隧道的开挖。由于将刀盘工作分成了两个过程，所以当刀盘切割隧道主***置的岩石时，刀盘不会因可伸缩多刃扩挖滚刀切割岩石产生的侧向力而引起较大的振动。

结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施过程。本发明使用的刀盘半径R＝4175mm；刀盘过渡半径r＝500mm；可伸缩多刃扩挖滚刀最大安装角θ_max＝70°；滚刀磨损量取相邻可伸缩多刃扩挖滚刀之间的夹角为θ＝6°；岩石的抗压强度为σ_c＝100MPa，岩石的抗剪强度τ_s＝9.5MPa，岩石的泊松比μ＝0.3，流体喷嘴的能量损失系数为η_喷嘴=0.8。具体伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘相关参数计算如下：

（1）可伸缩多刃扩挖滚刀22具体参数计算如下：

（a）可伸缩多刃扩挖滚刀22相邻两刀刃间角度Δθ＝6°（1）

（b）可伸缩多刃扩挖滚刀22刀刃的总数量n_k：

（c）根据θ_max及（b）可求得修正后的可伸缩多刃扩挖滚刀22相邻两刀刃之间的角度：

（d）相邻可伸缩多刃扩挖滚刀22两刀刃之间的间s_p距离为：

（e）可伸缩多刃扩挖滚刀22的数量n为：

$n=\mathrm{int}\left(\frac{n_k}{m}\right)=\mathrm{int}\left(\frac{12}{4}\right)=3---\left(5\right)$

（f）第i把可伸缩多刃扩挖滚刀22与刀盘盘面法平面的夹角θ_i为：

${\mathrm{\θ}}_i=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }}{2n}(2i-1)=\frac{35}{3}(2i-1),i=\mathrm{1,2}...n---\left(6\right)$

第一把可伸缩多刃扩挖滚刀安装角度为θ₁＝11.7°；第二把可伸缩多刃扩挖滚刀安装角度为θ₂＝35.0°；第三把可伸缩多刃扩挖滚刀安装角度为θ₃＝58.3°。

（g）计算可伸缩多刃扩挖滚刀在刀盘盘面上的安装角度：

${\mathrm{\ϵ}}_{i+1}={\mathrm{\ϵ}}_i+\frac{2\mathrm{\π}}{n},i=1,2...n---\left(7\right)$

根据具体刀盘滚刀布置情况，可计算得到第一把可伸缩多刃扩挖滚刀在刀盘面上的安装角度为：ε₁＝63°，第二把可伸缩多刃扩挖滚刀在刀盘面上的安装角度为：ε₂＝187°，第三把可伸缩多刃扩挖滚刀在刀盘面上的安装角度为：ε₃＝302°。

将设计好的可伸缩多刃扩挖滚刀22根据相关计算结果安装在刀盘上；

（2）对第一高压水射流设备1参数进行选择：

（a）确定高压水射流设备在刀盘盘面的安装位置：

本发明伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法，使用可伸缩多刃扩挖滚刀组件与高压水射流设备组合破岩，所以高压水射流设备应布置在可伸缩多刃扩挖滚刀22周围；考虑到喷嘴16直径相对于岩石尺寸很小，因此在可伸缩多刃扩挖滚刀两侧均应安装高压水射流设备；

（b）高压软管18铺设：

高压软管18是高压水射流设备的重要组成部分，流体自高压泵19产生高压水后至喷头组件17间往往要经过较长的距离，期间还应有控制阀、各种接头等，高压水从喷嘴16喷出破碎岩石，高压软管18布置是否恰当直接影响***的性能和工作寿命；

（c）为了减小泵的尺寸和质量，选取泵速n＝500次/min；选取柱塞平均速度U_m＝1.1m/s；根据公式计算得到柱塞行程S＝0.066m；取泵的行程比φ＝0.8；根据公式φ＝S∕D计算得到柱塞直径D=0.0825m；可得到柱塞面积取柱塞数Z=1；取泵的容积系数η_v＝0.9；

因此计算高压水射流设备高压泵的流量：

$q_v=\frac{\mathrm{AS}\×\mathrm{nZ}}{60}{\mathrm{\η}}_v=156L/\min ---\left(8\right)$

流量超过130L/min，因此可选D＝12mm的高压软管。

（d）确定高压流体在高压水射流设备中不同位置的压力：

高压水射流工作压力满足：（9）时，岩石内部产生的剪应力可达到岩石的抗剪破坏强度，使岩石产生裂纹，岩石可发生破坏，此时p_喷嘴=p＝50MPa；校核高压水射流门限压力：Pc=P_喷嘴出口[0.5-μ+0.315(1+μ)^3/2]＝33.3MPa＞2τ_s（10），此式成立，说明喷嘴出口处高压水射流可达到岩石的破坏强度；

流体喷嘴入口压力：高压软管压力损失：其中Re为雷诺数，

$\mathrm{\Δp}=\frac{59.7q^2}{D^5{\mathrm{Re}}^{0.25}}=\frac{59.7\×{156}^2}{{12}^5\×{145145}^{0.25}}=0.3\mathrm{MPa}/m---\left(12\right)$

因此可得到流体在高压泵处的压力：

p_泵=p_喷嘴入口+Δp＝62.5+0.3＝62.8MPa    （13）

（e）高压泵19的有效功率

（f）高压水射流设备喷嘴16直径：

第二高压水射流设备3、第三高压水射流设备7、第四高压水射流设备9、第五高压水射流设备13、第六高压水射流设备15参数选择过程与第一高压水射流设备1相同，根据计算数据选择高压水射流设备，并根据相关计算结果将高压水射流设备安装在刀盘上。

本发明刀盘的设计方法可应用于多种全断面岩石掘进机刀盘设计领域中。

Claims (1)

1.一种伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法，其特征在于，该设计方法采用可伸缩多刃扩挖滚刀组件和高压水射流设备代替原有刀盘的边滚刀组合破岩，在原有刀盘边缘位置去掉所有边滚刀，安装第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件(2、8、14)，第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件(2、8、14)都由安装在可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备(21)中的可伸缩多刃扩挖滚刀(22)构成，且结构相同；

在刀盘上，第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件(2、8、14)的两侧分别安装了第一、第二高压水射流设备(1、3)，第三、第四高压水射流设备(7、9)，第五、第六高压水射流设备(13、15)；第一、第二、第三、第四、第五、第六高压水射流设备(1、3、7、9、13、15)均由喷嘴(16)、喷头组件(17)、高压软管(18)、高压泵(19)、发动机(20)组成，且结构相同；

(1)根据伸缩扩挖滚刀及水射流组合破岩刀盘设计方法所述的刀盘结构及具体施工条件，对可伸缩多刃扩挖滚刀(22)按下述方法进行设计：

(a)可伸缩多刃扩挖滚刀(22)相邻两刀刃之间的角度Δθ：

Δθ＝θ  (1)

其中：θ为传统刀盘相邻边滚刀之间的角度，取值为5～8°；

(b)可伸缩多刃扩挖滚刀(22)刀刃的总数量n_k：

$n_k=\mathrm{int}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }}{\mathrm{\Δ\θ}}\right)+1---\left(2\right)$

其中：θ_max是可伸缩多刃扩挖滚刀(22)在刀盘过渡圆弧面上最大安装角度；

(c)根据可伸缩多刃扩挖滚刀(22)最大安装角度及可伸缩多刃扩挖滚刀(22)数量可求得修正后的可伸缩多刃扩挖滚刀(22)相邻两刀刃之间的角度Δθ'为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}^{\′}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }}{n_k}---\left(3\right)$

(d)相邻可伸缩多刃扩挖滚刀(22)两刀刃之间的距离s_p为：

其中：r是可伸缩多刃扩挖滚刀在刀盘过渡圆弧半径；

(e)可伸缩多刃扩挖滚刀(22)的数量n为：

$n=\mathrm{int}\left(\frac{n_k}{m}\right)---\left(5\right)$

其中：m是每把可伸缩多刃扩挖滚刀刀刃数量，m取值为1～4；

(f)第i把可伸缩多刃扩挖滚刀(22)与刀盘盘面法平面的夹角θ_i为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\θ}}_i=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }}{2n}(2i-1)& i=\mathrm{1,2}...n---\left(6\right)\end{array}$

(g)第i把可伸缩多刃扩挖滚刀(22)在刀盘盘面上的布置相位角度ε_i为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\ϵ}}_{i+1}={\mathrm{\ϵ}}_i+\frac{2\mathrm{\π}}{n}& i=\mathrm{1,2}...n---\left(7\right)\end{array}$

可伸缩多刃扩挖滚刀具体安装位置可根据刀盘滚刀布置情况做轻微调整；将设计好的可伸缩多刃扩挖滚刀(22)根据相关计算结果安装在刀盘上；

刀盘切割岩石工作过程分为两个步骤：步骤一，将可伸缩多刃扩挖滚刀推出，使用可伸缩多刃扩挖滚刀和高压水射流设备共同切割隧道边缘部分岩石，可伸缩多刃扩挖滚刀推出距离应满足下面的关系：l_推出＝l_Fmax-l_Δ安装；其中：l_推出为可伸缩多刃扩挖滚刀推出距离；l_Fmax为高压水射流压力最大时喷嘴距离岩石的距离；l_Δ安装为喷嘴与可伸缩多刃扩挖滚刀初始安装距离；步骤二，将可伸缩多刃扩挖滚刀缩回，并推进主刀盘使用正滚刀和中心滚刀继续切割隧道其他部分的岩石，重复这两个步骤完成隧道的挖掘；

(2)根据具体施工条件，对第一、第二、第三、第四、第五、第六高压水射流设备(1、3、7、9、13、15)进行设计，6个高压水射流设备结构完全相同；

(a)确定高压水射流设备在刀盘盘面的安装位置：

高压水射流设备应布置在可伸缩多刃扩挖滚刀(22)周围；考虑到喷嘴(16)直径相对于岩石尺寸很小，因此，在可伸缩多刃扩挖滚刀两侧均安装了高压水射流设备；

(b)计算高压水射流设备高压泵(19)的流量qv：

$q_v=q_{\mathrm{vt}}{\mathrm{\η}}_v=\frac{\mathrm{AS}\×\mathrm{nZ}}{60}{\mathrm{\η}}_v---\left(8\right)$

其中：q_v为泵的实际流量，m³/s；q_vt为泵的理论流量，m³/s；η_v为泵的容积系数；A为柱塞面积，m²，S为柱塞行程，m；n为泵速，单位时间内柱塞往复次数，次/min；Z为柱塞数；D为柱塞直径，m；U_m为柱塞平均速度，m/s，φ为程径比，φ＝S/D；

(c)确定高压流体在高压水射流设备中不同位置的压力：

高压水射流工作时，流体在喷嘴(16)出口的压力p_喷嘴出口使得岩石内部产生剪应力，达到岩石的抗剪破坏强度，高压流体使岩石产生裂纹，岩石发生破坏：

p_喷嘴出口＝ησ_c  η＝(0.3～0.5)  (9)

其中：岩石的抗压强度为σ_c，η是岩石抗压强度系数；

校核高压水射流门限压力Pc：

Pc＝P_喷嘴出口[0.5-μ+0.315(1+μ)^3/2]＞2τ_s  (10)

其中：μ是岩石的泊松比、τ_s是岩石的抗剪强度；当此式成立时，说明喷嘴(16)出口处高压水射流可达到岩石的破坏强度；

流体在喷嘴(16)入口压力p_喷嘴入口：

其中：流体喷嘴的能量损失系数为η_喷嘴；

高压软管压力损失Δp：

$\mathrm{\Δp}=\frac{{59.7q}^2}{D^5{\mathrm{Re}}^{0.25}}---\left(12\right)$

其中：Δp为高压软管压力损失，MPa/m；Re为雷诺数，q为流量，L/min；D为高压软管内径，mm；

因此，可得到流体在高压泵(19)处的压力p_泵：

p_泵＝p_喷嘴入口+Δp  (13)

(d)高压泵(19)的有效功率P_e：

(e)高压水射流设备喷嘴(16)直径d：

根据计算数据选择高压水射流设备，并根据相关计算结果将高压水射流设备安装在刀盘上。