[发明专利]超声振动与超声高压脉冲射流综合凿岩装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种超声振动与超声高压脉冲射流综合凿岩装置及方法，包括谐振腔，内装有超声换能器A、谐振环；超声换能器A与具有多个通道的超声波发生装置连接；谐振腔内包裹凿岩钻杆的上部，凿岩钻杆的下部伸出谐振腔，且尾端安装分流器，分流器上安装凿岩钻头；凿岩钻杆的上部连接有超声换能器B，超声换能器B上部连接钻机本体；凿岩钻杆的下部内部有水流通道；凿岩钻头上设有高压喷水孔；高压喷水孔通过导流腔、分流器、水流通道与谐振腔联通。本发明利用超声共振与超声强化高压脉冲射流综合凿岩，破岩效果好，安全性高。

技术领域

本发明涉及一种凿岩装置与使用方法，尤其是一种适用于矿山、隧道工程等岩石工程施工领域的超声振动与超声高压脉冲射流综合凿岩装置及使用方法。

背景技术

目前在矿山、隧道工程等岩石工程施工领域广泛应用的凿岩机主要有风动、液压凿岩机两大类，其原理主要是利用导杆带动冲击头一起转动、振动，靠钻头对岩石的压、剪作用破碎岩石。但在硬岩条件下，施工过程中，上述凿岩机普遍存在钻进强度低、成孔速度慢、机具及材料损耗大等问题。

超声波因其具有方向性好、穿透能力强、能量集中等诸多优点，近年来迅速在医学、石油等国民经济各领域得到了广泛应用，特别是大功率超声波发生器的成功研制，使得超声波技术在岩土工程当中的应用更为广泛和深入。在现有的超声碎岩装置中，公开号为CN105464588A与CN205618089U的专利均是利用超声与岩石共振实现岩石的破碎。但试验发现，单一使用超声共振破岩，不仅破岩效率扔有很大的提升空间，而且经超声激励后的岩石发热现象严重，因此上述装置在有瓦斯或瓦斯突出危险的工作环境中的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声振动与超声高压脉冲射流综合凿岩装置及方法，能够利用超声强化高压脉冲射流，进行凿岩，同时避免岩石发热，提高破岩效率。

为实现上述目的，本发明采用的一种超声振动与超声高压脉冲射流综合凿岩装置，包括：

由外壳包裹形成的谐振腔；

所述谐振腔内上部安装有超声换能器A；谐振腔内安装有谐振环；超声换能器A与外部的超声波发生装置通过线路连接；

用于向谐振腔内供水的高压供水管路及高压供水系统；

谐振腔内包裹凿岩钻杆的上部，凿岩钻杆的下部伸出所述谐振腔，凿岩钻杆尾端安装分流器，分流器上安装凿岩钻头；

所述凿岩钻杆的下部内部中空形成纵向的水流通道，该水流通道上部与所述谐振腔相连通；所述凿岩钻头上设有钎刃，凿岩钻头上设有高压喷水孔，以及与高压喷水孔联通的导流腔，与所述分流器上设有一个与所述水流通道配合的进水孔，以及多个与导流腔对应配合的出水孔；所述高压喷水孔通过导流腔、分流器、水流通道与所述谐振腔联通；

所述凿岩钻杆上部连接有超声换能器B，超声换能器B上部通过钻机连接装置与钻机本体连接，超声换能器B通过内置于所述钻机连接装置的线路与所述超声波发生装置连接；

所述超声波发生装置具有多个通道，能够分别对换能器A及换能器B输出不同频率；

所述高压供水管路截面大于所述水流通道的截面。

具体的，所述超声换能器A有多个，围绕着所述钻机连接装置成环形布置。

优选的，所述高压喷水孔开设在所述钎刃的端部。

进一步的，还包括凿岩台车，上述超声振动与超声高压脉冲射流综合凿岩装置集成安装在凿岩台车。

其原理为，凿岩钻杆由钻机本体驱动凿岩；且超声波发生装置对换能器B输出操作区域的岩石的固有频率，并通过换能器B转换为超声振动，将超声振动传递给凿岩钻杆，最终通过凿岩钻头对目标岩石进行扰动，促使目标岩石破碎；