一种三头微波辅助破岩液压破碎锤

技术领域

本发明涉及破岩技术领域中的一种三头微波辅助破岩液压破碎锤，主要与掘进机配合应用于煤矿硬岩巷道掘进。

背景技术

随着经济的发展和国家战略发展的需要，地下空间开发的工程日益增多。目前在地下空间工程中常采用钻爆法、盾构法、截割法进行破岩。传统的钻爆法工序复杂、可控性差且产生大量岩尘危害健康；盾构法成本较高且应用场景有局限性；截割法在硬岩巷道中效果不好；而由掘进机装载的液压破碎锤因其岩尘小、成本低、破岩效果好，而在硬岩巷道中得到广泛的应用。但现有的液压破碎锤在破碎f>10硬岩巷道时，容易出现冲击连续性差、冲击力下降、钎杆易磨损失效等问题。因此，需求一种新的破碎锤保证对f>10硬岩巷道进行快速、安全、环保的破碎。

近年来，微波作为一种新型的加热技术在岩石采矿领域被广泛研究。微波加热辅助破碎岩石主要利用了造岩矿物微波活性的差异，将温度梯度引入到岩石的内部，从而产生不均匀热应力，当这些热应力超过岩石中某些矿物内部或不同矿物之间的粘结强度时就会产生微裂缝，进而降低岩石的强度。另外，依据应力波叠加原理，在合理的间距和冲击频率下，多个液压破碎锤同时冲击岩体，岩体更易破碎。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带微波辅助破岩装置的三锤头液压破碎锤，可克服现有液压破碎锤在f>10的硬岩巷道中所表现出的不足；利用能够使岩体形成温度梯度的微波破岩原理和三点同步冲击的应力波叠加原理，显著降低岩石的抗压强度，大大提高破碎锤的破岩效率，同时极大的减少钎杆的磨损，从而实现硬岩 f>10破岩。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三头微波辅助破岩液压破碎锤包括三个液压破碎锤、三个微波辅助破岩装置和一个壳体；液压破碎锤包括钎杆、活塞和液压缸，用于机械破岩；微波辅助破岩装置包括波导管、微波发射装置、微波发射头和冷却液，用于微波加热岩体；壳体，用于保护液压破碎锤和微波辅助破岩装置；第一液压破碎锤的右侧通过螺栓安装第一微波辅助破岩装置，第一微波辅助破岩装置右侧通过螺栓安装第二液压破碎锤，第二液压破碎锤右侧通过螺栓安装第二微波辅助破岩装置，第二微波辅助破岩装置右侧通过螺栓安装第三液压破碎锤，第三液压破碎锤右侧通过螺栓安装第三微波辅助破岩装置，壳体包裹液压破碎锤和微波辅助破岩装置。

进一步地，所述一种三头微波辅助破岩液压破碎锤安装在煤矿掘进机组的机头；

所述液压破碎锤主要有钎头、活塞、油缸；所述油缸通过充气阀充入氮气，推动所述活塞，所述活塞推动所述钎头，所述钎头撞击岩体；

所述液压破碎锤冲击岩体时，与岩体保持90°；

所述钎杆长度为0.5m～1.5m，当钎杆小于0.5m时进行更换。

进一步地，所述微波发射装置包括电源、功率控制电路、变压器、磁控管；所述电源、功率控制电路、变压器用以控制热源，为磁控管的工作创造条件；所述的磁控管与波导管相连接，将直流电能转化为微波能量，以连续波的形式提供稳定的微波功率，微波频率为3.35GHz，功率可由功率控制系统调节，功率大小范围为3-40kW；

所述冷却液保证波导管能持续运行；

所述波导管有两根，为圆形或矩形，产生的微波能够覆盖邻近两液压破碎锤之间的岩体。

进一步地，所述的微波辅助破岩装置先于液压破碎锤经过岩石断面上的同一位置；

所述微波辅助破岩装置通过选择不同纵向固定螺栓孔进行固定，调节所述微波发射头到岩体的距离；

所述微波辅助破岩装置同时加热相邻两个液压破碎锤之间的岩体；

进一步地，所述微波辅助破岩装置通过选择不同横向固定螺栓孔进行固定，调节所述三个液压破碎锤的间距；

所述三锤头液压破碎锤同步冲击岩体，能够加快岩体破碎。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

提供的一种三头微波辅助破岩液压破碎锤采用了“微波+应力波叠加+机械”的方法，利用能够使岩体形成温度梯度的微波破岩原理和三点同步冲击的应力波叠加原理，显著降低岩石的抗压强度，大大提高破碎锤的破岩效率，同时极大的减少钎杆的磨损，从而实现硬岩f>10破岩。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明。

为了更清楚地说明本发明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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种三头微波辅助破岩液压破碎锤结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为微波发射装置的微波发生原理图

图中：1第一液压破碎锤，2第一微波辅助破岩装置，3第二液压破碎锤，4第二微波辅助破岩装置，5第三液压破碎锤，6第三微波辅助破岩装置，7壳体，8固定螺栓，9岩体，10微波发射装置，11活塞，12液压缸，13钎杆，14氮气充气阀， 15壳体主回转销，16壳体辅回转销，17微波发射头，18波导管，19冷却液，20固定螺栓孔，21磁控管，22变压器，23功率控制电路，24电源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。此处描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参考图1-图3，一种利用三头微波辅助破岩液压破碎锤的破岩方法，包括如下步骤：

S1.通过选择合适的固定螺栓孔(20)和固定螺栓(8)将三个液压破碎锤和三个微波辅助破岩装置交替安装在壳体(7)内，使液压破碎锤彼此间距及微波辅助破岩装置和岩体的间距处于恰当的位置；

S2.启动配套掘进机，将整个三头微波辅助破岩液压破碎锤送至岩石前方一定距离；

S3.驱动壳体主回转销(15)和壳体辅回转销(16)，调整三头微波辅助破岩液压破碎锤垂直于岩体；

S4.启动微波辅助破岩装置，通过电源(24)、功率控制电路(23)、变压器(22)来控制热源，由磁控管(21)产生微波通过波导管(18)照射岩石，同时冷却液(19)保证波导管能够持续运行。

S5.当岩体形成温度梯度、岩石强度降低时，水平移动三头微波辅助破岩液压破碎锤，使钎杆(13)置于先前照射岩石处；

S6.通过控制液压缸(12)中氮气的含量，不断推动活塞(11)撞击钎杆 (13)，进而使钎杆(13)不断冲击已形成温度梯度的岩体，实现机械破岩；

S7.与此同时，通过微波辅助破岩装置产生微波照射新位置的岩石。

本发明设计的三头微波辅助破岩液压破碎锤，利用能够使岩体形成温度梯度的微波破岩原理和三点同步冲击的应力波叠加原理，能够显著降低岩石的抗压强度，大大提高破碎锤的破岩效率，同时极大的减少钎杆的磨损，从而实现硬岩f>10破岩。

以上对本说明书提供的发明创造的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本说明书提供的发明创造。基于本说明书提供的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书提供的发明创造保护的范围。