一种具有磨料回收除尘功能的磨料空气射流切槽装置及磨料回收除尘方法

本发明属于磨料空气射流，尤其涉及一种具有磨料回收除尘功能的磨料空气射流切槽装置及磨料回收除尘方法。

背景技术：

1、为减少刀具磨损、提高刀具使用寿命，近些年提出切槽辅助刀具破岩的方法。其中，磨料空气射流切槽辅助破岩技术突破传统破岩技术能耗高、安全性差的瓶颈。但该方法仍存在磨料回收困难、施工过程中烟尘大等问题。超声波振动筛是将220v、50hz或110v、60hz电能转化为38khz的高频电能，输入超声换能器，将其变成38khz机械振动，从而达到高效筛分和清网的目的。该系统在传统的振动筛基础上，在筛网上面叠加一个高频率低振幅的超声振动仪，解决了强吸附性、易团聚、高静电、高精细、高密度、轻比重等筛分难题。

2、为了提高破岩效率，减少刀具磨损，专利号为202321790504.9的专利公开了“一种基于激光切割的地下工程围岩联合破岩装置及破岩系统”，首先利用激光系统对岩石表面进行第一次切槽，卸载围岩应力后再对中心区域进行第二次切割。该切槽过程中虽然能有效提高破岩效率，减少刀具磨损；但能耗较大，且对系统装备性能和安全性要求较高。专利号为202222723166.9的专利公开了“一种新型悬浮磨料射流切割装置”，虽降低了整体切割能耗，提高了射流切槽能力，但对于磨料浪费严重和回收的难题尚未解决。低温低压低能耗的破岩技术是未来辅助破岩掘进的发展趋势。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有磨料回收除尘功能的磨料空气射流切槽装置及磨料回收除尘方法，具有操作简便、适用范围广、回收效率高的优点，解决了磨料空气射流在井下施工中对磨料回收难和施工过程中烟尘大的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种具有磨料回收除尘功能的磨料空气射流切槽装置，包括位于车架顶部的射流切槽组件，位于射流切槽组件底部车架前方的磨料回收组件，磨料回收组件通过传送带和螺旋上料组件将回收物送往超声波振动筛筛分回收再利用；射流切槽组件包括空压机，空压机出口通过高压气路与高压储气瓶相连，高压气路上设有球阀，用于开启高压储气瓶，高压储气瓶通过高压气路与磨料罐连接，磨料罐通过出口管路与磨料引射管道相连通，磨料引射管道端部设有射流喷嘴，射流喷嘴由可移动伸缩臂支撑并固设于推进梁上，高压空气和磨料在引射管道内实现前混合，高速气体带动粒子运动至喷嘴处；喷嘴将气体射流加速至700m/s，高超声速空气射流加速磨料至300m/s以上；磨料回收组件包括铲斗，位于铲斗上方两端的转盘，每个转盘上固设有一个三段式旋转回收臂，回收臂前端旋转杆正对传送带入口，传送带出口与螺旋上料组件进口相连，当整机开始进行切槽时，磨料空气射流切槽所产生的岩屑、未利用的磨料和已使用的废料落入位于整车前方的铲斗内，由转盘带动机械回收臂通过传送带将其收集至螺旋上料装置内；还包括控制器，控制器与超声振动筛电连接，控制器通过液压系统控制可移动伸缩臂。

4、进一步的，所述螺旋上料组件包括向上倾斜设置的螺旋芯轴，螺旋芯轴一端设有电机和减速器，螺旋芯轴外设有套筒，套筒一端位于车架底部，另一端穿过车架位于超声波振动筛上部，套筒低端上部设有回收料进口，套筒高端底部设有出料口，套筒低端回收料进口与传送带出口相连，套筒高端出料口与超声波振动筛进料口相连，磨料和岩屑由回收口进入后，电机配合减速器带动螺旋芯轴将磨料和岩屑送入超声波振动筛进料口。

5、进一步的，所述超声波振动筛包括超声波网架，超声波网架由上框、中框和底框组成，上框与中框之间、中框与底框之间分别设有一个筛网，上部筛网的孔径大于下部筛网孔径，上框设有上出料口，中框设有中出料口，底框设有下出料口，超声波网架顶部设有防尘盖，防尘盖中心设有进料口，超声波网架底部设有振动体，振动体通过弹簧与底框相连接，振动体包括位于超声波网架底部中心轴的配重块和振动电机，中框和底框上还分别设有换能器，换能器通过信号连接线与超声波发生器相连，超声波发生器由控制器控制，将高频电能输送至换能器，换能器将高频电能转换为高频率的机械振动，切槽过程中产生的大量的磨料以及剥落的碎石通过进料口进入上部块料筛选区，上部筛网在振动电机的振动下将体积较大的碎石通过上出料口排出，剩余未利用磨料和使用过的磨料通过上部筛网进入中部磨料回收区，由于未被利用的磨料粒径相比使用过的磨料粒径较大，在原有的振动电机叠加上超声波的振动作用下未利用的磨料通过在中部磨料筛分区筛选出并从中出料口自动收集，已使用过的磨料通过筛网进入到下部废料收集区，并通过下部的出料口将废料排出。

6、进一步的，所述磨料罐包括磨料桶，设置于磨料桶内的搅拌器，以及位于磨料桶底部出料口位置的螺杆送料机，所述磨料桶顶部设有进料口，高压储气瓶高压气路上设有一个分流三通，分流三通出口设有一路平衡气管和一路高压气管，平衡气管压力高于高压气管压力，平衡气管另一端与磨料桶顶部联通，高压气管另一端与螺杆送料机连通后汇入高压软管再送至射流喷嘴，这样设置的目的是给磨料一定压力控制磨料均匀下料，磨料的下料速度不受磨料重力多少影响，且磨料在高压软管中与低压气体相遇实现前混合，低压气体也能形成对磨料的一个卷吸作用。

7、进一步的，所述射流喷嘴两侧分别设有一个雾化喷嘴，雾化喷嘴由设置于车架顶部的水箱供水，雾化喷嘴后端设有一个震荡室腔体，震荡室腔体尾部设有水流入口，水流入口与水箱联通，震荡室内设有一个压电换能器，压电换能器通过高频超声波输入管与超声波发生器相连，超声波发生器通过电线将高频电能输送至压电换能器，压电换能器将高频电能转换为超声波，超声波在震动仓内通过高频共振将水流雾化成小液滴并由雾化喷头喷出，以切断磨料空气射流切槽时产生的大量粉尘扩散，达到降尘和除尘的效果，超声波发生器上设有开关和显示屏，用于开启超声波发生器和实时显示目前输出电压，所述超声波发生器分别与超声波振动筛网和超声波雾化喷嘴连接。

8、一种具有磨料回收除尘功能的磨料空气射流切槽装置的磨料回收除尘方法，包括以下步骤：

9、s1.根据不同岩性绘制切槽破岩规划图，控制设备将按照预设方案自动校准和进行作业；

10、s2.检查管路和接口的气密性，确认无误后关闭所有阀门，打开超声波发生器和高压储气瓶的进气球阀，开启空压机并设置空压机参数，当压力达到2mpa时，空压机停止工作，当压力低于2mpa时，自动加压；

11、s3.高压储气瓶的压力到达5mpa时，开启磨料罐的进气球阀，调节球阀出口压力为2mpa；

12、s4.开启磨料罐螺杆送料机的电机，打开料斗向磨料桶加入磨料，同时开启上方搅拌器并通过电机控制螺旋送料机的送料速度，通过集料斗的视窗观察磨料余量，当磨料桶磨料用尽后，开启磨料罐上方左侧供料管保证磨料供应；

13、s5.通过液压系统控制可移动伸缩臂，按照预设方案进行低压磨料空气射流切缝，在岩面上切出dmm×lmm的槽，卸载围岩局部应力；

14、s6.作业过程中产生的磨料和岩屑落入铲斗内，打开回收臂和传送带，并打开螺旋上料组件，使磨料和岩屑能够及时进行筛分。

15、s7.在切槽过程中开启超声波振动筛，磨料和岩屑通过传送带进入振动筛进行筛分，将未使用的磨料筛分后，继续从进料口加入进磨料罐循环使用；

16、s8.切槽同时启动水泵，水通过雾化喷嘴到达工作面对作业过程中产生的烟尘进行除尘；

17、s9.重复步骤s1-s8，实现磨料空气射流切槽并完成除尘和磨料回收。

18、本发明具有的优点是：

19、1.本发明磨料空气射流切槽装置利用磨料空气射流破岩进行切缝，卸载围岩局部应力，降低了破碎硬岩难度，提高了硬岩掘进效率，减少了刀具磨损；

20、2.本发明磨料空气射流切槽装置设置的磨料回收装置，实现了磨料的回收利用，并降低了材料浪费，更加绿色环保；

21、3. 本发明磨料空气射流切槽装置设置超声波雾化喷嘴，实现了对工作过程中产生的烟尘进行除尘，保证了操作人员的健康作业。