[发明专利]一种高地温隧道岩爆防治装置

权利要求书

1.一种高地温隧道岩爆防治装置，其特征在于，包括可伸缩式液氮压裂管柱(1)、孔口封隔器(2)、驱动模块(3)、泵送加压喷射模块(4)、液氮连接管路(5)、集成控制模块(6)，综合监测传输系统(9)，液氮车(10)；应力释放孔(11)孔口套有孔口封隔器(2)，可伸缩式液氮压裂管柱(1)穿过孔口封隔器(2)位于应力释放孔(11)中，可伸缩式液氮压裂管柱(1)尾端上设有综合监测传输系统(9)，可伸缩式液氮压裂管柱(1)尾端连接驱动模块(3)和液氮连接管路(5)，液氮连接管路(5)连接泵送加压喷射模块(4)和液氮车(10)，集成控制模块(6)连接驱动模块(3)、泵送加压喷射模块(4)、综合监测传输系统(9)、液氮车(10)；

所述一种高地温隧道岩爆防治装置的应用方法，步骤如下：

(1)在具有潜在岩爆风险洞段施工前，采用地质超前钻机或三臂凿岩台车在施工前方掌子面打应力释放孔，钻孔为水平孔或具有倾角的斜孔；孔径大小使孔口封隔器(2)能够卡入钻孔内；当采用TBM施工掘进时，可伸缩式液氮压裂管柱(1)应从TBM刀盘上的圆孔中伸出，进入其中的一个应力释放孔(11)中；

(2)通过综合监测传输系统(9)采集岩石温度、地应力、裂隙发育情况、围岩声发射特性；

(3)根据综合监测传输系统(9)所采集的参数结合岩石材料性质，通过集成控制模块(6)调控液氮量、压裂管柱长度、压力参数；

(4)将可伸缩式液氮压裂管柱(1)通过液氮连接管路(5)与液氮车(10)连接，采用孔口封隔器(2)封孔，可伸缩式液氮压裂管柱(1)穿过孔口封隔器(2)，进入应力释放孔(11)中，利用集成控制模块(6)启动驱动模块(3)，内套管(7)在驱动模块(3)带动下伸出，利用集成控制模块(6)启动泵送加压喷射模块(4)，进行低温高压液氮的试注入，检查全装置系统的气密性、进一步确定液氮压力参数；

(5)在试压结束后先进行喷嘴(13)液氮射孔，然后可伸缩式液氮压裂管柱(1)伸到最长，液氮持续从外套管和内套管的溢出孔(12)中溢出，使用孔口封隔器(2)持续焖孔30-40分钟；

(6)通过集成控制模块(6)的数据分析显示屏(43)，确定岩石第一次破裂释放应力、温降效果，在应力和温度降低后开孔，可伸缩式液氮压裂管柱(1)回缩，检查应力释放孔(11)内压力、温度、裂缝扩展情况；

(7)重复(5)～(6)步骤，向应力释放孔内喷射液氮，喷射完毕后焖孔；待岩石第二次破裂释放应力和降温后开孔，内套管(7)缩回，利用泵送加压喷射模块(4)反吸，回收液氮连接管路(5)内剩余液氮，存入液氮车(10)，取出伸缩式液氮压裂管柱(1)，检查安全后进行后续爆破或TBM开挖施工。

2.根据权利要求1所述一种高地温隧道岩爆防治装置，其特征在于，所述可伸缩式液氮压裂管柱(1)由内套管和外套管组成，外套管(8)与内套管(7)为中空结构，材料为陶瓷或金属管材，内套管(7)和外套管(8)上设有溢出孔(12)，内套管(7)是可伸缩管，内套管(7)前端为喷嘴(13)，内套管(7)尾端与驱动模块(3)输出端通过套筒连接,外套管(8)与液氮连接管路(5)连接，外套管(8)与内套管(7)通过丝口连接。

3.根据权利要求2所述一种高地温隧道岩爆防治装置，其特征在于，所述可伸缩式液氮压裂管柱(1)位于外套管上，靠近孔口封隔器(2)内侧部分设有综合监测传输系统(9)，用于实时监测应力释放孔(11)内的温度和压力，并采集围岩的声发射特性。

4.根据权利要求1所述一种高地温隧道岩爆防治装置，其特征在于，所述驱动模块(3)为一种驱动设备，驱动设备是驱动电机、驱动液压缸。

5.根据权利要求1所述一种高地温隧道岩爆防治装置，其特征在于，所述集成控制模块(6)包括驱动模块电控开关(31)、泵送加压喷射模块控制开关(41)、数据采集控制器(42)和数据分析显示屏(43)。