CN116927785B - 一种静态致裂钻孔壁定向压痕器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，包括主轴，所述主轴包括连接部和限位部，所述限位部外侧套设有套筒，所述套筒左端通过左端盖固定，其右端通过右端盖固定，所述套筒上下对称设有开口，所述开口处设有导向筒，所述导向筒的上端设有小端盖，所述导向筒内设有顶尖，所述顶尖与所述小端盖之间设有复位弹簧。本发明采用上述的一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，体积小，总体结构简捷又紧凑，破岩原理可靠，同时顶尖的强度和使用寿命均比刀体要长，顶尖的加工工艺简单，费用低，起裂位置确定，能实现真正的定向预裂。
Description
技术领域
本发明涉及压痕技术领域，尤其是涉及一种静态致裂钻孔壁定向压痕器。
背景技术
《煤矿安全规程》(2022年)中明确规定“(四)…严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理未冒落顶煤、顶板及大块煤(矸)”，故而限制了预裂爆破方法在工作面内的使用。高压注水致裂、二氧化碳相变致裂、膨胀剂致裂等均属于静态致裂技术，都是在钻孔内产生膨胀力，达到胀裂煤岩的效果。在钻孔内，孔壁所受膨胀力是相同的，孔壁煤岩在复杂的拉压作用下，在结构最薄弱处首先产生裂纹，随后裂纹不断扩展、延伸。壁岩性质不均会造成起裂位置和裂纹发展方向难于人为控制。因此，定向预裂是静态致裂技术的难点。有文献显示，用切槽刀在钻孔内起裂位置切出环形槽，形成应力集中环，有助于致裂效果。但是，此方法只能控制起裂裂隙在钻孔长度范围内产生的位置，仍不能控制裂隙发展的方向。
钻孔直径一般在之间，用于切槽(压痕)的工具体积受到极大限制。目前市场上尚未有技术成熟的工具来满足钻孔处理达到定向预裂的需求，因此设计一款能在钻孔确定位置产生压痕并实现定向预裂的压痕器意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，采用冲击破岩原理，利用顶尖往复冲击钻孔壁固定点达到局部破裂效果，在确定位置压出凹痕。
为实现上述目的，本发明提供了一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，包括主轴，所述主轴包括连接部和限位部，所述限位部外侧套设有套筒，所述套筒左端通过左端盖固定，其右端通过右端盖固定，所述套筒上下对称设有开口，所述开口处设有导向筒，所述导向筒的上端设有小端盖，所述导向筒内设有顶尖，所述顶尖与所述小端盖之间设有复位弹簧。
优选的，所述主轴中部设有主轴中心孔和主轴斜孔。
优选的，所述连接部与所述左端盖之间设有轴承。
优选的，所述右端盖外侧设有支撑套。
优选的，所述限位部包括L1部和与所述L1部相连的L2部，所述L1部为圆柱形状，所述L2部为椭圆锥台形状，所述L2部的小径与所述L1部的直径相同。
优选的，所述左端盖与所述套筒之间以及所述右端盖与所述套筒之间均为螺纹连接。
优选的，所述支撑套为非金属支撑套。所述顶尖由硬质合金制成，其顶部设有碳化钨核。
优选的，所述套筒上设有两个所述开口、两个所述导向筒、两个所述顶尖和两个所述小端盖。
优选的，所述主轴的左端为六方形接头。
因此，本发明采用上述一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，具有以下有益效果：
(1)体积小，顶尖的冲击运动靠主轴椭圆锥台大小径变换实现，总体结构简捷又紧凑，适合不同直径钻孔使用。
(2)破岩原理可靠，与钻孔切槽刀相比，定向压痕器采用的是冲击破碎原理，压痕的过程是由小到大，逐渐形成的；顶尖行程大小由孔壁上已压痕大小和主轴的移动行程共同确定，所以通过观察主轴移动行程可在孔外明确知道压痕大小；同时，顶尖的强度和使用寿命均比刀体要长，顶尖的加工工艺简单、费用低。
(3)起裂位置确切，压痕位置可以通过动力机构上钻杆的长度确定，所以能精确确定压痕位置，即控制起裂位置。
(4)能实现真正的定向预裂。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的剖视图；
图2是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的侧视图；
图3是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的主轴侧视图；
图4是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的主轴剖视图；
图5是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的主轴立体图；
图6是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的轴侧图；
图7是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的顶尖结构示意图；
图8是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的图7中A的放大图；
图9是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的顶尖运动轨迹图；
图10是本发明一种静态致裂钻孔壁定向压痕器实施例的切环形槽与压凹槽的致裂效果对比图。
附图标记
1、主轴；2、左端盖；3、轴承；4、套筒；5、导向筒；6、小端盖；7、顶尖；8、右端盖；9、支撑套；10、钻孔；11、主轴中心孔；12、主轴斜孔；13、复位弹簧；14、压痕。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例一
如图所示，本发明提供了一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，包括主轴1，主轴1的左端为六方形接头，主轴1为一个整体结构，设置六方形接头，方便与外部输入的动力相连接。主轴1中部设有主轴中心孔11和主轴斜孔12，主轴中心孔11和主轴斜孔12是添加润滑油的通道。
主轴1包括连接部和限位部，限位部用于在运动时推动顶尖7进行上下运动。限位部包括与顶尖7相接触的L1部和与L1部相连的L2部，L1部为圆柱形状，L2部为椭圆锥台形状，L2部的小径与L1部的直径相同，其大径从右向左逐渐扩大。L2部的椭圆锥台形状使主轴1在做旋转和平移运动时能推动顶尖7上下移动，从而形成压痕14。
限位部外侧套设有套筒4，套筒4左端通过左端盖2固定，连接部与左端盖2之间设有轴承3，轴承3用来支撑主轴1，轴承3和左端盖2之间是过盈配合的，与主轴1是过渡配合，便于主轴1的旋转和平移，因主轴1为悬臂结构，因此左端盖2有一定的厚度，用来加大对主轴1的支撑强度。
套筒4的右端通过右端盖8固定，右端盖8外侧设有支撑套9，左端盖2和套筒4之间以及套筒4与右端盖8之间均为螺纹连接。支撑套9为非金属支撑套，右端盖8外扣合上支撑套9，支撑套9与钻孔壁之间产生较大的摩擦，用来防止套筒产生转动。套筒4上下各设有一个开口，开口处均设有导向筒5，导向筒5的作用是引导顶尖7沿钻孔10的径向方向做往复运动，导向筒5的尺寸大小要满足顶尖7伸出和回缩时不会脱离与主轴1的接触。
导向筒5的上端设有小端盖6，导向筒5内设有顶尖7，顶尖7由硬质合金制成，其顶部设有碳化钨核。顶尖7与小端盖6之间设有复位弹簧13，复位弹簧13用于使顶尖7恢复原位。如图9所示，在顶尖7的运动轨迹图中，纵轴是位移轴，横轴是时间轴，上下两条线分别表示两个顶尖7随时间(主轴移动)而产生的位移，微小波动是在主轴1的L1部和L2部过渡区产生的。
如图10所示，图中钻孔a、c、e为致裂孔，钻孔b、d、f为引导孔，两者间隔布置，在切环形槽的致裂效果图中，起裂方向不易确定，裂纹不整齐，切除的面也不规则。在压凹槽的致裂效果图中，压痕器在钻孔10中压出凹痕，起裂点在凹痕处，裂纹整齐，切出的面也规则。
工作原理：主轴1左端连接外加动力，之后主轴1在外加动力的作用下在套筒4内进行平移和旋转。在主轴1向套筒4内平移时，主轴1的限位部推动两侧的顶尖7向外伸出。主轴1每转动一周，顶尖7做两次往复直线运动，顶尖7不断敲击岩壁的同一个点，使岩壁产生局部脱落，形成凹痕。定期加润滑油，使主轴1在平移和旋转时减少主轴1和顶尖7之间的磨损以及起到降温的作用。
因此，本发明采用上述一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，体积小，破岩原理可靠，起裂位置确定，能实现真正的定向预裂。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，其特征在于：包括主轴，所述主轴包括连接部和限位部，所述限位部外侧套设有套筒，所述套筒左端通过左端盖固定，其右端通过右端盖固定，所述套筒上下对称设有开口，所述开口处设有导向筒，所述导向筒的上端设有小端盖，所述导向筒内设有顶尖，所述顶尖与所述小端盖之间设有复位弹簧；
所述限位部包括与顶尖相接触的L1部和与所述L1部相连的L2部，所述L1部为圆柱形状，所述L2部为椭圆锥台形状，所述L2部的小径与所述L1部的直径相同。
2.根据权利要求1所述的一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，其特征在于：所述主轴中部设有主轴中心孔和主轴斜孔。
3.根据权利要求1所述的一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，其特征在于：所述连接部与所述左端盖之间设有轴承。
4.根据权利要求1所述的一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，其特征在于：所述右端盖外侧设有支撑套。
5.根据权利要求1所述的一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，其特征在于：所述左端盖与所述套筒之间以及所述右端盖与所述套筒之间均为螺纹连接。
6.根据权利要求4所述的一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，其特征在于：所述支撑套为非金属支撑套，所述顶尖由硬质合金制成，其顶部设有碳化钨核。
7.根据权利要求1所述的一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，其特征在于：所述套筒上设有两个所述开口、两个所述导向筒、两个所述顶尖和两个所述小端盖。
8.根据权利要求1所述的一种静态致裂钻孔壁定向压痕器，其特征在于：所述主轴的左端为六方形接头。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT259326B (de) * | 1965-07-19 | 1968-01-10 | Ernst Krause & Co | Bohreinheit |
| DE3017720A1 (de) * | 1980-05-09 | 1981-11-26 | Werner Prof. Dr.-Ing. 7808 Waldkirch Wenzel | Richtungsbestimmtes einbringen der fluiden medien bei der untertage vergasung |
| CN206860176U (zh) * | 2017-05-27 | 2018-01-09 | 邹城兖矿泰德工贸有限公司 | 定向水致裂切割器 |
| CN109779633A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-21 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤矿坚硬顶板液压式定向致裂弱化方法 |
| CN109931060A (zh) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | 中国矿业大学 | 一种气液组合定向致裂装置与方法 |
| CN113107485A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-13 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 致裂触发器及基于液氮相变分段致裂煤层的瓦斯抽采方法 |
| CN114961680A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-08-30 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种近煤层顶板定向射孔-压裂一体化装置及其使用方法 |
| CN114961684A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-08-30 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 具有冲击地压危险性顶板的煤层增透与防冲协同连续作业方法 |
| CN217872786U (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-22 | 徐州矿务集团有限公司 | 一种顶板钻孔内多定向槽切割装置 |
| CN218467592U (zh) * | 2022-10-21 | 2023-02-10 | 甘肃靖远煤电股份有限公司大水头煤矿 | 一种坐封膨胀一体式水力压裂封孔装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107701107B (zh) * | 2017-10-31 | 2019-02-12 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种静态内推靠铰接式高造斜率旋转导向工具及控制方法 |
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2023
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT259326B (de) * | 1965-07-19 | 1968-01-10 | Ernst Krause & Co | Bohreinheit |
| DE3017720A1 (de) * | 1980-05-09 | 1981-11-26 | Werner Prof. Dr.-Ing. 7808 Waldkirch Wenzel | Richtungsbestimmtes einbringen der fluiden medien bei der untertage vergasung |
| CN206860176U (zh) * | 2017-05-27 | 2018-01-09 | 邹城兖矿泰德工贸有限公司 | 定向水致裂切割器 |
| CN109931060A (zh) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | 中国矿业大学 | 一种气液组合定向致裂装置与方法 |
| CN109779633A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-21 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤矿坚硬顶板液压式定向致裂弱化方法 |
| CN113107485A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-13 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 致裂触发器及基于液氮相变分段致裂煤层的瓦斯抽采方法 |
| CN114961680A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-08-30 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种近煤层顶板定向射孔-压裂一体化装置及其使用方法 |
| CN114961684A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-08-30 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 具有冲击地压危险性顶板的煤层增透与防冲协同连续作业方法 |
| CN217872786U (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-22 | 徐州矿务集团有限公司 | 一种顶板钻孔内多定向槽切割装置 |
| CN218467592U (zh) * | 2022-10-21 | 2023-02-10 | 甘肃靖远煤电股份有限公司大水头煤矿 | 一种坐封膨胀一体式水力压裂封孔装置 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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