CN212428834U - 一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其刀头的掘进面处均匀地间隔设置多个切割头截齿和多个破岩电极组；当掘进机掘进时，刀头的破岩电极组在岩层处形成放电通道使岩层松碎以提升掘进效率；本实用新型有助于提高掘进速度，降低工作面粉尘，有效解决岩巷掘进速度慢的问题。

Description

一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机

技术领域

本实用新型涉及工程施工技术领域，尤其是一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机。

背景技术

矿山岩石巷道主要采用钻爆施工法、悬臂式掘进机施工法或者是TBM机掘进施工。

钻爆施工法由于破岩效率低、装运效率低、支护效率低、粉尘浓度高等问题，导致掘进速度缓慢、职业病高发，尤其是开拓准备等大断面岩巷掘进更加缓慢，严重制约水平采区的有序接替；TBM机掘进虽然有诸多优点，但在岩石较硬的地段往往工程进度受到一定制约，刀盘损耗加快。

传统悬臂式掘进机以及TBM机施工法中的不足：

1、截割效率较低，影响施工进度，对环境要求高。以悬臂式掘进机为主的机械化作业线，主要适用于地质条件比较简单、巷道断面为16~35 m2、岩石普氏系数不大于8，巷道长度大于2000 m的条件，且要求所掘巷道的曲率半径大，不能适应我国巷道要求，特别是岩性变化大，遇到涌水、断层破碎带等地质条件时适应性差，掘进速度明显下降，甚至无法工作。

2、掘进工作面降尘效率低。目前普遍采用的内、外喷雾降尘方式无法满足井下掘进工作面的环境要求。

3、岩石较硬的地段往往工程进度受到一定制约，刀盘损耗加快。

4、安全隐患较高，容易造成机械伤害，岩石损伤程度大。

发明内容

本实用新型提出一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，提高掘进速度，降低工作面粉尘，有效解决岩巷掘进速度慢的问题。

本实用新型采用以下技术方案。

一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其刀头（6）的掘进面处均匀地间隔设置多个切割头截齿（9）和多个破岩电极组；当掘进机掘进时，刀头的破岩电极组在岩层处形成放电通道（1）使岩层（4）松碎以提升掘进效率。

所述切割头截齿、破岩电极组所处螺旋线位置在刀头上呈螺旋状布局设置，所述螺旋状布局中，切割头截齿所在螺旋线、破岩电极组所在螺旋线相互平行。

所述破岩电极组包括高压电极（2）和低压电极（3）；每个破岩电极组内的高压电极和低压电极设于破岩电极组所处螺旋线的位置上，同一组中高压电极和低压电极的间距小于不同组之间高压电极与低压电极的间距。

各个破岩电极组内的高压电极和低压电极的间距相同。

所述破岩电极组内设有用于容置高压电极和低压电极的电极腔；所述电极腔与水管（17）相通；当掘进机掘进时，电极腔内以水管注入的去离子水（5）形成绝缘层，以避免高压电极和低压电极在电极腔内形成放电电弧。

所述电极腔设有泄水孔；当掘进机掘进时，水管向电极腔内注入流动的去离子水以防止粉尘进入电极腔。

所述掘进机的刀头后方设有与电极腔相通的高压电盘（12）；当掘进机掘进时，水管把去离子水送至高压电盘处，使去离子水进入电极腔；所述高压电盘处设有与破岩电极组相连的高压储能电容（10）；所述高压储能电容由若干个低电感的电容串联而成；所述高压储能电容与变压器（13）相连；所述变压器经脉冲传输线（15）与高压脉冲电源（16）相连。

所述掘进机包括带行走部（101）的车体（107）；所述车体前端的上部以支杆支撑刀头（6），刀头下方还设有与车体相连的铲板部（109）；所述车体后端的上部设有运输部（108）；

所述掘进机掘进时以车体后部的支撑部（11）顶靠于地面以防止车体后退，刀头的破岩电极组放电的幅值电压30-50kV，单次能量为10-20J。

采用上述的矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其施工时，包括以下步骤；

步骤A1、先由水管将去离子水送至掘进机刀头的破岩电极组位置，使得破岩电极组的高压电极和低压电极之间的空腔充满去离子水；

步骤A2、启动高压脉冲电源，输出高压脉冲经过脉冲传输线送至电极处，高压电极和低压电极与待破碎的岩石接触；当高压脉冲到来时，高压电极和低压电极之间放电，引起待破碎岩石的初步破碎。

步骤A3、所述高压电极、低压电极在放电时也随刀头旋转；岩石在放电通道的作用下，变得松碎，同时电极尖端随刀头旋转对岩石进行刮削；

刀头旋转并向前移动，驱动刀头处的切割头截齿再次切削掘进面处的岩石，使得岩石进一步破碎。

在所述步骤A1之前，需对掘进机进行设备以及周围巷道工况检查，并进行对应的隐患处理；在步骤A3中，被进一步破碎的岩石落于刀头下方的铲板部后，被送至掘进机后部的运输部排出。

本实用新型有利于提高大断面岩石巷道掘进效率、缩短矿建周期，有效解决大断面岩巷掘进速度慢的问题。提高机械化水平、降低劳动强度。使所有施工作业均在可靠支护下进行，进一步提高了作业安全性。施工中避免了放炮产生的烟雾粉尘，改善了施工作业环境，保障了工作人员的健康水平。

本实用新型的掘进机械化施工，最大限度降低了对巷道围岩的损伤程度，降低围岩扰动，使得巷道成型质量好，从而维护了巷道围岩的承载能力，减少了巷道维护费用。

本实用新型采用的高压脉冲放电破碎是一种绿色、可控的破碎技术，其速度快;对有金属内含物的矿石破碎具有选择性;能量可控、无污染、无飞石；该技术在破碎固体物质方面的技术优势是:岩石电击穿后，等离子通道发生在场强畸变最大的地方，通常为矿物金属晶粒和岩体的交界面处，利用这种性质可以对矿石进行选择性破碎，并且可用于破碎价值高贵金属矿石和处理金银材料的回收和精炼，实现对等级不够的贵金属矿的富集处理。

本实用新型所述设备的幅值电压30-50kV,单次能量为10-20J 脉冲放电破碎岩石，使用该条件下的脉冲放电就可以实现破碎装备的小型化、长寿命和提高装备的安全性。实现对岩石进行持续的掘进。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是本实用新型的放电通道破碎岩层的原理示意图；

附图2是本实用新型的掘进机刀头及供电连接的示意图；

附图3是本实用新型所述无人掘进机的结构示意图；

图中：1-放电通道；2-高压电极；3-低压电极；4-岩层；5-去离子水；6-刀头；9-切割头截齿；10-高压储能电容；11-支撑部；12-高压电盘；13-变压器；14-红外装置；15-脉冲传输线；16-高压脉冲电源；17-水管；

101-行走部；107-车体；108-运输部；109-铲板部。

具体实施方式

如图所示，一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其刀头6的掘进面处均匀地间隔设置多个切割头截齿9和多个破岩电极组；当掘进机掘进时，刀头的破岩电极组在岩层处形成放电通道1使岩层4松碎以提升掘进效率。

所述切割头截齿、破岩电极组所处螺旋线位置在刀头上呈螺旋状布局设置，所述螺旋状布局中，切割头截齿所在螺旋线、破岩电极组所在螺旋线相互平行。

所述破岩电极组包括高压电极2和低压电极3；每个破岩电极组内的高压电极和低压电极设于破岩电极组所处螺旋线的位置上，同一组中高压电极和低压电极的间距小于不同组之间高压电极与低压电极的间距。

各个破岩电极组内的高压电极和低压电极的间距相同。

所述破岩电极组内设有用于容置高压电极和低压电极的电极腔；所述电极腔与水管17相通；当掘进机掘进时，电极腔内以水管注入的去离子水5形成绝缘层，以避免高压电极和低压电极在电极腔内形成放电电弧。

所述电极腔设有泄水孔；当掘进机掘进时，水管向电极腔内注入流动的去离子水以防止粉尘进入电极腔。

所述掘进机的刀头后方设有与电极腔相通的高压电盘12；当掘进机掘进时，水管把去离子水送至高压电盘处，使去离子水进入电极腔；所述高压电盘处设有与破岩电极组相连的高压储能电容10；所述高压储能电容由若干个低电感的电容串联而成；所述高压储能电容与变压器13相连；所述变压器经脉冲传输线15与高压脉冲电源16相连。

所述掘进机包括带行走部101的车体107；所述车体前端的上部以支杆支撑刀头6，刀头下方还设有与车体相连的铲板部109；所述车体后端的上部设有运输部108；

所述掘进机掘进时以车体后部的支撑部11顶靠于地面以防止车体后退，刀头的破岩电极组放电的幅值电压30-50kV，单次能量为10-20J。

采用上述的矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其施工时，包括以下步骤；

步骤A1、先由水管将去离子水送至掘进机刀头的破岩电极组位置，使得破岩电极组的高压电极和低压电极之间的空腔充满去离子水；

步骤A2、启动高压脉冲电源，输出高压脉冲经过脉冲传输线送至电极处，高压电极和低压电极与待破碎的岩石接触；当高压脉冲到来时，高压电极和低压电极之间放电，引起待破碎岩石的初步破碎。

步骤A3、所述高压电极、低压电极在放电时也随刀头旋转；岩石在放电通道的作用下，变得松碎，同时电极尖端随刀头旋转对岩石进行刮削；

刀头旋转并向前移动，驱动刀头处的切割头截齿再次切削掘进面处的岩石，使得岩石进一步破碎。

在所述步骤A1之前，需对掘进机进行设备以及周围巷道工况检查，并进行对应的隐患处理；在步骤A3中，被进一步破碎的岩石落于刀头下方的铲板部后，被送至掘进机后部的运输部排出。

本例中，施工运行中主要分为两个阶段，第一个阶段是高压电打击岩面，该技术是利用脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子体通道的力学效应对岩石产生破坏，其设备前端放电电极与岩石接触紧密，电场强度足够强，使岩石体击穿，等离子体通道发生在岩体内部。岩石在放电的作用下变得松碎，从而实现对硬岩的快速钻孔。第二个阶段是通过刀头旋转切割岩面，带有滚刀的刀头挤压将岩石截割破碎,通过底部铲板将破碎的岩石通过机身再带的输送设备送至后方渣车。

本例中，脉冲等离子体对岩石的破碎过程可以分为两个阶段：第一个阶段为等离子体冲击波的传播过程，在这个过程中冲击波将能量转移至通道周围的岩体，全部转换成岩体的动能，该过程持续的时间很短，可认为瞬间完成，岩石无变形和破碎的发生；第二阶段通道周围的岩体以第一阶段获得的速度开始运动，由于岩体介质获得的初速度并不一致，相对运动产生的位移差将会使岩体变形，最终导致岩石的破碎。

本例中，放电电压通过变压器进行调节。

Claims (9)

1.一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：所述掘进机，其刀头（6）的掘进面处均匀地间隔设置多个切割头截齿（9）和多个破岩电极组；当掘进机掘进时，刀头的破岩电极组在岩层处形成放电通道（1）使岩层（4）松碎以提升掘进效率。

2.根据权利要求1所述的一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：所述切割头截齿、破岩电极组所处螺旋线位置在刀头上呈螺旋状布局设置，所述螺旋状布局中，切割头截齿所在螺旋线、破岩电极组所在螺旋线相互平行。

3.根据权利要求2所述的一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：所述破岩电极组包括高压电极（2）和低压电极（3）；每个破岩电极组内的高压电极和低压电极设于破岩电极组所处螺旋线的位置上，同一组中高压电极和低压电极的间距小于不同组之间高压电极与低压电极的间距。

4.根据权利要求3所述的一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：各个破岩电极组内的高压电极和低压电极的间距相同。

5.根据权利要求4所述的一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：所述破岩电极组内设有用于容置高压电极和低压电极的电极腔；所述电极腔与水管（17）相通；当掘进机掘进时，电极腔内以水管注入的去离子水（5）形成绝缘层，以避免高压电极和低压电极在电极腔内形成放电电弧。

6.根据权利要求5所述的一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：所述电极腔设有泄水孔；当掘进机掘进时，水管向电极腔内注入流动的去离子水以防止粉尘进入电极腔。

7.根据权利要求5所述的一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：所述掘进机的刀头后方设有与电极腔相通的高压电盘（12）；当掘进机掘进时，水管把去离子水送至高压电盘处，使去离子水进入电极腔；所述高压电盘处设有与破岩电极组相连的高压储能电容（10）；所述高压储能电容由若干个低电感的电容串联而成；所述高压储能电容与变压器（13）相连；所述变压器经脉冲传输线（15）与高压脉冲电源（16）相连。

8.根据权利要求1所述的一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：所述掘进机包括带行走部（101）的车体（107）；所述车体前端的上部以支杆支撑刀头（6），刀头下方还设有与车体相连的铲板部（109）；所述车体后端的上部设有运输部（108）；

所述掘进机掘进时以车体后部的支撑部（11）顶靠于地面以防止车体后退。

9.根据权利要求1所述的一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机，其特征在于：所述刀头的破岩电极组放电的幅值电压30-50kV，单次能量为10-20J。

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