钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备及作业方法技术

本发明专利技术公开了一种钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备及作业方法，高压水系统和导轨分别安装在行走机构上，钻孔角度调节机构两端分别与行走机构和导轨铰接，推进机构两端分别与回转驱动机构和导轨连接。随着水射流工作压力的升高，滑杆向左移动与钻头内部锥形孔接触，关闭低压辅助钻进功能，继续提高压水系统的工作压力，实现割缝两侧钻孔封孔和封孔中间岩体原位压裂，不同钻孔深度下可以进行岩体内多割缝的原位封孔压裂，使完整岩体压裂分割成薄板状弱化岩体强度。本发明专利技术将传统频繁进退钻具才能完成的钻孔、割缝、压裂工艺一体化集成，极大地提高了岩体压裂弱化效率，结构简单，使用方便，为机械化破碎坚硬岩体提供基础。为机械化破碎坚硬岩体提供基础。为机械化破碎坚硬岩体提供基础。

【技术实现步骤摘要】
钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备及作业方法


[0001]本专利技术涉及岩体改性应用
，具体为一种钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备及作业方法。

技术介绍

[0002]在硬岩巷隧道掘进和采煤工作面过断层中，由于硬岩截割技术等因素限制，超硬岩巷隧道掘进、工作面过断层仍采用钻爆法施工，易引发瓦斯爆炸、粉尘爆炸、冲击地压等煤矿安全事故，且存在岩体破碎效率低、安全性差等问题。截齿式掘进机和采煤机切削破碎硬岩难度大，截割功率300kW掘进机切削强度150MPa的磨蚀性硬岩效率不足10m3/h，超硬岩破碎比能耗极低，粉尘产量大，截齿消耗量高达10把/m3，截齿式掘进机不适合超硬岩巷道掘进，截齿式采煤机不适合断层岩体机械化截割。岩石隧道掘进机TBM提供的极大推进力可以挤压破碎坚硬岩体，由于其体积大、结构复杂、移动灵活性差等，难以适用于煤矿井下巷道掘进，在硬岩隧道掘进中也存在滚刀磨损快、成本高等问题。因此，如何实现超硬岩体的机械化高效破碎已经成为岩石掘进或开采装备关键问题和难点。
[0003]水射流辅助机械钻孔不仅可以降低岩石结构强度利于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备，其特征在于：包括行走机构(1)、高压水系统(2)、回转驱动机构(3)、推进机构(4)、钻孔角度调节机构(5)、钻孔割缝压裂装置(6)、一级连接钻杆(7)和导轨(8)，所述高压水系统(2)安装在行走机构(1)上，导轨(8)铰接在行走机构(1)上，钻孔角度调节机构(5)两端分别与行走机构(1)和导轨(8)铰接，回转驱动机构(3)滑动安装在导轨(8)上，钻杆(7)两端分别与回转驱动机构(3)和钻孔割缝压裂装置(6)连接，推进机构(4)两端分别与回转驱动机构(3)和导轨(8)连接。2.根据权利要求1所述的一种钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备，其特征在于：所述钻孔割缝压裂装置(6)包括通过锥螺纹依次连接的钻头(6
‑
1)、二级连接钻杆(6
‑
2)、左侧密封钻杆(6
‑
3)、三级连接钻杆(6
‑
4)和右侧密封钻杆(6
‑
6)，旋转割缝装置(6
‑
5)环形套接在三级连接钻杆(6
‑
4)外表面，三级连接钻杆(6
‑
4)环形外表面和旋转割缝装置(6
‑
5)内表面均加工有沟槽(6
‑5‑
1)，三级连接钻杆(6
‑
4)通过球轴承(6
‑
9)与旋转割缝装置(6
‑
5)滚动连接，三级连接钻杆(6
‑
4)内部加工割缝流道(6
‑4‑
1)与旋转割缝装置(6
‑
5)内部倾斜流道(6
‑5‑
2)对正安装。3.根据权利要求2所述的一种钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备，其特征在于：所述钻头(6
‑
1)内部加工锥形孔(6
‑1‑
4)，滑杆(6
‑
10)面朝钻头(6
‑
1)的一端加工成半球形与锥形孔(6
‑1‑
4)构成活动密封，滑杆(6
‑
10)的半球形端与锥形孔(6
‑1‑
4)之间安装有低压大行程弹簧(6
‑
7)。4.根据权利要求2所述的一种钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备，其特征在于：所述钻头(6
‑
1)包括实心截齿(6
‑1‑
2)和空心截齿(6
‑1‑
3)，实心截齿(6
‑1‑
2)和空心截齿(6
‑1‑
3)按照2：1数量交替焊接在钻头(6
‑
1)前端面，所述空心截齿(6
‑1‑
3)高度较低且内部流道呈锥形收缩状，按30
°‑
90
°
固定焊接在钻头(6
‑
1)端面的钻进流道(6
‑1‑
1)出口位置，经空心截齿(6
‑1‑
3)喷出的水射流旋转冲击岩石形成环形割缝，实心截齿(6
‑1‑
2)挤压破碎环形割缝中间的岩脊。5.根据权利要求2所述的一种钻孔割缝与原位封孔压裂弱化坚硬岩体装备，其特征在于：所述左侧密封钻杆(6
‑
3)和右侧密封钻杆(6
‑
6)中心位置加工有螺纹孔，螺纹孔左侧加工三道退刀槽(6
‑3‑
10)，右侧加工轴向阶梯孔(6
‑3‑
12)，阀套(6
‑3‑
3)的端面加工内六角凹槽(6
‑3‑
1)及螺纹孔，用于安装阀套(6
‑3‑
3)和管螺纹(6
‑3‑
7)，封隔橡胶(6
‑3‑
8)底部与管螺纹(6
‑3‑
7)连接，环形退刀槽(6
‑3‑
10)配合封隔橡胶左侧紧固件(6
‑3‑
9)，轴向阶梯孔(6
‑3‑
12)内部安装封隔橡胶复位弹簧(6
‑3‑
14)以及封隔橡胶复位滑块(6
‑3‑
13)，封隔橡胶复位滑块(6
‑3‑
13)为U型结构，扣压于封隔橡胶复位弹簧(6
‑3‑
14)行程末端，封隔橡胶复位滑块(6
‑3‑
13)顶部的密封钻杆(6
‑
3)上加工方形槽，内置黄铜材质的封隔橡胶止板(6
‑3‑
15)，其末端与封隔橡胶右侧紧固件(6
‑3‑
11)扣压连接，封隔橡胶右侧紧固件(6
‑3‑
11)嵌入封隔橡胶(6
‑3‑
8)五公分，阶梯孔(6
‑3‑
5)底部开孔尺寸小于阀套(6
‑3‑
3)外直径，弹簧外直径尺寸与阀套(6
‑3‑
3)内直径接近，阀芯(6
‑3‑

【专利技术属性】
技术研发人员：江红祥，刘送永，李洪盛，赵慧贺，何青源，马丹，司垒，许少毅，江帆，张晓迪，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
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