[发明专利]一种采矿、隧道工程水力掘进方法及其设备

说明书

本发明属于采矿、隧道工程领域，具体涉及一种采矿、隧道工程水力掘进方法，包括如下步骤，S1、水射流破碎，通过水射流喷射待掘进的岩石层，在其表面形成沟槽；S2、高压水劈裂，使用钻头在沟槽的两侧对称钻出若干个沿着沟槽长度方向排列的孔，将膨胀管插入孔内，将预设压力值的高压水输入膨胀管，膨胀管膨胀后紧贴孔内壁，继续输入高压水至沟槽两侧岩石劈裂，然后朝向沟槽整体坍塌；S3、重复S1、S2，实现工程掘进。本发明的有益效果是：本发明的水力掘进是依靠水射流的打击力形成沟槽，然后通过高压水的膨胀力劈裂岩石。由于是湿式作业，无粉尘、烟气；水射流打击力大小、方向可控，因而很容易实现精准选择开采，也就不会引发次生坍塌。

技术领域

本发明属于采矿、隧道工程领域，具体涉及一种采矿、隧道工程水力掘进方法及其设备。

背景技术

传统的矿山、隧道作业一直主要沿用爆破开采，即在工作面上打出群孔安装炸药爆破坍塌矿石运出。这一传统工艺一直是导致矿山安全灾害的主要危险源。由于炸药的使用，本身对地面地下都是危险因素；巨大爆炸产生的冲击波容易引发次生灾害，造成塌方等隐患；爆炸浓烟久排不散(一般排烟需5h)，严重威胁工人健康。爆炸采矿是没有选择性的硬性作业，导致大量无矿含量的岩石坍塌而必须运出，降低了生产效率；也正是因为爆炸的方法，必须要设置许多必要安全监测与控制，而且也影响智能化作业实施。隧道工程虽然有了盾构掘进，但其体量大，造价高，仅适用于大工程和岩土工程。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种采矿、隧道水力工程掘进方法，安全高效，不会产生次生灾害，无烟无尘，不会无害工人健康。

本发明提供了如下的技术方案：

一种采矿、隧道工程水力掘进方法，包括如下步骤，

S1、水射流破碎，通过水射流喷射待掘进的岩石层，在其表面形成沟槽；

S2、高压水劈裂，使用钻头在沟槽的两侧对称钻出若干个沿着沟槽长度方向排列的孔，将膨胀管插入孔内，将预设压力值的高压水输入膨胀管，膨胀管膨胀后紧贴孔内壁，继续输入高压水至沟槽两侧岩石劈裂，然后朝向沟槽整体坍塌；

S3、重复S1、S2，实现工程掘进。

优选的，所述S1中，水射流为摆振式水射流，其喷射压力不小于150MPa、喷射流量不小于200L/min。

优选的，所述S1中，沟槽的宽度至少为500mm，深度至少为500mm。

优选的，所述S2中，孔的直径为50mm，深度为500mm；每一个孔与沟槽轴线的距离均相等。

优选的，所述S2中，预设压力值在40-55MPa之间。

本发明还提供一种实现上述采矿、隧道工程水力掘进方法的设备，

包括水射流破碎装置和高压水劈裂装置；

所述水射流破碎装置包括喷头和使喷头进行摆振动作的摆振装置，所述水射流破碎装置还包括将自来水加压到至少150MPa的高压泵机组以及按照设定路线在工程现场行走的作业机器人，所述喷头通过管道与高压泵机组相连，所述摆振装置固定在作业机器人夹持手上；

所述高压水劈裂装置包括钻头以及按照设定路线在工程现场行走的作业机器人，所述钻头固定在作业机器人夹持手上，所述高压水劈裂装置还包括多根膨胀管和将自来水加压至40-55MPa之间的高压泵机组，多根膨胀管通过一根管道与高压泵机组相连。

优选的，所述摆振装置包括液压马达、轴承座、曲柄连杆机构、喷头固定卡座、销轴和连接块，所述喷头固定在喷头固定卡座内，所述液压马达的轴穿过轴承座与曲柄连杆机构输入端相连，所述曲柄连杆机构输出端与喷头固定卡座顶部相连，所述喷头固定卡座底部通过销轴与连接块构成转动配合，所述连接块与作业机器人夹持手相连。