一种基于组合破岩装置进行破岩的方法及系统与流程

1.本发明属于建筑技术领域，特别涉及一种基于组合破岩装置进行破岩的方法及系统。


背景技术：

2.目前，以钻爆法和tbm工法为代表的隧道掘进技术长期活跃在各种不同类型的地下空间工程施工现场，然而，在复杂多变的地质环境和高效施工需求面前，传统的破岩技术逐渐面临新的挑战。例如在极硬岩开挖方面，由于岩体的硬度较大，如果通过tbm功法对掌子面进行统一开挖，则会由于岩体硬度过大而传统tbm刀盘中心滚刀的扭矩较小，使得掌子面的中心部分难以达到有效破碎，进而造成了开挖时间长、开挖效率低下的技术问题；
3.可见，如何解决针对极硬岩的开挖中，掌子面的中心部分的有效开挖，以缩减开挖时间进而提高开挖效率问题，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于组合破岩装置进行破岩的方法，组合破岩装置包括中心破岩组件、外围破岩组件、控制组件和监测组件，所述掌子面划分为中心区域和围绕在中心区域外周的外围区域，所述方法包括：通过所述控制组件获取掌子面的初始图像信息；所述初始图像信息是由所述监测组件监测的所述掌子面的实时图像信息；依据所述初始图像信息确定所述掌子面的中心区域，控制所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎；所述控制组件控制所述监测组件获取所述掌子面的所述中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据所述中间图像信息判断所述掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹；若是，则所述控制组件控制所述外围破岩组件对所述掌子面的外围区域进行破碎。
5.在第一方面中，所述中心破岩组件还包括激光发射件和第一tbm刀盘，所述第一tbm刀盘上设置有滚刀，以及用于驱动所述第一tbm刀盘进行转动的第一转动驱动组件，还包括第一直线驱动组件，用于驱动所述第一tbm刀盘靠近或远离所述掌子面，所述第一转动驱动组件和所述第一直线驱动组件均与所述控制组件电连接，所述控制所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎包括：所述控制组件控制所述激光发射件向所述掌子面的中心区域进行激光射流，以对所述掌子面的中心区域进行切割，以形成预切槽；所述控制组件控制所述第一直线驱动组件将所述第一tbm刀盘顶推至所述掌子面的中心区域的预设位置后，控制所述第一转动驱动组件驱动所述第一tbm刀盘发生转动，以对所述的中心区域进行破碎。
6.在第一方面中，所述中心破岩组件包括液压发射件，所述控制所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎还包括：在所述控制组件控制所述激光发射件向所述掌子面的中心区域进行激光射流时，所述控制组件还控制所述液压发射件向所述掌子面的中心区域进行液压射流。
7.在第一方面中，所述组合破岩组件还包括与所述控制组件通信连接的三维坐标定位组件，依据所述初始图像信息确定所述掌子面的中心区域包括：所述控制组件依据所述初始图像信息确定所述掌子面的破碎区域，所述破碎区域包括中心破碎区域和外围破碎区域；所述控制组件控制所述三维坐标定位组件锁定所述中心破碎区域的中心区域坐标；所述控制组件依据所述中心区域坐标生成所述第一tbm刀盘移动至所述中心区域坐标的移动路径；所述控制组件控制所述第一驱动组件推动所述第一tbm刀盘沿所述移动路径移动至所述中心破碎区域处。
8.在第一方面中，所述中心破碎区域通过如下方法获得：所述控制组件获取所述破碎区域的面积，以确定所述面积的几何中心位置；以所述几何中心位置为圆心，依据预设的第一半径值划定呈圆形的第一区域，所述第一区域为所述中心破碎区域。
9.在第一方面中，所述控制组件控制所述监测组件获取所述掌子面的所述中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据所述中间图像信息判断所述掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹包括：所述控制组件将所述中间图像信息与预设的目标破碎图像信息相比对，若所述中间图像信息与所述目标破碎图像信息相匹配，则判断所述掌子面的中心破碎区域达到预设的破碎痕迹。
10.在第一方面中，所述方法还包括：所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎之前，所述控制组件以所述第一直线驱动组件的初始推进位置为原点，标定初始坐标；当所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎后，所述控制组件将所述第一直线驱动组件的终点推进位置，标定为终点坐标；计算所述终点坐标与所述初始坐标的差值，若未达到预设的目标差值，则判断所述第一直线驱动组件未完成预设的行程。
11.在第一方面中，所述控制组件利用所述三维坐标定位组件确定所述掌子面的初始位置还包括：所述控制组件获取所述掌子面的面积，以确定定位中心；所述控制组件以所述定位中心为原点，确定固定的第二半径值，以所述第二半径值确定圆形的第二区域，第二区域为所述外围区域。
12.在第一方面中，所述外围破岩组件包括第二tbm刀盘，所述第二tbm刀盘上设置有滚刀，以及用于驱动所述第二tbm刀盘进行转动的第二转动驱动组件，还包括第二直线驱动组件，用于驱动所述第二tbm刀盘靠近或远离所述掌子面，所述第二转动驱动组件和所述第二直线驱动组件均与所述控制组件电连接，所述控制组件控制所述外围破岩组件对所述掌子面的外围区域进行破碎包括：所述控制组件控制所述第二直线驱动组件将所述第二tbm刀盘顶推至所述掌子面的外围区域的预设位置后，控制所述第二转动驱动组件驱动所述第二tbm刀盘发生转动，以对所述的外围区域进行破碎。
13.第二方面，本发明提供了一种基于组合破岩装置进行破岩的系统，所述系统包括上述所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法。
14.有益效果：本发明提出了一种基于组合破岩装置进行破岩的方法，通过先对掌子面的中部区域进行破碎，并监测中部区域破碎是否达到预设的破碎痕迹，进而保障了掌子面中部区域破碎的彻底性，当掌子面的中部破碎彻底后，在对掌子面的外围区域进行破碎，以达到对整个掌子面破碎的高效破碎；具体而言，先通过控制组件获取掌子面的初始图像信息；然后，依据初始图像信息，控制中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎；在破碎后，控制组件控制监测组件获取掌子面的中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据中间
图像信息判断掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹；若是，则控制组件控制外围破岩组件对掌子面的外围区域进行破碎。这样就使得，先对掌子面的确定掌子面的中部区域破碎彻底后，在对掌子面的外围进行破碎，以达到使整个掌子面彻底、有效破碎的技术效果。
附图说明
15.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例一中基于组合破岩装置进行破岩的方法的流程框图。
具体实施方式
17.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
19.实施例一：
20.如图1所示，本实施例一提供了一种基于组合破岩装置进行破岩的方法，组合破岩装置包括中心破岩组件、外围破岩组件、控制组件和监测组件，掌子面划分为中心区域和围绕在中心区域外周的外围区域，
21.其中，方法包括：通过所述控制组件获取掌子面的初始图像信息；所述初始图像信息是由所述监测组件监测的所述掌子面的实时图像信息；依据所述初始图像信息确定所述掌子面的中心区域，控制所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎；所述控制组件控制所述监测组件获取所述掌子面的所述中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据所述中间图像信息判断所述掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹；若是，则所述控制组件控制所述外围破岩组件对所述掌子面的外围区域进行破碎。
22.具体而言，本发明的实施例一提出了一种基于组合破岩装置进行破岩的方法，通过先对掌子面的中部区域进行破碎，并监测中部区域破碎是否达到预设的破碎痕迹，进而保障了掌子面中部区域破碎的彻底性，当掌子面的中部破碎彻底后，在对掌子面的外围区域进行破碎，以达到对整个掌子面破碎的高效破碎；具体而言，先通过控制组件获取掌子面的初始图像信息；然后，依据初始图像信息，控制中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎；在破碎后，控制组件控制监测组件获取掌子面的中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据中间图像信息判断掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹；若是，则控制组件控
制外围破岩组件对掌子面的外围区域进行破碎。这样就使得，先对掌子面的确定掌子面的中部区域破碎彻底后，在对掌子面的外围进行破碎，以达到使整个掌子面彻底破碎的技术效果。
23.在一些可能的实施方式，所述中心破岩组件还包括激光发射件和第一tbm刀盘，所述第一tbm刀盘上设置有滚刀，以及用于驱动所述第一tbm刀盘进行转动的第一转动驱动组件，还包括第一直线驱动组件，用于驱动所述第一tbm刀盘靠近或远离所述掌子面，所述第一转动驱动组件和所述第一直线驱动组件均与所述控制组件电连接，所述控制所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎包括：所述控制组件控制所述激光发射件向所述掌子面的中心区域进行激光射流，以对所述掌子面的中心区域进行切割，以形成预切槽；所述控制组件控制所述第一直线驱动组件将所述第一tbm刀盘顶推至所述掌子面的中心区域的预设位置后，控制所述第一转动驱动组件驱动所述第一tbm刀盘发生转动，以对所述的中心区域进行破碎。
24.对于控制中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎的步骤而言，本实施例一提出一种实施方式：先通过激光发射件对掌子面的中心区域进行激光射流，以形成预切槽，进而破坏掌子面中心区域的原有结构，这样就使得，在通过第一tbm刀盘对掌子面进行破碎时可以破碎地更加彻底，进而提高了掌子面中心区域的破碎效率；
25.在一些可能的实施方式，中心破岩组件包括液压发射件和第一tbm刀盘，第一tbm刀盘上设置有滚刀，以及用于驱动第一tbm刀盘进行转动的第一转动驱动组件，还包括第一直线驱动组件，用于驱动第一tbm刀盘靠近或远离掌子面，第一直线驱动组件和第一直线驱动组件均与控制组件电连接，控制中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎步骤包括：控制组件控制液压发射件向掌子面的中心区域进行液压射流，以对掌子面的中心区域切割形成预切槽；控制组件控制第一直线驱动组件将第一tbm刀盘顶推至掌子面的中心区域的预设位置后，控制第一转动驱动组件驱动第一tbm刀盘发生转动，以对的中心区域进行破碎。
26.对于控制中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎的步骤而言，本实施例一提出另一种实施方式：先通过液压发射件对掌子面的中心区域进行液压射流，以形成预切槽，进而破坏掌子面中心区域的原有结构，这样就使得，在通过第一tbm刀盘对掌子面进行破碎时可以破碎地更加彻底，进而提高了掌子面中心区域的破碎效率；液压射流所用的液体可以采用过冷液体。
27.对于掌子面中心区域的位置确定而言，本实施例一还提出一种实施方式：所述组合破岩组件还包括与所述控制组件通信连接的三维坐标定位组件，依据所述初始图像信息确定所述掌子面的中心区域包括：所述控制组件依据所述初始图像信息确定所述掌子面的破碎区域，所述破碎区域包括中心破碎区域和外围破碎区域；所述控制组件控制所述三维坐标定位组件锁定所述中心破碎区域的中心区域坐标；所述控制组件依据所述中心区域坐标生成所述第一tbm刀盘移动至所述中心区域坐标的移动路径；所述控制组件控制所述第一驱动组件推动所述第一tbm刀盘沿所述移动路径移动至所述中心破碎区域处。
28.进一步地，所述中心破碎区域通过如下方法获得：所述控制组件获取所述破碎区域的面积，以确定所述面积的几何中心位置；以所述几何中心位置为圆心，依据预设的第一半径值划定呈圆形的第一区域，所述第一区域为所述中心破碎区域。
29.在一些可能的实施方式，所述控制组件控制所述监测组件获取所述掌子面的所述中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据所述中间图像信息判断所述掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹包括：所述控制组件将所述中间图像信息与预设的目标破碎图像信息相比对，若所述中间图像信息与所述目标破碎图像信息相匹配，则判断所述掌子面的中心破碎区域达到预设的破碎痕迹。
30.为了保障掌子面中心区域破碎的彻底性，本实施例通过设置图像比对的方式来进行校核，基于本实施例一中中间图像信息与初始图像信息不一致的判断条件，还可以通过边缘算法来获取被破坏的掌子面的中部区域的边缘数据，进而通过数据的比对来确定掌子面的中部是否达到预设的开挖深度；
31.在一些可能的实施方式，方法还包括：中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎之前，控制组件以第一直线驱动组件的初始推进位置为原点，标定初始坐标；当中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎后，控制组件将第一直线驱动组件的终点推进位置，标定为终点坐标；计算终点坐标与初始坐标的差值，若未达到预设的目标差值，则判断第一直线驱动组件未完成预设的行程。
32.为了保障掌子面中心区域破碎的彻底性，本实施例还通过监测第一直线驱动组件的推进进程来判断掌子面的中部是否被开挖至预设的深度；具体而言，以第一直线驱动组件的初始推进位置为原点，标定初始坐标；当中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎后，控制组件将第一直线驱动组件的终点推进位置，标定为终点坐标；计算终点坐标与初始坐标的差值，若未达到预设的目标差值，则判断第一直线驱动组件未完成预设的行程。
33.在一些可能的实施方式，控制组件利用三维坐标定位组件确定掌子面的初始位置还包括：控制组件获取掌子面的面积，以确定定位中心；控制组件以定位中心为原点，确定固定的第二半径值，以第二半径值确定圆形的第二区域，第二区域为外围区域。
34.这是为了确定掌子面的外围区域，进而与掌子面的中心区域相区别；
35.同样地，外围破岩组件包括第二tbm刀盘，第二tbm刀盘上设置有滚刀，以及用于驱动第二tbm刀盘进行转动的第二转动驱动组件，还包括第二直线驱动组件，用于驱动第二tbm刀盘靠近或远离掌子面，第二转动驱动组件和第二直线驱动组件均与控制组件电连接，在对掌子面的外围区域进行破碎时，先控制组件控制外围破岩组件对掌子面的外围区域进行破碎包括：然后控制组件控制第二直线驱动组件将第二tbm刀盘顶推至掌子面的外围区域的预设位置后，最后在控制第二转动驱动组件驱动第二tbm刀盘发生转动，以对的外围区域进行破碎。
36.实施例二：
37.本发明提供了一种基于组合破岩装置进行破岩的系统，系统包括上述任意一项的基于组合破岩装置进行破岩的方法。
38.的技术效果由于该实施例二与实施例一为同一发明构思下的一个实施例，其部分结构完全相同，因此对实施例二中与实施例一实质相同的结构不在详细阐述，未详述部分请参阅实施例一即可。
39.最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员
在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
40.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.一种基于组合破岩装置进行破岩的方法，组合破岩装置包括中心破岩组件、外围破岩组件、控制组件和监测组件，所述掌子面划分为中心区域和围绕在中心区域外周的外围区域，其特征在于，所述方法包括：通过所述控制组件获取掌子面的初始图像信息；所述初始图像信息是由所述监测组件监测的所述掌子面的实时图像信息；依据所述初始图像信息确定所述掌子面的中心区域，控制所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎；所述控制组件控制所述监测组件获取所述掌子面的所述中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据所述中间图像信息判断所述掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹；若是，则所述控制组件控制所述外围破岩组件对所述掌子面的外围区域进行破碎。2.根据权利要求1所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法，所述中心破岩组件还包括激光发射件和第一tbm刀盘，所述第一tbm刀盘上设置有滚刀，以及用于驱动所述第一tbm刀盘进行转动的第一转动驱动组件，还包括第一直线驱动组件，用于驱动所述第一tbm刀盘靠近或远离所述掌子面，所述第一转动驱动组件和所述第一直线驱动组件均与所述控制组件电连接，其特征在于，所述控制所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎包括：所述控制组件控制所述激光发射件向所述掌子面的中心区域进行激光射流，以对所述掌子面的中心区域进行切割，以形成预切槽；所述控制组件控制所述第一直线驱动组件将所述第一tbm刀盘顶推至所述掌子面的中心区域的预设位置后，控制所述第一转动驱动组件驱动所述第一tbm刀盘发生转动，以对所述的中心区域进行破碎。3.根据权利要求2所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法，所述中心破岩组件包括液压发射件，其特征在于，所述控制所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎还包括：在所述控制组件控制所述激光发射件向所述掌子面的中心区域进行激光射流时，所述控制组件还控制所述液压发射件向所述掌子面的中心区域进行液压射流。4.根据权利要求3所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法，所述组合破岩组件还包括与所述控制组件通信连接的三维坐标定位组件，其特征在于，依据所述初始图像信息确定所述掌子面的中心区域包括：所述控制组件依据所述初始图像信息确定所述掌子面的破碎区域，所述破碎区域包括中心破碎区域和外围破碎区域；所述控制组件控制所述三维坐标定位组件锁定所述中心破碎区域的中心区域坐标；所述控制组件依据所述中心区域坐标生成所述第一tbm刀盘移动至所述中心区域坐标的移动路径；所述控制组件控制所述第一驱动组件推动所述第一tbm刀盘沿所述移动路径移动至所述中心破碎区域处。5.根据权利要求4所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法，其特征在于，所述中心破碎区域通过如下方法获得：所述控制组件获取所述破碎区域的面积，以确定所述面积的几何中心位置；
以所述几何中心位置为圆心，依据预设的第一半径值划定呈圆形的第一区域，所述第一区域为所述中心破碎区域。6.根据权利要求5所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法，其特征在于，所述控制组件控制所述监测组件获取所述掌子面的所述中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据所述中间图像信息判断所述掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹包括：所述控制组件将所述中间图像信息与预设的目标破碎图像信息相比对，若所述中间图像信息与所述目标破碎图像信息相匹配，则判断所述掌子面的中心破碎区域达到预设的破碎痕迹。7.根据权利要求6所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎之前，所述控制组件以所述第一直线驱动组件的初始推进位置为原点，标定初始坐标；当所述中心破岩组件对所述掌子面的中心区域进行破碎后，所述控制组件将所述第一直线驱动组件的终点推进位置，标定为终点坐标；计算所述终点坐标与所述初始坐标的差值，若未达到预设的目标差值，则判断所述第一直线驱动组件未完成预设的行程。8.根据权利要求5所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法，其特征在于，所述控制组件利用所述三维坐标定位组件确定所述掌子面的初始位置还包括：所述控制组件获取所述掌子面的面积，以确定定位中心；所述控制组件以所述定位中心为原点，确定固定的第二半径值，以所述第二半径值确定圆形的第二区域，第二区域为所述外围区域。9.根据权利要求1所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法，所述外围破岩组件包括第二tbm刀盘，所述第二tbm刀盘上设置有滚刀，以及用于驱动所述第二tbm刀盘进行转动的第二转动驱动组件，还包括第二直线驱动组件，用于驱动所述第二tbm刀盘靠近或远离所述掌子面，所述第二转动驱动组件和所述第二直线驱动组件均与所述控制组件电连接，其特征在于，所述控制组件控制所述外围破岩组件对所述掌子面的外围区域进行破碎包括：所述控制组件控制所述第二直线驱动组件将所述第二tbm刀盘顶推至所述掌子面的外围区域的预设位置后，控制所述第二转动驱动组件驱动所述第二tbm刀盘发生转动，以对所述的外围区域进行破碎。10.一种基于组合破岩装置进行破岩的系统，其特征在于：所述系统包括上述权利要求1-9任意一项所述的基于组合破岩装置进行破岩的方法。

技术总结
本发明提供一种基于组合破岩装置进行破岩的方法及系统，组合破岩装置包括中心破岩组件、外围破岩组件、控制组件和监测组件，掌子面划分为中心区域和围绕在中心区域外周的外围区域，方法包括：通过控制组件获取掌子面的初始图像信息；初始图像信息是由监测组件监测的掌子面的实时图像信息；控制组件依据初始图像信息，控制中心破岩组件对掌子面的中心区域进行破碎；控制组件控制监测组件获取掌子面的中心区域被破碎后的中间图像信息，并依据中间图像信息判断掌子面的中心区域是否达到预设的破碎痕迹；若是，则控制组件控制外围破岩组件对掌子面的外围区域进行破碎。对掌子面的外围区域进行破碎。对掌子面的外围区域进行破碎。


技术研发人员：周辉 郭伟 李彦恒 潘越峰 冯慧平 郑际镜 卢景景
受保护的技术使用者：中国人民解放军火箭军工程设计研究院
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/9/22