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专利号: 2020108650643
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,包括钻孔触探仪和电脉冲装置(4),所述钻孔触探仪包括输送杆(8)、升降器(7)、探头(9)、探针(10)、手压泵(6)和数据采集仪(12),所述输送杆(8)为伸缩式杆件,输送杆(8)的下端与升降器(7)连接,其外径小于钻孔(2)的内径;所述升降器(7)安装在巷道(5)内,升降器(7)为可升降式结构,且俯仰角度可调节,从而不仅可以调整输送杆(8)进入钻孔(2)的深度,也可以调节输送杆(8)的角度以适应不同角度的钻孔(2);所述探头(9)安装在输送杆(8)的上端,其顶端周身均匀的设置有四个径向安装孔(24),其内部还设置有连通到四个径向安装孔(24)里端的油道(27),油道(27)的进油口(28)设置在探头(9)的表面;探针(10)的数量四个,四个探针(10)分别安装在四个径向安装孔(24)中,且两两成对的分布在x轴和y轴方向上;探针(10)的里端外侧安装有活塞环(25),并通过活塞环(25)与径向安装孔(24)滑动密封配合,探针(10)的长度小于径向安装孔(24)的深度,且其里端还通过拉簧(26)与径向安装孔(24)的孔底连接;探针(10)顶端的外部设置在压力传感器;在探头(9)上设置有检测探针(10)伸出长度的位移传感器;所述手压泵(6)设置在巷道(5)内,且通过油路(13)与探头(9)上的进油口(28)连接;所述数据采集仪(12)通过电缆(11)与位移传感器和压力传感器连接;

所述电脉冲装置(4)包括推杆(18)、操作台(16)、冲击波产生器(17)、封孔器(19)和控制器(14),所述推杆(18)的上端与操作台(16)连接,其外径小于钻孔(2)的内径;所述操作台(16)设置在巷道(5)内,操作台(16)用于控制推杆(18)伸缩长度和俯仰角度的调节;所述冲击波产生器(17)的尺寸小于钻孔(2)的内径,其安装在推杆(18)的上端,其外部相对的两侧固定嵌设有呈V字形的聚能罩(15),聚能罩(15)的里端与冲击波产生器(17)的出口相连通;所述封孔器(19)为筒式结构,其套设在推杆(18)的外部,并与钻孔(2)的孔口相配合,用于建立推杆(18)与钻孔(2)的孔口之间的密封连接;封孔器(19)上设置有连通到其内腔中的注水口(20);控制器(14)与操作台(16)和冲击波产生器(17)连接;

其特征在于,具体包括以下步骤;

S1:在巷道(5)左右两侧的帮部与底板的两交接处,以一定的间距分别布设一排钻孔(2),每排钻孔(2)均由巷道(5)一侧倾斜45度向下且向外侧延伸到底板岩层(3)中;每个钻孔(2)的深度均为3m;

S2:利用钻孔触探仪对钻孔(2)进行探测;通过调节升降器(7)将输送杆(8)放进钻孔(2)的内部,并将探头(9)输送到钻孔(2)内的待测位置;启动手压泵(6)工作通过油路(13)和油道(27)向径向安装孔(24)中供油,油液同时推动四个活塞环(25)向外侧移动,进而推动x轴方向上的两个探针(10)分别沿x轴正、负两个方向同时伸出,推动y轴方向上的两个探针(10)分别沿y轴正、负两个方向同时伸出;探针(10)缓慢伸出后,其端部逐渐与岩层(3)接触并压紧,直至深入到岩层(3)中;数据采集仪(12)利用压力传感器和位移传感器进行信号的实时采集,并根据采集的信号分析钻孔(2)内压力和位移的信息数据,同时对信息数据进行记录和存储;断开手压泵(6)和油路(13)之间的连接,在拉簧(26)的作用下,探针(10)回缩到探头(9)内部,再通过调节升降器(7)带动输送杆(8)回缩,使探头(9)回缩至下一探测深度;依次获得不同深度的岩层(3)受压情况和位移信息数据,直至完成整个钻孔(2)的探测过程;

S3:数据采集仪(12)根据获得的钻孔(2)内压力和位移的信息数据,分析出不同深度岩层(3)受压变形情况,并通过与其连接的显示装置进行受压变形情况的显示;结合受压变形情况推断出后续底板致裂所需的冲击波能量参数;

S4:利用电脉冲装置(4)在巷道(5)底板的第一个钻孔(2)进行作业,通过操作台(16)控制推杆(18)伸入到钻孔(2)的底部,利用封孔器(19)封住钻孔(2)的孔口,并通过连接在注水口(20)上的水路进行注水作业;钻孔(2)中注满水后,接通电源,冲击波通过冲击波产生器(17)进行能量的释放,通过冲击波产生器(17)上部安装的聚能罩(15)将能量聚集瞬时释放,聚能罩(15)进口尺寸小,出口尺寸大,且由进口向出口的尺寸逐渐向外部张开,能确保冲击波能量可靠稳定的作用于岩层(3);冲击波沿着聚能罩(15)方向定向致裂岩层(3),冲击波能量释放的瞬间对岩层(3)产生撕裂作用,扩散的冲击波结合钻孔(2)中的水形成电液效应,进而会对岩层(3)进行撕裂式破坏,在冲击波重复作业时,岩层(3)会产生裂隙,通过注水口(20)持续低压注水,并保持恒定的水压,水沿着冲击波产生的裂隙,进入到岩层(3)深部,利用水将冲击波进一步耦合到岩层(3),水既能充当冲击波的传播介质,又能起到保护冲击波产生器(17)的作用,重复进行多次冲击作业形成放射状致裂面,直至岩层(3)裂隙扩展到指定范围,即完成该作业点的作业,接着收缩推杆(18)至下一作业点位置,重复上一个作业点的作业方式,依次作业至距孔口0.3m处,即完成一个钻孔(2)作业;控制器(14)通过冲击波产生器(17)能获得冲击波的实时延伸距离,进而获得致裂面的形状并在显示器上进行显示;

S5:通过控制器(14)上连接的显示器观察冲击波致裂范围,在达到预期效果后,取出电脉冲装置(4),并进行下一邻近钻孔(2)的冲击作业,重复步骤S4的操作,同时,通过水压的变化情况,判断当前钻孔(2)的致裂范围是否与上一钻孔(2)的致裂范围是否贯通,在两个相邻致裂面相通时,即完成该钻孔(2)的冲击作业,并继续进行下一钻孔(2)的冲击作业,直至整个巷道(5)底板致裂作业全部结束,致裂作业全部结束后,巷道(5)帮部与底板在致裂面处切断,阻断了巷道(5)帮部对底板的挤压,减小巷道(5)变形量;

S6:在巷道(5)另一侧,重复步骤S4至步骤S5,完成巷道(5)底板另一侧的钻孔(2)致裂作业,切断巷道(5)两侧帮部对底板的挤压;

S7:完成底板致裂后,根据底板的变形情况,进行后期注浆锚杆加固;在钻孔(2)中先放入锚固剂,再打入注浆锚杆,从注浆锚杆上注浆口注入浆液,浆液沿着致裂面扩散,注浆量大,浆液与破碎岩体重新形成一个整体,增强了围岩的整体性,减小了底板的变形,底板变形控制过程完成。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,其特征在于,在步骤S7中,所述注浆锚杆采用φ32mm×2800mm,锚固剂采用Z2270型中速树脂药卷,托盘尺寸为300mm×300mm×16mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,其特征在于,在步骤S7中,注浆的浆液选用单液水泥浆液,水灰质量比为1:0.75,且搅拌时加入外加剂;外加剂为3

1:6的减水剂和膨胀剂的混合物,其浆液粘度24 Pa·S,密度1.62G/CM,结石率97%。

4.根据权利要求3所述的一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,其特征在于,所述钻孔(2)孔径为75mm,相邻钻孔(2)之间的间距为3m。

5.根据权利要求4所述的一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,其特征在于,所述探头(9)直径54mm,探针(10)直径5mm。