CN113756803A - 一种基于抗冲击充水囊袋的破岩方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，包括以下步骤：设定岩巷内的钻孔位置，并在岩石上打出钻孔；安装孔口装置，将冲击波产生装置放置在钻孔内，使冲击波产生装置的换能器窗口位于冲击波作业点处；将冲击波产生装置与脉冲功率驱动源连接；将冲击波产生装置的注水管接口连接于水箱；将水注入换能器窗口处设置的囊袋内；囊袋涨大并贴合于钻孔的孔壁上；通过脉冲功率驱动源向冲击波产生装置放电，冲击波产生装置产生冲击波，冲击波在囊袋内水介质的传输下直接对岩石做功，使岩石产生裂隙，囊袋为绝缘材质，冲击波做功时，囊袋保持涨大状态。本申请解决了现有技术中因上行钻孔的充水位置不明确，而导致冲击波作业效果差的问题。

Description

一种基于抗冲击充水囊袋的破岩方法

技术领域

本申请属于矿山工程技术领域，具体涉及一种基于抗冲击充水囊袋的破岩方法。

背景技术

可控冲击波预裂技术当前已在我国煤矿安全与生产领域形成了规模化的应用，以其优异的应用效果取得了行业的认可。可控冲击波技术所激发出的冲击波需在完全充水的介质中激发后方可对煤岩体进行做功，以达到功耗无损的目的，故而，多数可控冲击波作业钻孔仅能作业下行钻孔或对钻孔孔口封孔后对近水平钻孔实施作业。针对上行钻孔或垂直钻孔作业时，由于钻孔充水位置不明确、钻孔裂隙发育保水性差、钻孔封孔效果差等因素，影响了冲击波的作业效果，同时还对作业期间存在一定的安全隐患。

发明内容

本申请实施例通过提供一种基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，解决了现有技术中因上行钻孔的充水位置不明确，而导致冲击波作业效果差的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，包括以下步骤；

步骤一，设定岩巷内岩石的钻孔位置，并在岩石上打出所述钻孔；

步骤二，在所述钻孔的孔口安装孔口装置，然后将冲击波产生装置放置在所述钻孔内，使所述冲击波产生装置的换能器窗口位于冲击波作业点处；

步骤三，将所述冲击波产生装置与脉冲功率驱动源电性连接；将所述冲击波产生装置的注水管接口通过注水管连接于水箱；

步骤四，打开所述水箱的阀门，所述水箱在增压泵的作用下将水注入所述换能器窗口处设置的囊袋内；观察所述注水管上的压力表的读数，所述压力表的读数为设定数值时，所述囊袋涨大并贴合于所述钻孔的孔壁上；

步骤五，通过所述脉冲功率驱动源向所述冲击波产生装置放电，所述冲击波产生装置产生冲击波，所述冲击波在所述囊袋内水介质的传输下直接对岩石做功，并使所述岩石产生裂隙，所述囊袋为绝缘材质，冲击波做功时，所述囊袋保持涨大状态。

在一种可能的实现方式中，所述钻孔为上行钻孔或垂直钻孔。

在一种可能的实现方式中，所述钻孔的数量为多个，相邻两个所述钻孔之间的距离为150cm；

每个所述钻孔内的冲击波作业点的数量为多个，多个所述冲击波作业点处的裂隙形成缝网。

在一种可能的实现方式中，还包括步骤六，打开所述阀门，所述囊袋内的水在其重力的作用下排至所述水箱，所述压力表读数为零时，所述囊袋收缩至初始状态，然后将所述冲击波产生装置移动至下一冲击波作业点处。

在一种可能的实现方式中，所述压力表的读数为0.5MPa时，所述囊袋涨大并贴合于所述钻孔的孔壁上。

在一种可能的实现方式中，所述脉冲功率驱动源电储能为80～90kJ，所述冲击波的强度为100～150MPa。

在一种可能的实现方式中，所述冲击波产生装置通过通缆钻杆推送至所述钻孔内的设定位置处；

所述冲击波产生装置的后端螺纹连接于所述通缆钻杆的前端，所述通缆钻杆前端的电缆插头与所述冲击波产生装置的后端电缆接口连接，所述通缆钻杆前端的注水插头与所述冲击波产生装置后端的注水管接口连接。

在一种可能的实现方式中，通过所述通缆钻杆推送所述冲击波产生装置时，在所述通缆钻杆的后端连接C型过缆钻杆；

所述C型过缆钻杆的侧壁沿其轴线设置有过缆口，所述过缆口贯穿所述C型过缆钻杆的两端，所述C型过缆钻杆的截面呈C字形；

在所述通缆钻杆的后端连接所述C型过缆钻杆时，首先将与所述冲击波产生装置连接的电缆和水管从所述过缆口放入所述C型过缆钻杆内，然后将所述C型过缆钻杆的前端螺纹连接于所述通缆钻杆的后端；

将所述冲击波产生装置推送一个所述C型过缆钻杆的长度后，再将所述电缆和所述水管放入另一个C型过缆钻杆内，然后将另一个C型过缆钻杆安装至前一个C型过缆钻杆的后端，其中，两个相邻的所述C型过缆钻杆上的过缆***错布置。

在一种可能的实现方式中，所述囊袋为两端开口的圆筒形结构，所述囊袋的两端设置有连接环，所述囊袋和所述连接环套装于冲击波产生装置的外壳上，所述连接环分别位于所述换能器窗口的两侧；

所述连接环通过固定环固定于所述外壳上，所述固定环套装于所述连接环上，所述囊袋在初始状态时，所述固定环的外径比所述囊袋的外径大8～15cm。

在一种可能的实现方式中，所述水箱在所述增压泵的作用下将水注入囊袋内时，所述囊袋内的空气通过所述冲击波产生装置上的自动排气阀排出。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，该方法将水介质存储于囊袋中向岩体做功，避免了现有技术中需要将水注入钻孔内才可实施冲击波作业的问题。从而对上行钻孔或垂直钻孔进行冲击波作业时，能够免去向钻孔内充水的环节，直接通过水囊式冲击波产生装置向岩体做功，因此解决了由于钻孔充水位置不明确、钻孔裂隙发育保水性差、钻孔封孔效果差等因素导致冲击波的作业效果差、以及存在一定的安全隐患的问题，本发明的方法能够很好地通过冲击波使上行钻孔或垂直钻孔产生裂隙，该方法大大提高了冲击波作业时的效率，节约了成本，实用性强，便于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述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是本申请中记载的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法的实施状态示意图。

图2为本发明实施例提供的冲击波产生装置的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的冲击波产生装置的充水状态示意图。

图4为本发明实施例提供的C型过缆钻杆的结构示意图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为本发明实施例提供的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法的流程图。

附图标记：1-外壳；11-换能器窗口；12-注水管接口；13-电缆接口；2-负载；3-绝缘子；4-囊袋；41-密封空间；5-电缆线；6-导水管；7-连接环；8-固定环；9-C型过缆钻杆；91-过缆口；20-孔口装置；21-压力表；22-通缆钻杆；23-脉冲功率驱动源；24-钻孔；25-阀门；26-冲击波产生装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1至图6所示，本发明实施例提供的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，包括以下步骤。

步骤一，设定岩巷内岩石的钻孔24位置，并在岩石上打出钻孔24。

步骤二，在钻孔24的孔口安装孔口装置20，然后将冲击波产生装置26放置在钻孔24内，使冲击波产生装置26的换能器窗口11位于冲击波作业点处。

步骤三，将冲击波产生装置26与脉冲功率驱动源23电性连接。将冲击波产生装置26的注水管接口12通过注水管连接于水箱。

步骤四，打开水箱的阀门25，水箱在增压泵的作用下将水注入冲击波产生装置26的换能器窗口11处设置的囊袋4内。观察注水管上的压力表21的读数，压力表21的读数为设定数值时，囊袋4涨大并贴合于钻孔24的孔壁上。

步骤五，通过脉冲功率驱动源23向冲击波产生装置26放电，冲击波产生装置26产生冲击波，冲击波在囊袋4内水介质的传输下直接对岩石做功，并使岩石产生裂隙，囊袋4为绝缘材质，冲击波做功时，囊袋4保持涨大状态。

需要说明的是，冲击波产生装置26包括外壳1、用于产生冲击波的负载2、绝缘子3、囊袋4、以及设置于外壳1内的电缆线5和导水管6。

外壳1为内部中空的柱体结构，外壳1的前部设置有换能器窗口11，换能器窗口11为供冲击波通过的开口，外壳1的后端设置有电缆接口13和注水管接口12。外壳1的内部设置有高压电极与地电极。负载2设置于换能器窗口11处，负载2的两端分别连接于高压电极和地电极。外壳1内设置有绝缘子3，绝缘子3位于换能器窗口11的后部，绝缘子3与外壳1的内壁为密封连接。电缆线5的一端连接于电缆接口13，电缆线5的另一端穿过绝缘子3后，电缆线5端部的两个供电口分别连接于高压电极与地电极。导水管6一端连接于注水管接口12，导水管6的另一端穿过绝缘子3后伸入换能器窗口11处。绝缘子3与电缆线5和导水管6均为密封连接。换能器窗口11处设置有囊袋4，囊袋4采用具有伸缩性的绝缘材料，囊袋4内部形成密封空间41，负载2位于密封空间41内。

电缆线5将电流通过高压电极与地电极传输至负载2，通电后的负载2产生冲击波。囊袋4、绝缘子3和外壳1端部形成密封空间41，将水通过导水管6注入密封空间41后，水能够将囊袋4撑开，冲击波产生装置26放置于钻孔24时，囊袋4侧壁与钻孔24内壁抵接，通过负载2产生冲击波时，冲击波在水介质的传递下透过囊袋4直接作用到钻孔24的内壁，进而使岩体产生裂隙。囊袋4状态不会发生变化，因此囊袋4可重复使用。

本发明将水介质存储于囊袋4中向岩体做功，避免了现有技术中需要将水注入钻孔24内才可进行冲击波作业的问题。从而对上行钻孔或垂直钻孔进行冲击波作业时，能够免去向钻孔24内充水的环节，直接通过水囊式冲击波产生装置26向岩体做功，因此解决了由于钻孔24充水位置不明确、钻孔24裂隙发育保水性差、钻孔24封孔效果差等因素导致冲击波的作业效果差、以及存在一定的安全隐患的问题，本发明的装置大大提高了冲击波作业时的效率，节约了成本，实用性强，便于推广使用。

本实施例中，钻孔24为上行钻孔或垂直钻孔。

需要说明的是，采用常规的可控冲击波预裂技术对上行钻孔或垂直钻孔实施冲击波作业时，需要将水注入至上行钻孔或垂直钻孔内，注水时不仅会耗费大量的人力和物力，还存在钻孔24顶部留有空气柱的问题，同时在钻孔24充水位置不明确、钻孔24裂隙发育保水性差、钻孔24封孔效果差时，冲击波作业效果会大打折扣，同时存在一定的安全隐患。采用本发明的方法能够省去注水环节，因此本发明的方法效率高，安全性高，能够很好地通过冲击波使上行钻孔或垂直钻孔产生裂隙。

本实施例中，钻孔24的数量为多个，相邻两个钻孔24之间的距离为150cm。

每个钻孔24内的冲击波作业点的数量为多个，多个冲击波作业点处的裂隙形成缝网。多个钻孔24、以及钻孔24内的多个冲击波作业点的能够带来更好的预裂效果。

本实施例中，还包括步骤六，打开阀门25，囊袋4内的水在其重力的作用下排至水箱，压力表21读数为零时，囊袋4收缩至初始状态，然后将冲击波产生装置26移动至下一冲击波作业点处。

需要说明的是，囊袋4收缩至初始状态时方可进行冲击波产生装置26的推送，本发明涉及的冲击波产生装置26结构简单，操作步骤简单，实用性强。

本实施例中，压力表21的读数为0.5MPa时，囊袋4涨大并贴合于钻孔24的孔壁上。针对不同材料和厚度的囊袋4，压力数值有所差异，最佳的压力数值可通过试验获得。

本实施例中，脉冲功率驱动源23电储能为80～90kJ，冲击波的强度为100～150MPa。囊袋4式的冲击波产生装置26能够产生的冲击波的强度为100～150MPa，该强度的冲击波适用于多种属性的煤岩体。

本实施例中，冲击波产生装置26通过通缆钻杆22推送至钻孔24内的设定位置处。

冲击波产生装置26的后端螺纹连接于通缆钻杆22的前端，通缆钻杆22前端的电缆插头与冲击波产生装置26的后端电缆接口13连接，通缆钻杆22前端的注水插头与冲击波产生装置26后端的注水管接口12连接。

本实施例中，通过通缆钻杆22推送冲击波产生装置26时，在通缆钻杆22的后端连接C型过缆钻杆9。

C型过缆钻杆9的侧壁沿其轴线设置有过缆口91，过缆口91贯穿C型过缆钻杆9的两端，C型过缆钻杆9的截面呈C字形。

在通缆钻杆22的后端连接C型过缆钻杆9时，首先将与冲击波产生装置26连接的电缆和水管从过缆口91放入C型过缆钻杆9内，然后将C型过缆钻杆9的前端螺纹连接于通缆钻杆22的后端。

将冲击波产生装置26推送一个C型过缆钻杆9的长度后，再将电缆和水管放入另一个C型过缆钻杆9内，然后将另一个C型过缆钻杆9安装至前一个C型过缆钻杆9的后端，其中，两个相邻的C型过缆钻杆9上的过缆口91交错布置。

需要说明的是，采用C型过缆钻杆9，能够便于冲击波产生装置26的推送，避免了常规的钻杆还需将电缆和水管端部断开连接，才能实现续接钻杆的问题，进而大大提高了冲击波产生装置推送时的工作效率。

本实施例中，囊袋4为两端开口的圆筒形结构，囊袋4的两端设置有连接环7，囊袋4和连接环7套装于冲击波产生装置26的外壳1上，连接环7分别位于换能器窗口11的两侧。

连接环7通过固定环8固定于外壳1上，固定环8套装于连接环7上，囊袋4在初始状态时，固定环8的外径比囊袋4的外径大8～15cm。

需要说明的是，囊袋4和连接环7套装于冲击波产生装置26的外壳1上，从而便于囊袋4的安装和拆卸。固定环8的外径比囊袋4的外径大8～15cm，从而在冲击波产生装置26在钻孔24内推送时，可有效减少囊袋4与钻孔24内壁岩石的摩擦。

本实施例中，水箱在增压泵的作用下将水注入囊袋4内时，囊袋4内的空气通过冲击波产生装置26上的自动排气阀排出。

需要说明的是，自动排气阀为霍尼韦尔自动排气阀，向囊袋4的内部充水时，囊袋4内的气体会通过自动排气阀排出，同时水不会从自动排气阀处流出，进而避免壳体顶部存在气体而使气囊无法充满水的问题。囊袋4放水时，壳体顶部产生负压，大气会通过自动排气阀进入壳体，从而便于将水顺利排出，排出水后，该装置可移动至下一作业点进行冲击波作业。

本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：包括以下步骤；

步骤一，设定岩巷内岩石的钻孔(24)位置，并在岩石上打出所述钻孔(24)；

步骤二，在所述钻孔(24)的孔口安装孔口装置(20)，然后将冲击波产生装置(26)放置在所述钻孔(24)内，使所述冲击波产生装置(26)的换能器窗口(11)位于冲击波作业点处；

步骤三，将所述冲击波产生装置(26)与脉冲功率驱动源(23)电性连接；将所述冲击波产生装置(26)的注水管接口(12)通过注水管连接于水箱；

步骤四，打开所述水箱的阀门(25)，所述水箱在增压泵的作用下将水注入所述换能器窗口(11)处设置的囊袋(4)内；观察所述注水管上的压力表(21)的读数，所述压力表(21)的读数为设定数值时，所述囊袋(4)涨大并贴合于所述钻孔(24)的孔壁上；

步骤五，通过所述脉冲功率驱动源(23)向所述冲击波产生装置(26)放电，所述冲击波产生装置(26)产生冲击波，所述冲击波在所述囊袋(4)内水介质的传输下直接对岩石做功，并使所述岩石产生裂隙，所述囊袋(4)为绝缘材质，冲击波做功时，所述囊袋(4)保持涨大状态。

2.根据权利要求1所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：所述钻孔(24)为上行钻孔或垂直钻孔。

3.根据权利要求1所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：所述钻孔(24)的数量为多个，相邻两个所述钻孔(24)之间的距离为150cm；

每个所述钻孔(24)内的冲击波作业点的数量为多个，多个所述冲击波作业点处的裂隙形成缝网。

4.根据权利要求3所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：还包括步骤六，打开所述阀门(25)，所述囊袋(4)内的水在其重力的作用下排至所述水箱，所述压力表(21)读数为零时，所述囊袋(4)收缩至初始状态，然后将所述冲击波产生装置(26)移动至下一冲击波作业点处。

5.根据权利要求1所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：所述压力表(21)的读数为0.5MPa时，所述囊袋(4)涨大并贴合于所述钻孔(24)的孔壁上。

6.根据权利要求1所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：所述脉冲功率驱动源(23)电储能为80～90kJ，所述冲击波的强度为100～150MPa。

7.根据权利要求1所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：所述冲击波产生装置(26)通过通缆钻杆(22)推送至所述钻孔(24)内的设定位置处；

所述冲击波产生装置(26)的后端螺纹连接于所述通缆钻杆(22)的前端，所述通缆钻杆(22)前端的电缆插头与所述冲击波产生装置(26)的后端电缆接口(13)连接，所述通缆钻杆(22)前端的注水插头与所述冲击波产生装置(26)后端的注水管接口(12)连接。

8.根据权利要求7所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：通过所述通缆钻杆(22)推送所述冲击波产生装置(26)时，在所述通缆钻杆(22)的后端连接C型过缆钻杆(9)；

所述C型过缆钻杆(9)的侧壁沿其轴线设置有过缆口(91)，所述过缆口(91)贯穿所述C型过缆钻杆(9)的两端，所述C型过缆钻杆(9)的截面呈C字形；

在所述通缆钻杆(22)的后端连接所述C型过缆钻杆(9)时，首先将与所述冲击波产生装置(26)连接的电缆和水管从所述过缆口(91)放入所述C型过缆钻杆(9)内，然后将所述C型过缆钻杆(9)的前端螺纹连接于所述通缆钻杆(22)的后端；

将所述冲击波产生装置(26)推送一个所述C型过缆钻杆(9)的长度后，再将所述电缆和所述水管放入另一个C型过缆钻杆(9)内，然后将另一个C型过缆钻杆(9)安装至前一个C型过缆钻杆(9)的后端，其中，两个相邻的所述C型过缆钻杆(9)上的过缆口(91)交错布置。

9.根据权利要求1所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：所述囊袋(4)为两端开口的圆筒形结构，所述囊袋(4)的两端设置有连接环(7)，所述囊袋(4)和所述连接环(7)套装于冲击波产生装置(26)的外壳(1)上，所述连接环(7)分别位于所述换能器窗口(11)的两侧；

所述连接环(7)通过固定环(8)固定于所述外壳(1)上，所述固定环(8)套装于所述连接环(7)上，所述囊袋(4)在初始状态时，所述固定环(8)的外径比所述囊袋(4)的外径大8～15cm。

10.根据权利要求1所述的基于抗冲击充水囊袋的破岩方法，其特征在于：所述水箱在所述增压泵的作用下将水注入囊袋(4)内时，所述囊袋(4)内的空气通过所述冲击波产生装置(26)上的自动排气阀排出。

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