CN111577309B - 一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法 - Google Patents

一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111577309B
CN111577309B CN202010376628.7A CN202010376628A CN111577309B CN 111577309 B CN111577309 B CN 111577309B CN 202010376628 A CN202010376628 A CN 202010376628A CN 111577309 B CN111577309 B CN 111577309B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rock
hob
breaking device
rock breaking
rock mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010376628.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111577309A (zh
Inventor
江红祥
朱真才
刘送永
沈刚
蔡芝源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN202010376628.7A priority Critical patent/CN111577309B/zh
Publication of CN111577309A publication Critical patent/CN111577309A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111577309B publication Critical patent/CN111577309B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1066—Making by using boring or cutting machines with fluid jets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，本方法所用的设备为特制一体化的破岩装置，破岩装置上安装有盘形滚刀和切缝装置；具体方法为在掘进坚硬岩体前，首先在岩体上钻出先导孔，然后通过切缝装置在坚硬岩体上切割出一系列预制缝隙，最后驱动特制一体化破岩机构上的滚刀侵入预制缝隙，实现坚硬岩体的楔裂，本方法充分利用岩石抗压不抗拉的特性，在预割缝的基础之上运用滚刀楔裂坚硬岩体，工作可靠，破岩效率高，同时可以延长设备的使用寿命。

Description

一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法
技术领域
本发明涉及坚硬岩体破岩领域，具体涉及一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法。
背景技术
2019年《BP世界能源统计年鉴》指出：中国仍然是世界最大的能源消费国，占全球消费量的23.2%和全球净增长的33.6%；煤炭资源消耗占消费总量的60.4%，在未来很长一段时期内作为我国主体能源具有无法替代的地位。随着我国对煤炭能源需求的不断增加，因岩巷掘进困难而导致采掘比例失调成为制约我国煤矿开采的主要原因。据不完全统计，我国煤矿平均每年新掘岩巷长达3000公里，由于受到地质条件、井下作业空间以及掘进装备适应性等因素制约，掘进速度不足100m/月，煤矿采掘比例严重失调。因此，在我国明确要求岩巷掘进速度达到 1000m/月，以缓解困扰煤炭开采的采掘失衡问题。
目前煤矿巷道的挖掘还是主要以硬岩掘进机和爆破法为主，爆破法虽然破岩效率高，但是危险系数极高，如遇到瓦斯容易引起瓦斯爆炸，造成不可估量的后果。硬岩掘进机在遇到超硬岩石时，也容易造成刀具磨损加大，可靠性和工作效率降低，如何实现硬岩的高效破碎已经成为亟待解决的问题和难题，亟需研究新的岩石破碎方法实现坚硬岩石的高效破碎，对实现矿山高效开采、隧道高效掘进乃至我国能源资源的高效开发具有极其重要的意义。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其充分利用岩石抗压不抗拉的特性，在预割缝的基础之上运用滚刀楔裂坚硬岩体，工作可靠，破岩效率高，同时可以延长设备的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，具体包括以下步骤：
S1、制作破岩装置1：破岩装置包括刀盘体，刀盘体后端设有连接轴，刀盘体的球面设有若干个交替布置并呈一半蔓叶线形状的滚刀安装脊和切缝装置安装脊，刀盘体的球面开有若干个呈环形阵列均布的排料孔，每个排料孔分别设置在相邻两个滚刀安装脊和切缝装置安装脊之间，刀盘体和连接轴中间设有一条贯通的破碎弹通道，每个滚刀安装脊上分别安装有若干个盘形滚刀，俯视角度下所有盘形滚刀的滚刀安装路径为阿基米德螺旋线形状，每个切缝装置安装脊上安装有若干个切缝装置，每个切缝装置对应一个盘形滚刀，切缝装置与其对应的盘形滚刀在同一个外轮廓圆上，破岩装置通过连接轴安装在动力装置上；
S2、钻孔与探水；在掘进坚硬岩体时，首先根据预计的掘进位置定出所需钻孔的位置，然后在该位置上钻出先导孔，最后通过此先导孔实施岩体内部的探水工作；
S3、切缝；在步骤S2确定无突水险情情况下，调整破岩装置的位置，使破岩装置靠近岩体且中心对准先导孔的中心，在破岩装置即将靠近岩体时，停止破岩装置向前运动，继续保持破岩装置转动，同时开启切缝装置，使其在岩体上切割出多个预制缝隙；
S4、楔裂与排渣；在完成步骤S3中多个预制缝隙切割过程后，关闭切缝装置，继续保持破岩装置转动，同时使其向前运动，在破岩装置上最前面一把盘形滚刀会滚压已经切割出的预制缝隙，利用第一步中所钻出的先导孔作为自由面将岩体楔裂，随着破岩装置继续向前推进，破岩装置上后一把盘形滚刀会继续滚压已经切割出的预制缝隙并利用前一把滚刀所楔裂的切口作为自由面将岩体楔裂，此过程中所楔裂的岩石碎片从排料孔排出；
S5、退出破岩装置；当破岩装置达到掘进深度极限时，退出破岩装置；
S6、扩展断面；根据实际所需掘进断面的大小，不断重复上面步骤S2-S5直至将整个断面完成；
S7、重复步骤S2-S6，进行新的断面掘进。
优选地，步骤S1中滚刀安装脊和切缝装置安装脊的数量分别为条。
优选地，步骤S1中条滚刀安装脊上安装有个盘形滚刀， 条切缝装置安装脊上安装有个切缝装置。
优选地，步骤S3中，动力装置根据不同的掘进环境进行选择，能够对破岩装置提供足够的扭矩和推进力。
优选地，步骤S2中，所述先导孔通过钻机和破碎弹进行施工。
优选地，步骤S2中，所述先导孔的施工方法为：在开始钻进时控制方位使用钻机完成钻孔，在破岩装置侵入岩体后，使破碎弹通过破碎弹通道射入岩体，进而实现钻孔的目的。
优选地，所述切缝装置可选用磨料射流喷嘴，刀盘体与连接轴内开有连通磨料射流喷嘴与外部水源的流道。
优选地，所述切缝装置可选用激光发射器，刀盘体内置有为激光发射器提供电源的电池。
本发明的有益效果在于：本方法充分利用岩石抗压不抗拉的特点，首先在岩体上钻出先导孔，而后在岩体上切割出预制缝隙，最后运用滚刀对岩石实现楔裂；此发明具有破碎岩石能力强、效率高等特点，并且对地质的适用性强，适合各种硬岩及超硬岩的破碎；盘形滚刀在预割缝的情况下，不断以前一把滚刀的切口作为自由面，采用分段式楔裂，楔裂厚度低，由此大大降低滚刀的磨损，提高滚刀的使用寿命，对隧道以及巷道的掘进具有重要的社会意义和经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
图1是本发明实施例提供的一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法施工时正视布置示意图；
图2是本发明实施例提供的破岩机构结构示意图；
图3是本发明实施例提供的滚刀楔裂岩体原理示意图。
图中：1—破岩装置；2—岩体；3—先导孔；4—预制缝隙；1-1—滚刀安装脊；1-2—切缝装置安装脊；1-3—盘形滚刀；1-4—切缝装置；1-5—刀盘体；1-6—排料孔；1-7—破碎弹通道；1-8—滚刀安装路径；1-9—连接轴；
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。
如图1至图3所示，一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，具体包括以下步骤：
S1、制作破岩装置1：破岩装置1包括刀盘体1-5，刀盘体1-5后端设有连接轴1-9，刀盘体1-5的球面分别设有4个交替布置并呈一半蔓叶线形状的滚刀安装脊1-1和切缝装置安装脊1-2，刀盘体1-5的球面开有8个呈环形阵列均布的排料孔1-6，每个排料孔1-6分别设置在相邻两个滚刀安装脊1-1和切缝装置安装脊1-2之间，刀盘体1-5和连接轴1-9中间设有一条贯通的破碎弹通道1-7，4条滚刀安装脊1-1上一共均布安装有25个盘形滚刀1-3，俯视角度下所有盘形滚刀1-3的滚刀安装路径1-8为阿基米德螺旋线形状，4条切缝装置安装脊1-2上安装有25个切缝装置1-4，所述切缝装置1-4选用磨料射流喷嘴，刀盘体1-5与连接轴1-9内开有连通磨料射流喷嘴与外部水源的流道；每个切缝装置1-4对应一个盘形滚刀1-3，切缝装置1-4与其对应的盘形滚刀1-3在同一个外轮廓圆上，将破岩装置1通过连接轴1-9安装在动力装置上，动力装置根据不同的掘进环境进行选择，能够对破岩装置1提供足够的扭矩和推进力；
S2、钻孔与探水；在掘进坚硬岩体2时，首先根据预计的掘进位置定出所需钻孔的位置，然后在该位置上钻出先导孔3，所述先导孔3通过钻机和破碎弹进行施工，在开始钻进时控制方位使用钻机完成钻孔，在破岩装置1侵入岩体后，使破碎弹通过破碎弹通道1-7射入岩体2，进而实现钻孔的目的，最后通过此先导孔3实施岩体2内部的探水工作；
S3、切缝；在步骤S2确定无突水险情情况下，调整破岩装置1的位置，使破岩装置1靠近岩体2且中心对准先导孔3的中心，在破岩装置1即将靠近岩体2时，停止破岩装置1向前运动，继续保持破岩装置1转动，同时开启切缝装置1-4，使其在岩体2上切割出多个预制缝隙4；
S4、楔裂与排渣；在完成步骤S3中多个预制缝隙4切割过程后，关闭切缝装置1-4，继续保持破岩装置1转动，同时使其向前运动，在破岩装置1上最前面一把盘形滚刀1-3会滚压已经切割出的预制缝隙4，利用第一步中所钻出的先导孔3作为自由面将岩体2楔裂，随着破岩装置1继续向前推进，破岩装置1上后一把盘形滚刀1-3会继续滚压已经切割出的预制缝隙4并利用前一把滚刀所楔裂的切口作为自由面将岩体2楔裂，此过程中所楔裂的岩石碎片从排料孔1-6排出；
S5、退出破岩装置；当破岩装置1达到掘进深度极限时，退出破岩装置1;
S6、扩展断面；根据实际所需掘进断面的大小，不断重复上面步骤S2-S5直至将整个断面完成；
S7、重复步骤S2-S6，进行新的断面掘进。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、制作破岩装置（1）：破岩装置（1）包括刀盘体（1-5），刀盘体（1-5）后端设有连接轴（1-9），刀盘体（1-5）的球面设有若干个交替布置并呈一半蔓叶线形状的滚刀安装脊（1-1）和切缝装置安装脊（1-2），刀盘体（1-5）的球面开有若干个呈环形阵列均布的排料孔（1-6），每个排料孔（1-6）分别设置在相邻两个滚刀安装脊（1-1）和切缝装置安装脊（1-2）之间，刀盘体（1-5）和连接轴（1-9）中间设有一条贯通的破碎弹通道（1-7），每个滚刀安装脊（1-1）上分别安装有若干个盘形滚刀（1-3），俯视角度下所有盘形滚刀（1-3）的滚刀安装路径（1-8）为阿基米德螺旋线形状，每个切缝装置安装脊（1-2）上安装有若干个切缝装置（1-4），每个切缝装置（1-4）对应一个盘形滚刀（1-3），切缝装置（1-4）与其对应的盘形滚刀（1-3）在同一个外轮廓圆上，破岩装置（1）通过连接轴（1-9）安装在动力装置上；
S2、钻孔与探水；在掘进坚硬岩体（2）时，首先根据预计的掘进位置定出所需钻孔的位置，然后在该位置上钻出先导孔（3），最后通过此先导孔（3）实施岩体（2）内部的探水工作；
S3、切缝；在步骤S2确定无突水险情情况下，调整破岩装置（1）的位置，使破岩装置（1）靠近岩体（2）且中心对准先导孔（3）的中心，在破岩装置（1）即将靠近岩体（2）时，停止破岩装置（1）向前运动，继续保持破岩装置（1）转动，同时开启切缝装置（1-4），使其在岩体（2）上切割出多个预制缝隙（4）；
S4、楔裂与排渣；在完成步骤S3中多个预制缝隙（4）切割过程后，关闭切缝装置（1-4），继续保持破岩装置（1）转动，同时使其向前运动，破岩装置（1）上最前面一把盘形滚刀（1-3）滚压已经切割出的预制缝隙（4），利用步骤S2中所钻出的先导孔（3）作为自由面将岩体（2）楔裂，随着破岩装置（1）继续向前推进，破岩装置（1）上后一把盘形滚刀（1-3）会继续滚压已经切割出的预制缝隙（4）并利用前一把滚刀所楔裂的切口作为自由面将岩体（2）楔裂，此过程中所楔裂的岩石碎片从排料孔（1-6）排出；
S5、退出破岩装置；当破岩装置（1）达到掘进深度极限时，退出破岩装置（1）；
S6、扩展断面；根据实际所需掘进断面的大小，不断重复上面步骤S2-S5直至将整个断面完成；
S7、重复步骤S2-S6，进行新的断面掘进。
2.如权利要求1所述的一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其特征在于，步骤S1中滚刀安装脊（1-1）和切缝装置安装脊（1-2）的数量分别为4条。
3.如权利要求2所述的一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其特征在于，步骤S1中4条滚刀安装脊（1-1）上安装有25个盘形滚刀（1-3），4条切缝装置安装脊（1-2）上安装有25个切缝装置（1-4）。
4.如权利要求1所述的一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其特征在于，步骤S3中，动力装置根据不同的掘进环境进行选择，能够对破岩装置（1）提供足够的扭矩和推进力。
5.如权利要求1所述的一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其特征在于，步骤S2中，所述先导孔（3）通过钻机和破碎弹进行施工。
6.如权利要求5所述的一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其特征在于，步骤S2中，所述先导孔（3）的施工方法为：在开始钻进时控制方位使用钻机完成钻孔，在破岩装置（1）侵入岩体后，使破碎弹通过破碎弹通道（1-7）射入岩体（2），进而实现钻孔的目的。
7.如权利要求1所述的一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其特征在于，所述切缝装置（1-4）选用磨料射流喷嘴，刀盘体（1-5）与连接轴（1-9）内开有连通磨料射流喷嘴与外部水源的流道。
8.如权利要求1所述的一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法，其特征在于，所述切缝装置（1-4）选用激光发射器，刀盘体（1-5）内置有为激光发射器提供电源的电池。
CN202010376628.7A 2020-05-07 2020-05-07 一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法 Active CN111577309B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010376628.7A CN111577309B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010376628.7A CN111577309B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111577309A CN111577309A (zh) 2020-08-25
CN111577309B true CN111577309B (zh) 2021-02-26

Family

ID=72124680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010376628.7A Active CN111577309B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111577309B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114109257B (zh) * 2021-11-22 2022-09-27 湖南师范大学 一种水射流辅助滚刀钻井装置
CN114856556B (zh) * 2022-04-05 2023-03-07 中南大学 一种自诊断预切孔动态拉剪破岩方法及装置
CN114810117B (zh) * 2022-04-26 2023-01-10 中南大学 一种基于孔阵诱导致裂改性的硬岩tbm及其刀盘与掘进方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3483225B2 (ja) * 1995-03-22 2004-01-06 株式会社小松製作所 トンネル掘削機
EP1092836A3 (de) * 1999-10-11 2003-11-26 Herrenknecht Aktiengesellschaft Bohrvorrichtung mit einem Schneidrad mit Hochdruckdüsen
CN104110262A (zh) * 2014-07-21 2014-10-22 洛阳理工学院 一种用于tbm的钻滚结合的刀盘结构
CN106761805B (zh) * 2016-12-14 2018-08-21 大连理工大学 激光全断面岩石掘进机刀盘设计方法
CN108180020A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 裴云飞 水射流切割隧道掘进机
CN108756915A (zh) * 2018-05-23 2018-11-06 中铁高新工业股份有限公司 一种用于tbm的激光辅助破岩方法
CN110985032B (zh) * 2019-10-25 2021-05-25 中国科学院武汉岩土力学研究所 水力-机械联合破岩tbm装置及其破岩方法
CN110778324B (zh) * 2019-11-05 2020-09-01 中国矿业大学 一种集钻孔、探水、铣削为一体的硬岩巷道掘进方法
CN110700849A (zh) * 2019-11-21 2020-01-17 黄河勘测规划设计研究院有限公司 隧洞硬岩掘进机及其掘进机刀盘
CN111005734A (zh) * 2019-12-19 2020-04-14 中铁工程装备集团有限公司 一种中心超前勘探式硬岩掘进机

Also Published As

Publication number Publication date
CN111577309A (zh) 2020-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111577309B (zh) 一种多滚刀分段式楔裂坚硬岩体方法
CN110778324B (zh) 一种集钻孔、探水、铣削为一体的硬岩巷道掘进方法
CN104790949B (zh) 巨厚坚硬顶板高瓦斯厚煤层顶板控制和提高瓦斯抽放效率的方法及钻孔机具
CN101349533A (zh) 一种下山巷道掘进炮眼布置方式
CN105937395A (zh) 一种煤矿大断面硬岩巷道综掘与炮掘联合快速高效掘进方法
CN104596375A (zh) 一种岩巷综掘施工方法
CN108571326B (zh) 复合切削式硬岩掘进机刀盘及其掘进机
CN110439586A (zh) 非爆破式矿井巷道水切割掘进方法
CN109281672A (zh) 一种硬岩隧道开挖方法
CN112012760A (zh) 一种隧道掘进机及其冲击破岩刀盘结构
CN112983418A (zh) 一种煤矿井下采煤工作面回撤通道水力压裂卸压的方法
CN212359762U (zh) 一种高速智能盾构机
CN210564541U (zh) 一种快速掘进机
CN108590688A (zh) 一种带有液压钻机的tbm掘进机及其掘进施工方法
CN108362179A (zh) 一种星形节能掏槽方法
CN113982582A (zh) 一种煤矿井下采煤工作面水力压裂处理端头三角区悬顶的方法
CN212428834U (zh) 一种矿用高压放电辅助破岩的掘进机
CN104110263B (zh) 一种用于tbm的刀盘结构
CN112709579A (zh) 河渠快速成型掘进机
CN106089216A (zh) 岩石隧道破岩施工方法
CN204002830U (zh) 一种用于tbm的刀盘结构
CN103835722B (zh) 板状分布金属矿的开采方法
CN211342922U (zh) 高压水射流边刀及水力-机械联合破岩脱困tbm刀盘
CN103089265B (zh) 一种地下矿山开采中深孔爆破落矿方法
CN113153161B (zh) 一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头及施工方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant