CN111595217A - 一种钻进爆破式硬岩掘进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻进爆破式硬岩掘进方法，包括以下步骤，S1，根据工程需要，在合适位置布置若干钻进爆破式硬岩掘进设备，其中钻进爆破式硬岩掘进设备包括若干钻具装置组，若干快速爆破装置组和若干防爆爆破装置组，确定合适数量的钻具装置组、快速爆破装置组和防爆爆破装置组；S2，通过钻进爆破式硬岩掘进设备，自行钻进掘挖，形成整体断面。可填充液体炸药进行爆破，爆破效果好，而且爆破与钻岩可同时连续进行，不需取出钻头即可继续填充炸药，渣屑通过主排渣槽和副排渣槽及时排出，不需单独清理，全自动施工作业，钻进效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻岩方法，尤其涉及一种钻进爆破式硬岩掘进方法。
背景技术
目前，在铁路、公路、地铁、钻山等隧道工程施工作业中，常使用人工爆破式开挖和自动旋转刀削式两种掘进方式进行施工。人工爆破式须将开凿的岩石进行钻孔后填充固体炸药爆破，而后清渣再进行下一轮次的施工；而自动旋转式钻进采用削片式拱刀，通过刀片的旋转进行物理切削。以上两种方式在施工中均效率低下。前者虽为爆破但只能是人工开挖；后者虽为自动化但使用物理切削，其效果与爆破不能相比。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钻进爆破式硬岩掘进方法，可填充液体炸药进行爆破，爆破效果好，而且爆破与钻岩可同时连续进行，不需取出钻头即可继续填充炸药，渣屑通过主排渣槽和副排渣槽及时排出，不需单独清理，全自动施工作业，自动施工效果好，效率高。
为了解决上述技术问题，本发明的所述钻进爆破式硬岩掘进方法包括以下步骤：
S1，根据工程需要，在合适位置布置若干钻进爆破式硬岩掘进设备，其中钻进爆破式硬岩掘进设备包括若干钻具装置组，若干快速爆破装置组和若干防爆爆破装置组，确定合适数量的钻具装置组、快速爆破装置组和防爆爆破装置组；
S2，通过钻进爆破式硬岩掘进设备，自行钻进掘挖，形成整体断面，其中包括，
通过钻进爆破式硬岩掘进设备向起爆段注入爆破药，其中钻进爆破式硬岩掘进设备包括若干钻具装置组，若干快速爆破装置组和若干防爆爆破装置组。
通过若干快速爆破装置组，对所述爆破药点火，实施爆破。
通过若干防爆爆破装置组，对所述爆破药点火，石渣排出同时实施下一次钻进爆破，进行连续爆破。
通过若干钻具装置组沿矩形开挖面旋转冲击爆破后的钻岩地层。
所述钻具装置组、所述快速爆破装置组和所述防爆爆破装置组均套设在硬岩掘进机上。
每组所述钻具装置组均包括气液动组合冲击钻头，冲击器和旋转装置。
所述气液动组合冲击钻头包括主钻头和副钻头。
所述主钻头的冲击端嵌设有若干冲击齿。
每个所述冲击齿均超出所述主钻头的冲击端的端面。
所述冲击齿采用硬合金金属。
所述主钻头的本体采用软金属。
所述主钻头的冲击端超出所述副钻头的冲击端的端面。
所述副钻头采用硬合金金属。
所述副钻头围绕所述主钻头设置。
所述气液动组合冲击钻头的横截面呈矩形。
所述主钻头的驱动端和所述副钻头的驱动端套均设在所述硬岩掘进机上。
所述冲击器的输出端通过所述硬岩掘进机连接所述主钻头的驱动端和所述副钻头的驱动端。
所述旋转装置的输出端通过所述硬岩掘进机连接所述主钻头的驱动端。
所述硬岩掘进机的中央设置有主通孔。
所述主通孔呈圆形。
所述硬岩掘进机围绕所述主通孔设置有多个副通孔。
所述主钻头在所述主通孔中前后移动或相对转动。
所述副钻头设置有多个。
每个所述副钻头分别在每个所述副通孔中前后移动。
所述主钻头的本体内部设置有多个主进气通道。
每个所述主进气通道的出口均延伸至所述主钻头的冲击端的端面。
每个所述主进气通道在所述主钻头的驱动端汇合后延伸至所述主钻头的驱动端的端面。
所述副钻头的本体内部设置有多个副进气通道。
每个所述副进气通道的出口均延伸至所述副钻头的冲击端的端面。
每个所述副进气通道在所述副钻头的驱动端汇合后延伸至所述副钻头的驱动端的端面。
所述主钻头的本体内部设置有若干空穴。
所述主钻头的圆周侧壁开设有多个主排渣槽。
每个所述主排渣槽均从所述主钻头的驱动端的端面延伸至所述主钻头的冲击端的端面。
所述副钻头的侧壁设置有若干凸块。
每个所述凸块之间的间隙形成副排渣槽。
所述冲击齿呈柱条状。
所述主钻头的冲击端还嵌设有多个主侧冲击齿。
所述主侧冲击齿分布在每个所述主排渣槽的出口两侧。
每个所述主侧冲击齿均超出所述冲击端的端面。
所述主侧冲击齿采用硬合金金属。
所述主侧冲击齿呈柱条状。
所述主钻头的冲击端还嵌设有多个副侧冲击齿。
所述副侧冲击齿分布在每两个所述主排渣槽之间。
每个所述副侧冲击齿均超出所述冲击端的端面。
所述副侧冲击齿采用硬合金金属。
所述副侧冲击齿呈柱条状。
每组所述快速爆破装置组均包括导流管体。
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管注药孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有注药通道。
所述注药通道与所述导流管注药孔连通。
所述导流管体沿钻岩方向的前部的外壁设有导流管前封堵环。
所述导流管体沿钻岩方向的后部的外壁设有导流管后封液环。
所述注药孔位于所述导流管后封液环沿钻岩方向的前端。
所述导流管体沿钻岩方向的前部外侧壁开设有导流管前注泥孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有前注泥通道。
所述前注泥通道与所述导流管前注泥孔连通。
所述导流管体沿钻岩方向的前部外侧壁开设有导流管前注沙孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有前注沙通道。
所述前注沙通道与所述导流管前注沙孔连通。
所述导流管前注沙孔位于所述导流管前注泥孔沿钻岩方向的前端。
所述前注泥通道内设置有前泥泵。
所述前注沙通道内设置有前沙泵。
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注泥孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有后注泥通道。
所述后注泥通道与所述导流管后注泥孔连通。
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注沙孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有后注沙通道。
所述后注沙通道与所述导流管后注沙孔连通。
所述导流管后注沙孔位于所述导流管后注泥孔沿钻岩方向的后端。
所述注药孔位于所述导流管后注泥孔沿钻岩方向的前端。
所述后注泥通道内设置有后泥泵。
所述后注沙通道内设置有后沙泵。
所述导流管体沿钻岩方向的前部的外壁设有导流管前封液环。
所述导流管前封堵环位于所述导流管前注沙孔沿钻岩方向的前端。
所述导流管前封液环位于所述导流管前注泥孔沿钻岩方向的后端。
所述导流管体沿钻岩方向的后部设置有注药机构。
所述注药机构位于所述后封液环沿钻岩方向的后端。
所述导流管体沿钻岩方向的中部外侧壁开设有点火孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有点火通道。
所述点火通道内设置有点火线。
所述点火线与所述点火孔连通。
所述点火线沿钻岩方向的后部连接有起爆装置。
每组所述防爆爆破装置组均包括导流管体，所述导流管体外同轴地套设有防爆筒管体，所述防爆筒管体开设有若干防爆网眼孔。
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管注药孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有注药通道。
所述注药通道与所述导流管注药孔连通。
所述导流管体外同轴地套设有防爆筒管体，所述防爆筒管体开设有若干防爆网眼孔。
所述导流管体与所述防爆筒管体之间留设有空隙。
所述导流管体在所述防爆筒管体内相对转动或前后移动。
所述防爆筒管体沿钻岩方向的后端连接有防爆筒驱动装置，驱动所述防爆筒管体前后移动及转动。
所述导流管体沿钻岩方向的前部的外壁固定有导流管前封液环。
所述防爆筒管体沿钻岩方向的后部的内壁设有防爆筒后封液环。
所述防爆筒管体沿钻岩方向的前部内侧壁开设有防爆筒前注泥孔。
所述防爆筒管体内沿长度方向开设有前注泥通道。
所述前注泥通道与所述防爆筒前注泥孔连通。
所述防爆筒管体沿钻岩方向的前部内侧壁开设有防爆筒前注沙孔。
所述防爆筒管体内沿长度方向开设有前注沙通道。
所述前注沙通道与所述防爆筒前注沙孔连通。
所述防爆筒前注沙孔位于所述防爆筒前注泥孔沿钻岩方向的前端。
所述防爆筒管体沿钻岩方向的前部的外壁固定有防爆筒前封堵环。
所述防爆筒前封堵环位于所述导流管前封液环沿钻岩方向的前端。
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注泥孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有后注泥通道。
所述后注泥通道与所述导流管后注泥孔连通。
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注沙孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有后注沙通道。
所述后注沙通道与所述导流管后注沙孔连通。
所述导流管后注沙孔位于所述导流管后注泥孔沿钻岩方向的后端。
所述注药孔位于所述导流管后注泥孔沿钻岩方向的前端。
所述导流管后注沙孔位于所述防爆筒后封液环沿钻岩方向的前端。
所述防爆筒管体沿钻岩方向的后部的外壁固定有防爆筒后封堵环。
所述防爆筒后封堵环位于所述防爆筒后封液环沿钻岩方向的后端。
所述导流管体沿钻岩方向的中部外侧壁开设有点火孔。
所述导流管体内沿长度方向开设有点火通道。
所述点火通道内设置有点火线。
所述点火线与所述点火孔连通。
所述点火线沿钻岩方向的后部连接有起爆装置。
S1中，向起爆段注入爆破药，并对起爆段两端进行封堵的步骤包括：
S11，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S12，分别向所述前注泥通道和所述后注泥通道注泥，同时旋转所述导流管体，泥浆分别从所述前注泥孔和所述后注泥孔流出，在所述导流管体与所述防爆筒管体之间分别形成前泥柱和后泥柱。
S13，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S14，分别向所述前注沙通道和所述后注沙通道注沙，同时旋转所述导流管体，沙体分别从所述前注沙孔和所述后注沙孔流出，在所述导流管体与所述防爆筒管体之间、前泥柱沿钻岩方向前端和所述后泥柱沿钻岩方向后端分别形成前沙段和后沙段。
S15，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S16，向所述注药通道注入爆破药，药液从所述注药孔流出，填满所述前泥柱和所述后泥柱之间的空隙。
S2中，所述点火步骤包括：
S21，将所述导流管沿钻岩方向向后拉动，至所述前封液环位于所述前注泥孔后端；
S22，启动所述起爆装置，通过点火线对所述爆破药点火。
或者，在S1中，向起爆段注入爆破药，并对起爆段两端进行封堵的步骤包括：
S11，分别向所述前注泥通道和所述后注泥通道注泥，同时旋转所述导流管体，泥浆分别从所述前注泥孔和所述后注泥孔流出；
S12，启动所述前泥泵吸附所述泥浆，开启所述前封液环，在所述导流管体与所钻岩地层侧壁之间分别形成前泥柱和后泥柱，所述前泥柱位于所述前封液环沿钻岩方向的后端。
S13，启动所述注药机构，开启所述后封液环，向所述注药通道注入爆破药，所述爆破药从所述注药孔流出，在所述导流管体与所钻岩地层侧壁之间、所述前泥柱和所述后泥柱之间形成药液段；
S14，启动所述后泥泵，将所述后泥柱推至与所述爆破药抵接；
S15，分别向所述前注沙通道和所述后注沙通道注沙，同时旋转所述导流管体，沙体分别从所述前注沙孔和所述后注沙孔流出，在所述导流管体与所钻岩地层侧壁之间、所述前泥柱沿钻岩方向前端和所述后泥柱沿钻岩方向后端分别形成前沙段和后沙段；
S16，启动所述前沙泵，开启所述前封液环，将所述前沙段吸至与所述前泥柱抵接；
S17，启动所述后沙泵，将所述后沙段推至与所述后泥柱抵接。
在S2中，所述点火步骤包括关闭所述后封液环，启动所述起爆装置，通过点火线对所述爆破药点火。
在S3中，所述钻进装置旋转冲击的步骤包括：
S31，启动所述冲击器和所述旋转装置，带动所述主钻头和所述副钻头旋转前进；
S32，所述冲击器与多个所述主进气通道和多个所述副进气通道形成闭合回路，渣屑通过所述排渣槽和所述副排渣槽排出。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的钻进爆破式硬岩掘进方法作进一步的详细描述。
图1为本发明钻进爆破式硬岩掘进方法的钻头结构示意图；
图2为本发明钻进爆破式硬岩掘进方法应用于连续爆破时注药状态结构示意图；
图3为本发明钻进爆破式硬岩掘进方法应用于连续爆破时注药后状态结构示意图；
图4为本发明钻进爆破式硬岩掘进方法应用于快速爆破时结构示意图；
图5为本发明图2中A-A线剖视结构示意图；
图6为本发明图2中B-B线剖视结构示意图；
图7为本发明钻进爆破式硬岩掘进方法应用于连续爆破时防爆网眼孔外侧壁分布结构示意图；
图8为本发明钻进爆破式硬岩掘进方法应用于连续爆破时防爆网眼孔内侧壁分布结构示意图；
图9为本发明钻进爆破式硬岩掘进设备整体结构示意图。
图中：1-主钻头；101-冲击齿；102-主侧冲击齿；103-副侧冲击齿；104-主进气通道；105-主排渣槽；11-副钻头；111-副进气通道；112-副排渣槽；2-导流管体；201-注药孔；202-导流管后注泥孔；203-导流管后注沙孔；204-导流管前封液环；205-导流管前注沙孔；206-导流管前封堵环；207-导流管后封液环；208-导流管前注泥孔；209-注药机构；210-注药开关；211-点火孔；3-防爆筒管体；301-防爆网眼孔；302-防爆筒后封液环；303-防爆筒前注泥孔；304-防爆筒前注沙孔；305-防爆筒前封堵环；306-防爆筒后封堵环；307-卡圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的实施方式如图1至8所示，本实施方式提供了一种钻进爆破式硬岩掘进方法，包括以下步骤：
S1，根据工程需要，在合适位置布置若干钻进爆破式硬岩掘进设备，其中钻进爆破式硬岩掘进设备包括若干钻具装置组，若干快速爆破装置组和若干防爆爆破装置组，确定合适数量的钻具装置组、快速爆破装置组和防爆爆破装置组；
S2，通过钻进爆破式硬岩掘进设备，自行钻进掘挖，形成整体断面，其中包括，
通过钻进爆破式硬岩掘进设备向起爆段注入爆破药，其中钻进爆破式硬岩掘进设备包括若干钻具装置组，若干快速爆破装置组和若干防爆爆破装置组；
通过若干快速爆破装置组，对所述爆破药点火，实施爆破；
通过若干防爆爆破装置组，对所述爆破药点火，石渣排出同时实施下一次钻进爆破，进行连续爆破；
通过若干钻具装置组沿矩形开挖面旋转冲击爆破后的钻岩地层。
所述钻具装置组、所述快速爆破装置组和所述防爆爆破装置组均套设在硬岩掘进机上。
每组所述钻具装置组均包括气液动组合冲击钻头，冲击器和旋转装置。
所述气液动组合冲击钻头包括主钻头1和副钻头11。
所述主钻头1的冲击端嵌设有若干冲击齿101。
每个所述冲击齿101均超出所述主钻头1的冲击端的端面。
所述冲击齿101采用硬合金金属。
所述主钻头1的本体采用软金属。
所述主钻头1的冲击端超出所述副钻头11的冲击端的端面。
所述副钻头11采用硬合金金属。
所述副钻头11围绕所述主钻头1设置。
所述气液动组合冲击钻头的横截面呈矩形。
所述主钻头1的驱动端和所述副钻头11的驱动端套均设在所述硬岩掘进机上。
所述冲击器的输出端通过所述硬岩掘进机连接所述主钻头1的驱动端和所述副钻头11的驱动端。
所述旋转装置的输出端通过所述硬岩掘进机连接所述主钻头1的驱动端。
所述硬岩掘进机的中央设置有主通孔。
所述主通孔呈圆形。
所述硬岩掘进机围绕所述主通孔设置有多个副通孔。
所述主钻头1在所述主通孔中前后移动或相对转动。
所述副钻头11设置有多个。
每个所述副钻头11分别在每个所述副通孔中前后移动。
所述主钻头1的本体内部设置有多个主进气通道104。
每个所述主进气通道104的出口均延伸至所述主钻头1的冲击端的端面。
每个所述主进气通道104在所述主钻头1的驱动端汇合后延伸至所述主钻头1的驱动端的端面。
所述副钻头11的本体内部设置有多个副进气通道111。
每个所述副进气通道111的出口均延伸至所述副钻头11的冲击端的端面。
每个所述副进气通道111在所述副钻头11的驱动端汇合后延伸至所述副钻头11的驱动端的端面。
所述主钻头1的本体内部设置有若干空穴。
所述主钻头1的圆周侧壁开设有多个主排渣槽105。
每个所述主排渣槽105均从所述主钻头1的驱动端的端面延伸至所述主钻头1的冲击端的端面。
所述副钻头11的侧壁设置有若干凸块。
每个所述凸块之间的间隙形成副排渣槽112。
所述冲击齿101呈柱条状。
所述主钻头的冲击端还嵌设有多个主侧冲击齿102。
所述主侧冲击齿102分布在每个所述主排渣槽105的出口两侧。
每个所述主侧冲击齿102均超出所述冲击端的端面。
所述主侧冲击齿102采用硬合金金属。
所述主侧冲击齿102呈柱条状。
所述主钻头的冲击端还嵌设有多个副侧冲击齿103。
所述副侧冲击齿103分布在每两个所述主排渣槽105之间。
每个所述副侧冲击齿103均超出所述冲击端的端面。
所述副侧冲击齿103采用硬合金金属。
所述副侧冲击齿103呈柱条状。
每组所述快速爆破装置组均包括导流管体2。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管注药孔201。
所述导流管体2内沿长度方向开设有注药通道。
所述注药通道与所述导流管注药孔201连通。
所述导流管体2沿钻岩方向的前部的外壁设有导流管前封堵环206。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部的外壁设有导流管后封液环207。
所述注药孔201位于所述导流管后封液环207沿钻岩方向的前端。
所述导流管体2沿钻岩方向的前部外侧壁开设有导流管前注泥孔208。
所述导流管体2内沿长度方向开设有前注泥通道。
所述前注泥通道与所述导流管前注泥孔208连通。
所述导流管体2沿钻岩方向的前部外侧壁开设有导流管前注沙孔205。
所述导流管体2内沿长度方向开设有前注沙通道。
所述前注沙通道与所述导流管前注沙孔205连通。
所述导流管前注沙孔205位于所述导流管前注泥孔208沿钻岩方向的前端。
所述前注泥通道内设置有前泥泵。
所述前注沙通道内设置有前沙泵。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注泥孔202。
所述导流管体2内沿长度方向开设有后注泥通道。
所述后注泥通道与所述导流管后注泥孔202连通。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注沙孔203。
所述导流管体2内沿长度方向开设有后注沙通道。
所述后注沙通道与所述导流管后注沙孔203连通。
所述导流管后注沙孔203位于所述导流管后注泥孔202沿钻岩方向的后端。
所述注药孔201位于所述导流管后注泥孔202沿钻岩方向的前端。
所述后注泥通道内设置有后泥泵。
所述后注沙通道内设置有后沙泵。
所述导流管体2沿钻岩方向的前部的外壁设有导流管前封液环204。
所述导流管前封堵环206位于所述导流管前注沙孔205沿钻岩方向的前端。
所述导流管前封液环204位于所述导流管前注泥孔208沿钻岩方向的后端。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部设置有注药机构209。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部设置有注药开关210。
所述注药机构209位于所述注药开关210沿钻岩方向的后端。
所述注药开关210位于所述导流管后封液环207沿钻岩方向的后端。
所述导流管体2沿钻岩方向的中部外侧壁开设有点火孔211。
所述导流管体2内沿长度方向开设有点火通道。
所述点火通道内设置有点火线。
所述点火线与所述点火孔211连通。
所述点火线沿钻岩方向的后部连接有起爆装置。
每套设备可由若干主钻头1搭配副钻头11组成，配合施工。
在S1中，向起爆段注入爆破药，并对起爆段两端进行封堵的步骤包括：
S11，分别向所述前注泥通道和所述后注泥通道注泥，同时旋转所述导流管体2，泥浆分别从所述前注泥孔和所述后注泥孔流出；
S12，启动所述前泥泵吸附所述泥浆，开启所述前封液环，在所述导流管体2与所钻岩地层侧壁之间分别形成前泥柱和后泥柱，所述前泥柱位于所述前封液环沿钻岩方向的后端。
S13，启动所述注药机构209，开启所述后封液环，向所述注药通道注入爆破药，所述爆破药从所述注药孔201流出，在所述导流管体2与所钻岩地层侧壁之间、所述前泥柱和所述后泥柱之间形成药液段；
S14，启动所述后泥泵，将所述后泥柱推至与所述爆破药抵接；
S15，分别向所述前注沙通道和所述后注沙通道注沙，同时旋转所述导流管体2，沙体分别从所述前注沙孔和所述后注沙孔流出，在所述导流管体2与所钻岩地层侧壁之间、所述前泥柱沿钻岩方向前端和所述后泥柱沿钻岩方向后端分别形成前沙段和后沙段；
S16，启动所述前沙泵，开启所述前封液环，将所述前沙段吸至与所述前泥柱抵接；
S17，启动所述后沙泵，将所述后沙段推至与所述后泥柱抵接。
在S2中，所述点火步骤包括关闭所述后封液环，启动所述起爆装置，通过点火线对所述爆破药点火。
或者，每组所述防爆爆破装置组均包括导流管体2，所述导流管体2外同轴地套设有防爆筒管体3，所述防爆筒管体3开设有若干防爆网眼孔301。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管注药孔201。
所述导流管体2内沿长度方向开设有注药通道。
所述注药通道与所述导流管注药孔201连通。
所述导流管体2外同轴地套设有防爆筒管体3，所述防爆筒管体3开设有若干防爆网眼孔301。
所述导流管体2与所述防爆筒管体3之间留设有空隙。
所述导流管体2在所述防爆筒管体3内相对转动或前后移动。
所述防爆筒管体3沿钻岩方向的后端连接有防爆筒驱动装置，驱动所述防爆筒管体3前后移动及转动。
所述导流管体2沿钻岩方向的前部的外壁固定有导流管前封液环204。
所述防爆筒管体3沿钻岩方向的后部的内壁设有防爆筒后封液环302。
所述防爆筒管体3沿钻岩方向的前部内侧壁开设有防爆筒前注泥孔303。
所述防爆筒管体3内沿长度方向开设有前注泥通道。
所述前注泥通道与所述防爆筒前注泥孔303连通。
所述防爆筒管体3沿钻岩方向的前部内侧壁开设有防爆筒前注沙孔304。
所述防爆筒管体3内沿长度方向开设有前注沙通道。
所述前注沙通道与所述防爆筒前注沙孔304连通。
所述防爆筒前注沙孔304位于所述防爆筒前注泥孔303沿钻岩方向的前端。
所述防爆筒管体3沿钻岩方向的前部的外壁固定有防爆筒前封堵环305。
所述防爆筒前封堵环305位于所述导流管前封液环204沿钻岩方向的前端。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注泥孔202。
所述导流管体2内沿长度方向开设有后注泥通道。
所述后注泥通道与所述导流管后注泥孔202连通。
所述导流管体2沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注沙孔203。
所述导流管体2内沿长度方向开设有后注沙通道。
所述后注沙通道与所述导流管后注沙孔203连通。
所述导流管后注沙孔203位于所述导流管后注泥孔202沿钻岩方向的后端。
所述注药孔201位于所述导流管后注泥孔202沿钻岩方向的前端。
所述导流管后注沙孔203位于所述防爆筒后封液环302沿钻岩方向的前端。
注沙通道内设有带有眼孔的管道，防止注沙通道堵塞。
注沙通道出沙口处设有单向阀；进沙口设为常开对插式输道口。
所述防爆筒管体3沿钻岩方向的后部的外壁固定有防爆筒后封堵环306。
所述防爆筒后封堵环306位于所述防爆筒后封液环302沿钻岩方向的后端。
所述防爆筒后封液环302包括扇形叶片和连接部。
所述连接部套设在所述导流管体2外。
所述连接部在所述防爆筒管体3内相对转动。
所述后封液环至有三个。
每个所述防爆筒后封液环302的扇形叶片相互抵接。
每个所述扇形叶片的截面积之和大于所述防爆筒管体3和所述导流管体2之间缝隙的截面积。
每个所述扇形叶片的角度在120°至360°之间。
所述防爆筒管体3沿钻岩方向的后部的内壁固定有卡圈307。
所述卡圈307有两个。
多个所述防爆筒后封液环302的两端面抵接在两个所述卡圈307的内侧。
所述导流管前封液环204与所述防爆筒管体3采用过盈配合。
所述导流管体2沿钻岩方向的中部外侧壁开设有点火孔211。
所述导流管体2内沿长度方向开设有点火通道。
所述点火通道内设置有点火线。
所述点火线与所述点火孔211连通。
所述点火线沿钻岩方向的后部连接有起爆装置。
所述防爆筒管体3可对炸药起爆后形成的石渣作支撑维护。所述防爆筒管体3内与所述导流管体2外形成一定空间，冲击钻头在石渣未清理完毕的情况下，能继续钻进并顺畅排渣。点火后，炸药爆破通过防爆网眼孔301对岩石、地层进行冲击，渣屑通过所述防爆筒管体3和所述导流管体2之间的缝隙排出。
所述防爆筒管体3具有独立的旋转导流和伸缩系统，其行程位于所述导流管体2外部与钻孔内壁之间。防爆筒管体3的选材需要能抵抗爆破冲击，抵抗来自石渣的压力。防爆筒管体3沿钻岩方向的前端设置有耐磨扶正套管，套管前端设置有开孔，与排渣通道连通。防爆筒管体3沿钻岩方向的后端设置有旋转和推进装置。
所述冲击器与所述防爆筒管体3之间设置有导向装置。所述导向装置为与所述防爆筒管体3有一定角度的短节。钻进时，钻头不旋转，定向时导向装置左右微旋转，达到定向前行的目的。
S1中，向起爆段注入爆破药，并对起爆段两端进行封堵的步骤包括：
S11，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S12，分别向所述前注泥通道和所述后注泥通道注泥，同时旋转所述导流管体2，泥浆分别从所述前注泥孔和所述后注泥孔流出，在所述导流管体2与所述防爆筒管体3之间分别形成前泥柱和后泥柱。
S13，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S14，分别向所述前注沙通道和所述后注沙通道注沙，同时旋转所述导流管体2，沙体分别从所述前注沙孔和所述后注沙孔流出，在所述导流管体2与所述防爆筒管体3之间、前泥柱沿钻岩方向前端和所述后泥柱沿钻岩方向后端分别形成前沙段和后沙段。
S15，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S16，向所述注药通道注入爆破药，药液从所述注药孔201流出，填满所述前泥柱和所述后泥柱之间的空隙。
S2中，所述点火步骤包括：
S21，将所述导流管沿钻岩方向向后拉动，至所述前封液环位于所述前注泥孔后端；
S22，启动所述起爆装置，通过点火线对所述爆破药点火。
在S3中，所述钻进装置旋转冲击的步骤包括：
S31，启动所述冲击器和所述旋转装置，带动所述主钻头1和所述副钻头11旋转前进；
S32，所述冲击器与多个所述主进气通道104和多个所述副进气通道111形成闭合回路，渣屑通过所述排渣槽和所述副排渣槽112排出。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据工程需要，在合适位置布置若干钻进爆破式硬岩掘进设备，其中钻进爆破式硬岩掘进设备包括若干钻具装置组，若干快速爆破装置组和若干防爆爆破装置组，确定合适数量的钻具装置组、快速爆破装置组和防爆爆破装置组；
S2，通过钻进爆破式硬岩掘进设备，自行钻进掘挖，形成整体断面，其中包括，
通过钻进爆破式硬岩掘进设备向起爆段注入爆破药，其中钻进爆破式硬岩掘进设备包括若干钻具装置组，若干快速爆破装置组和若干防爆爆破装置组；
通过若干快速爆破装置组，对所述爆破药点火，实施爆破；
通过若干防爆爆破装置组，对所述爆破药点火，所述排出同时实施下一次钻进爆破，进行连续爆破；
通过若干钻具装置组沿矩形开挖面旋转冲击爆破后的钻岩地层。
2.根据权利要求1所述的钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，
所述钻具装置组、所述快速爆破装置组和所述防爆爆破装置组均套设在硬岩掘进机上；
每组所述钻具装置组均包括气液动组合冲击钻头，冲击器和旋转装置；
所述气液动组合冲击钻头包括主钻头和副钻头；
所述主钻头的冲击端嵌设有若干冲击齿；
每个所述冲击齿均超出所述主钻头的冲击端的端面；
所述冲击齿采用硬合金金属；
所述主钻头的本体采用软金属；
所述主钻头的冲击端超出所述副钻头的冲击端的端面；
所述副钻头采用硬合金金属；
所述副钻头围绕所述主钻头设置；
所述气液动组合冲击钻头的横截面呈矩形；
所述主钻头的驱动端和所述副钻头的驱动端套均设在所述硬岩掘进机上；
所述冲击器的输出端通过所述硬岩掘进机连接所述主钻头的驱动端和所述副钻头的驱动端；
所述旋转装置的输出端通过所述硬岩掘进机连接所述主钻头的驱动端；
所述硬岩掘进机的中央设置有主通孔；
所述主通孔呈圆形；
所述硬岩掘进机围绕所述主通孔设置有多个副通孔；
所述主钻头在所述主通孔中前后移动或相对转动；
所述副钻头设置有多个；
每个所述副钻头分别在每个所述副通孔中前后移动；
所述主钻头的本体内部设置有多个主进气通道；
每个所述主进气通道的出口均延伸至所述主钻头的冲击端的端面；
每个所述主进气通道在所述主钻头的驱动端汇合后延伸至所述主钻头的驱动端的端面；
所述副钻头的本体内部设置有多个副进气通道；
每个所述副进气通道的出口均延伸至所述副钻头的冲击端的端面；
每个所述副进气通道在所述副钻头的驱动端汇合后延伸至所述副钻头的驱动端的端面；
所述主钻头的本体内部设置有若干空穴；
所述主钻头的圆周侧壁开设有多个主排渣槽；
每个所述主排渣槽均从所述主钻头的驱动端的端面延伸至所述主钻头的冲击端的端面；
所述副钻头的侧壁设置有若干凸块；
每个所述凸块之间的间隙形成副排渣槽；
所述冲击齿呈柱条状；
所述主钻头的冲击端还嵌设有多个主侧冲击齿；
所述主侧冲击齿分布在每个所述主排渣槽的出口两侧；
每个所述主侧冲击齿均超出所述冲击端的端面；
所述主侧冲击齿采用硬合金金属；
所述主侧冲击齿呈柱条状；
所述主钻头的冲击端还嵌设有多个副侧冲击齿；
所述副侧冲击齿分布在每两个所述主排渣槽之间；
每个所述副侧冲击齿均超出所述冲击端的端面；
所述副侧冲击齿采用硬合金金属；
所述副侧冲击齿呈柱条状。
3.根据权利要求2所述的钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，
每组所述快速爆破装置组均包括导流管体；
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管注药孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有注药通道；
所述注药通道与所述导流管注药孔连通；
所述导流管体沿钻岩方向的前部的外壁设有导流管前封堵环；
所述导流管体沿钻岩方向的后部的外壁设有导流管后封液环；
所述注药孔位于所述导流管后封液环沿钻岩方向的前端；
所述导流管体沿钻岩方向的前部外侧壁开设有导流管前注泥孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有前注泥通道；
所述前注泥通道与所述导流管前注泥孔连通；
所述导流管体沿钻岩方向的前部外侧壁开设有导流管前注沙孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有前注沙通道；
所述前注沙通道与所述导流管前注沙孔连通；
所述导流管前注沙孔位于所述导流管前注泥孔沿钻岩方向的前端；
所述前注泥通道内设置有前泥泵；
所述前注沙通道内设置有前沙泵；
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注泥孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有后注泥通道；
所述后注泥通道与所述导流管后注泥孔连通；
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注沙孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有后注沙通道；
所述后注沙通道与所述导流管后注沙孔连通；
所述导流管后注沙孔位于所述导流管后注泥孔沿钻岩方向的后端；
所述注药孔位于所述导流管后注泥孔沿钻岩方向的前端；
所述后注泥通道内设置有后泥泵；
所述后注沙通道内设置有后沙泵；
所述导流管体沿钻岩方向的前部的外壁设有导流管前封液环；
所述导流管前封堵环位于所述导流管前注沙孔沿钻岩方向的前端；
所述导流管前封液环位于所述导流管前注泥孔沿钻岩方向的后端；
所述导流管体沿钻岩方向的后部设置有注药机构；
所述注药机构位于所述后封液环沿钻岩方向的后端；
所述导流管体沿钻岩方向的中部外侧壁开设有点火孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有点火通道；
所述点火通道内设置有点火线；
所述点火线与所述点火孔连通；
所述点火线沿钻岩方向的后部连接有起爆装置。
4.根据权利要求2所述的钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，
每组所述防爆爆破装置组均包括导流管体，所述导流管体外同轴地套设有防爆筒管体，所述防爆筒管体开设有若干防爆网眼孔；
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管注药孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有注药通道；
所述注药通道与所述导流管注药孔连通；
所述导流管体外同轴地套设有防爆筒管体，所述防爆筒管体开设有若干防爆网眼孔；
所述导流管体与所述防爆筒管体之间留设有空隙；
所述导流管体在所述防爆筒管体内相对转动或前后移动；
所述防爆筒管体沿钻岩方向的后端连接有防爆筒驱动装置，驱动所述防爆筒管体前后移动及转动；
所述导流管体沿钻岩方向的前部的外壁固定有导流管前封液环；
所述防爆筒管体沿钻岩方向的后部的内壁设有防爆筒后封液环；
所述防爆筒管体沿钻岩方向的前部内侧壁开设有防爆筒前注泥孔；
所述防爆筒管体内沿长度方向开设有前注泥通道；
所述前注泥通道与所述防爆筒前注泥孔连通；
所述防爆筒管体沿钻岩方向的前部内侧壁开设有防爆筒前注沙孔；
所述防爆筒管体内沿长度方向开设有前注沙通道；
所述前注沙通道与所述防爆筒前注沙孔连通；
所述防爆筒前注沙孔位于所述防爆筒前注泥孔沿钻岩方向的前端；
所述防爆筒管体沿钻岩方向的前部的外壁固定有防爆筒前封堵环；
所述防爆筒前封堵环位于所述导流管前封液环沿钻岩方向的前端；
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注泥孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有后注泥通道；
所述后注泥通道与所述导流管后注泥孔连通；
所述导流管体沿钻岩方向的后部外侧壁开设有导流管后注沙孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有后注沙通道；
所述后注沙通道与所述导流管后注沙孔连通；
所述导流管后注沙孔位于所述导流管后注泥孔沿钻岩方向的后端；
所述注药孔位于所述导流管后注泥孔沿钻岩方向的前端；
所述导流管后注沙孔位于所述防爆筒后封液环沿钻岩方向的前端；
所述防爆筒管体沿钻岩方向的后部的外壁固定有防爆筒后封堵环；
所述防爆筒后封堵环位于所述防爆筒后封液环沿钻岩方向的后端；
所述导流管体沿钻岩方向的中部外侧壁开设有点火孔；
所述导流管体内沿长度方向开设有点火通道；
所述点火通道内设置有点火线；
所述点火线与所述点火孔连通；
所述点火线沿钻岩方向的后部连接有起爆装置。
5.根据权利要求4所述的钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，在S1中，向起爆段注入爆破药，并对起爆段两端进行封堵的步骤包括：
S11，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S12，分别向所述前注泥通道和所述后注泥通道注泥，同时旋转所述导流管体，泥浆分别从所述前注泥孔和所述后注泥孔流出，在所述导流管体与所述防爆筒管体之间分别形成前泥柱和后泥柱；
S13，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S14，分别向所述前注沙通道和所述后注沙通道注沙，同时旋转所述导流管体，沙体分别从所述前注沙孔和所述后注沙孔流出，在所述导流管体与所述防爆筒管体之间、前泥柱沿钻岩方向前端和所述后泥柱沿钻岩方向后端分别形成前沙段和后沙段。
S15，将所述导流管沿钻岩方向向前推入，至所述前封液环位于所述前注沙孔前端；
S16，向所述注药通道注入爆破药，药液从所述注药孔流出，填满所述前泥柱和所述后泥柱之间的空隙。
6.根据权利要求4所述的钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，在S2中，所述点火步骤包括：
S21，将所述导流管沿钻岩方向向后拉动，至所述前封液环位于所述前注泥孔后端；
S22，启动所述起爆装置，通过点火线对所述爆破药点火。
7.根据权利要求3所述的钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，在S1中，向起爆段注入爆破药，并对起爆段两端进行封堵的步骤包括：
S11，分别向所述前注泥通道和所述后注泥通道注泥，同时旋转所述导流管体，泥浆分别从所述前注泥孔和所述后注泥孔流出；
S12，启动所述前泥泵吸附所述泥浆，开启所述前封液环，在所述导流管体与所钻岩地层侧壁之间分别形成前泥柱和后泥柱，所述前泥柱位于所述前封液环沿钻岩方向的后端；
S13，启动所述注药机构，开启所述后封液环，向所述注药通道注入爆破药，所述爆破药从所述注药孔流出，在所述导流管体与所钻岩地层侧壁之间、所述前泥柱和所述后泥柱之间形成药液段；
S14，启动所述后泥泵，将所述后泥柱推至与所述爆破药抵接；
S15，分别向所述前注沙通道和所述后注沙通道注沙，同时旋转所述导流管体，沙体分别从所述前注沙孔和所述后注沙孔流出，在所述导流管体与所钻岩地层侧壁之间、所述前泥柱沿钻岩方向前端和所述后泥柱沿钻岩方向后端分别形成前沙段和后沙段；
S16，启动所述前沙泵，开启所述前封液环，将所述前沙段吸至与所述前泥柱抵接；
S17，启动所述后沙泵，将所述后沙段推至与所述后泥柱抵接。
8.根据权利要求3所述的钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，
在S2中，所述点火步骤包括关闭所述后封液环，启动所述起爆装置，通过点火线对所述爆破药点火。
9.根据权利要求2所述的钻进爆破式硬岩掘进方法，其特征在于，在S3中，所述钻进装置旋转冲击的步骤包括：
S31，启动所述冲击器和所述旋转装置，带动所述主钻头和所述副钻头旋转前进；
S32，所述冲击器与多个所述主进气通道和多个所述副进气通道形成闭合回路，渣屑通过所述排渣槽和所述副排渣槽排出。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112444173A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-03-05 | 李天北 | 一种套在钻杆外不停钻网眼式新式护渣爆破筒 |
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- 2020-05-27 CN CN202010462181.5A patent/CN111595217A/zh active Pending
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