[发明专利]一种自诊断预切孔动态拉剪破岩方法及装置

说明书

一种自诊断预切孔动态拉剪破岩方法及装置，包括如下步骤：a、在待开采掌子面上、沿掌子面周边切槽形成预制缝，在掌子面上、预制缝围合的区域形成待破岩区；b、在待破岩区范围内、沿垂直掌子面的方向开设多个竖直孔，在竖直孔的根部沿竖直孔径向开槽形成直径大于竖直孔直径的环状槽；c、对环状槽的侧壁施加沿竖直孔轴向的、向外的拉力，实现拉剪与高应力联合破岩。本发明实现将传统的压剪破岩改为拉剪与高应力联合破岩，有效提高了破岩效率，降低了能耗，利用了深部岩体自身的高应力，改善了传统以爆破掘进的非连续掘进方式，适用于深部高应力岩体。

技术领域

本发明涉及一种自诊断预切孔动态拉剪破岩方法及装置。

背景技术

随着开采进入深部，矿岩坚硬、应力高、矿体分散特征显现，使得硬岩切割难、钻爆回采连续作业难、开采扰动诱发岩爆等灾害显现，且常规凿岩钻孔直径大、设备搬移困难、工人手动控制劳动强度大，制约稀有金属的安全高效回收。

而深部资源开采离不开凿岩钻孔，在凿岩钻孔方面，国内专家学者进行了很多相关研究，如西南石油大学的Huang-Kuilin等学者针对PDC钻头，在360°旋转齿和圆盘PDC钻头的基础上，提出了一种旋转模块化PDC钻头，主要研究了不同结构参数下旋转模块元件切削载荷和MSE的变化规律；西南石油大学的Wu-Kaihao等学者以旋切式钻头为研究对象，采用单因素分析法分析了冲击载荷、冲击频率、转速和地层硬度对旋转冲击钻井破岩效率和加速效果的影响。在专利申请方面，专利申请号202010478140.5，名称为“一种硬岩隧道施工方法”，应用板型链锯机构对岩体进行切割，从而达到破岩效果；专利申请号202111383825.2，名称为“一种水射流辅助滚刀钻井装置”，在刀盘研磨刮切的基础上，以水射流为辅助，在刀盘钻进前利用高压水射流开槽造出自由面，从而促进岩石张拉破碎，提升掘进能力；专利申请号CN201920454951.4，名称为“一种地质勘查钻孔成孔设备”，其主要改进了钻头的结构和钻进和取芯一体的成孔工艺，提高钻探速度；专利申请号CN2020110844261，名称为“一种隧道钻孔机器人系统及其控制方法、隧道掘进机”，其主要达到智能连续钻孔作业，提高钻孔一致性，缩短施工周期的目标；又如专利申请号CN2020103193321，名称为“一种智能钻孔机器人”，其主要针对加工车厢或者大型平台所需钻孔，研发的一种智能精确定位钻孔机器人，设备操作便捷，大大降低了人工劳动强度，增强了钻孔的精度，保护了生产车间的环境。所举论文、专利研究多以旋转切削、刮削、研磨切削、新型盾构结构钻孔等方面考虑，破岩方式比较单一，以压剪破岩为主，给深部资源高效开采带来不便；此外，对本领域的技术人员可知，岩石抗压强度要远远大于其抗拉、抗剪强度，深部高应力岩体难凿，切削刀具磨损量大，传统压剪破岩方法已经不适用深部高应力岩体。

发明内容

本发明解决现有技术的不足而提供一种将传统的压剪破岩改为拉剪与高应力联合破岩，有效提高了破岩效率，降低了能耗，利用了深部岩体自身的高应力，改善了传统以爆破掘进非连续掘进方式的自诊断预切孔动态拉剪破岩方法及装置。

为实现上述目的，本发明首先提出了一种自诊断预切孔动态拉剪破岩方法，具体包括如下步骤：

a、在待开采掌子面上、沿掌子面周边切槽形成预制缝，在掌子面上、预制缝围合的区域形成待破岩区；

b、在待破岩区范围内、沿垂直掌子面的方向开设多个竖直孔，在竖直孔的根部沿竖直孔径向开槽形成直径大于竖直孔直径的环状槽，环状槽的开设使得相邻竖直孔之间岩体根部应力状态发生改变形成的大量裂隙；

c、对环状槽的侧壁施加沿竖直孔轴向的、向外的拉力，实现拉剪与高应力联合破岩。