基于磨料浆体TBM后混式磨料射流辅助破岩系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114473875A(43)申请公布日2022.05.13(21)申请号202210195813.5(22)申请日2022.03.01(71)申请人黄河勘测规划设计研究院有限公司地址450003河南省郑州市金水区金水路109号(72)发明人张金良杨风威曹智国李冰洋苏伟林(74)专利代理机构北京中和立达知识产权代理有限公司11756专利代理师张攀(51)Int.Cl.B24C1/04(2006.01)B24C5/04(2006.01)B24C7/00(2006.01)权利要求书4页说明书12页附图5页(54)发明名称基于磨料浆体TBM后混式磨料射流辅助破岩系统及方法(57)摘要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。CN114473875ACN114473875A权利要求书1/4页1.基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统，其特征在于，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(12)，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(12)连接。2.根据权利要求1所述的基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统，其特征在于，所述高压水供给装置包括依次连接的：水箱(1)、水处理模块(2)、高压泵组(3)、高压管路(4)、管接头(5)、分流器(6)；所述磨料浆体供给装置包括：磨料浆体池(7)、搅拌器(8)、渣浆泵(9)、调节阀(11)、磨料浆体管路(10)，所述磨料浆体池(7)中设置搅拌器(8)，所述渣浆泵(9)入口连接所述磨料浆体池(7)，所述渣浆泵(9)出口经磨料浆体管路(10)连接管接头(5)；所述管接头(5)为双通道管接头(5)，一个通道为高压水通道，连接所述高压管路(4)，另一个通道为磨料浆体通道，连接所述磨料浆体管路(10)。3.根据权利要求2所述的基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统，其特征在于，所述水处理模块(2)包括：过滤单元和软化水单元；所述水箱(1)、水处理模块(2)、高压泵组(3)、磨料浆体池(7)、渣浆泵(9)均设置于TBM滑车(13)上；所述磨料浆体管路(10)上设置调节阀(11)；所述管接头(5)设置于TBM内铠固定端与旋转刀盘之间。4.根据权利要求1所述的基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统，其特征在于，磨料浆体的配制方案为：用甲基纤维素高聚合物添加剂，其含量为2×104mg/L，溶解于水中，形成表观粘度为12700mPa·s的溶液；磨料采用石榴石，粒径为53～57μm或75～106μm，磨料的质量浓度为105g/L；或所述磨料浆体的配制方案为：高聚合物添加剂为聚丙烯酰胺，含量1.5×103mg/L，溶解于水中，制成的溶液表观粘度为1730～9300mPa·s；磨料采用石榴石，粒径为53～57μm或75～106μm，磨料的质量浓度为105g/L。5.根据权利要求1所述的基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统，其特征在于，所述后混式磨料射流喷头装置(12)设置于TBM刀盘(14)上，所述后混式磨料射流喷头装置(12)包括：高压水射流喷嘴(16)、磨料浆体进口(17)、混合腔(18)和磨料射流喷嘴(19)；所述混合腔(18)上开设有磨料浆体进口(17)，所述高压水射流喷嘴(16)和磨料射流喷嘴(19)分别与所述混合腔(18)连接，所述高压水射流喷嘴(16)与所述高压水供给装置的出水端连接，所述磨料浆体进口(17)与所述磨料浆体供给装置的出料端连接。6.根据权利要求5所述的基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统，其特征在于，所述高压水射流喷嘴(16)选用宝石喷嘴，喷嘴直径由高压水供给装置中高压泵组(3)的压力和流量来确定；所述混合腔(18)的尺寸由高压水射流喷嘴(16)的结构来确定，混合腔(18)的长度取高压水射流喷嘴(16)直径的30～40倍，所述磨料浆体进口(17)进入所述混合腔(18)；所述磨料射流喷嘴(19)直径取高压水射流喷嘴(16)直径的3～5倍，同时大于磨料粒径的3倍以上；所述磨料射流喷