CN113503165A - 一种热开裂破岩的装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热开裂破岩的装置及施工方法，包括机架、水箱、支撑台和蒸汽破岩管，机架上设置有水箱，机架的前端设置有支撑台，支撑台上贯穿有若干个蒸汽破岩管，蒸汽破岩管通过水泵与水箱连通，蒸汽破岩管上设置有加热片和若干个蒸汽孔，加热片与电源电连接，每个蒸汽破岩管对应岩石断面上的一个钻孔。本发明利用水蒸气向岩石孔隙、裂缝中进行扩散，使岩石受热达到松动的效果，由高温水蒸气的扩散作用可在岩层中形成一破碎网络，提高松动破岩效果；再利用综掘机进行掘进，破岩效果与速度明显快于未处理的状态，且刀盘损坏程度明显降低，掘进工作效率明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及破岩的技术领域，特别是涉及一种热开裂破岩的装置及施工方法。
背景技术
在传统的全煤巷道及半煤岩巷道掘进中，一般采用炮掘工艺进行施工，炮掘工艺对现场工作人员的劳动强度要求较高，需要打眼、装药、爆破等破岩工序，工作量非常大。为实现高效矿井建设、提高施工安全性的要求，可在传统的全煤巷道及半煤岩巷道掘进中采用综掘机进行工作。综掘机的采用明显提高了施工效率及安全性，但是仅适用于岩层硬度系数小于7的巷道，因此出现了先松动破岩、后掘进的施工工艺。而传统松动方法为爆破松动，安全性较低；后来出现了基于微波加热破岩的工艺，但微波破岩的缺点在于微波辐射的纵深范围较小，每次仅在工作面表层附近出现有效效果，工作效率较为低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种热开裂破岩的装置及施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，使巷道掘进的安全性和工作效率提高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种热开裂破岩的装置，包括机架、水箱、支撑台和蒸汽破岩管，所述机架上设置有所述水箱，所述机架的前端设置有所述支撑台，所述支撑台上贯穿有若干个所述蒸汽破岩管，所述蒸汽破岩管通过水泵与所述水箱连通，所述蒸汽破岩管上设置有加热片和若干个蒸汽孔，所述加热片与电源电连接，每个所述蒸汽破岩管对应岩石断面上的一个钻孔。
优选的，所述蒸汽破岩管为高传热系数金属材质的U型管，所述U型管的上表面上均布有所述蒸汽孔，所述U型管的一端连接进水管、另一端连接回水管，所述进水管和所述回水管均与所述水箱连通，所述进水管上设置所述水泵。
优选的，所述U型管的管径为5-13mm，所述蒸汽孔的孔径为1-4mm，所述U型管伸出所述支撑台的长度至少为1m，所述U型管的整体宽度为30mm。
优选的，每个所述蒸汽破岩管靠近所述支撑台的一端上均设置有隔热密封圈，所述隔热密封圈的外径与所述钻孔相匹配，所述隔热密封圈的厚度为10-30mm，所述隔热密封圈的材质为全芳族聚酰亚胺。
优选的，所述加热片为弧形面，所述加热片焊接于伸出所述隔热密封圈的蒸汽破岩管的下表面上。
优选的，所述支撑台上的所述蒸汽破岩管呈矩形阵列排布，每一排的所述蒸汽破岩管的进水端或出水端通过一横管与所述进水管或回水管连通，所述横管与对应的所述进水管或回水管的竖管连通的短管上均设置有电磁阀，所述电磁阀和所述水泵均与一控制器电连接。
优选的，所述水箱的最高水平面以上的所述蒸汽破岩管共用一个所述进水管，所述水箱的最高水平面以下的所述蒸汽破岩管共用另一个所述进水管，两个所述进水管上均设置有所述水泵。
优选的，所述机架设置于一横移机构或行走车辆的底盘上。
本发明还涉及一种热开裂破岩的施工方法，基于上述的热开裂破岩的装置，具体包括以下按步骤：
步骤一，将热开裂破岩的装置移动至挖掘断面前，在挖掘断面上标记每一个U形管中心对应的位置，利用手持式钻机进行水平钻孔，直至所述钻孔的深度满足施工要求；
步骤二，将蒸汽破岩管一一对应插入所述钻孔内，使隔热密封圈堵塞所述钻孔的端部，依次打开进水管和回水管上的电磁阀对所述U形管进行注水，注水完毕关闭所述电磁阀，加热片通电对U形管进行持续加热至设定温度，并保持至少10分钟，使水蒸气充分扩散至所述钻孔内的岩石缝隙中；
步骤三，所述水蒸气松动破岩的设定时间到达后，将所述热开裂破岩的装置向后移动，利用综掘机进行掘进工作，掘进完成后，再次由所述热开裂破岩的装置进行热松动破岩，往复循环直至掘进工作结束。
优选的，所述钻孔深度为U形管伸出所述隔热密封圈的长度的1.2倍，所述U型管的加热设定温度为至少500℃。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明利用水蒸气向岩石孔隙、裂缝中进行扩散，使岩石受热达到松动的效果，由高温水蒸气的扩散作用可在岩层中形成一破碎网络，提高松动破岩效果；再利用综掘机进行掘进，破岩效果与速度明显快于未处理的状态，且刀盘损坏程度明显降低，掘进工作效率明显提高。
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为本发明热开裂破岩的装置的结构示意图；
图2为本发明热开裂破岩的装置的工作断面结构示意图；
图3为本发明中单排蒸汽破岩管的布局结构示意图；
图4为本发明中U型管的结构示意图；
图5为本发明中隔热密封圈的结构示意图；
其中：1-热开裂破岩的装置，2-机架，3-行走车辆，4-水箱，5-支撑台，6-蒸汽破岩管，7-加热片，8-蒸汽孔，9-隔热密封圈，10-进水管，11-回水管，12-水泵，13-电磁阀，14-钻孔，15-横管。
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付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种热开裂破岩的装置及施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，使巷道掘进的安全性和工作效率提高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图5所示：本实施例提供了一种热开裂破岩的装置1，包括机架2、水箱4、支撑台5和蒸汽破岩管6，机架2上设置有水箱4，机架2的前端设置有支撑台5，支撑台5上贯穿有若干个蒸汽破岩管6，蒸汽破岩管6通过水泵12与水箱4连通，蒸汽破岩管6上设置有加热片7和若干个蒸汽孔8，加热片7与电源电连接，每个蒸汽破岩管6对应岩石断面上的一个钻孔14。机架2设置于一横移机构或行走车辆3的底盘上，便于机架的移动。
蒸汽破岩管6为高传热系数金属材质的U型管，U型管的上表面上均布有蒸汽孔8，U型管的一端连接进水管10、另一端连接回水管11，进水管10和回水管11均与水箱4连通，进水管10上设置水泵12，可以将多余的水及时回流至水箱4中，也可以通过回流管判断U型管内是否注满水，防止工作面出现大量积水影响工作安全。蒸汽破岩管6为直管也可以，控制好进水量即可。U型管的管径为5-13mm，U型管的整体宽度为30mm，蒸汽孔8的孔径为1-4mm，本实施例中U型管的管径为7.5mm，蒸汽孔8的孔径为3mm，U型管伸出支撑台5的长度至少为1m，可有效延长一次性热开裂破岩的长度，有效提高掘进的工作效率。每个蒸汽破岩管6靠近支撑台5的一端上均设置有隔热密封圈9，隔热密封圈9的外径与钻孔14相匹配，当隔热密封圈9封堵钻孔14后，能够最大限度的减少高温水蒸气的逃逸，可使钻孔14内形成高温高压的环境，提高装置的工作效率及松动破岩效果。隔热密封圈9的厚度为10-30mm，本实施例中的隔热密封圈9的材质为全芳族聚酰亚胺，隔热耐高温，对转孔进行密封，避免蒸汽外泄。加热片7为弧形面，加热片7焊接于伸出隔热密封圈9的蒸汽破岩管6的下表面上，不影响蒸汽的蒸发通道。
支撑台5上的蒸汽破岩管6呈矩形阵列排布，每一排的蒸汽破岩管6的进水端或出水端通过一横管15与进水管10或回水管11连通，横管15与对应的进水管10或回水管11的竖管连通的短管上均设置有电磁阀13，避免高于水平的水自动回流至水箱4内，电磁阀13和水泵12均与一控制器电连接。水箱4的最高水平面以上的蒸汽破岩管6共用一个进水管10，水箱4的最高水平面以下的蒸汽破岩管6共用另一个进水管10，两个进水管10上均设置有水泵12。
本实施例还公开了一种热开裂破岩的施工方法，基于上述的热开裂破岩的装置1，具体包括以下按步骤：
步骤一，将热开裂破岩的装置1移动至挖掘断面前，在挖掘断面上标记每一个U形管中心对应的位置，利用手持式钻机进行水平钻孔，直至钻孔14的深度满足施工要求。
步骤二，将蒸汽破岩管6一一对应插入钻孔14内，使隔热密封圈9堵塞钻孔14的端部，依次打开进水管10和回水管11上的电磁阀13对U形管进行注水，注水完毕关闭电磁阀13，加热片7通电对U形管进行持续加热至设定温度，并保持至少10分钟，使水蒸气充分扩散至钻孔14内的岩石缝隙中。控制器可根据实际用水情况，依次循环开启电磁阀13，开启循环进水模式，保障U形管内有存水。
步骤三，水蒸气松动破岩的设定时间到达后，将热开裂破岩的装置1向后移动，利用综掘机进行掘进工作，掘进完成后，再次由热开裂破岩的装置1进行热松动破岩，往复循环直至掘进工作结束。
钻孔14的深度约为U形管伸出隔热密封圈9的长度的1.2倍，U型管的加热设定温度为至少500℃，可使钻孔14内的水蒸气温度为350℃左右，而对于砂岩工况，200-300℃的温度即可使砂岩强度发生明显降低，水蒸气往岩石孔隙、裂缝中进行扩散，使岩石受热达到松动的效果，由于高温水蒸气的扩散作用可在岩层中形成一破碎网络。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种热开裂破岩的装置，其特征在于：包括机架、水箱、支撑台和蒸汽破岩管，所述机架上设置有所述水箱，所述机架的前端设置有所述支撑台，所述支撑台上贯穿有若干个所述蒸汽破岩管，所述蒸汽破岩管通过水泵与所述水箱连通，所述蒸汽破岩管上设置有加热片和若干个蒸汽孔，所述加热片与电源电连接，每个所述蒸汽破岩管对应岩石断面上的一个钻孔。
2.根据权利要求1所述的热开裂破岩的装置，其特征在于：所述蒸汽破岩管为高传热系数金属材质的U型管，所述U型管的上表面上均布有所述蒸汽孔，所述U型管的一端连接进水管、另一端连接回水管，所述进水管和所述回水管均与所述水箱连通，所述进水管上设置所述水泵。
3.根据权利要求2所述的热开裂破岩的装置，其特征在于：所述U型管的管径为5-13mm，所述蒸汽孔的孔径为1-4mm，所述U型管伸出所述支撑台的长度至少为1m，所述U型管的整体宽度为30mm。
4.根据权利要求1所述的热开裂破岩的装置，其特征在于：每个所述蒸汽破岩管靠近所述支撑台的一端上均设置有隔热密封圈，所述隔热密封圈的外径与所述钻孔相匹配，所述隔热密封圈的厚度为10-30mm，所述隔热密封圈的材质为全芳族聚酰亚胺。
5.根据权利要求4所述的热开裂破岩的装置，其特征在于：所述加热片为弧形面，所述加热片焊接于伸出所述隔热密封圈的蒸汽破岩管的下表面上。
6.根据权利要求1所述的热开裂破岩的装置，其特征在于：所述支撑台上的所述蒸汽破岩管呈矩形阵列排布，每一排的所述蒸汽破岩管的进水端或出水端通过一横管与所述进水管或回水管连通，所述横管与对应的所述进水管或回水管的竖管连通的短管上均设置有电磁阀，所述电磁阀和所述水泵均与一控制器电连接。
7.根据权利要求6所述的热开裂破岩的装置，其特征在于：所述水箱的最高水平面以上的所述蒸汽破岩管共用一个所述进水管，所述水箱的最高水平面以下的所述蒸汽破岩管共用另一个所述进水管，两个所述进水管上均设置有所述水泵。
8.根据权利要求1所述的热开裂破岩的装置，其特征在于：所述机架设置于一横移机构或行走车辆的底盘上。
9.一种热开裂破岩的施工方法，基于权利要求1-8中任意一项所述的热开裂破岩的装置，其特征在于：具体包括以下按步骤：
步骤一，将热开裂破岩的装置移动至挖掘断面前，在挖掘断面上标记每一个U形管中心对应的位置，利用手持式钻机进行水平钻孔，直至所述钻孔的深度满足施工要求；
步骤二，将蒸汽破岩管一一对应插入所述钻孔内，使隔热密封圈堵塞所述钻孔的端部，依次打开进水管和回水管上的电磁阀对所述U形管进行注水，注水完毕关闭所述电磁阀，加热片通电对U形管进行持续加热至设定温度，并保持至少10分钟，使水蒸气充分扩散至所述钻孔内的岩石缝隙中；
步骤三，所述水蒸气松动破岩的设定时间到达后，将所述热开裂破岩的装置向后移动，利用综掘机进行掘进工作，掘进完成后，再次由所述热开裂破岩的装置进行热松动破岩，往复循环直至掘进工作结束。
10.根据权利要求9所述的热开裂破岩的施工方法，其特征在于：所述钻孔深度为U形管伸出所述隔热密封圈的长度的1.2倍，所述U型管的加热设定温度为至少500℃。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN103410443A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-27 | 中国石油化工集团公司 | 一种热能和机械能结合的钻井方法及装置 |
| US20140131028A1 (en) * | 2012-11-15 | 2014-05-15 | Shane D. Wood | Reservoir Tube Heater |
| CN105134157A (zh) * | 2015-10-10 | 2015-12-09 | 北京化工大学 | 一种应用于页岩气开采的岩层蒸汽压裂装置 |
| CN111536834A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-08-14 | 江苏中控能源科技有限公司 | 一种水热破岩致裂装置、起爆网络及其定向切割方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US20140131028A1 (en) * | 2012-11-15 | 2014-05-15 | Shane D. Wood | Reservoir Tube Heater |
| CN103410443A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-27 | 中国石油化工集团公司 | 一种热能和机械能结合的钻井方法及装置 |
| CN105134157A (zh) * | 2015-10-10 | 2015-12-09 | 北京化工大学 | 一种应用于页岩气开采的岩层蒸汽压裂装置 |
| CN111536834A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-08-14 | 江苏中控能源科技有限公司 | 一种水热破岩致裂装置、起爆网络及其定向切割方法 |
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