高硬度岩土快速掘进机构的制作方法

1.本实用新型涉及地下掘进技术领域，尤其涉及高硬度岩土快速掘进技术。


背景技术：

2.目前在使用掘进机等装置进行地下掘进工作时，高硬度岩土的存在给工作人员造成了很大困扰。实际工程中往往因为部分地区土质硬度高的原因而不得不修改地下隧道类的通道走向，极大影响了相关工程的设计、设施工作，降低了经济效益。
3.在机械破碎岩土时，高硬度岩土也更易损坏机器，从而降低机器使用寿命和可靠性。针对于此，相关工程迫切需要一种可以有效降低掘进工作面岩土硬度的方法和装置。当co2温度高于31.1℃且压力在7.38mpa以上时达至超临界状态，此时二氧化碳性质介于气体、液体之间，具有粘度低、扩散性强等优点。
4.超临界co2本身对岩土类有着萃取、溶蚀等作用，在对岩土类物质进行冲击、浸泡后，硬度大幅度降低，更易进行掘进工作。在诸多理论实验、工程实践中，超临界co2射流用于破裂岩石的卓越效果已得到了证实。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种利用超临界二氧化碳降低掘进工作面硬度的高硬度岩土快速掘进机构。
6.为实现上述目的，本实用新型的高硬度岩土快速掘进机构包括二氧化碳气源，其特征在于：二氧化碳气源通过第一管路连接有高压二氧化碳箱，高压二氧化碳箱连接有第二管路；
7.工作面上安装有罩体，第二管路伸入罩体并连接有用于喷射超临界二氧化碳的喷嘴，喷嘴的喷射方向朝向工作面；
8.第一管路上设有出口方向朝向高压二氧化碳箱的第一增压泵，高压二氧化碳箱内设有第一温度传感器和第一压力传感器。
9.所述高压二氧化碳箱内设有电加热器。
10.第二管路上设有第二增压泵，罩体内设有第二温度传感器和第二压力传感器；
11.还包括有电控装置，电控装置连接有显示屏，第一增压泵、第二增压泵、第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器、第二压力传感器和电加热器均与电控装置相连接。
12.喷嘴并联设有若干个，各喷嘴的喷射角度均匀覆盖工作面。
13.罩体呈尖端远离工作面的多棱锥形，罩体的多棱锥形底部沿周向连接有环形的压板，压板通过锚钉连接在工作面上，压板与工作面之间压设有密封垫。
14.罩体上部设有耐高压玻璃制成的观察窗。
15.本实用新型具有如下的优点：
16.本实用新型能够有效降低工作面岩土的硬度，不必因土质硬度高而更改工程施工
位置（不必更改地下通道的走向），不必修改工程设计，使地下工程设计和施工具有更好的稳定性，避免了修改设计造成的各项损失，提高经济效益。
17.本实用新型结构简单，便于安装使用。在二氧化碳气源采用液态二氧化碳时，需要开启电加热器以使二氧化碳达到临界温度以上。在采用常温的气态二氧化碳时，通常增压泵增压后二氧化碳温度即达到临界温度以上。当然只要二氧化碳温度低于临界温度，都可以开启电加热器增温。
18.两级增压泵的设置，使得二氧化碳不必经过一级加压即超过临界压力，两级增压泵实现阶梯增压至临界压力以上，降低了对增压泵的要求，也降低了对高压二氧化碳箱的耐压要求，减少了系统中的高压部位，运行更加安全。
19.各喷嘴的喷射角度均匀覆盖工作面，能够使工作面各处均匀受到超临界二氧化碳的射流作用，提高超临界二氧化碳降低工作面岩土硬度的效率。
20.罩体呈多棱锥形，可以减少罩体内的体积，减少保压阶段的超临界二氧化碳的使用量。罩体与工作面的连接结构简单可靠，便于安装。
附图说明
21.图1是本实用新型的结构示意图；
22.图2是图1中a处的放大图；
23.图3是本实用新型的电控原理图。
具体实施方式
24.如图1至图3所示，本实用新型的高硬度岩土快速掘进机构包括二氧化碳气源1，二氧化碳气源1通过第一管路2连接有高压二氧化碳箱3，高压二氧化碳箱3连接有第二管路4；
25.工作面5上安装有罩体6，第二管路4伸入罩体6并连接有用于喷射超临界二氧化碳的喷嘴7，喷嘴7的喷射方向朝向工作面5；
26.第一管路2上设有出口方向朝向高压二氧化碳箱3的第一增压泵8，高压二氧化碳箱3内设有第一温度传感器9和第一压力传感器10。
27.二氧化碳气源1可以是二氧化碳气罐或液罐，也可以是采用二氧化碳分离技术产生二氧化碳的装置。
28.所述高压二氧化碳箱3内设有电加热器11。在二氧化碳气源1采用液态二氧化碳时，需要开启电加热器11以使二氧化碳达到临界温度以上。在采用常温的气态二氧化碳时，通常增压泵增压后二氧化碳温度即达到临界温度以上。当然只要二氧化碳温度低于临界温度，都可以开启电加热器11增温。
29.第二管路4上设有第二增压泵12，罩体6内设有第二温度传感器13和第二压力传感器14；
30.还包括有电控装置15，电控装置15连接有显示屏16，第一增压泵8、第二增压泵12、第一温度传感器9、第一压力传感器10、第二温度传感器13、第二压力传感器14和电加热器11均与电控装置15相连接。
31.两级增压泵的设置，使得二氧化碳不必经过一级加压即超过临界压力，两级增压泵实现阶梯增压至临界压力以上，降低了对增压泵的要求，也降低了对高压二氧化碳箱3的
耐压要求，减少了系统中的高压部位，运行更加安全。
32.喷嘴7并联设有若干个，各喷嘴7的喷射角度均匀覆盖工作面5。各喷嘴7的喷射角度均匀覆盖工作面5，能够使工作面5各处均匀受到超临界二氧化碳的射流作用，提高超临界二氧化碳降低工作面5岩土硬度的效率。
33.罩体6呈尖端远离工作面5的多棱锥形，罩体6的多棱锥形底部沿周向连接有环形的压板17，压板17通过锚钉18连接在工作面5上，压板17与工作面5之间压设有密封垫19。罩体6呈多棱锥形，可以减少罩体6内的体积，减少保压阶段的超临界二氧化碳的使用量。罩体6与工作面5的连接结构简单可靠，便于安装。
34.罩体6上部设有耐高压玻璃制成的观察窗20，便于观察罩体6内部的状态。
35.工作时，将罩体6安装在工作面5上，然后启动第一增压泵8和第二增压泵12，使二氧化碳气源1中的二氧化碳经一级增压后进入高压二氧化碳箱3。工作人员通过显示屏16监视高压二氧化碳箱3内的温度和压力状态。二氧化碳经二级增压后保持超临界状态，然后进入罩体6并通过各喷嘴7均匀喷向工作面5各处，对工作面5岩土进行物理破碎，使超临界二氧化碳更容易渗入工作面5降低工作面5内部岩土的硬度。持续向罩体6内注入超临界二氧化碳至充满罩体6，保持罩体6内的二氧化碳处于超临界状态。工作人员根据工作面5岩土的具体性质决定保持罩体6内的二氧化碳处于超临界状态的时间，达到时间后，测量工作面5岩土硬度，如果硬度降低未达到预期则重复以上工作，利用超临界二氧化碳降低工作面5岩土硬度；如果硬度降低达到预期，则在工作面5处拆卸本实用新型，进行掘进工作。由于本实用新型能够有效降低工作面5岩土的硬度，因而不必因土质硬度高而更改工程施工位置（不必更改地下通道的走向），不必修改工程设计，使地下工程设计和施工具有更好的稳定性，避免了修改设计造成的各项损失，提高经济效益。
36.以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。